无线传感器网络的分布式竞争路由算法

在WSNs体系结构中,路由算法是网络层的关键,分簇技术在路由算法中可提高WSNs的扩展性;提出一种竞争簇头,非均匀分簇和多跳路由相结合的WSNs分布式竞争路由算法(DSA);它的核心是构建一个高效的非均匀分簇算法,通过竞争的方式候选簇头,靠近基站的簇头为簇间的数据转发预留能量,根据节点的剩余能量、簇内和簇间通信代价,每个簇头在邻居簇头集中用贪心法确定中继节点;仿真表明,DSA算法能有效平衡了簇头的能耗、均衡了网络能耗、显著延长网络生存周期.     

基于虚拟网格的无线传感器网络分簇路由算法

针对WSNs路由协议中链路通信负载不均引发的能量空洞问题,提出一种基于虚拟网格的动态聚簇策略IDCS和考虑数据转发延迟的最大化网络生命周期的动态负载均衡路由算法DCDLB。IDCS依据节点的通信半径将网络划分成若干虚拟网格,采用考虑节点能量和位置因素的分布式簇首选举策略,并引入基于簇首能量水平的动态簇首轮换机制。DCDLB综合考虑簇首间能耗均衡和数据多跳转发延迟来构建路由,实现网络生命周期的最大化。实验结果表明,DCDLB路由算法在延长网络生命周期和降低数据转发延迟方面优于LEACH,HEED和CRVB路由算法。     

基于双簇头的WSNs非均匀分簇路由算法

无线传感器网络由大量密集部署的传感器节点组成，通过节点间的相互协作才能完成工作，因此传感器节点之间的协作非常重要。针对分簇结构无线传感器网络簇头间能耗不均衡导致的“热区”问题，提出一种基于双簇头的新型路由算法NCDH。通过将网络虚拟分区实现网络不均匀分簇，并依据节点的剩余能量、节点与基站的距离、节点度等因素，在簇内选取主、副双簇头节点负责数据处理和转发。在网络运行阶段，根据主簇头的运行状态确定是否启动副簇头，以保证网络能量均匀消耗。在数据传输阶段综合考虑节点与中转节点的距离以及中转节点的剩余能量，从而选出最佳中转节点。实验结果表明，与DEEC、MRDC、GURCP等算法相比，NCDH算法有效改善了网络的“热区”问题，延长了网络的生存时间。     

基于混合蛙跳算法的非均匀分簇WSNs路由协议

为使无线传感器网络(wireless sensor networks, WSNs)节点能量消耗相对均衡, 提出了一种能量均衡的可移动sink汇聚节点非均匀分簇路由协议(sink mobility based and energy balancing unequal clustering protocol, SEBUCP)。协议采用改进的混合蛙跳算法, 将剩余能量大、通信能力强的节点选为簇头并划分不同大小的簇, 在簇头之间引入竞争机制, 使分簇拓扑更加合理; 为减少簇头更换频率, 簇内采用簇头连续担任机制, 通过对比节点权值确定簇头交换时机, 并运用贪婪算法, 在簇头和sink之间选择最优中继节点; 为进一步减少节点能量消耗, 采用sink汇聚节点可移动方式, 避免了热点问题的出现。仿真结果表明, SEBUCP在网络生存周期、能量均衡等方面具有较好的性能。     

非均匀分布异构传感器网络动态多簇头成簇算法

延长网络寿命、提高监控质量是无线传感器网络成簇算法的重要设计目标,在对现有主要成簇算法进行研究的基础上,提出一种适应于节点非均匀分布环境下多级能量异构传感器网络的动态多簇头成簇算法.算法中,节点根据网络最优簇头数确定节点邻居感知半径.通过节点间的广播,每个节点获得感知半径内的邻居节点密度,节点根据邻居节点密度和节点当前能量确定节点成为主簇头的概率.根据主簇头的能耗,各簇独立判断是否选举辅助簇头以分摊主簇头的能耗.仿真结果表明,与现有主要成簇算法相比,新的成簇算法拥有更长的生存时间和更优的网络监测质量.     

