6. Phương pháp nghiên cứ u
2.2.2.3. Phân nhóm phân bậc tương thích năng lượng thấp (LEACH)
LEACH là một thuật toán định tuyến được thiết kế để thu thập và phân phối dữ liệu đến các bộ góp dữ liệu, thường là các trạm gốc. Mục tiêu chính của LEACH là kéo dài thời gian sống của mạng, giảm năng lượng tiêu thụ tại các nút mạng, tập hợp dữ liệu lại thành gói để giảm số thông điệp cần truyền đi. LEACH xây dựng cấu trúc mạng thành các cluster, mỗi cluster được quản lý bởi các nút chính gọi là
cluster head. LEACH lựa chọn ngẫu nhiên một số nút cảm biến để trở thành các nút chính và quay vòng vai trò này để phân bốđều tải năng lượng giữa các nút cảm biến trong mạng. Ở LEACH, các nút chính nén các dữ liệu đến từ các nút khác trong nhóm của chúng và gửi các gói dữ liệu thu thập này tới trạm gốc nhằm mục đích giảm số lượng thông tin truyền phát về trạm gốc. Việc thu thập số liệu được thực hiện tập trung và theo chu kỳ. Do vậy, giao thức này thực sự thích ứng khi có nhu cầu trao đổi theo dõi thường xuyên của mạng cảm biến.
Hoạt động của LEACH được phân tách thành hai pha: pha thiết lập và pha ổn định trạng thái. Ở trong pha thiết lập, các nhóm được tổ chức và các nút chính được lựa chọn. Còn ở giai đoạn ổn định trạng thái, việc truyền số liệu thực sự về các trạm gốc được tiến hành. Khoảng thời gian tồn tại của pha ổn định trạng thái thường dài hơn so với thời gian thiết lập ban đầu để giảm tối thiểu tổng chi phí.
Trong pha thiết lập, bắt đầu quá trình chọn lựa các nút chính. Một số lượng nhỏ các nút được xác định trước tự quyết định chúng trở thành các nút chính, một nút chọn lấy một số ngẫu nhiên trong phạm vi 0 và 1 và so sánh với giá trị ngưỡng , nếu số ngẫu nhiên này nhỏ hơn giá trị ngưỡng thì nút đó sẽ trở thành nút chính ở vòng hiện tại.
Trong giai đoạn ổn định trạng thái, các nút cảm biến bắt đầu đo và truyền số liệu về các nút chính. Các nút chính, sau khi thu tất cả các số liệu, tập hợp chúng lại trước khi gửi đến trạm gốc. Sau một khoảng thời gian nhất định nào đó được xác định trước, mạng sẽ quay trở lại trạng thái thiết lập và bắt đầu một vòng lựa chọn các nút chính mới.
LEACH cung cấp một mô hình tốt mà các thuật toán nội bộ và tập hợp dữ liệu có thểđược thực hiện trong các nút chính được lựa chọn một cách ngẫu nhiên. Điều này làm giảm quá tải thông tin và cung cấp một tập hợp tin cậy các số liệu cho người sử dụng. LEACH góp phần giảm đáng kể năng lượng tiêu thụ và kéo dài hơn thời gian hoạt động của mạng cảm biến so với trường hợp mạng gồm các nhóm cố định. Tuy nhiên, LEACH có một số nhược điểm: chưa xác định cụ thể được số lượng tối ưu các nút chính của mạng khi mà các mạng khác nhau có cấu hình, mật
độ và số lượng nút khác nhau; chưa có gợi ý về khi nào thì việc tái tạo lại các nút chính cần được thực hiện; các nút chính ở xa trạm gốc sẽ tiêu thụ nhiều năng lượng hơn và nhanh chóng dừng hoạt động hơn các nút khác; tất cả các nút có thể kết nối với trạm gốc qua một chặng có thể không khả thi vì khả năng và năng lượng cung cấp cho các nút thay đổi theo thời gian; khoảng thời gian của pha ổn định trạng thái ảnh hưởng lớn đến năng lượng tiêu thụ. Khoảng ổn định trạng thái ngắn làm tăng overhead (chi phí cho điều khiển giao thức), trong khi khoảng ổn định trạng thái kéo dài làm sụt giảm năng lượng nhanh chóng.