协作多跳水声网络能量最小路径研究

研究在给定接收信噪比条件下协作多跳水声网络能量最小路径问题.考虑一个二维协作多跳网络模型,源节点和目的节点通过任意分布的中继节点及其附近的协作节点进行数据通信.建立了该网络的能量模型,并通过最优频率-距离关系的近似表达简化能量模型;在此基础上分析了可变发送功率模式下的能量最小路径,对节点间距和协作节点数量进行联合优化,从理论上证明了当各中继节点选取相同数量的协作节点,且中继节点按直线等距路径分布时网络总能耗最小,并给出了直线等距网络最优节点间距和最优协作节点数量的求解方法.仿真结果验证了该理论的正确性.     

移动自组织网络的能量有效广播算法

为解决由最小连通支配集（MCDS）构成的虚拟骨干广播子网中个别节点因频繁转发而迅速耗尽能量的问题,针对移动自组织网络中数据传输的能耗模型和设备一次性供电的特点,通过建模对节点的广播中继效率进行评估,该模型以节点剩余能量和覆盖度为依据,参考不同节点的传输能耗,并以最近能耗强度对节点可用寿命进行预测.提出了基于多点中继的能量有效广播算法(EE-MPR).该算法通过优先选择广播中继效率较高的节点动态构建广播树,减少每次广播的能耗及中继节点数量,均衡设备的剩余能量,从而延长网络可用时间,较好地兼顾了最长网络寿命和最小广播耗能两项指标.性能分析及仿真结果均表明了算法的有效性.     

综合上下行链路的无线能量收集协作网络资源分配

为了提高和平衡时分双工系统上下行链路之间的能效，在无线能量收集(EH)协作网络中开展节能资源分配算法研究.建立考虑无线能量收集、频谱共享、系统功率受限的协作网络模型；基于所建模型，形成综合上下行链路、功率约束、带宽约束和上下行速率匹配的优化问题，分别优化系统的绿色能效和传统能效.对优化问题进行数学分析，得到资源分配的最优解，即源节点、中继节点和目的节点的最优发射功率，上下行链路最优的带宽分配，能量收集节点最优的功率分割以及最优的系统能效；归纳得到分别基于系统绿色能效最大化和基于系统能效最大化的资源分配算法.对所建模型与所得资源分配算法开展蒙特卡洛仿真分析，将所得算法与文献算法进行对比.仿真结果表明，通过综合优化系统上下行链路的资源分配，所得算法有效提升了绿色能效和传统能效.     

无线视频传感器网络的能量优化

为了解决无线传感器网络节点计算能力和节点能量问题,以非能量约束下的视频传输为基础,研究视频传输的码率 失真模型,获取编码性能与失真的定量关系.在编码过程中,分析了与能量消耗有关的因素与模块,建立无线传感器单节点“能量 码率 失真”的优化模型,使无线传感器网络在一定失真允许范围内,单节点能量消耗最优.通过实验数据分析表明,所建立的优化模型在一定失真允许的情况下,可以得到最优的模块间能量分配方案.     

无线传感器网络能量均衡路由算法

针对无线传感器网络中节点能量利用不均衡的特点,对其拓扑结构进行分析,建立了路由模型,结合普通遗传算法的基本原理,提出一种基于多目标遗传算法的无线传感器网络路由优化方法.在选择通信链路过程中,综合考虑传输路径的能耗和路径中节点的剩余能量等因素,采用多目标遗传算法求解一条能耗低且剩余能量较充足的路径作为数据传输路径,实现网络中节点能量的均衡化.仿真结果表明,该优化机制有效延长了网络的生命周期,改善了网络的性能.     

基于无速率编码的认知无线电系统能量分配算法

针对目前广泛应用的认知无线电技术,研究最大化认知系统能量利用率的问题.全局计入信道特性和系统本身特性对能量利用率的影响,利用无速率编码对网络动态环境的自适应能力以对抗主用户不可预知的出现,研究基于无速率编码的多信道认知无线电系统的能量分配算法.通过引入周期频谱感知模型,提出的能量分配算法根据信道和系统特性分配从用户的感知能量和传输能量,利用系统门限约束干扰概率以保护主用户通信.仿真结果表明,对应不同的信道或系统特性,提出的算法均能够显著降低能耗,提高能量利用率.     

