基于簇的无线传感器网络路由协议分析

无线传感器网络路由协议分为平面路由协议和分簇路由协议,分簇路由具有拓扑管理方便、能量利用高效、数据融合简单等优点,成为当前重点研究的路由技术。着重从簇头的产生、簇的形成和簇的路由这三个过程对当前典型的无线传感器网络分簇路由算法和协议进行了研究,并根据路由性能指标对上述算法和协议进行了比较,在此基础之上提出无线传感器网络路由协议未来的发展趋势及研究策略。     

梯度相关的无线传感器网络成簇路由协议

分析了梯度和成簇无线传感器网络路由协议,确定了协议中存在的缺陷,设计了一种基于梯度的高效节能成簇路由协议(GBCRP)。采用基于跳数的梯度建立、能量相关的成簇算法、关键节点转发和功率自适应的簇头路由等技术,解决了无线传感器网络的节点能耗和路由失败而导致的数据传输可靠性问题。仿真实验表明,该协议有效地延长了网络的生命周期。针对不同密度的传感器节点,网络生命周期具有很好的稳定性,同时该协议也具有较好的可靠性保障。     

无线传感器网络中基于机会策略的蚁群路由协议

针对无线传感器网络节点能量受限的局限性,以设计高能效路由协议为目标,提出了一种基于机会策略的蚁群分簇路由协议.在分簇算法中引入能量估计的概念,优化网络分簇;融合能量等级及路由跳数,改进蚁群多跳路由的信息素更新规则,设计机会路由策略,降低额外网络控制开销.仿真实验结果表明,基于机会策略的蚁群路由协议能够提高网络使用效率,...     

无线传感器网络能量有效路由

该文给出专用于无线传感器网络的几种能量有效路由协议,并详细分析几种协议的缺点.其中,这些路由算法中都存在如何选择最优簇头算法的问题.根据这个缺点,该文结合几种能量有效路由的优点,讨论了基于簇的传感器网络路由的方案,把节点的邻居节点数,节点与邻居节点的距离和,剩余能量三个因子来计算权值,采用最小权值的分簇算法.在软件上作仿真,结果表明采用基于加权分簇算法可以在一定程度上延长网络的生命时间.     

基于能量受限的无线传感器网络路由设计

由于传感器节点能量的有限性,如何延长网络的生命周期是无线传感器网络(WSN)路由设计的主要目标.为解决LEACH协议存在簇头分配不均匀和能量消耗较大等问题,研究一种基于蚁群算法的无线传感器网络路由设计方法.主要采用节点能量来选举簇头,采用蚁群算法优化簇间路由以实现簇间通信.仿真结果表明这种方法优于LEACH算法,在降低能量消耗与延长网络生存周期等方面具有更好的性能.     

基于LEACH协议的簇头辅助路由算法

为了平衡无线传感器网络的负载,延长网络生存时间,针对大规模无线传感器网络场景,对低能量自适应分簇分层协议进行改进,提出一种簇头辅助路由算法。新算法采用控制信息与数据信息分离的思想,由簇头实现控制信息处理的功能,由簇内聚合节点和簇间转发节点实现数据的融合、转发功能。仿真结果显示,在大规模无线传感器网络场景下,该算法比低能量自适应分簇分层协议的网络寿命和数据接收总量均有明显提高。     

微震监测中最优一致性时间同步算法研究

针对分布式微震监测系统对时间同步算法性能的较高需求,提出了一种分布式与结构式相结合的新型最优一致性时间同步算法(OCTS).根据微震监测系统的同步网络的特点,将OCTS算法设计为两个子过程:斜率一致性同步和基于无线传感器时间同步协议(TPSN)的相偏频偏联合简化估计.首先,采用了斜率一致性分析方法,将所有节点都同步到网络中时钟斜率最接近真实时间斜率1的节点的时钟上;然后,为了实现多矿区多系统的数据联合分析,在TPSN同步方法的基础上采用简化的极大似然估计方法实现相偏频偏的联合估计,将网络全局逻辑时钟同步到锚节点时钟上,保证多系统数据之间的时间有序性.实验结果验证了所提算法的有效性,证明了OCTS算法具有较强的鲁棒性、可扩展性及良好的同步精度,能适应微震监测系统所处的特殊环境.     

