无线传感器网络中能量有效的加权分簇算法

针对无线传感器网络中节点受到能量和带宽等资源的严格制约的问题,通过分簇可以使网络中节点能量负载均衡,从而延长网络的生存周期.本文从能量和节点度的角度出发,分析了无线传感器网络中现有的一些分簇算法,提出了一种新的适合于无线传感器网络的能量有效的加权分簇算法,通过仿真和分析,得出该分簇算法是一种有效的分簇算法.     

无线传感器网络中能量有效的加权分簇算法

针对无线传感器网络中节点受到能量和带宽等资源严格制约的问题,通过分簇可以使网络中节点能量负载均衡,从而延长网络的生存周期.从能量和节点度的角度出发,分析了无线传感器网络中现有的一些分簇算法提出,了一种新的适合于无线传感器网络的能量有效的加权分簇算法,通过仿真和分析得出,该算法是一种有效的分簇算法.     

基于分簇无线传感器网络密钥预分配管理方案研究

针对无线传感器网络节点计算和存储能力有限,能量受限等特点,提出了一种新的分簇传感器网络密钥预分配管理方案KDNKPD。该方案借助于Blundo二元多项式函数和密钥分发节点建立节点与簇头间的安全通信,能够适应簇首节点的按轮选举并解决了Blundo方案的安全问题。通过安全分析与性能分析比较和仿真实验表明,该方案提高了网络的安全性,减少了传感器节点的存储开销和计算开销。     

无线传感器网络簇首备份机制研究

提出一种基于综合指标的无线传感器网络簇首备份机制。通过节点剩余能量、节点度数、通信代价三者构建一种有效的综合指标,通过对簇内成员节点的综合指标排序,选取具有最优综合指标值的成员节点作为备份簇首。对该备份机制的仿真结果表明,采用该机制的分簇无线传感器网络可有效地降低簇首故障所带来的损失,加强了分簇的稳定性,延长了网络的生命周期,提升了网络的整体性能。     

分簇无线传感器网络密钥预分配管理方案

针对无线传感器网络节点计算和存储能力有限,能量受限等特点,提出了一种新的分簇传感器网络密钥预分配管理方案KDNKPD。该方案借助于Blundo二元多项式函数和密钥分发节点建立节点与簇头间的安全通信,能够适应簇首节点的按轮选举并解决了Blundo方案的安全问题。通过安全分析与性能分析比较和仿真实验表明,该方案提高了网络的安全性,减少了传感器节点的存储开销和计算开销。     

基于簇首移动的无线传感器网络路由算法

以往的无线传感器网络分簇算法中,簇首位置固定无法移动,缺乏针对网络实时变化的灵活性,在均衡网络节点能量消耗的问题上存在着缺陷。鉴于此,提出一种簇首移动的无线传感器网络路由算法（MCHCA）。MCHCA算法将簇首设置为移动节点,通过网络区域大小及节点传输半径确定合理的移动簇首数目;根据簇内成员的位置坐标和剩余能量的信息,确定簇首每轮所需移动到的最佳位置;移动簇首收集簇内成员的数据并将其融合,传递给Sink节点。仿真结果表明,该算法可以有效地均衡网络节点负载的能耗,提高了网络的生命周期。     

一种能量均衡的WSN多级分簇路由算法

通过分析无线传感器网络分簇路由协议中簇首选择不合理和网络负载不均衡的问题,提出一种能耗均衡的多级分簇算法,簇首通过分析已学习到的周围网络数据作出较优决策。在簇首选举方面,综合考虑了节点剩余能量和相对节点密度,选择出合适的簇首;路由方面,运用贪婪算法选择较优簇内通信方案,为簇间数据转发预留能量;簇首对死亡节点能及时发现和广播死亡信息,更好地维护网络运行。仿真和分析结果表明,该算法能选出更为合理的簇首,更有效地均衡了网络负载,显著延长了网络寿命。     

