移动自组织网络课程设计
学生姓名： 程煜钧
学生学号： 14120045
无线传感器网络 LEACH 协议的分析和仿真
1. 研究背景
无线传感器网络(WSN：Wireless Sensor Network)是新一代的传感器网络，被认为是 21
世纪最重要的技术之一。它将逻辑信息世界和客观物理世界融合在一起，具有非常广泛的
应用前景。WSN 被业界誉为继计算机、互联网与移动通信网之后，信息产业新一轮竞争的
制高点，自诞生以来，就被视为信息技术的一次历史性机遇。美国橡树岭实验室甚至断言，
IT 时代正在从“Computer is the network(计算机网络)"向“Sensor is the network(传感器网络)”转
变。可以预计，无线传感器网络的广泛发展与应用是一种必然趋势，将对人类未来的生活
方式和扩展认知世界的能力产生巨大影响，并将会带来一场新的信息革命。
无线传感器网络节点密度大，一般部署在恶劣环境中，能源通常很难替代，节点能量
供给大都是采用电池供电方式，并要求工作相当长的时间。因此，如何在不影响功能的前
提下，尽可能节约无线传感器网络的能量成为无线传感器网络软、硬件设计中的核心问题，
所以节能路由协议的设计，对无线传感器网络来说极其重要。近来，科学界对无线传感器
网络分簇协议进行了深入的研究，分簇网络结构由于具有良好的网络扩展性，便于能量管
理、平衡负载、资源分配等，成为目前国内外延长 WSN 生命周期、降低每一个节点的能
耗的主要方法之一。
2. LEACH 协议简介
分簇算法 LEACH 协议是 Wendi B. Heinzelman , AnanthaP. Chandrakasan , Hari
Balakrishnan (MIT ,电子与计算机系) 2000 年提出的分层的传感器网络协议, 它采用分层的网
络结构. 在 LEACH 算法中, 节点自组织成不同的簇, 每个簇只有一个簇首.各节点独立地按照
一定概率决定自己是否做簇首,周期性的进行簇首选举和网络重组过程, 避免了簇首节点能
耗过多, 影响网络寿命. LEACH 算法建立在所有节点都是平等且无线电信号在各个方向上
能耗相同的假设上。
2.1 LEACH 协议原理
LEACH 协议分为两个阶段操作, 即簇准备阶段(set - up phase)和就绪阶段(ready phase).
为了使能耗最小化, 就绪阶段持续的时间比簇准备阶段长. 簇准备阶段和就绪阶段所持续的
时间总和称为一轮(round). [ 7-8]在簇准备阶段, 随机选择一个传感器节点作为簇首节点
(cluster head node), 随机性确保簇首与 Sink 节点之间数据传输的高能耗成本均匀地分摊到所
有传感器节点. 簇首节点选定后, 该簇首节点对网络中所有节点进行广播, 广播数据包含有该
