高效节能的无线传感器网络路由协议研究

现有的分簇式无线传感器网络路由协议中,簇大小通常是固定的.簇首间采用多跳通信的方式将数据传送至基站的过程中,靠近基站的簇首由于需要转发大量来自其它簇首的数据而负担过重,可能造成节点过早死亡.为了解决这种情况,提出一种非均匀分簇的多跳路由协议,根据与基站的距离建立大小不同的簇,靠近基站的簇规模小于远离基站的簇,靠近基站的簇首可以为数据转发预留能量.同时,在簇首选择机制上基于LEAcH做了一定的改进,通过综合考虑簇内平均能量、节点剩余能量等参数,有效避免了低能量节点被选为簇首.仿真实验结果表明,路由协议能有效地平衡簇首的能量消耗,延长网络的生存时间.     

基于蚁群算法的WSN能量预测路由协议

LEACH协议中的簇头和基站采用一跳通信,导致能量消耗过快。为此,提出一种基于蚁群算法的无线传感器网络(WSN)能量预测路由协议。引入蚁群算法思想,簇头节点通过多跳方式与基站节点进行通信。在计算蚂蚁选择下一跳的概率时,考虑节点可能的能量消耗,避免路径选择过于集中。仿真结果表明,该协议能降低簇头能量消耗,延长网络寿命。     

一种基于LEACH协议的节能型分簇路由算法

LEACH协议中最高级簇头与基站之间采用单跳通信方式,消耗能量较多。为了降低无线传感器网络的能量消耗,提出了一种基于LEACH协议的节能型分簇路由算法。该算法采用平面路由机制建立簇头与基站之间的通信路径,所有簇头与基站之间都采用多跳路由方式。与LEACH协议相比,该算法明显改善了网络能量消耗和网络生存时间,并使网络规模不再受到簇头通信半径的限制。     

无线传感器网络中基于能量约束的簇首多跳算法

针对无线传感器网络节点的能量有限的特点,在LEACH协议的基础上,提出了一种以剩余能量为参数限制中间节点选择的簇首多跳算法.算法在生成包括基站在内的所有簇首节点的最小生成树的同时,考虑作为中间节点转发数据的簇首的剩余能量,使簇首之间形成一个多跳的最优路径与基站进行通信,并且避免使用低能量节点.仿真结果表明,新提出的路由算法比LEACH更能减少和均衡能量消耗,从而延长了网络的生命周期.     

一种TEEN协议的节能型改进算法

在TEEN协议中,最高级簇头与基站之间采用单跳通信方式,网络能耗较大。为了降低无线传感器网络的能量消耗,提出一种TEEN协议的节能型改进算法。该算法借鉴平面路由协议Rumor的工作机制建立簇头与基站之间的通信路径,所有簇头与基站之间都采用多跳路由方式。与TEEN协议相比,该算法明显改善了网络能量消耗和网络生存时间,并使网络规模不再受到簇头通信半径的限制。     

基于非均匀分簇与路径优化的WSN路由协议

在无线传感网络中,传感节点的能量有限性,使得能量有效利用成为其"热点"问题。针对LEACH协议簇头的随机选择,导致成簇不合理或簇头节点加速死亡,簇首与基站直接通信能量消耗大的问题。提出了一种高能效路由协议UCPO。该协议根据最佳簇头个数划分区域,综合考虑簇内能量消耗和节点剩余能量选择簇头,以多跳方式完成数据的发送。仿真表明,改进协议显著减少整个网络能量消耗,延长了网络的生存周期。     

基于能量分簇的传感器网络路由机制

无线传感器路由协议采用分簇方式对网络的扩展特别有效,当簇首以多跳方式进行向汇聚点通信时,靠近汇聚点的簇首由于转发外层簇首信息造成能量消耗过快,导致网络分割.本文采用能量消耗平衡化的方法采解决此问题,它的核心是能量损耗快的簇以减小簇面积来降低本簇传感器能量消耗,从而促使网络传感器节点能量消耗的平衡性,以至网络存活时间得到最大的保障.通过试验结果验证,该路由机制有效的平衡了簇首能量的消耗,并显著的延长了网络存活时间.     

