一种基于无线传感器网络数据链路层的能量模型

提出一种无线传感器网络数据链路层能量模型,综合考虑网络层、物理层及传输信道的影响,分析模型主要参数,提出能耗优化的方法.用NS2仿真结果证明了该模型的有效性,并在仿真的基础上推导出能耗经验计算公式.     

无线多媒体传感器网络能量敏感多路径路由

针对节点能量分布不均匀的无线多媒体传感器网络中大数据量传输问题,提出一种无线多媒体传感器网络能量敏感多路径路由算法EACM.该算法通过平衡路由节点间剩余能量差异,调节多路径聚集程度来均衡网络能耗减少数据包在路径上的延迟.仿真结果表明EACM算法能有效地延长网络生存期,减少数据包在路径上的时延.     

无线传感器网络中基于能量密度的路由算法

在无线传感器网络中,由于传感器节点分布密度不均衡,造成网络中不同区域的能量资源分布差别很大,使得此能耗分布成为影响网络寿命的主要因素.从能量密度的角度出发,提出基于能量密度和能耗调节的路由算法,选择能量密度高的节点承担更多的通信任务,同时,用调节传输能耗的方法节约能量密度低的节点能耗.模拟结果显示:该算法能改善能耗分布,提高网络寿命和能量利用率.     

基于能耗量化传导的WSN路由探测算法

为了降低无线传感器网络(WSN)路由节点的能量损耗,提高网络的寿命周期,需要进行路由节点的优化分布设计。传统方法采用CSMA/CA有限竞争的信道分配模型进行WSN的路由探测算法设计,实现能量均衡,在节点规模较大和干扰较强时,节能的能耗开销较大。提出一种基于能耗量化传导的WSN路由探测算法,首先建立WSN的分簇能耗调度模型,以能量控制开销、丢包率、传输时延等为约束参量指标进行路由探测的控制目标函数的构建,然后采用路由冲突协调机制进行能耗量化分配,结合WSN传输信道的能量传导均衡模型实现WSN路由的优化探测和WSN节点的优化部署。仿真结果表明,采用该方法进行WSN路由探测设计时网络的能效较高,传输时延和误码率等参量指标的表现优于传统方法。     

基于适应度的簇划分算法研究

延长网络生存期、减少网络能量消耗是传感器网络一项重要性能指标,分簇方案是实现该目标的主要方法之一.通过分析影响簇状网能耗的主要能耗参数,引入节点适应度模型,并该模型运用到簇划分算法中,优化网络能量效率.算法是分布式簇划分算法,在簇划分过程中,通过比较节点局部区域能量比、通信代价比、节点度数综合能耗因素,决定簇首节点和成簇规模.仿真结果表明该算法能够降低簇间的通信重叠,均衡网络负载,与几种算法比较适应度分簇算法使网络生存时间增加的幅度虽然不是很大,但是使网络系统的稳定时间比其他2种能量有效的算法延长了近20%左右.     

基于能耗均衡性的无线传感器网络的路由算法研究

采用统计学的方法,建立了一个由节点距离、节点潜在能量和节点连通性按贡献率组成的路由选择优化模型,该模型量化了各个因素在保持网络能耗均衡性方面的作用,以此来均衡整个无线传感器网络的能耗。仿真结果表明,该算法能够有效降低网络能耗并延长网络生存时间。     

无线传感器网络能量有效性的评估指标分析

能量的有效使用是决定无线传感器网络长期可靠运行的重要因素,而对其的度量,则反映在能量有效性评估指标。根据无线传感器网络节点的能耗分布,采用分类对比的方法简述了无线传感器网络节点的能耗分布,分析并提出了影响无线传感器网络能量有效性的关键因素。针对能量有效性评估指标的选择,通过研究关键因素对现有能量有效性评估指标的影响,分类并比较了这些指标的适用范围和特点。结果表明不同应用场景应选择合适的能耗评估指标,这些指标的分类为无线传感器网络能量有效性评估指标的选择与优化提供指导。     

基于能耗指导分布式网络分簇路由优化设计

针对传统能耗管理和路由设计模型不能对非均匀分布的异构网络进行自适应能量补给和能量均衡分配的问题,提出一种基于能耗指导的分布式网络分簇路由优化设计方案。对网络模型进行构建,设计异构非均匀分布式网络的能量采集模型和能量消耗模型,以最小网络能耗均衡为指导,设计出优化的网络分簇路由算法。得到基于能耗指导模型的分布式网络路由优化数据分发机制,使网络能耗最低,节点存活性最好,且性能最高。实验结果表明,采用该算法进行分布式网络能耗指导,实现分簇路由优化设计,能够显著降低网络的能耗,有效提高网络生存期和覆盖率,分布式网络的吐吞量也得到提高。     