基于模糊逻辑推理的WSNs非均匀分簇算法

为了进一步降低无线传感网络WSNs(Wireless Sensor Networks)能耗,拓延网络寿命,提出了基于模糊逻辑推理的WSNs非均匀分簇算法,记为DUCF.DUCF算法充分考虑了节点剩余能量、节点度以及离基站距离.根据经验制定模糊规则,通过模糊推理系统得到节点当选为簇头的几率和簇尺寸.DUCF算法形成非均匀簇,进而平衡簇头间的能量消耗.仿真结果表明,DUCF算法在网络寿命、能量消耗方面的性能优于LEACH、CHEF和EAUCF算法.     

无线传感器网络中的簇头节点能耗平衡策略

无线传感器网络（WSNs）具有集中式数据收集和多对一数据通信等特点,使得越靠近汇聚节点的簇头节点能耗越大,最终导致网络中心出现能量空洞。提出一种基于簇内节点分配的簇头节点能耗平衡策略,根据WSNs的分簇汇聚拓扑结构,分析了其中簇头节点的能量消耗情况;在此基础上,通过在各簇内分配一定数量的基本节点,并成比例地增加附加节点的方式,使网络中各簇头节点的能量消耗相等。仿真结果表明：该策略能够适应网络规模和负载的动态变化,最终达到平衡簇头节点能耗的目的。     

基于质心的LEACH改进算法

对无线传感器网络而言,网络生存时间是衡量网络性能的关键指标。为延长传感器网络寿命,提高能量使用效率,提出一种基于质心的LEACH改进型算法。利用在网络中加入一定量的信标节点并结合改进的Euclidean定位算法确定网络中各节点的相对位置,网络在LEACH算法分簇并确定一个簇头(副簇头)的基础上,基于簇内节点的相对位置在质心区域内选举另一个簇头(主簇头)。主簇头负责收集数据,并把融合后的数据发送给副簇头,由副簇头将数据转发给其它簇或基站。仿真结果表明,该算法有效均衡了网络负载,延长了网络生存时间。     

网格优化与模糊逻辑结合的WSNs路由算法

为改善无线传感器网络中簇群成员分布及簇头选取质量,提出网格优化与模糊逻辑相结合的无线传感器网络路由算法。通过对网络区域划分为K个面积大小相同的网格,确定网格重心为初始中心点;根据节点距离划分出K个网络初始簇群,簇群重心随着加入的节点变化,簇群随之改变,直至簇群成员不再有新成员加入形成最终簇群。簇头节点选取利用模糊推理模型,以节点剩余能量率、节点距离率、节点中心率为输入,选出质量更优簇头。实验结果表明,簇群分布及成员数分布均得到明显改善,网络生命周期延长效果明显。     

基于网格的动态能量阈值的簇头选择算法

有效地使用传感节点的能量进而延长网络寿命成为设计无线传感网路由协议的一项挑战性的工作.而动态簇被认为提高能量利用率的有效技术之一.然而,簇头分布不均匀加速了网络能量的消耗,降低了网络寿命.为此,提出基于网格的动态能量阈值的簇头选择算法GDET-CH(Grid Dynamic Energy Threshold-based Cluster Header),平衡簇头分布.GDET-CH算法先将网络区域划分多个网格,并每个网格产生一个簇头.然后,利用节点离网格中心距离和节点剩余能量选择簇头.最后,引用动态能量阈值机制,只有当节点剩余能量大于能量阈值才可能成为簇头,进而平衡网络能耗.实验数据表明,与DDEEC和EDDDEC算法相比,GDET-CH算法的网络寿命分别提高了近24.5%和36%.     