无线传感器网络能量空洞问题缓解策略分析

针对无线传感器网络中的能量空洞问题,建立了包含节点感知能耗、处理能耗、接收能耗、发送能耗的能量空洞问题分析模型,提出能量消耗速率的概念,并且给出了避免能量空洞问题的条件.利用该分析模型从理论上分析了节点密度、数据采集率、数据融合以及路由方式等策略对缓解能量空洞问题的有效性.最后,通过仿真实验数据与理论分析的对比验证了该模型对能量空洞问题分析的正确性,并且给出了缓解能量空洞问题的最佳策略.     

基于自适应蚁群算法的无线传感器网络能量优化

当能量受限时如何降低节点功耗,是无线传感器网络需要解决的首要问题.为解决这一问题,提出了一种基于自适应蚁群算法的无线传感器网络能量优化方法,该方法鲁棒性强、易于并行计算.在对无线传感器的能量优化中,采取了动态概率选择、优化信息素矩阵和遗传变异相结合的过程.通过蚂蚁在不同数量下,传感器节点的最优路径寻找研究对比表明,自适应蚁群算法的总能耗较低,网络节点的生存能力较强,同时,传递数据的总延时较短.     

海量网络数据传输能耗优化方法

针对传统方法对海量网络数据传输能耗进行优化时存在传输能耗估计不准确、不适合大范围使用的缺陷,提出一种新的海量网络数据传输能耗控制优化方法.通过建立网络数据传输模型,对网络数据节点能耗进行计算.选取合适节点对网络数据进行参数设计,利用分段曲线压缩算法对采集的数据进行压缩传输,结合剩余能量实现海量网络数据传输能耗的优化.结果表明,在不同数据传输距离和数据量条件下,与传统方法相比采用改进算法可以很大程度降低海量数据的传输能耗,改进算法具有的能耗优化效果具有一定的实用性.     

矿井WSN自适应能量有效及能耗均衡的数据收集方法

针对目前井下传感器网络不能同时兼顾节点能量效率和能耗均衡性的问题,在混合通信方式基础上提出一种矿井无线传感器网络（WSN）自适应能量有效及能耗均衡的数据收集方法（AEBADA）.首先通过比较分析确定了检测区域内环形宽度和节点最小通信半径,而在选择转发节点时不仅考虑节点距离和剩余能量,还包括链接的可靠性以及候选节点的邻居节点数目.仿真结果表明,相比同类混合通信方式和其他典型数据收集方法,AEBADA在节点效率和能耗均衡性以及路由可靠性方面优势明显,不受节点密度和分布状况影响,适用于井下通信环境.     

三相流环状集输管网能量利用优化研究

三相流环状集输管网能量利用优化研究是通过环状集输管网的物理模型、管内油气水三相流之间的温降模型,建立了以最小能耗为目标函数的数学模型,分析出了掺水量、温度、压力与总能量消耗之间的变化关系,找到了影响总能耗的主要因素、次要因素及最小因素分别为掺水温度、掺水流量、压力,并得到管道总能耗的最优方案。在生产实际过程中尽量降低掺水温度以使总能量消耗最少。     

能量有效的无线传感器网络无标度拓扑模型

针对无线传感器网络节点能量有限且易失效的问题,利用复杂网络理论提出了一种能量有效的无线传感器网络无标度拓扑模型. 该模型通过节点的剩余能量约束节点的发射半径,在拓扑演化过程中充分考虑节点剩余能量和节点度等因素,并引入能量调节参数和节点度调节参数,得出了一种幂率指数可以在[3,+∞)调节的无标度拓扑结构. 动态分析和仿真实验结果表明,该模型具有无标度网络的幂率特性,且具有较好的容错性和能耗均衡的特点.     

无线传感器网络能量优化策略综述

无线传感器网络有机融合计算机网络、通信网络和物理感知网络,实现物理世界与信息世界的信息交互和动态控制,被认为是引领经济发展和社会进步的创新型技术.在无线传感器网络中,传感器节点由能量有限的电池供电,而大部分节点部署在复杂的环境中,更换电池或者给电池充电是不现实的.为了合理有效利用有限的能量以延长无线传感器网络的生命周期,实现能量的高效利用是无线传感器网络应用的主要目标.从无线传感器网络的单个节点和整个网络两个方面论述了目前国内外有关能量优化策略研究,并分析了目前国内外具有代表性的降低能耗的协议及算法.     

