LEACH是WSN中第一個基于分簇的路由算法，它將網絡中的節點分為簇頭節點和簇內節點。由于簇頭節點需要協調簇內節點的工作，負責數據的融合和轉發，能量消耗相對較大，所以LEACH采用周期性地隨機選擇簇頭節點以均衡網絡中節點能量消耗。從而達到延長網絡生命周期目的。LEACH協議以“輪”作為運作周期，每一輪分成兩個階段：建立階段和穩定傳輸階段，為了節省頻繁選擇簇頭帶來的能量開銷，數據的穩定階段的持續時間要長于建立階段的時間。在每輪的建立階段，所有節點用CSMA的MAC協議廣播“短消息”通信，自組織成簇，每個簇選取一個節點作為簇頭節點。簇形成之后，簇頭節點負責為簇內節點建立一個TDMA時隙表。簇建立完成后，簇內節點根據簇內TDMA方案將每幀采集的數據發送給簇頭節點，簇頭節點對接收到的數據經過過濾冗余數據融合處理后傳送給基站。
若網絡中簇已經形成，并且簇頭節點已經生成TDMA時隙表，就進入數據的穩定傳輸階段。
假設傳感器節點有連續數據需要發送，成員節點根據簇內TDMA機制，在屬于自己的時隙里，將每幀采集的數據發送給自己的簇頭節點。若屬于自己的時隙尚未到來，則成員節點可以關閉收發器以節省能耗。但在整個傳輸階段的過程中，簇頭節點的接收器必須一直處于工作狀態，用于接收來自不同成員節點的數據。在一輪的數據傳輸完成后，簇頭節點將對接收到的數據進行融合處理，壓縮成一個新的復合信號發送到基站。持續一段時間后，開始新的一輪，整個網絡進入下一輪運作周期。在網絡處于正常工作狀態時，一般有多個簇同時工作，簇與簇之間難免會相互受到影響。
1.3 LEACH協議的性能分析
LEACH動態隨機選取簇頭節點，由不同的節點以概率當選簇頭節點，將消耗能量較多的融合、轉發任務輪流地分配給網絡中的節點，有效避免了某些節點能量過快耗盡，能夠較好地均衡網絡負載，提高整體網絡的性能；采用分層結構，節點不需要儲存大量的路由信息，也不需要很復雜的計算功能，路由信息的儲存以及路徑的選擇簡單明了，非常適用于結構簡單的傳感器網絡；簇頭節點對接收的數據也進行壓縮融合處理，大大減少了網絡原始數據傳輸通信量。因此，LEACH在性能上要大大優于直接通信協議和靜態簇首協議。研究表明：LEACH協議比平面直接通信協議網絡壽命(首節點能量耗盡時間)延長了約8倍，比分簇路由算法中固定簇首協議網絡壽命延長了約10倍。但是，LEACH算法周期性隨機選取簇頭節點也會帶來一些問題可能會出現部分簇頭節點相距基站較遠，若此時簇頭節點與基站通信仍然采用單跳路徑模式，則會消耗較多能量，而且擴展性較差，不適合較大規模的網絡；網絡中簇頭節點的位置經常會發生變化，可能某些處于網絡邊緣的節點不在任何簇首節點的通信范圍之內，被網絡所分離；當節點的通信距離有限時，還可能出現簇頭節點不能與基站順利通信等等。
1.4 LEACH 算法的不足
在LEACH 算法中,每一輪循環都要重新構造簇,而構造簇的能量開銷比較大。其次, 遠離匯聚節點的簇頭節點可能會由于長距離發送數據而過早耗盡自身能量, 造成網絡分割。另外,LEACH算法沒有考慮簇頭節點當前的能量狀況,如果能量很低的節點當選為簇頭節點,那么將會加速該節點的死亡,影響整個網絡的生命周期。
針對上述LEACH協議的局限性，提出一種改進LEACH協議——LEACH-T協議。
同LEACH協議一樣，LEACH-T協議運行周期也被劃分為一個個輪。在每一輪的開始階段，網絡中的每一個節點依據概率當選簇頭節點。