无线传感器网络分簇拓扑的覆盖区域节点调度优化算法研究

利用区域分割的方法建立了一种覆盖区域冗余节点的优化调度机制,实现对完全覆盖区域内冗余节点的休眠调度,并将该机制引入无线传感器网络的分簇结构中,提出一种基于分簇拓扑的节点调度优化算法。算法通过控制簇内冗余节点进行休眠,减少簇首的数据通信量和簇成员中工作的冗余节点个数,降低了网络能耗。仿真结果表明,与未考虑冗余节点休眠调度的分簇算法相比,该算法有效提高了网络能量利用率,延长了网络生命期。     

WSN免疫模型设计及其分簇算法

针对无线传感器网络容易出现能量衰竭和分簇繁琐问题,设计一种基于人工免疫计算理论的无线传感器网络模型,采用网格理论来划分初始簇,并对网络节点及节点簇等进行相关定义。最后提出一种免疫型无线传感器网络分簇算法——aiCWSN。通过实验,该模型和算法能够减少网络能量过快衰竭和提高网络的收敛性。     

负载均衡的无线传感器网络的分簇路由算法

无线传感器网络分簇算法中,簇首肩负着收集、融合和传输数据的责任,影响整个簇的性能。簇首能量快速消耗,破坏了网络节点能量的均衡性。针对此,提出了一种负载均衡的分簇算法（LBCA）,由簇内成员和助理簇首帮助簇首完成任务。簇首选择阶段,通过两次筛选确定簇首的方法来控制簇首个数;簇内收集数据时结合蚁群算法寻找遍历簇内的最短路径,减小簇首能量消耗的压力;给Sink节点传递数据过程中,在簇内选择一个助理簇首来辅助簇首工作。仿真结果表明,该算法可以有效地均衡网络节点负载的能耗,提高网络的生命周期。     

一种能量高效的无线传感器网络拓扑控制算法

通过对现有拓扑控制算法的研究,针对无线传感器网络中节点能耗分布不均匀的问题,提出了一种能量高效的拓扑控制算法(EETCA)。该算法以均衡全局能耗为目标,综合考虑了节点的剩余能量、簇的规模、数据最优传输跳数等因素,避免了部分节点能量消耗过快,从而有效地均衡网络负载。仿真结果表明:EETCA在能耗均衡方面均优于原来的算法,延长了无线传感器网络的生命周期。     

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%。     

基于双簇头网格调度的WSNs能量空洞缓解

设计了基于双簇头网格调度反馈结构的无线传感器网络（WSNs）非均布节点能量空洞缓解机制,并设计了主副簇头网格聚类算法,形成网格单元;依据节点身份（ID）与网格ID,定义鉴定规则,确定网格中的WSNs节点;构造了网格单元中心点的计算数学模型,依据该中心点坐标确定每个网格单元的簇头,调度网格内的节点;构建了主-副-相邻簇头的数据调度传输结构,有效分散了节点所承担的负载,并对本机制性能进行理论分析.仿真结果表明：与其他机制相比,在非均布节点环境下,该算法更能有效避免网络能量空洞,其节点持续时间最长,显著消除了“漏斗效应”.     

Energy-efficient clustering in lossy wireless sensor networks

Recent experimental studies have revealed that a large percentage of wireless links are lossy and unreliable for data delivery in wireless sensor networks (WSNs). Such findings raise new challenges for the design of clustering algorithms in WSNs in terms of data reliability and energy efficiency. In this paper, we propose distributed clustering algorithms for lossy WSNs with a mobile collector, where the mobile collector moves close to each cluster head to receive data directly and then uploads collected data to the base station. We first consider constructing one-hop clusters in lossy WSNs where all cluster members are within the direct communication range of their cluster heads. We formulate the problem into an integer program, aiming at maximizing the network lifetime, which is defined as the number of rounds of data collection until the first node dies. We then prove that the problem is NP-hard. After that, we propose a metric-based distributed clustering algorithm to solve the problem. We adopt a metric called selection weight for each sensor node that indicates both link qualities around the node and its capability of being a cluster head. We further extend the algorithm to multi-hop clustering to achieve better scalability. We have found out that the performance of the one-hop clustering algorithm in small WSNs is very close to the optimal results obtained by mathematical tools. We have conducted extensive simulations for large WSNs and the results demonstrate that the proposed clustering algorithms can significantly improve the data reception ratio, reduce the total energy consumption in the network and prolong network lifetime compared to a typical distributed clustering algorithm, HEED, that does not consider lossy links.     