基于加权优化树的WSN分簇路由算法

无线传感器网络(WSN)是由大量具有感知和传输数据能力的传感器节点组成的自组织网络,被用来部署监测物理环境.针对无线传感器节点存储空间小、能量有限、路由不稳定、能耗不均衡等问题,提出一种改进的基于加权优化树的路由算法,将树型结构应用于分簇路由算法中.根据节点的剩余能量、可用内存、相邻节点的距离、信道质量设定数据传输代价,并以此为基础对树型拓扑结构进行加权优化,分布式地在簇内创建树型网络拓扑结构.改进的算法降低了网络中数据传输的总代价.仿真实验结果表明:与传统的树结构和分簇路由算法相比较,结合了树型拓扑结构的分簇路由算法,在延长网络生存时间和平衡网络能耗方面更具有优势.     

基于能量平衡的无线传感器网络非随机分簇算法（英文）

无线传感器网络(WSNs)路由协议的设计受到传感器的节点特征、网络行为和应用需求等的影响,网络拓扑结构的变化对节点之间通信路径的影响非常关键。分簇是减少能量消耗和增强网络可扩展性的一种有效的拓扑控制技术。为了节约能耗,提出了能量平衡的非随机分簇算法。该算法采用最小能量分簇技术形成簇群,利用最小的通信距离来选择最优的簇头(CH)。仿真结果表明该算法延长了网络寿命,与集中式的LEACH-C算法相比,提高了能量利用效率。     

WSNs中基于协作通信的分簇路由算法研究

针对无线传感器网络数据信息传输可靠性,提出一种无线传感器网络中基于协作通信的分簇路由算法。该算法主要对分簇、簇间路由和簇内路由三个阶段进行了设计,依据信噪比寻找满足网络数据传输可靠性的最佳路由,实现源节点和目的节点之间的协作通信。仿真结果表明,无线传感器网络中基于协作通信的分簇路由算法能够有效地优化网络路径,提高频谱利用率,增强数据信息传输的可靠性。     

基于路径加权反馈的工业环网时钟同步方法

为了实现大规模环形网络系统中所有结点的高精度时钟同步,根据环形链路存在物理环路的特点,通过环形链路中的备用链路,由主时钟进行累积同步偏差反馈.基于该累积同步偏差和所有设备间时钟同步数据帧在环网中的传输时延,对累积偏差进行路径加权反馈,实现系统中所有时钟的偏差补偿,提高其同步精度,从而实现大规模工业环形网络的高精度时钟同步.在分析单跳同步偏差以及边界时钟累积同步偏差的基础上,得出基于路径加权反馈后所有设备的同步偏差,理论证明了该算法的有效性.进一步通过实验验证,该算法显著提高了环形网络时钟同步精度     

基于PTP的无线分布式测试系统时钟同步研究

时钟(PTP)的发布使得分布式测试系统时钟同步精度大大提高,让各个传感器、执行器以及其它终端设备能够共享同一时钟基准,并能够精确保证不同终端的时钟同步质量。该文提出了无线分布式测试系统的网络拓扑结构,阐述了PTP时钟同步的过程,分析了PTP时钟同步调节算法的改进。通过MATLAB仿真给出了无线分布式测试系统典型网络拓扑下的PTP时钟同步的精度性能,引入偏移估计和斜率补偿,进一步提高了时钟同步的精度。     

基于簇头冗余的无线传感器网络可靠性研究

为了提高工业无线传感器网络的可靠性和可用性,使其能够长期自治地正常工作,提出了基于簇头冗余的工业无线传感器网络分簇路由算法.当工作簇头能量不足时,将主动切换到冗余簇头工作状态. 冗余簇头通过冗余测试结果判断工作簇头是否发生故障并接管工作簇头的数据转发任务.当边际节点不能与本簇簇头通信时,将利用备份簇头进行数据转发.对于不能与任何簇头直接通信的孤立节点,采用基于概率模型的多跳路由机制进行数据转发.为了降低功耗,该算法将冗余簇头设置为轻度睡眠状态,当冗余测试周期到来时,关闭射频前端器件.利用自行研制的节点,组建了实验系统,完成了簇头冗余切换、边际节点通信和孤立节点路由恢复的实验.实验结果表明该分簇路由算法具有较高的可靠性.     