在LEACH-T協議中，為使離基站較遠的簇頭節點能方便地與基站通信，由簇頭節點組成以基站節點為根的一棵樹，并令基站的深度為0。網絡中的所有節點(包括簇頭節點)都選擇最低深度的鄰居簇頭節點作為父親節點，并可以將數據包向前傳遞給父親節點。對于基站節點來說，父親節點實際上就是與其相連接的計算機PC。簇頭節點接收葉子節點傳來的數據，與此同時還會接收比其在樹中深度高的簇頭節點傳來的數據包，通過將這些數據進行融合處理，最后將數據包沿著生成樹路徑傳送至基站。經過樹中簇頭節點的層層融合處理，就可大大減少原始數據傳輸量，從而降低能耗。因為在網絡中簇頭節點隨機選擇，其位置經常會發生變化，所以可能有部分葉子節點不在簇頭節點的通信范圍之內。為了解決這個問題，LEACH-T協議允許一個葉子節點在無鄰居簇頭節點時請求與之相鄰的另一個葉子節點成為其父親節點。
2.1具體描述
LEACH-T協議運行周期被劃分為一個個輪，并通過增加輪數來定義新的一輪開始。每一輪可以分為簇頭選擇建立階段、路由更新建立階段和數據傳輸階段。下面將對這三個過程進行詳細說明。
2.1.1簇頭選擇建立階段
在每一輪的開始階段，由基站節點發送更新路由數據包(包含輪轉數)來通知網絡中的所有節點。接收到路由更新消息的節點依據概率當選簇頭節點，依概率選定簇頭節點的目的和方法與LEACH協議相同。簇頭節點選定后，由簇頭節點來形成樹狀結構，基站作為樹根。基站本身就是一個簇頭，深度定義為0，其他簇頭節點的深度在每一輪剛開始時初始設置為無限大。在基站節點一跳通信范圍內的節點收到路由更新消息后，將基站作為父親節點加載到鄰居表中，將自己的深度定為l，然后將該更新消息在物理信道上廣播。廣播消息類型如表3-1所示。
3. LEACH-T協議仿真
在本章中，我們以作為仿真實驗平臺對LEACH-T協議進行仿真測試，以驗證改進后的LEACH協議具有較好的節能效果，能夠延長生命周期。
3.1 LEACH-T協議在下的實現 3.1.1總體設計
LEACH-T協議仿真實驗程序主要包括四個模塊：1、控制模塊：實現協調各模塊之間的功能，是其他三個模塊的管理者，對外界提供開放的功能接口；2、通信模塊：負責調用系統的通信接口，為其他模塊提供數據傳輸服務；3、數據采集模塊：作為一般節點，負責在穩定階段采集環境數據，按照一定的策略將數據發送給簇頭節點。作為簇頭節點，負責接收其他節點數據，與自己采集的數據一起進行簡單的數據融合處理，發送給匯聚節點；4、簇頭節點產生邏輯模塊：在建立過程中運行，各個節點產生自己的隨機數，計算本輪閾值，將隨機數與閾值比較，決定自己是否是簇頭節點。
LEACH-T協議仿真實驗主要調用的組件如下所示：
：該組件為網絡提供了一個基本的時間同步服務。網絡的全局時間基于0號節點的本地時間，所有節點都與網絡全局時間相同步。
：該組件是多跳消息層的主要組件，并且提供了數據包的邏輯發送過程，是對多跳路由組件庫中的的改寫。
：該模塊為改進的LEACH協議提供了路由選擇的邏輯方式。
：該模塊周期性的為含有感知數據的數據包的發送提供網絡傳輸服務。
3.1.2 數據結構設計
1．常量
1)、定義通信信道：AM =6；
2)、定時器周期：TIMER MILLI=250，表示小間隔的等待周期，以微妙為單位；
3)、定時器周期：TIMER LEACH=60000，表示簇周期，此處以一分鐘為例，方便調試，實際應用中應該適當調整，使簇頭選舉引起的損耗經濟；
4)、定時器周期：TIMER DATA=1000，表示數據采集周期，此處以一秒鐘為例，理由同上。程序中的形式如：
enum
{
=6，
=250，
=60000，
=1000
}；
2．通信數據結構體
主要在簇建立階段使用，包括本地節點的ID號等其他信息，使用的數據類型為16位無符號整型。其形式如下：
{
；
}；
3．實用數據結構體
