无线传感网络中基于综合因素的分布式路由算法

近年来由于在多方面的广泛应用,无线传感器网络受到了越来越多的关注.然而限于无线传感器网络自身的限制,如何更好地节省能量,仍为无线传感器路由协议设计中面临的主要问题之一.LEACH等基于分簇的路由协议通过成簇来减少能量消耗,但是成簇过程却带来额外消耗以及冗余.对LEACH协议中簇头生成算法进行了研究并提出了改进,提出了基于节点能量、节点距离以及节点度的分布式优化算法,并对优化算法进行分析与仿真.仿真试验表明,基于综合因素的分布式簇头选举算法优化了簇头选举方式和簇头的分布,从而节省了能量消耗,延长了网络生存周期.     

一种基于虚拟网格位置的分簇算法

为了延长无线传感器网络生命周期, 提出一种基于虚拟网格的分簇路由算法RPLG. 该算法将监测区域划分为若干虚拟网格, 同一网格内节点自组织成簇. 根据节点所在网格位置和剩余能量启动计时器选取本地簇首, 且簇内成员可以根据局部的信息调整簇的大小, 达到节省能量的目的. 仿真实验和分析表明: 该协议能均衡网络能量, 延长网络的生存时间.     

基于自适应惯性权重的混沌粒子群优化无线传感器网络成簇算法

为了解决簇头选举过程中多因素冲突问题,以优化簇头选举和延长网络生命周期为目标,提出一种基于自适应惯性权重混沌粒子群优化（AWCPSO）的分簇算法.该算法在簇头竞选过程中,考虑了节点剩余能量、与基站的距离以及该节点担任簇头的概率,通过自适应惯性权重的混沌粒子群算法优化簇头的选举,并将通信范围内的节点作为其簇成员.簇头数目的选择满足最优簇头个数,从而进一步提高了网络的能量使用效率.仿真结果表明,与SEP和DEEC算法相比,本文算法能够更有效的节省能量,网络稳定周期分别延长62.31%和16.45%,同样有效的均衡网络能量消耗,延长了网络生命周期.     

基于能量平衡的WSN簇头选择机制

通过对已有的基于簇的自组织路由算法和簇头选择机制的分析比较,发现经典LEACH算法在选取簇头节点时具有不合理性,提出了一种基于PSO模型的簇头选择机制。以网络总体能量消耗最小为原则,综合考虑节点剩余能量和网络当前平均能量,较好地平衡了无线传感器网络中的能量负载,延长了网络的生命周期。     

基于能量平衡的WSN簇头选择机制

通过对已有的基于簇的自组织路由算法和簇头选择机制的分析比较,发现经典LEACH算法在选取簇头节点时具有不合理性,提出了一种基于PSO模型的簇头选择机制。以网络总体能量消耗最小为原则,综合考虑节点剩余能量和网络当前平均能量,较好地平衡了无线传感器网络中的能量负载,延长了网络的生命周期。     

无线传感器网络中一种能量自适应的簇首选择机制

提出一种能量自适应的簇首选择机制．算法通过综合考虑候选节点的剩余能量级、通信能量损耗等参数来优化簇首的选择，从而有效地避免了低能量节点被选为簇首的可能性，进一步保证网络内节点能量负载的均衡性．仿真结果表明，改进的簇首选择机制能够很好地均衡网络能量损耗分布，有效延长近30%的网络生存时间．     

基于聚合度的无线传感器网络自维护分簇算法

针对无线传感器网络最大连通度生成簇算法建立的簇之间存在重叠度较高的现象,且没有考虑网络能量均衡对网络寿命会产生不良影响的问题,提出了基于聚合度的自维护分簇算法.算法综合节点的聚合度和节点能量选取簇头,并通过簇头节点的迁移来降低网络簇结构的重叠性,同时综合聚合度、能量和相似度选取替补簇头,实现网络的自维护.算法达到降低簇之间的重叠度,均衡网络能量,延长网络寿命的目的.仿真结果验证了算法的有效性.     

能量异构传感器网络中的分布式数据收集算法

针对无线传感器网络分簇过程中簇头耗能过快问题,提出了一种综合节点剩余能量和节点位置进簇头选取的分布式数据收集算法.在每轮的簇头选取中,算法考虑了簇内节点的剩余能量和所有节点的平均剩余能量,并依据节点的位置优化簇头的选择.算法在保证网络最优簇头个数的同时,避免了能量较低的节点当选为簇头.仿真结果表明,本算法与LEACH和...     

