无线传输中降低系统功耗的方法研究

本文介绍现有的节能无线路由协议计算方法,指出其实际存在的技术问题,对无线数据传输的能量消耗问题进行了分析,同时研究高效节能的内部传输控制方法,针对大规模无线传感器网络提出了防止产生广播风暴的基于分簇的能量控制路由算法,在降低能耗的同时也延长了系统的使用寿命。     

适用于低数据聚合率网络的能耗均衡路由算法

有效的分簇算法是实现无线传感网络能耗均衡,延长网络生存周期的关键。针对概率分簇算法随机选择簇首(CH)引起的低残余能量节点被选为簇首及迭代次数高的问题,提出一种新的半集中式分簇方法,候选簇首由前簇首推荐并通过候选簇首间竞争决定最终簇首;针对重负荷网络中的能量热区问题,引入非均匀分簇和单跳、多跳混合传输机制,提出一种适用于低数据聚合率网络的半集中式非均匀分簇(SCUC)的能耗均衡路由算法。仿真实验结果表明,SCUC算法第一个节点死亡时间较HEED算法延长111.24%,较EEUC延长74.62%。所提算法有效均衡网络能耗,延长生存周期。     

一种分布式路由表簇内广播传感器网络路由算法

通过分析现有无线传感器网络路由算法,结合大规模无线传感器网络的特点,提出了一种基于簇的分布式路由表簇内广播路由算法。详细介绍了簇间路由发现过程中簇内各节点间RREQ、RREP分组交互过程以及簇间路由算法,估计了簇间路由成本、路由表规模以及分组路由转发延迟。通过试验仿真验证,在增大网络规模的情况下,其路由表建立速度和路由规模上限均较传统算法具有明显的优势。     

高效节能的无线传感器网络数据收集协议

无线传感器网络中的节点具有有限的能量,为了延长网络寿命,提出了一种分布式的高效节能的无线传感器网络数据收集协议DEEC-MR.协议中节点根据自身剩余能量竞争簇头,每个簇头节点根据相邻簇头节点与基站的距离、剩余能量等信息寻找父簇头节点,构造一颗以基站为根的近优最小汇集树.簇头将采集到的数据聚合后沿汇集树以多跳的方式传输至基站.仿真实验证明该协议能有效降低网络能耗,与其他两种数据收集协议(LEACH,PEGASIS)相比,DEEC-MR将网络寿命分别提高1600％和200％,同时使能耗均匀分布在每个节点上,避免部分节点过早死亡,具备很高的可靠性.     

传感器网络中一种能量有效的自适应成簇算法

为了延长网络的生存时间,需要设计能量有效的协议,以适应传感器网络的特点.本文在LEACH的基础上,提出了一种适合无线传感器网络的能量有效的成簇算法DEEAC.在DEEAC中,每一个节点均基于最优簇首概率popt自主地确定自己是否为临时簇首.该临时簇首通过收集到的簇内信息,根据簇内通信总能耗最小化原则,选择一个使得簇内通信代价尽可能小且在最近(r mod (1/popt))轮中没有成为簇首的簇内节点作为该轮的最终簇首.模拟实验表明,DEEAC与LEACH相比具有更好的性能,优化后的簇首选择策略可以在不同场景下有效延长网络的生存时间.     

基于LEACH的无线传感器网络簇首选取改进算法

针对无线传感器网络(WSNs)LEACH路由协议中簇首选取不合理和能耗过高等问题,提出了一种基于LEACH的簇首选取改进算法LEACH-M。通过利用ZigBee协议中的分布式地址分配策略,首先计算出各节点的网络地址,然后结合其剩余电能来优化簇首选取阈值。此外,通过在LEACH-M中加入簇首竞争轮换机制,一方面均衡了WSNs的能耗负载,另一方面避免了簇首提前死亡而导致的路由瘫痪。NS-2.35仿真实验表明,在100 m×100 m的小面积监测和300 m×300 m的大面积监测中,所提出的算法最多能够延长33%的网络寿命,降低46%的网络能耗,增加68%的基站数据接收量。     