基于DS理论的网络时钟同步算法

目前的NTP（Network Time Protoc01）时钟同步算法已不能满足许多新兴网络对时钟同步精度的要求。为此,提出一种基于DS（Dempster／Shafer）理论的NTP时钟同步改进算法。在分析目前NTP时钟同步算法不足的基础上,将Ds理论引进到传统的NTP时钟同步中,建立一种改进的NTP时钟同步算法并进行了仿真实验。实验结果表明,与传统算法相比,该NTP时钟同步算法有效地提高了同步精度。     

基于平方根-卡尔曼滤波的无线网络仪器时钟同步算法

提出基于平方根-卡尔曼滤波算法的时钟同步算法,在保证算法收敛的前提下对时钟偏差和偏斜进行最优估计。算法中提出通信能耗与时钟精度的关系模型,在满足一定精度的前提下校准时钟,既能保证时钟的稳定和精准,又能较少地占用带宽资源,节约通信能耗。最后通过网络模拟器模拟实验论证了算法的性能。     

A novel frequency synchronization scheme for OFDM systems

A novel frequency synchronization scheme for orthogonal frequency division multiplexing （OFDM） systems is proposed, including a novel frequency offset estimation algorithm and a novel frequency offset compensation algorithm. The frequency offset estimation includes both the fractional frequency offset （FFO） estimation and the integral frequency offset （IFO） estimation. Firstly, the FFO was obtained by the conventional ML algorithm in time domain. After the FFO was compensated in time domain, the IFO was obtained by the pro- posed algorithm based on the energy of virtual carriers. This algorithm needs only simple calculations and has a large frequency offset estimation range. Furthermore, it is insensitive to symbol synchronization errors and channel changing. Finally, the IFO was compensated based on the carrier - positions offset, which can be completed through carrier-positions cyclic shifts in frequency domain. This proposed frequency synchronization scheme can decrease the system redundancy without any need of assistant data, and can be applied to the fast synchroniza- tion with the only need of one OFDM symbol. The analyses and simulations show the improved performance of the proposed frequency synchronization scheme.     

一种简单的分布式无线传感器网络时间同步方案

无线传感器网络缺乏基本架构,具有分布式、能量受限、存储及计算能力受限的特点.这些特点决定了在设计无线传感器网络时间同步方案时,不能有太复杂的计算和路由选择.为了实现快速时间同步和较低的能量消耗,提出一种简单的无线传感器网络时间同步方案.各个节点广播自己当前的时钟信息,相应的邻居节点接收到这些信息后,对接收到的信息进行简单的算术平均,将平均值作为下一个时刻的时钟刻度再进行广播.此过程反复进行,最终会使网络所有节点的时钟达到一个相同的平均值,实现无线传感器网络的分布式同步.由于网络节点只接收来自邻居节点的广播信息,故该方案无复杂的路由选择,并且计算简单,收敛快速,能耗较低.用随机矩阵理论对该同步算法的收敛性进行了理论证明,对收敛速度和能耗以及同步误差进行了分析.最后用计算机仿真对本方案进行了仿真实验,实验结果符合预期分析.     

基于最大似然估计的时间同步优化算法

为了提高时间同步的精度,利用消息传递过程中的时延呈高斯分布的特性,在 STSP算法的基础上提出一种基于最大似然估计的时间同步算法 MLE-STSP,对时钟偏移量进行估计并修正.仿真实验表明,MLE-STSP算法有效减小了不确定时延的影响,具有更高的同步精度和稳定性.     

基于PSO的无线传感器网络自组织成簇算法

为了有效延长WSN网络的生存时间,需要设计能量有效的自组织成簇机制,以适应无线传感器网络的特点。提出了一种适合无线传感器网络能量有效的成簇优化模型,并使用微粒群优化算法（PSO）对该模型进行求解。为了使微粒群算法适合于该问题的求解,设计了适合微粒群算法的微粒位置向量和速度向量的更新机制,并用罚函数法对两个主要约束进行了处理,给出了适应值函数,并通过MATLAB7．1进行了实例仿真。仿真结果表明,该优化模型是解决WSN能量问题的有效方法。     

无线带状传感网拓扑控制算法及其唤醒机制

为解决无线带状传感网中各节点能耗不均、易形成断路等问题,提出一种改进的拓扑控制方法及与之相符合的睡眠唤醒机制.在固定分簇的基础上,对簇头采用循环迁移调度机制以控制侦听/睡眠比和簇内外通信距离,并通过动态调整簇头的侦听时间以达到负载均衡.仿真结果表明,该算法能延长网络寿命,并提高网络后期监测区域完整性.