一种新的无线传感器网络非均匀分簇双簇头算法 ——PUDCH算法

能量利用效率问题一直是限制WSN广泛应用的瓶颈,能源容量对各个网络节点产生至关重要的影响.针对WSN中"能量空洞问题"以及由于簇头任务过重所导致的能量消耗过快,同时也为了提高WSN的能量利用效率,提出了一种无线传感器网络非均匀分簇双簇头算法——PUDCH.该算法先综合考虑节点综合信息(如节点剩余能量、节点到基站的距离),根据节点综合信息通过不同的时间竞争机制来选举簇头,将整个网络划分为不均匀的分簇;在规模大些的簇内,为了减轻簇头的负担再选取副簇头.最后簇头再构造基于最小生成树的最优传输路径.一系列的仿真表明PUDCH路由算法在WSN节约平衡节点能量消耗方面表现优良.     

一种基于时间延迟机制的WSNs非均匀分簇算法

为减少无线传感器网络分簇路由协议中节点竞争簇首时多余的能耗,解决簇首能耗不均的问题,提出一种基于时间延迟机制的非均匀分簇算法。该算法使能量较多的节点被优先选为簇首,并提出了簇首竞争半径的计算方法,确保其数目稳定且位置均匀分布。成簇过程中,节点根据最小消费函数选择簇首,簇内成员加入时考虑簇首能量、二者距离以及簇首和汇聚节点角度等因素来均衡簇首能耗。仿真结果表明:算法能有效地均衡节点能耗,延长网络寿命,分别比CHTD和EEUC算法延长了35.1%和12.9%。     

一种能量感知的无线传感网拓扑控制算法

本文为不平衡能量分布的异构无线传感网构建一种拓扑控制算法EADCA。在该算法中,每个节点根据自己的剩余能量和邻居节点的平均剩余能量计算簇头声明报文发送的理论时刻;在该理论时刻,没收到任何簇头声明报文的节点成为簇头,该簇头广播簇头声明报文;收到簇头声明报文的节点成为普通节点并放弃发送簇头声明报文。同时,该算法在簇头竞争过程中使用经验数据,并对孤立节点和能量过低节点进行休眠。仿真结果表明,EADCA能够延长网络生命周期,有效控制簇头分布密度。     

高效节能的WSN非均匀分簇节点调度算法研究

针对目前无线传感器网络分簇算法中存在的节点能量消耗不均衡,大量节点工作导致信息冗余和能量浪费等问题,提出一种高效节能的WSN非均匀分簇节点调度算法EEBUC（Energy-Efficient and Balanced Unequal Clustering Nodes Scheduling）。该算法在簇的形成阶段,考虑候选簇首离汇聚点的距离、所在区域的节点密度和节点能量形成非均匀的竞争范围,构造大小不等的簇,平衡簇内和簇间的通信能耗;同时结合调度簇内冗余节点方法,减少网络中每轮工作节点数量,提高网络能量利用率。利用OMNET++仿真软件进行仿真,实验结果表明,EEBUC算法能有效节约网络能量,均衡节点能耗,比LEACH 协议和EEUC协议分别延长网络寿命203%和50%。     

基于粒子群优化的非均匀分簇路由算法

为了解决无线传感器网络分簇路由算法中存在的“热区”问题和簇头选取问题,设计了一种自适应粒子群优化的非均匀分簇路由算法。首先通过候选节点与汇聚节点之间的距离计算竞争半径并构造出大小不等的多个簇,然后根据簇规模引入优化的粒子群算法,评价节点剩余能量和节点之间的距离等因素选取最终簇头,以剩余能量较多的簇头作为下一跳,形成以汇聚节点为根节点的多跳路由。仿真结果表明,与LEACH算法和EEUC算法相比,所提算法网络生存期分别延长了34%和16%,平均能量消耗分别减少了22%和12%,有效地减少了网络节点的能量消耗。     