图论在无线传感网络路由协议中的应用研究

为降低无线传感网络节点能耗,延长网络生存时间,将图论最优选址问题用于分簇路由协议设计。依据节点剩余能量,结合图论的中心论算法进行簇头选举,以降低和平衡簇内能耗。依据下一跳簇头的能量消耗情况,使用Dijkstra算法设计最佳路由,确定最佳跳数,以降低数据传输的通信能耗,均衡全网能量。将此算法用于机场助航单灯监控系统,并与AL-CAME和ECOMP协议进行对比,仿真结果表明,此算法网络开销最小,节点剩余能量值远大于其他两种算法,网络能耗分布更为均衡,有效延长了网络的生命周期。     

基于能量的非完全分簇路由算法

针对LEACH算法中节点能量消耗过快而容易死亡、簇头选举机制不合理及稳定周期短等问题,为提高网络稳定性,有效利用节点能量,提出了一种非完全分簇路由算法。该算法考虑节点剩余能量来选举簇头,利用基站能量充足的优势,建立非完全分簇,采用平面路由和分簇路由相结合的方式来实现数据传输,以均衡网络负载。仿真结果表明,该算法对比LEACH,网络稳定周期延长了29.48%,稳定周期占网络生命周期比例提高至72.53%,网络性能更优。     

基于改进正余弦优化算法的UWSN节能路由

针对水下无线传感器网络节点更换困难、能量有限的特点，提出了一种基于改进正余弦算法的节能路由。在簇的形成过程中，利用改进的正弦余弦优化算法来选举簇头，综合能量、节点密度、通信距离三方面因素并讨论相应权重，为簇头选择设计了更加合理的适应度函数。簇内单跳传输，簇间传输时则采用多跳传输，通过限制深度、能量及转发区域选择合适的下一跳，将采集的信息传递给水面。经网络仿真验证，在相同条件下，该算法较传统LEACH算法和KACO、DUCISCA算法，将正常工作时间延长了6910%、 2478%、 1494%，能够有效均衡网络能耗，延长网络寿命，提高数据传输率。     

面向智能电网的无线传感器网络目标探测算法

文中提出一种结合压缩感知(CS)路由算法进行目标源定位的方法。该路由算法通过对网络节点进行分簇,将簇内节点的信息集中在簇头上。然后对无线传感器网络进行拓扑优化,并采用多跳路由策略完成簇头节点与汇聚节点间的通信。最后利用次梯度投影算法,从来自簇头的少量数据中恢复汇聚节点信号源,用于目标源信号的定位。采用一种自适应处理机制优化压缩感知算法的信号重构性能。仿真结果表明,算法能准确探测目标,减少计算量,并具有良好的重构性能。     

基于SEP协议改进的最优稳定选举算法

针对二级初始能量异构的无线传感器网络运行过程中出现的节点能耗不均衡和网络稳定生命周期较短问题,基于SEP协议,考虑节点和簇头能量因素,以及结合节点和簇头的数据传输距离因素,提出一种改进的稳定选举路由算法(ESEP),分析了算法本身在不同高级节点占比和不同总结点数量下的性能,并与低功耗自适应集簇分层-确定性簇头选取(LEACH-DCHS)算法和SEP算法进行性能对比。结果表明,随着高级节点占比的增加,普通节点被选举为簇头的平均数量逐渐增加,传感器网络节点的平均能量也逐渐增大;随着网络空间的增大和节点总数的增加,普通节点成为簇头的概率也随之增加,节点平均能量也逐渐增大。与LEACH-DCHS算法和SEP算法相比,E-SEP算法具有更低更均衡的节点能耗,能有效地延长传感器网络的生命周期。     

A distributed routing algorithm for data aggregation in wireless sensor networks

Considering the impact of aggregation cost on the performance of aggregation routes in wireless sensor networks, an aggregation-decision-based distributed routing algorithm for data aggregation is proposed. When source nodes arrive or leave, the algorithm can calculate the aggregation benefit according to data correlation, aggregation cost and transmission cost. Then the algorithm will adaptively make aggregation and routing decisions based on aggregation benefit. Therefore, it can jointly optimize the aggregation and transmission costs and reduce the energy consumption for data gathering. This distributed algorithm makes all the decisions only relying on the local information. Hence, the routing maintenance cost is limited. Simulation results show that the energy consumption difference between this distributed online algorithm and the previous offline one is within 17% under any network conditions. __________ Translated from Journal of Beijing University of Posts and Telecommunications, 2007, 30(1): 9–13 [译自: 北京邮电大学学报]     

