基于剩余能量的无线传感网路由算法设计

小规模、分布集中的WSNs(Wireless Sensor Networks,无线传感器网络)适宜采用平面路由协议,但在平面路由协议中,传统的洪泛路由算法以广播的方式在整个网络中传输查询请求和查询结果数据帧,消耗了较多的传感器节点能量,导致节点过早失效.论文对传统的洪泛路由算法进行改进,提出并实现了一种节能路由算法BRE-Flooding(Based on the Remaining Energy Flooding,基于剩余能量的洪泛算法).在算法中,节点依据剩余能量决定是否接收和转发数据帧;节点维护由剩余能量、距离网络中聚合节点(Aggregation Node)的跳数等信息组成的邻居路由信息表,并依据数据帧中表示该查询请求关键程度的属性,结合邻居路由信息表动态确定向哪几个(或全部)邻居节点转发数据帧.经实验仿真,表明所提算法在节省节点能量消耗及网络负载均衡方面具有较好的表现.     

无线传感器网络多径路由算法

路由协议是无线传感器网络研究的热点,针对传感器节点能量有限的特点,为了均衡网络负载、延长网络生存期,该文提出一种基于能量－跳数权重值的多径路由算法(EHM),其核心思想是各节点维护到其邻居节点的多条路径,并根据邻居节点的跳数和剩余能量信息进行路由选择。利用OPNET仿真工具对算法进行仿真,结果表明EHM算法可以有效地均衡网络节点的能量消耗,在节点剩余能量上有50%左右的性能提升。     

水下传感网络能量均衡与时延优化深度路由协议

水下传感器节点的精准位置信息很难获取,因此基于地理位置的水下传感器网络路由协议在水下三维空间中很难广泛应用,基于深度信息的路由协议DBR(Depth-Based Routing)只需要掌握节点深度信息就可以实现有效的数据转发,克服了需要精确地理位置的约束,但是传统 DBR协议采用了洪泛传播机制,增加了水下传感器网络的冗余数据包,导致能量消耗过多且分布不均衡,从节点能量耗费均衡和数据包传输时延优化的角度,提出了基于水下传感器节点能量均衡与延时优化的DBR优化改进策略,根据传感器邻居节点的深度值以及剩余能量水平决定各个邻居节点的转发概率。仿真结果验证了改进后的深度路由协议在数据传输成功率和能耗均衡性能等方面均优于传统的DBR协议。     

基于地理信息静态分簇的无线传感器网络路由算法

通过路由算法减少节点的能耗、延长网络的寿命是无线传感器网络的研究重点之一。探讨了能量高效的分层无线传感器网络路由算法,提出一个基于地理位置信息静态分簇,根据节点剩余能量及节点在簇内的位置选择簇头的分层路由算法(GSCH),适用于静态无线传感器网络。仿真实验结果表明该路由算法有效地减少分簇成形及簇首选择的能耗,延长了整个网络的寿命。     

蚁群优化的传感器网络路由算法

研究优化无线传感器设计,由于无线传感器通信能力、节点能量有限,远程环境下无法更换能源,节点能耗引起网络生命过短.在综合考虑了传感器节点剩余能量,为了延长网络生命周期,提出一种蚁群优化的无线传感器路由算法.算法根据节点当前剩余能量进行簇头选举,然后通过蚁群算法根据传感器节点距离和能量信息进行路由选择,并不断的更新簇头间的...     