基于改进CPSO算法的无线传感器网络路由协议

为了降低节点能量消耗,延长网络生存周期,提出一种基于混沌粒子群算法（Chaotic Particle Swarm Optimization,CPSO）的无线传感器网路由协议。该协议改进了LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）协议的簇头选择机制,考虑节点剩余能量、簇头到基站（Based Station）的距离等因素,通过混沌粒子群算法对簇头选举进行优化。簇头选举后,通过多跳算法对簇头到基站的通信方式进行优化。仿真结果表明,与传统的LEACH协议比较,新协议能减少能量消耗,延长网络寿命。     

一种分布式能量高效的WSNs非均匀分簇路由协议

针对无线传感器网络(WSNs)多跳通信方式中存在的"热区"问题,提出了一种分布式的、能量高效的非均匀分簇(DEEUC)路由协议。该协议将节点的剩余能量作为簇首选择的一个重要指标,候选簇首由上轮簇首根据簇内成员节点的剩余能量指定,候选簇首能否最终成簇首也是其能量竞争的结果。在DEEUC协议中,簇首以多跳的方式与基站进行通信并选择正向单位能耗最小的邻居簇首作为路由节点以节约能耗。仿真实验表明:DEEUC能较好地提高网络能效,延长网络生存时间。     

基于LEACH协议的簇头多跳(LEACH-M)算法

为了延长网络的生存时间,需要设计能量有效的协议,适应传感器网络的特点.成簇算法是传感器网络中减少能量消耗的一种关键技术,它能够增强网络的扩展性和延长网络的生存时间.早先提出的LEACH协议是无线传感网中的低功耗自适应分层路由算法,但节点通过一跳通信将数据传送给簇头,簇头也通过一跳通信将聚合后的数据传送给基站,这样会造成簇头节点负载过重,在LEACH协议中引入簇头多跳算法,使得簇头之间形成一个多跳的最优路径通向基站,从而减少了簇头节点能量的消耗,延长了传感网的寿命.实验表明此方法行之有效.     

基于博弈论能耗均衡的WSN非均匀分簇路由协议

在无线传感器网络(WSN)的分簇路由算法中,节点间能耗不均容易引发 “能量空洞”现象,影响整个网络的性能。针对这个问题,提出了一种基于博弈论能耗均衡的非均匀分簇路由(GBUC)算法。该算法在分簇阶段,采用非均匀分簇结构,簇的半径由簇头到汇聚节点的距离和剩余能量共同决定,通过调节簇头在簇内通信的能耗和转发数据的能耗来达到能耗的均衡;在簇间通信阶段,通过建立一个以节点剩余能量和链路可靠度为效益函数的博弈模型,利用其纳什均衡的解来寻找联合能耗均衡、链路可靠性的最优传输路径,从而提高网络性能。仿真结果表明:与能量高效的非均匀分簇(EEUC)算法和非均匀分簇节能路由(UCEER)算法相比,GBUC算法在均衡节点能耗、延长网络生命周期等性能方面有显著的提高。     

一种基于模糊逻辑的簇头均匀分布算法

分簇路由协议使用分簇算法来提高网络的生命周期,簇头选择是分簇算法中一个关键环节。针对簇头选择这一过程,本文采用一种基于模糊逻辑的2轮簇头选择算法,模糊逻辑包括2个模糊描述：节点的剩余能量和节点到基站的距离。首轮基于模糊逻辑的簇头选择算法不考虑簇头之间的距离,选择结果可能出现簇头之间距离较近,分布不均匀的情况,因此,通过簇头的次轮选择,对于距离太近的簇头节点所在的簇,计算这些簇内的节点之间的链路消耗,将链路消耗最小的节点作为新簇头,使簇头分布均匀。仿真结果表明,在网络的存活节点数量和剩余能量方面,本算法优于LEACH协议和基于模糊逻辑的一轮簇头选择算法。     

一种基于非均匀分簇的无线传感器网络路由协议

在路由协议中利用分簇技术可以提高无线传感器网络的可扩展性.当簇首以多跳通信的方式将数据传输至数据汇聚点时,靠近汇聚点的簇首由于转发大量数据而负载过重,可能过早耗尽能量而失效,这将导致网络分割.该文提出一种新颖的基于非均匀分簇的无线传感器网络多跳路由协议.它的核心是一个用于组织网络拓扑的能量高效的非均匀分簇算法,其中候选簇首通过使用非均匀的竞争范围来构造大小不等的簇.靠近汇聚点的簇的规模小于远离汇聚点的簇,因此靠近汇聚点的簇首可以为簇间的数据转发预留能量.模拟实验结果表明,该路由协议有效地平衡了簇首的能量消耗,并显著地延长了网络的存活时间.     

能量高效的水声传感器网络多跳非均匀分簇算法

针对现有水声传感器网络(UW-ASN)分簇路由算法存在的能耗不均衡问题,提出了一种能量高效的多跳非均匀分簇(EEMUC)路由算法。通过节点到基站的物理距离建立网络非均匀分层模型,各层区域内的节点根据综合属性值选择簇头,靠近基站的簇的规模小于远离基站的簇。簇间采用多跳路由方式传送数据,从而均衡了簇头的能耗。实验结果表明,所提算法在簇头数目和节点的剩余能量等性能方面优于低能耗自适应分簇路由(LEACH)和能量高效的非均匀分簇(EEUC)算法,从而提高了水声传感器网络的能量效率,并延长了网络的生命周期。     