Exploiting Context-Awareness in Cluster-Based Wireless Sensor Networks

Most of the wireless sensor network's (WSN's) applications require getting accurate information as well as uninterrupted, prolonged service life. Among the constituting elements of WSN, an efficient routing protocol plays a significant role in attaining such service requirements. In this article, an energy efficient routing protocol, context-aware clustering hierarchy (CACH), is proposed where cluster formation is based on the context of the environment. Moreover, a technique is utilized to avoid similar data traffic across the network. The performance in the simulation shows energy saving which ensures prolonged service life. Copyright © 2009 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

无线传感器网络能量改进路由算法研究

基于能量多路径路由协议和LEACH路由协议的大多数成簇算法是概率选择,在一定程度上会加速局域内节点能量过早消耗完,影响网络的性能。结合能量感知多路径和LEACH路由算法,提出一种能量高效的改进路由算法,从节点能量消耗角度出发,根据节点与汇聚节点之间的距离、网络中所有存活的节点到汇聚节点的平均距离以及该节点当前剩余能量值来确定簇头选择的能量阈值,并依据该值进行路由选择。仿真实验结果表明,该算法能够提高网络整体性能,有效延长网络节点的生命周期。     

一种基于地址划分的无线传感网络高能效协议

针对工业应用的无线传感器网络中传感器节点相对固定、且传输的数据量一般不同的情况,为平衡各节点的能耗,延长网络生存周期,提出了一种基于地址划分的高能效协议。该协议采用了分簇结构,并且极大地简化了簇建立的过程,消除了簇头建立过程产生的网络延时。同时,该协议合理地分配了不同传感器节点的工作量,延长了网络生存周期。     

基于蓝牙4.0的GPU集群功耗测量系统设计

为了给GPU集群低功耗优化研究提供依据,在蓝牙4.0技术的基础上,设计了一种无线GPU集群功耗测量系统。给出系统的总体架构和硬件设计方案,详细介绍了电流传感器ACS711的测量原理,并针对蓝牙无线传感器网络中节点对耗电量的高要求,提出了一种基于RSSI的动态节能机制;然后对系统的性能参数进行了实验分析,其丢包率和测量误差分别为0.01%和0.65%;最终将系统部署到"大规模3G视频分析GPU集群"上进行实际测试研究。实验结果表明,系统性能稳定,丢包率低,测量误差小,能准确测量GPU集群的实时功耗。     

自适应人工免疫网络算法的无线传感网络拓扑结构优化

无线传感器网络(MWSN)具有动态拓扑的特性,因而节点移动、能量消耗等影响因素会导致传感器网络的寿命。在现有层次型拓扑控制算法的基础上,借鉴adhoc网络层次拓扑生成算法WCA的设计原理,提出一种应用于无线传感器网络的新型层次型拓扑结构优化算法。该算法综合考虑节点的能量和位置状况,为每个节点定义不同的权值,从中选出性能优越的节点担任簇首,同时通过设置节点度参数来确保最优的拓扑结构。同时依托自适应人工免疫网络算法,用于实现MWSNs的目标。仿真结果表明,改进的人工免疫网络算法(KC-AAINA)有助于找到良好的聚类配置和簇头数量,限制了节点能耗,改善了MWSN的网络寿命、能量消耗和分组传输,从而提高网络生命周期。     

An energy‐efficient cooperative MIMO transmission with data compression in wireless sensor networks

In this letter, a novel metric for energy‐efficient cooperative transmission with data compression in wireless sensor networks (WSNs) is proposed. Under the guidance of the new metric, energy consumption is optimized by considering the correlation between data generated by the sensor nodes. The distance between sensor nodes inside the cluster affecting the data correlation as a key factor is analyzed, and the corresponding optimal value is used to reduce the energy consumption. © 2015 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.