基于剩余能量预测的WSN模糊分簇算法

为了进一步降低无线传感器网络的能量消耗,延长网络寿命,提出一种基于剩余能量预测的无线传感器网络模糊分簇算法。新算法根据节点到基站的距离和邻居节点的数目,对候选节点转发数据的能耗进行预估,得到节点的预测剩余能量。然后采用模糊算法在综合考虑候选节点的原始能量和预测剩余能量的基础上计算竞争半径,选出多个簇首,构建大小不均的簇。仿真实验表明,与其他路由算法相比,该算法可以更好地优化簇的结构,均衡网络能耗,延长网络的生命周期。     

水下传感器网络系统架构与体系结构研究

针对水下传感器网络的现实需求,构建了水下传感器网络的应用场景,提出了高密度水下三维传感器网络的全新概念。结合水下传感器网络的应用,基于陆上传感器网络的体系结构,设计了水下传感器网络的体系结构,对该体系结构各层的功能进行了深入分析。提出一种基于深度信息与能量均衡的水下路由协议,该协议利用节点的深度信息就可以完成数据的有效转发,节点间通信量极少;并设计了协议的算法,提出了空洞处理对策。     

基于节点剩余能量和最大角度的无线传感器网络路由算法

针对传统无线传感器网络(WSNs)路由算法的缺点与不足,为了延长网络的生存时间,提出一种基于节点剩余能量和最大角度相融合的无线传感器网络路由算法.首先构建了无线传感器网络结构和能量模型,然后建立节点剩余能量和角度联合路由优化算法,最后采用Matlab 2012仿真工具进行仿真测试.仿真结果表明:该路由算法延长了整个网络的生存时间,具有较好的容错性和鲁棒性.     

煤矿无线多媒体传感器网络能量均衡路由方法

针对煤矿井下多媒体信息采集需求及巷道带状空间与传感器网络中节点能量受限的特点,构建了煤矿无线多媒体传感器网络(WMSN)系统模型,提出了一种由基于位置与剩余能量的虚拟网格中层次分簇(PREHCVG)算法及基于能量与距离的蚁群路由(EDACR)算法构成的煤矿WMSN能量均衡路由方法。该方法中,PREHCVG算法根据网络中节点的通信半径对节点进行虚拟网格划分来实现分簇管理,并结合节点的剩余能量及所处位置信息选取簇头节点;EDACR算法根据节点的剩余能量及节点间距离信息,从簇头节点及备选簇头节点中选出路由节点。仿真结果表明,与经典LEACH算法相比,煤矿WMSN能量均衡路由方法能够有效均衡WMSN中节点的能量消耗,减少WMSN中能量耗尽的节点数,延长WMSN生命周期。     

基于节点双向选择的水声传感网络自适应能量优化分配

针对水下传感器网络节点能量负载不均衡以及水下节点路径传输损耗过大等问题,为了平衡网络的节点能量分配,提高网络能量的利用效率,提出了一种基于节点双向选择的水声网络自适应能量优化分配算法。基于节点的剩余能量情况提出下一跳候选节点的双向选择方法,防止剩余能量过低的节点在传送数据时由于传输损耗过大而中止,充分考虑节点剩余能量和传输损耗之间的权衡,提出了最优转发节点的竞争公式,再通过比较候选节点的竞争值来选举最佳的下一跳节点。实验仿真表明,自适应能量优化分配算法能够有效地提高水下传感器网络的能量利用效率,并通过与对比算法组的比较证明了算法在能量优化上的有效性。     

基于动态规划的无线传感器网络的路由算法

路由问题是无线传感器网络中的核心问题之一,其数据传送的多跳特点使得非常适合用动态规划的原理来设计传感器网络的路由算法.基于动态规划,通过节点跳数生成算法为传感器网络中的每个节点赋一个表示到Sink点跳数的节点跳数值,并分析了传感器网络的拓扑结构特点,然后给出了无线传感器网络中寻找从源到汇满足不同设计目标的最小跳数(MinH)、最小跳数最大剩余能量(MinHMaxRE)和最小跳数最小费用(MinHMinC)3种路由算法.探讨了最小跳数最小费用路由与最小费用路由之间的关系,并给出了判断最小跳数最小费用路径就是最小费用路径的一个充要条件.算法的能量消耗分析表明,所给路由算法能实现大幅度的能量节省.     

一种基于Agent自信度的簇间多跳路由协议?