一种能量有效的WSN目标跟踪动态协同自组织算法

针对无线传感器网络目标跟踪应用中跟踪精度与网络能耗的权衡问题,提出一种能量有效的动态协同自组织算法(E-DCS)。根据目标预测位置和节点的位置、能量信息,建立了信息效用、通信开销和节点剩余能量的综合性能指标,并利用层次分析法确定了性能指标中各要素的权值系数。通过自适应动态成簇策略,分别设定簇首切换精度阈值和节点选择精度阈值判断是否切换簇首和选择任务节点。簇首节点根据簇内节点提供的测量信息采用序贯EKF进行状态估计。仿真结果表明,与信息驱动传感器查询(IDSQ)和自适应动态协同自组织算法(A-DCS)相比,该算法在保证跟踪精度的基础上,降低了网络能耗,有效延长了网络的生命周期。     

基于休眠簇头的LEACH算法研究

针对无线传感器网络中传感器有限能量的特点,在分析LEACH算法的基础上．提出一种休眠簇头的算法——S_LEACH,以达到延长网络生存期的目的。新算法一次性选定所需要的工作簇头和休眠簇头,并且只分一次簇,节省了在LEACH中N再次簇头选举和分簇消耗的能量。使用Matlab进行算法改进前后的仿真,结果表明改进后的算法网络生存期延长了大约34％。     

基于IDSQ的自适应动态协同自组织算法

在无线传感器网络中传感器节点相互协同完成感知任务,以传感器量测的信息效用与获取量测的能量消耗来折中地选择参与节点,但用户对服务质量(QoS)的需求并没有在节点选择时得以体现.为此,提出一种自适应动态协同自组织算法(A-DCS).该算法能根据用户给定的精度需求,自适应地选择簇首,确定参与感知任务的簇成员顺序和个数,并计算相应的能量消耗.以目标跟踪为应用背景的仿真结果表明,在跟踪精度和能量消耗2个指标下,该算法优于信息驱动传感器查询(IDSQ)和动态协同自组织(DCS).     

能耗均衡的自组织无线传感器网络分簇算法

为了节省无线传感器网络消耗的能量,延长各个传感器节点的生命周期,提出了一种能量均衡的自组织分簇算法。采用二次分簇的方法,在初次分簇的基础上,通过理论推导得出二次分簇需要满足的条件,满足条件的各簇进行二次合并,避免了各簇成员过少或过多的情况,;为了选择合适的节点做簇首,且避免一部分节点长时间当簇首能量消耗过快和每次更换簇首都要广播通知其余节点的情况,根据节点到簇内其他节点的平均距离和到中心处理节点的距离,判断节点作为簇首的优先级,按照优先级由高到低的顺序,簇内各节点自动轮换当簇首。仿真证明,和LEACH算法、DHAC算法相比,本算法使得各节点能耗均衡,即延长了各节点的生命周期,适用于传感器节点任意分布的环境监测、战场监测领域,能够延长网络的生命周期。     

一种基于能量感知的无线传感器网络混合路由协议

针对无线传感器网络的资源局限性、自组织性和网络拓扑结构的不确定性,提出了一种基于能量感知的平面路由和层次路由的混合路由协议。该协议可根据节点剩余能量的表现来判断节点的当前状态和路由选择,网络中各节点以"尽力而为"传输数据和"不得已"动态建立自适应簇头的方式进行网络通信。仿真结果比较表明:该协议具有较高簇头生成率和可靠的数据交付率,能更有效降低网络能量消耗。     

基于信息量的分布式协同自组织算法

无线传感器网络中节点协同自组织主要涵盖传感器管理和状态估计,也就是如何选择传感器节点、设置传感器参数并估计被监测系统的状态,因此协同白组织为决策与估计的联合优化．本文提出了一种自适应动态协同自组织算法,以量测所提供的信息量和节点自身的剩余能量做为节点选择的综合指标,根据设定的感知精度,自适应地选择参与感知任务的节点集合,在信息滤波的融合框架下完成状态的分布式估计．相比信息驱动传感器查询（information-driven sensor querying,IDSQ）,算法具有精度可调、强鲁棒,同时尽可能地延长了网络的生命周期．以目标跟踪为应用背景,其仿真结果表明：以跟踪精度、失跟率和网络生命周期作为评价指标,该算法优于IDSQ．     

无线传感器网络目标跟踪性能优化及仿真

无线传感器网络中传感器节点相互协同完成感知任务,以传感器量测的信息效用和获取量测的能量消耗来折中地选择参与的节点,但用户对服务质量Qos( Quality of Service)的需求并没有在节点选择时得以体现。为此本文以目标跟踪为应用背景,提出了一种自适应动态协同自组织算法A-DCS,该算法同时完成检测与状态估计任务,首先根据用户设定的检测概率,确定候选节点集合,选择具有最大检测概率的节点为簇首;随之根据给定的状态估计精度,自适应确定参与感知任务的簇成员顺序和个数。统计不同检测概率和状态估计精度时相应的能量消耗,以此作为系统设计时参数设定的依据,从而最大可能地延长网络的生命周期。仿真表明：在跟踪精度和能量消耗两个指标下,该算法优于IDSQ和DCS。 A-DCS也适用于传感器网络系统中的其他估计问题。     

