LEACH là giao thức phân cấp theo cụm thích ứng năng lượng thấp, dựa trên thuật tốn phân nhóm, trong đó, các nút có thể phân bố ngẫu nhiên, và tự hình thành cụm (sefl configuring cluster formation). Nút chủ cụm có chức năng điều khiển các nút trong cụm gửi dữ liệu đến nó theo một chu kỳ nhất định. Tại nút chủ, dữ liệu sẽ được thu thập và xử lý ở nhiều mức độ khác nhau, tùy thuộc vào từng ứng dụng, trước khi gửi tới trạm gốc[3][17].
Hình 2.1: Giao thức LEACH
Một trong những đặc điểm phổ biến của các ứng dụng mạng WSN là dữ liệu của nút gửi về, thơng thường, có mối tương quan với nhau, người dùng cuối khơng cần yêu
cầu tất cả dữ liệu (các dữ liệu có thể giống nhau - Redundant), hoặc chỉ cần những thông tin đã được xử lý, mô tả về những sự kiện xuất hiện trong môi trường mà nút cảm biến được. Giao thức định tuyến LEACH rất phù hợp với những ứng dụng có đặc điểm như vậy. Trong giao thức LEACH, vì dữ liệu cảm biến được gửi từ các nút đặt gần nhau có sự tương quan rất lớn, nên tất cả dữ liệu từ các nút trong phạm vi cụm sẽ được xử lý cục bộ tại nút chủ trước khi gửi về trạm gốc, giảm được lượng thông tin dư thừa lưu thơng trên mạng, do đó, tiết kiệm được năng lượng của nút.
Một trong những đặc trưng cơ bản của LEACH là nút mạng tự tổ chức thành các cụm, trong đó một nút sẽ đóng vai trị là nút chủ - CH (Cluster Head). Tất cả những nút không phải là nút chủ sẽ phải truyền dữ liệu của nó tới nút chủ, nút chủ nhận dữ liệu từ nút thành viên trong cụm, thực hiện xử lý dữ liệu cục bộ, rồi truyền tới BS (Basic Station). Bởi vậy, nút chủ sẽ tiêu hao nhiều năng lượng hơn các nút thông thường. Mà năng lượng của nút cảm biến là giới hạn, nên nếu nút chủ được chọn cố định trong suốt thời gian sống của mạng thì nút chủ sẽ hết năng lượng rất nhanh.
Hình 2.2: Time-line hoạt động của LEACH
Khi nút chủ chết, tất cả nút trong cụm sẽ khơng có khả năng trao đổi thơng tin nữa. Vì vậy, LEACH thực hiện ngẫu nhiên quay vòng vai trò nút chủ trong tất cả các nút mạng để tránh tiêu hao năng lượng trên một số nút cố định.
Q trình cảm biến và truyền thơng trong giao thức LEACH được thiết kế thích hợp nhằm giảm tối thiểu năng lượng tiêu hao cho nút không phải là nút chủ. Khi các nút chủ biết được tất cả nút thành viên trong cụm của nó, nó sẽ gửi bản tin định thời TDMA để thông báo cho mỗi nút chính xác khi nào thì thực hiện nhiệm vụ cảm biến và truyền dữ liệu đến nút chủ. Cơ chế này cho phép nút thông thường sẽ tồn tại ở trạng thái nghỉ (Sleep State) trong phần lớn thời gian, chỉ khi đến thời điểm phải thực hiện nhiệm vụ cảm biến và gửi dữ liệu thì nút mới phải hoạt động. Hơn nữa, dùng bản tin TDMA cho việc truyền dữ liệu còn giúp tránh được hiện tượng xung đột (collision) xảy ra trong cụm.