为了均衡无线传感器网络中的能量消耗问题,延长网络的生存时间,提出了一种基于Agent自信度的无线传感器网络多跳路由协议。该协议引入节点剩余能量、初始能量和节点的自信度来调节传感器节点随机数的大小。簇间通信时,综合考虑簇头节点的剩余能量,簇头节点距离Sink节点的距离,簇头节点的自信度3个因素,簇头节点和Sink节点之间使用单跳和多跳相结合的传输方式。每次重选簇头前都动态的修改节点的自信度。通过实验表明,相较于LEACH协议和ASCH协议,提出的协议能够很好的延长网络的寿命。     

无线传感器网络能量感知增强树型路由协议研究

现有的无线传感器网络路由协议普遍采用设定固定最小能量阈值的方法来避免低剩余能量的节点被选为数据转发节点,以防止因节点过早死亡而导致的网络结构破坏。然而这种方法缺乏应用灵活性。在本研究提出的能量感知增强树型路由协议中,设定了随着网络整体能量下降而动态变化的节点剩余能量阈值,以使得网络中所有节点的能量均衡下降,且采用了同质化加权求和的方法将邻居节点节省的路由跳数和剩余能量同时考虑进路由决策过程。最后,实验结果显示该协议可进一步提高网络稳定性。     

基于改进蚁群优化的无线传感器网络路由算法

针对无线传感器网络节点能量、通信能力有限等特点,提出了一种改进蚁群优化的路由算法,算法对下一节点的选择充分考虑了通信距离和剩余能量等因素,将蚂蚁搜索行为集中到最优解附近,为避免早熟收敛行为的发生,将信息素轨迹的值域范围进行限制,通过对信息素轨迹的平滑化,快速逼近无线传感器网络最优路径;仿真结果证明,该算法有效地减少了网络能量消耗、节点死亡数量和链路长度,延长了网络生命期。     

基于合作贡献的移动社会网络自私路由协议

移动社会网络的路由工作中存在一个不合理的假设,即所有节点是无私合作的,愿意为其他节点转发数据。然而,MSN网络节点通常表现出自私性,因为在现实世界中,节点通常被人们所支配,而社会中的人们可能由于节点资源的匮乏不愿意节点参与转发。这种节点的自私行为无疑极大地降低了网络的性能。为了解决移动社会网络的自私路由问题,提出了一种基于用户合作和贡献的自私路由协议C2SR。C2SR根据候选中继节点与目标节点之间的合作度及该节点对网络的贡献度来决定下一跳节点。其中节点合作度由节点社会合作度和个体合作度决定,贡献度则包括节点之间的相互贡献以及对整个网络的社会贡献。与目标节点具有较高合作度并且贡献度较小的候选节点更适合作为下一跳中继节点。仿真结果表明,C2SR协议比SSAR和ANT等协议具有更好的性能。     