无线传感网中改进的节能分级数据汇聚机制

考虑WSN中节点的能耗分布情况,提出了一种改进的多级汇聚协议。首先建立分析模型评估了在WSN中采用多级汇聚机制时的能耗情况,证明在SINK附近的汇聚节点的能量增加很快,从而会耗尽能量,缩短整个网络的生存期。然后提出了一个改进的多级汇聚协议,通过改变通过减少离SINK附近的汇聚节点选择概率,可以均衡网络性能。仿真结果证明,该方法可以有效地降低能量,从而延长网络生存期。     

无线传感网中三维覆盖控制和节点调度的研究

无线传感器网络中采用二元感知模型方法计算休眠冗余节点具有局限性和不精确性.本文考虑到实际应用环境对节点感知能力的影响以及传输过程中的路径损耗问题,对监测区域采用三维网格建模,并在概率感知模型的基础上提出一种概率感知衰减模型,同时对当前二维覆盖控制算法存在的各种局限性,提出了一种基于概率的分阶段冗余唤醒策略.仿真结果表明,该算法均衡了网络节点能量,实现了网络能耗的有效性,延长了网络的生存期.     

Maximizing network lifetime based on transmission range adjustment in wireless sensor networks

In a wireless sensor network (WSN), the unbalanced distribution of communication loads often causes the problem of energy hole, which means the energy of the nodes in the hole region will be exhausted sooner than the nodes in other regions. This is a key factor which affects the lifetime of the networks. In this paper we propose an improved corona model with levels for analyzing sensors with adjustable transmission ranges in a WSN with circular multi-hop deployment (modeled as concentric coronas). Based on the model we consider that the right transmission ranges of sensors in each corona is the decision factor for optimizing the network lifetime after nodes deployment. We prove that searching optimal transmission ranges of sensors among all coronas is a multi-objective optimization problem (MOP), which is NP hard. Therefore, we propose a centralized algorithm and a distributed algorithm for assigning the transmission ranges of sensors in each corona for different node distributions. The two algorithms can not only reduce the searching complexity but also obtain results approximated to the optimal solution. Furthermore, the simulation results of our solutions indicate that the network lifetime approximates to that ensured by the optimal under both uniform and non-uniform node distribution.     

实现能量均衡消耗的传感器网络节点摆放策略

在传感器网络技术应用的民用领域中，采集信息的传感器节点位置固定，并且有些距离汇聚节点太远，需要加入中继节点转发数据。一些中继节点由于承担了过多的数据量而过早耗尽能量，影响了网络的生存周期。该文针对该种情况，提出了一种实现各节点能量均衡消耗的中继节点多级摆放策略，研究了如何通过调整中继节点的摆放位置和转发数据量，使传感器节点和中继节点在每一轮的数据传输中消耗相同的能量。基于该策略，还研究了中继节点数目与网络生存周期之间的关系，为延长网络生命周期和减小中继节点数目的折中提供了一种参考。     

A cross-layer transmission scheduling scheme for wireless sensor networks

In a wireless sensor network, the sensor nodes are densely deployed for detecting in many cases. One design challenge for such a network is how to devise a good data fusion algorithm for information retrieval. Noting that the channel state information (CSI) between the cluster head and the sensor nodes will influence the received bit energy noise ratio of the sensor nodes, we propose an optimal data fusion algorithm taking into account the CSI for a one-hop clustered wireless sensor network. On the basis of the fusion algorithm, we consider the redundancy of the sensor deployment and propose a cross-layer transmission scheduling scheme. By selecting proper set of sensor nodes to transmit their local information back in turn, the scheme can prolong the lifetime of the sensor network. The numerical and simulation results show that it can get a good tradeoff between the energy efficiency and the performance.     

基于改进MPA的分层无线传感器网络优化部署

分层的无线传感器网络中,汇聚层节点的部署位置,对感知层节点的发射功率起到决定性影响。因此,本文对3D环境下的分层无线传感器网络的优化部署进行研究。以感知层节点与汇聚层节点的全连接以及感知层节点发射功率的平衡为前提,对汇聚层节点的部署位置和感知层节点的发射功率进行联合优化。为了求解上述优化问题,本文提出了一种结合Tent混沌序列的海洋捕食者(MPA)改进算法:TMPA。多个测试函数的数值计算结果表明,TMPA比MPA具有更好的收敛性能。在此基础上,本文提出了一种基于TMPA的分层无线传感器网络的优化部署机制。仿真结果表明,本文的优化部署机制能够在保证感知层节点全连接的前提下,极大地降低并平衡感知层节点的能耗,从而延长了网络的寿命。     