一种适用于煤矿井下无线传感网的能量均衡路由协议

矿井无线传感网的拓扑呈长距离带状,节点间能耗不均问题十分严重。非均匀分簇策略能从全局均衡节点能量负载,在矿井中具有良好的适用性。针对矿井传感网的带状特性提出了一个簇规模自适应调节的能量均衡分簇路由协议。协议根据节点离汇聚点的距离、剩余能量及分布密度来构造规模不等的簇。簇首的竞选以节点相对于周围候选者的能量水平为依据,避免了低能量节点被当选为簇首。簇间多跳路由算法依簇首近似线型的分布特点设计,不但考虑链路能耗最优,亦注重转发节点间的能量均衡。模拟实验结果表明,该路由协议显著平衡了网中节点能耗,延长了网络生存时间。     

面向节点失效的无线传感器网络覆盖空洞修复算法

为了保持无线传感器网络的覆盖率,保证网络有效性,提出了一种面向节点失效的无线传感器网络覆盖空洞修复算法;在网络分簇与簇内冗余节点调度已经完成的基础上,算法首先为每个节点设置一个能量阈值,当节点能量低于该阈值时立即向簇首发送失效信息,簇首收到信息后首先默认该失效节点的所有邻居节点都是空洞边界节点,然后通过计算失效节点与所有邻居节点的交点角来判断是否有邻居节点为非边界节点,最后在失效节点的感知半径内选择邻居节点(同时也是边界节点)个数最多的冗余节点激活;分析以及matlab仿真表明,算法的复杂度较低,网络保持一定覆盖率的情况下运行轮数比采用算法之前增加了19%,同时算法的修复效率与网络节点密度以及节点监测半径也有密切关系。     

WSN数据收集中移动sink的路径规划和蔟头节点选取问题的综合研究

针对较大规模的无线传感器网络通过多跳传输进行数据收集而引起的能量空洞问题,本文提出了一种基于移动sink的簇头节点数据收集算法（MSRDG）,该算法基于图论原理,在满足时延性的条件下,综合考虑了普通节点到簇头节点路由和移动sink遍历路经选取的问题,构建了一条通过的簇头节点尽可能多的移动轨迹。通过NS-2仿真软件对算法的性能进行评估,结果显示出该算法能减少数据的多跳传输,降低无线传感器网络节点的能量消耗,延长网络寿命。     

改进的无线传感器网络簇首选择策略及其路由算法

针对无线传感器网络中簇首能耗较大引起的能量黑洞问题,在不均匀分簇的基础上,从簇首选择和簇首更换两个方面提出相应的改进措施。在簇首选择时,将整个网络区域分为不均匀的簇,通过相关参数的设置,让每簇中能量最高的节点当选为簇首节点,网络运行时簇首维护本簇的能量信息表;在簇首更换时,采用局部更换测量,并由当前簇首在能量信息表中选择剩余能量最高的节点作为下一个簇首节点,从而改善了簇首能量效率和负载均衡。最后进行了仿真实验与对比,实验结果表明改进的路由协议能够有效提高网络性能,延长网络生命周期。     

带有重叠区域的多跳非均匀分簇路由算法

能耗作为衡量无线传感器网络性能的一项重要指标,通常将延长生命周期、均衡能耗作为网络协议重要的设计目标.针对静态、异构、非均匀分布的网络模型,设计带有重叠区域的分簇及簇内单跳、簇间多跳的路由算法 ----- OMU分簇路由算法,该算法中簇头不再作为数据转发节点,而主要用于簇内数据的接收与融合.通过综合考虑节点剩余能量、节点密度及与基站的距离进行簇头选举并进行分簇,形成簇间重叠区域,产生用于数据转发的中继节点.同时,建立簇头与中继节点轮换机制以达到节点能耗均衡的目的,并为每个节点建立能量最省的多跳数据传输路径.仿真结果表明,所设计的分簇路由算法,特别是在大规模部署的无线传感器网络中,能有效减少和均衡能量消耗.