动态无线传感网中低延迟高可靠的数据查询机制

查询处理作为大规模无线传感器网络中智能服务的一个重要操作,可以根据用户需求对网络中的感知数据进行检索和回传.然而,部署在恶劣环境中的无线传感网络,节点容易遭受外力破坏,或者自身资源(能量、存储等)有限,可能会导致节点发生位移和故障,从而造成网络拓扑不断改变以及部分节点的感知数据失效.同时,由于节点感知数据容量大、传输带宽有限以及网络链路不可靠等情况,可能会造成网络通信时延大大增加.这些因素使得快速、可靠的数据查询处理成为无线传感网中一个难题.为了解决这个难题,提出一种动态网络中低延迟高可靠的数据查询机制.该机制是一种非聚合随机查询方式,通过将传感节点划分为源节点和查询节点来实现数据查询.首先,根据监测事件将网络划分为若干个子区域,每个子区域中的源节点相互协作,并按照时间顺序依次轮流监听该区域的事件信息;接着,源节点根据预估的平均节点故障概率,计算出一个合理的备份数量,并将源数据按照该数量存储到邻居节点中,以降低源数据的失效概率;然后,为了加快数据查询速度,源节点定期对源数据块进行编码压缩,并选取剩余能量和存储空间较小的多个邻居节点作为下一跳接收节点.这些接收节点基于局部区域中节点个数大小,决定是否接收存储该报文.重复上述过程,直至压缩数据均匀地分布在网络中.另一方面,查询节点接收到查询请求时,也使用负载均衡多路分发方式将查询请求传输到部分节点上.为了避免目标数据的冗余回传,当查询请求成功查询到目标数据时,目标节点先修改访问位,再选取与查询节点距离最近的邻居节点作为下一跳接收节点,迭代执行上述操作,直到用户获得所需要的事件信息.在以上过程中,为了节省节点能量,在保证高成功查询率的条件下,建立通信能耗最小化的优化模型,计算出最优的压缩数据副本数和查询消息副本数,之后,源节点和查询节点分别按照该数量进行副本数据分发.最后,理论分析和实验结果表明,与其它四种查询算法相比,提出的查询机制具有更高的查询成功率、更低的通信能耗和通信时延.     

一种可控簇规模的能耗均衡路由协议的设计

无线传感器网络路由研究的主要难点在于节点负载不均衡,容易导致某些节点能量提前耗尽,从而使得传感器网络过早死亡.针对这一难点,本文提出了一种可控簇规模的能量均衡路由协议(CCERP).该协议综合考虑节点的剩余能量、节点与邻居节点的链路质量、节点的度选择簇首节点,然后根据节点距离Sink节点的最短跳数控制簇首竞争半径,从而控制簇规模,接着利用虚拟力模型进行普通节点成簇,最后簇首通过多跳路由将采集的数据发送至Sink节点.该协议在簇首选举、簇规模控制和簇首间路由都充分考虑了负载均衡,实验结果验证了该协议具有较好的能耗均衡性.     

能量均衡的无线传感器网络短路径路由算法

如何均衡地使用无线传感器网络节点的能量并产生较小的网络延迟是无线传感器网络研究的一个难点. 本文提出了一种能量均衡的无线传感器网络短路径路由算法EB-SPR (Energy-balanced short path routing). 首先将网络构造成层次结构, 节点根据上一层邻节点能量水平并优先使用剩余能量多的节点作为下一跳来转发数据包, 这种方式有效地平衡了网络能耗, 进而提高了网络生命周期. 另外, EB-SPR通过在路由中限制数据包在同一层被转发的次数来降低数据到达基站的跳数. 本文证明了EB-SPR下源数据包到达基站所经历的跳数最多为最短路径路由算法的2倍, 所以本文算法产生的网络延迟具有明确的上界. 模拟实验表明EB-SPR有效地延长了网络生命周期并能产生较小的网络延迟.     

基于三维空间与区域协同进化的无线传感网多路径路由协议

针对三维空间中无线传感器网络(WSN)的节点能量消耗不均衡问题,提出了一种基于三维空间与区域协同进化的无线传感器网络多路径路由协议(MRPTSRC)。该协议采用提出的区域划分模型将节点的一跳邻域空间划分为若干个子空间;根据区域协同进化算法(RCA)选择每个子空间的局部最优节点并决定最优下一跳节点;对前向区域节点采用加权策略以跳出局部最优并提高向Sink节点的收敛速度。在NS-2平台下进行了仿真,与度数受限的路由(DECOR)和前向感知因子的能量均衡路由协议(FAF-EBRP)相比,MRPTSRC的首个节点死亡时间相对于总时间分别提高了6%和3%;与FAF-EBRP相比,MRPTSRC的节点死亡率降低了38%,延迟时间降低了30%,节点剩余能量标准差也降低了16.7%;与DECOR相比,MRPTSRC的网络生存时间延长了30%。仿真结果表明,MRPTSRC能够有效地提高网络的性能。