Random Walk Routing in WSNs with Regular Topologies

Topology is one of the most important characteristics for any type of networks because it represents the network's inherent properties and has great impact on the performance of the network. For wireless sensor networks (WSN), a well-deployed regular topology can help save more energy than what a random topology can do. WSNs with regular topologies can prolong network lifetime as studied in many previous work. However, little work has been done in developing effective routing algorithms for WSNs with regular topologies, except routing along a shortest path with the knowledge of global location information of sensor nodes. In this paper, a new routing protocol based on random walk is proposed. It does not require global location information. It also achieves load balancing property inherently for WSNs which is difficult to achieve by other routing protocols. In the scenarios where the message required to be sent to the base station is in comparatively small size with the inquiry message among neighboring nodes, it is proved that the random walk routing protocol can guarantee high probability of successful transmission from the source to the base station with the same amount of energy consumption as the shortest path routing. Since in many applications of WSNs, sensor nodes often send only beep-like small messages to the base station to report their status, our proposed random walk routing is thus a viable scheme and can work very efficiently especially in these application scenarios. The random walk routing provides load balancing in the WSN as mentioned, however, the nodes near to the base station are inevitably under heavier burden than those far away from the base station. Therefore, a density-aware deployment scheme is further proposed to guarantee that the heavy-load nodes do not affect the network lifetime even if their energy is exhausted. The main idea is deploying sensors with different densities according to their distance to the base station. It will be shown in this paper that incorporating the random walk routing protocol with the density-aware deployment scheme can effectively prolong the network lifetime.     

一个基于节点覆盖的簇头选举算法

无线传感器网络以获取有用信息为最终目的,而获得的有用信息的多少取决于对网络的覆盖程度。本文在现有的一些簇头选举算法的基础上,提出一个新的簇头选举算法。该算法选举的簇头具有不进行数据感知,优先死亡但不影响网络覆盖的良好性能。如果把传输消耗优先分配在这类簇头节点上,那么死亡后影响覆盖的节点就可以在较晚的时间作为簇头,从而延迟死亡时间,最终延长网络的生命周期。实验结果显示,和现有的相关算法相比,本文提出的基于节点覆盖的簇头选举算法具有较高的网络覆盖率和较少的能量消耗,从而具有较长的网络生命周期。     

无线传感器网络中多Sink节点位置部署研究

通过对随机分布的无线传感器网络节点密度和能量消耗的关系的分析,提出了无线传感器网络中多异构节点位置部署的区域密度优先(RDF)算法。此算法采用密度优先原则来决定Sink节点的放置位置,通过栅格和异构节点通信范围对网络进行区域划分。该算法比递归算法的异构节点放置位置优越,虽然在网络寿命上相接近,但远大于随机分布策略的寿命,且RDF更适合实际应用。通过仿真验证:该算法能够有效延长网络寿命和快速实现部署。     

无线传感器网络监测区内节点能耗估计

该文通过对传感器网络监测域内节点能耗建模与节点在区域中的理想网络部署建模，从理论上分析了传感器网络最优部署时各处位置的节点能耗变化趋势，并总结出了EC能耗曲线。以J—Sim为仿真平台．仿真试验提取了特定条件下测试区内不同位置的节点能耗并依此绘制成曲线与EC曲线拟合，验证了EC曲线的有效性。将依据EC曲线计算出的网络寿命上限与文献[9]提出的网络寿命上限结果比较可知，由该模型得到的网络寿命上限以及节点能耗曲线更加逼近真实网络。     

基于蚁群优化解决传感器网络中的能量洞问题

基于多跳的无线传感器网络,越靠近sink的传感器节点因需要转发更多的数据,其能量消耗就越快,从而在sink周围形成了一种称为“能量洞”的现象.“能量洞”问题会导致整个网络由于内部节点能量过早耗尽而结束寿命,同时,网络中离sink较远的节点仍有大量能量剩余.研究“能量洞”现象,基于改进的分级环模型,总结出调节各环内节点的数据传输距离是实现网络节能的有效方法.证明搜索各区域最优的传输距离是一个多目标优化问题,即是NP难问题.从而提出一种基于蚁群优化的分布式算法,各区域根据其节点分布情况自适应地探索近似最优的传输距离,延长网络寿命.模拟实验结果表明,该算法在较短的时间内能够收敛到合理的解,并且得到的网络寿命接近于理想情况下的最优时间,与现有的类似算法相比,该算法提供了更长的网络寿命,并能适用于非均匀节点分布情况.     

对等网络中的路由器增强型NAT 方法

对称NAT 的部署使得对等应用主机间的通信变得困难,需要大量的中转节点提供NAT 穿越服务.传统的中转节点是位于网络边缘的服务器节点,为了减少服务器中转引入的重复流量和路由器交换负载,提出了一种基于UDP 交换模型的路由器增强NAT 方法,可以通过增强单个路由器的功能来缓解网络带宽资源压力.