EADEEG:能量感知的无线传感器网络数据收集协议

提出了一种基于簇结构的无线传感器网络数据收集协议EADEEG(an energy-aware data gathering protocol for wireless sensor networks).EADEEG通过最小化网络通信开销以及良好的能量负载平衡方法,可以有效地延长网络寿命.与以前的相关研究相比,EADEEG采用了一种全新的簇头竞争参数,能够更好地解决节点能量异构问题.此外,EADEEG也采用了一种简单而有效的簇内节点调度算法,通过控制活动节点的密度,可以在不增加额外控制开销的条件下关闭冗余节点并保证覆盖要求,因此可以进一步延长网络寿命.模拟实验证明,在节点初始能量同构和异构两种情况下,EADEEG协议都能够满足用户对覆盖率的要求,并在网络寿命上大幅度优于LEACH(low energy adaptive clustering hierarchy),PEGASIS(power-efficient gathering in sensor information systems)和DEEG(distributed energy-efficient data gathering and aggregation protocol)协议.     

基于位置信息的双簇头路由算法

针对无线传感器网络(WSN)的高能效路由选择问题,在混合式能量均衡分簇(HEED)算法基础上提出一种基于位置信息的低能耗双簇头多跳路由算法(HEED-EELD)。假设网络中所有节点都具有位置感知能力,网络根据最佳单跳距离划分层级,节点根据自身位置确定所在层级。簇内选举产生双簇头,分担单一簇头的工作,均衡簇头能耗。在簇间多跳路由中,簇头根据位置、距离和剩余能量的代价函数选择最优路由。Matlab仿真结果表明,与低功耗自适应分簇(LEACH)算法、HEED算法相比,提出的HEED-EELD在网络寿命、能量效率、能耗均衡等性能方面具有明显的性能增益。     

传感器网络分簇时间跨度优化聚类算法

针对无线传感器网络（WSN）簇头节点能效低、网络能量负载不均衡问题,提出一种传感器网络分簇时间跨度优化（CTSO）聚类算法。该算法首先在簇头选举方式上关注了簇内成员数量和簇头间距的约束问题,尽可能地避免各个簇之间发生覆盖重叠,优化簇内节点能量;接着对簇头的选举周期进行优化,以任务执行周期大小作为一个时间跨度并分为多个轮,通过最小化簇头选举的轮数来减少用于选择簇头而花费在广播消息上的能量,提升簇头节点的能量利用率。实验仿真结果表明,对比基于多Agent的同质态数据汇聚路由方案以及自适应数据汇聚路由策略,CTSO算法的平均能量效率分别提高了62.0%和138.4%,节点寿命则分别提高了17%和9%。CTSO算法在提升无线传感器网络簇头能效及均衡节点能量上具有较好的效果。     

基于引力搜索算法的异构无线传感器网络路由分簇算法

针对异构无线传感器网络簇头节点能耗大、网络寿命较低等问题,提出一种路由分簇算法.以均衡簇头节点的能耗为目标,采用引力搜索算法对网络簇头的通信链路进行规划,从而降低簇头节点间通信的负载能耗.为同时兼顾普通节点和簇头节点的工作时间,根据普通节点与高能节点携带能量的差异和簇头节点的负载情况进行分簇.实验结果表明,所提出的路由分簇算法相对于目前优化性能较好的粒子群算法(PSO)、遗传算法(GA)和最小距离聚类法(LDC),在不同检测环境、不同的节点布撒比例下,能够更好地均衡节点能耗,从而获得更长的网络寿命.     

一种无线传感器网络中自主选择簇头的聚类算法

在无线传感网络中,传感器节点要定期向基站发送收集的数据。为了支持数据汇总,通过高效的网络组织将节点划分成若干簇。在这种类型的系统中,随着簇头的轮转,每个簇中的簇头选择方法是最具有挑战性的问题,有效的簇头选择算法可以提高网络的续航时间,并减少在WSN中的节点之间的通信开销。提出一个簇内民主方式选举算法来选择簇中的节点作为簇头,用MatLab对算法进行仿真,证明该算法的性能可以有效改善网络的性能。     

非均匀分布的无线传感器网络分簇路由算法

针对无线传感器网络(WSN)现有分簇路由协议中选举的簇头节点在监测区域内分布不均的问题,提出一种基于局部区域传感器网络节点分布数量控制簇头节点选举概率的算法HNDCRA。该算法通过对传感器网络检测区域的网格划分,计算出网格局部区域的传感器节点分布,并以此为依据确定传感器节点当选簇头的概率,来保证选举后每个网格都有簇头节点,且节点数量多的区域节点当选簇头概率较大,使得簇头随节点分布密度“均匀”,达到能耗均衡的目的。性能分析和仿真实验表明,与经典的LEACH协议相比,HNDCRA能够更好地将簇头“均匀”分布到网络区域,均衡全网能耗分布,提高能量利用率,从而延长网络生存时间。