用于保存、傳輸傳感器采集的實用數據，主要包括一個16位無符號整型數據，根據實際情況應當有所調整，此處只為實驗使用。形式如下：
{
data；
)；
3.1.3 功能模塊設計
1．控制模塊
使用接口：Boot，Leds，Timer。
實例：，，。
1)作為簇周期定時器，每次觸發引起一次簇頭選舉，在選舉成功后設置開始計時，相對周期較長；
2)、作為數據采集定時器，每次觸發引起節點讀取傳感器數據行為，一般定為簇周期的1／n(n為一個周期采集數據的次數)，每次觸發后重新設置；
3)、等待定時器，用作短時間的等待；
4)、Boot用于初始化傳感器，Leds控制LED燈。
2．通信模塊：
使用接口：，，，，，Send，， 。
實例： ，，Value，。
1)、是的實例，該接口提供初始化通信設備的功能，以及負責控制數據發送和接受；
2)、是的實例，該接口用于控制節點廣播數據；
3)、Value是的實例，該接口用于接收廣播數據：
4)、是的實例，該接口用于發布廣播數據；
5)、用于打包數據；
6)、Send和分別用于發送和接受數據。
3．數據采集模塊：
使用接口：Read，，。
實例：Readtinyos下載程序到目標節點，。
1)、Read是Read的實例，用于讀取傳感器數據；
2)、是的實例，用于控制數據傳送過程中的路由；
3)、用于建立數據采集樹，設置其根節點。
4．簇頭選舉模塊：
維護變量：round， of node
round：表示節點目前所在的Leach協議周期；
of node：表示節點個數，初始化由基站統計并廣播通知。
實現函數：()
()：實現簇頭選舉算法，為了使各個節點能夠均衡的成為簇頭節點，采用輪流方法當選簇頭節點。由于每個節點都維護了一個變量round，此變量在局部范圍內可以認為是同步，即各個節點上的round值都是一樣的，這樣就構成了無沖突的條件。同時，每個節點擁有各自的鄰居節點表。利用此表的相關信息進行選擇判斷就可以指定在這一輪中節點是否成為簇頭節點，避免了過多的通信開銷。
隨機部署100個節點，在100 m x100 m正方形區域內，LEACH-T協議與原LEACH協議的網絡生命周期對比結果如圖所示。
在討論網絡生存時間時，主要是比較首節點能量耗盡出現時間(FND)和末節點耗盡出現時間(LND)。由圖4．5中可知，LEACH-T協議相比原LEACH協議，FND提高了17％左右，LND提高了14％。
但是，從上圖也可以看出，LEACH-T協議雖然總體能耗大幅度降低，但是首節點死亡時間到10個節點死亡出現時間的趨勢較大，即有少部分節點消耗能量比其他節點較多。這是因為路由建立后，雖然每個節點依據鄰居表選擇父親節點時考慮了鄰居節點的能量，但還是會優先選擇深度較低的簇頭節點作為父親節點，因此，靠近基站附近的簇頭節點(深度較低)不僅要接收本簇內成員節點數據，還要接收較高深度的簇頭節點發來的數據，然后再進行融合處理后發給基站，這過程需要消耗較多能量。
2．FND和LND隨節點個數變化
保持區域面積100 m x100 m不變，當節點個數在100到300之間變化時tinyos下載程序到目標節點，LEACH-T協議與原LEACH協議的首節點死亡時間(FND)隨節點數的變化關系如圖所示，末節點死亡時間(LND)隨節點數變化關系如圖所示。
首節點死亡時間(FND)隨網絡節點數變化圖
末節點死亡時間(LND)隨網絡節點數變化圖
LEACH-T協議與原LEACH協議的LND隨著節點數增加都有所增大，且LEACH-T協議的LND增長幅度較大。這是由于節點數密集，簇頭節點數相應增多，LEACH-T協議中通過對深度較低的簇頭節點數據多次融合，因而節省能量消耗。