一种适用于凹陷型山地地形的无线传感器网络路由算法

无线传感器网络已广泛应用于人们的生活中,本文基于WSN(Wireless Sensor Networks)自组织及能耗特性,以LEACH路由协议算法为基础,提出一种优化了节点信息传送方向的适用于凹陷型山地地形的无线传感器网络算法。算法改进了WSN的组网方法,采用优先选择距离基站更近的簇头进行组网的方法。首先,网络随机产生首批簇头节点;其次,各簇头节点收集簇内节点信息,同时收集各节点剩余能量、位置坐标信息,汇总后发送至基站;再次,基站根据所获信息确定下一轮次的簇头节点,并向全网广播;最后,各节点选择距离基站更近的簇头组网入簇,进行信息的传送。通过在Matlab仿真软件上进行模拟测试,实验结果表明,本文所述算法在凹陷型山区地形中能有效提高无线网络的生命周期,在一定程度上均衡了无线网络各节点的能量消耗,延长了网络使用寿命。     

基于水平集的围猎式水下传感器节点布置研究

水下传感器网络作为一种探索和开发海洋的新方法,在人类不易接触的水下区域的探测和监测中发挥着重要作用,是无线传感器网络领域研究的热点.在水下空间中传感器节点如何自主调整位置实现对“兴趣域”的覆盖和监视是一个重要课题.该文引入水平集理论LSM,提出了一种基于水平集的围猎式水下传感器节点布置方法.在该方法中网关节点根据传感器节点的位置信息和可能感知到的兴趣域信息,以能量泛函计算兴趣域边缘参数,传感器节点以此参数为根据,完成趋向兴趣域边缘的迁移;大量节点的迁移可逐步演化成对兴趣域的围猎式布置.同时,该文建立了结构相似度SSIM和网络能耗均衡度两个性能评价指标,以评估该文方法在实现兴趣域驱动的水下节点布置的综合性能.大量仿真实验结果表明,该方法在不同节点规模、节点密度和兴趣域形状情况下均可实现对兴趣域边缘的动态地、围猎式地覆盖,从而达到对兴趣域的有效跟踪和监视.     

改进的LEACH协议在井下通信系统中的应用

无线传感器网络由能量受限的节点组成,通过部署这些节点以便收集特定监测区域内的有用信息.基于层次的LEACH协议通过将节点分簇以实现数据融合.随机选择的簇头节点接收到本簇成员的数据后进行融合处理,将结果传输到汇聚节点.避免每个节点都与远距离的汇聚节点直接通信,从而节约能耗.将无线传感器网络应用于井下通信系统,能够提高通信的安全性.LEACH的分簇结构与矿井内分坑道工作的情况相类似,把每个坑道作为一个簇,将多数传感器节点安置在坑道内的固定位置,少量节点随矿工位置移动,再将这些节点采集的数据传输至簇头节点.本文主要针对井下通信系统的特点对现有的LEACH协议进行改进,优化了簇头节点的选举方法,并允许部分节点采用多跳方式与汇聚节点通信,使其更符合矿井结构的要求,从而节约了能耗,并且有效地延长了网络的生存时间.     

Self-organization of unattended wireless acoustic sensor networks for ground target tracking

A distributed, self-organization algorithm for ground target tracking using unattended acoustic sensor network is developed. Instead of using microphone arrays, each sensor node in the sensor network uses only a single microphone as its sensing device. This design can greatly reduce the size and cost of each sensor node and allow more flexible deployment of the sensor network. The self-organization algorithm presented in this paper can dynamically select proper sensor nodes to form the localization sensor groups that can work as a virtual microphone array to perform energy efficient target localization and tracking. To achieve this, we use a time-delay based bearing estimation plus triangulation for source localization in the sensor network. Major error sources of the localization method like time delay estimation, bearing calculation and triangulation are analyzed and sensor selection criteria are developed. Based on these criteria and neighborhood information of each sensor node, a distributed self-organization algorithm is developed. Simulation results show the effectiveness of the proposed algorithm.     

无线传感器网络数据融合协议比较

传感器网络由电池能量受限的节点组成,必须采用一种能量有效的方法收集节点感知的信息,如果每个节点都采用单跳方式将其感知的数据直接传输给汇聚节点,则与汇聚节点距离较远的节点能量将很快被耗尽。应用于无线传感器网络的LEACH协议提出了通过分簇实现数据融合的方法,簇头在接收到本簇成员的数据后进行融合处理,最终,将融合结果传输到汇聚节点。另一种应用数据融合的PEGASIS协议,是一种接近理想的基于链状的协议,它在LEACH协议的基础上做出了改进。在PEGASIS中,每个节点只与一个位置最近的邻居进行通信,并且,轮流传输数据到汇聚节点,然后,降低每一轮中的能量消耗。模拟结果表明:采用PEGASIS协议有效地延长了网络的生存时间。