协同无线网络中基于能量价格的信道与功率分配联合优化

针对协同无线网络中多终端协作通信的信道分配和功率优化问题,在源节点和目的节点之间实现了基于多种传输方式(直接传输、复用传输和中继传输)的并行数据传输,并通过将终端节点建模为能量卖家,提出了基于能量价格的信道分配与功率控制联合的优化方案. 仿真结果表明,并行传输方式下采用新方案所消耗的系统能耗成本和所获得的网络生存时间明显优于单一传输方式. 此外,通过引入能量价格激励机制,证明了在相同并行传输方式下最优速率分配比平均速率分配在系统性能上有显著改善.     

传感网中以能量为中心的部分网络编码方案

提出了一种以能量为中心、基于事件驱动,适用于传感网的部分网络编码方案,满足部分节点参与网络编码情况下的高效率、低功耗信息传输.该方案根据传感网中节点的异构性和事件驱动方式的不同,将编码节点分成业务编码节点和能力编码节点,增加了网络编码的鲁棒性,提高了网络编码的效率.仿真结果表明,该方案在能耗、网络吞吐量以及传输延迟方面较传统网络编码方案更优越.     

一种面向边缘计算节点能量优化的QoS约束路由算法

在满足节点间端到端时延、可靠性服务要求的基础上,为了解决现有多路径路由协议能耗较高的问题,提出一种面向边缘计算节点能量优化的多服务质量（QoS）约束路由算法（MQEN）.考虑端到端延迟、可靠性、能量消耗的QoS约束条件,采用边缘计算、机器学习相关技术,构建多约束最优路径传感器网络模型,引入能量感知节点唤醒策略、学习自动机奖惩机制.该算法结合边缘计算,预处理节点的原始数据,加快有效数据的传输、处理.采用自动机与环境交互的方式加快算法收敛.使用控制节点休眠激活状态的方法优化网络能量消耗,延长网络生命周期.实验结果证明,MQEN算法可降低网络能量消耗,并且能满足多QoS约束对端到端延迟、可靠性服务的要求.     

基于时间序列的蜂窝网络能量优化方法

针对移动终端在蜂窝网络中的能耗过高问题,提出了一种基于时间序列的能量优化算法--平衡优化算法（BOA）.该算法对移动终端在蜂窝网络中传输的数据块建立自回归滑动平均模型,通过预测下一个数据块的到达时间来动态调整尾巴时间,达到降低能耗的目的.实验结果及分析表明,BOA能达到93.86%的模型匹配率;相比于原标准下的Fixed-tail算法,能达到42.25%的能量优化效果,且用户使用移动终端时间越长,能量优化效果越好.     

基于自适应剩余能量阈值的WSN蚁群路由算法

针对无线传感器网络中节点能量分布不均衡和路由算法陷入局部最优解等问题,提出一种基于自适应剩余能量阈值的WSN蚁群路由算法(ATRE-ARA),引入搜索角修正信息素启发函数,对搜索路径进行限制,降低节点能量开销;将节点剩余能量阈值自适应化,改进信息素增量公式,设置信息素浓度上限与下限,优化信息素更新策略,提高信息素增量的准确性,在平衡网络中节点剩余能量的同时提高全局寻优能力。仿真实验表明,ATRE-ARA算法在2种环境下节点平均能耗与ARA算法相比降低了15.12%和11.68%,最优路径长度与EEABR算法相比分别缩短了1.47%和1.59%,证明该算法可有效平衡全局网络能耗,提升算法搜索全局最优的能力,延长网络生命周期。     

认知反向散射网络通信容量公平的资源优化

为保证认知反向散射通信网络中物联网节点通信容量的公平性,提出一种基于最大最小准则的资源分配方案. 在考虑物联网节点动态电路能耗模型与非线性能量收集模型的基础上,通过联合优化发射功率、反射及时间分配系数构建一个最大最小物联网节点通信容量的非凸多维资源分配问题. 首先,采用反证法、连续凸近似及辅助变量等方法将原问题转换为凸优化问题;然后提出一种迭代算法来求解转换问题. 仿真结果表明,所提的资源分配方案在提升物联网节点通信容量的同时保障了节点通信的公平性.     

能量高效均衡的动态分簇路由设计

针对无线传感器网络中存在的能量空洞现象,基于能量高效均衡的思想提出了一种新的动态路由非均匀分簇算法,在均匀间隔圆环的网络模型中,通过分析单跳和多跳的能耗划分网络,并计算网络全局能耗得出最优簇首个数,从而构建非均匀分簇网络,以解决能量空洞现象.在数据传输阶段,簇首节点综合考虑能耗和剩余能量,依概率选择下一跳节点.仿真实验结果表明,该算法有效地延长了网络的生存周期.