高斯分布无线传感器网络簇头选择算法

针对无线传感器网络的能量受限问题,通常采用分簇聚合减少数据传输来实现能量节省。提出了一种基于高斯分布的分簇网络模型的簇头选择算法,构建了簇头选择函数的概率模型。模型以信道增益、剩余能量、簇内节点间距离及节点位置为参数,通过比较节点的概率函数值选择簇头。结果表明该选择算法能较大程度地提高网络能耗效率、延长网络生存时间。     

受限节点的WSNs非均匀分簇算法应用研究

针对常规分簇路由算法不能有效解决节点位置、能量、频段受限的固态发酵温度检测无线传感器网络(WSNs)中节点过早死亡和能耗不均衡的问题,提出了一种基于粒子群优化(PSO)算法的非均匀分簇路由协议。首先,根据网络规模选择固定数目的簇首节点,然后,引入PSO算法和非均匀分簇机制,以簇首节点覆盖范围和簇内节点与簇首之间平均欧氏距离作为评价函数的影响因子,选取一组最优簇首。仿真实验结果表明:所提算法有效改善了受限节点无线测温网络"热区"效应,均衡了节点能耗,显著延长了网络生存周期。     

一种基于节点密度的无线传感器网络路由协议

能量问题一直是制约无线传感器网络(WSNs)发展的问题。成簇算法可以很好地降低网络通信能耗。分析已有的各类成簇算法,在LEACH协议的基础上,改进了簇头节点的选取方式。讨论了网内簇头个数的选择,然后以网内节点密度为参考选取簇头,通过赋予不同的参数来比较节点密度对协议运行的影响。仿真结果表明:改进的算法有效降低了通信能耗,延长了网络的生存周期。     

面向异构WSNs的基于能量感知的簇路由算法

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.为了延长网络,现存的多数簇路由是面向同构网络.为此,提出分布式能量感知的异构WSNs非均匀分簇路由DEAC(Distributed Energy Aware unequal Clustering)算法.DEAC算法是以EADUC(Energy Aware Distributed Unequal Clustering)为基础,并进行优化.与EADUC不同,DEAC算法从簇头竞选机制、簇间多跳通信中的下一跳转发节点的选择策略以及自适应的节点通信半径的设置三方面进行优化.在簇头竞选机制中,采用退避算法,利用节点的剩余能量以及邻居节点的平均能量设置延时时间;在选择下一跳转发节点时,建立节点的关于能量的度量函数,选择具有最大剩余能量的节点作为下一跳;而在设置节点通信半径时,考虑了距离、剩余能量以及邻居节点数信息.仿真结果表明,与EADUC协议相比,提出的DEAC算法能够有效地延缓第1个节点失效的时间,减少了能耗,扩延网络寿命.     

无线传感器网络中助理簇头机制的应用

研究LEACH和PEGASIS协议,提出一种无线传感器网络中的助理簇头分簇算法。该算法根据簇头节点的地理位置、剩余能量及簇内成员节点数目,动态决定是否需要在簇内产生助理簇头,并在需要产生助理簇头的簇内选择合适的节点,以减少簇头通信的能量消耗。实验结果表明,加入助理簇头后,原算法在均衡性能、能量消耗和网络生命周期等方面均得到优化。     

基于QEA优化的WSNs簇间路由策略

无线传感器网络(WSNs)路由协议中采用多跳通信方式在一定程度上解决了单跳方式下簇头节点过早失能的问题,增强了网络通信的稳定性,提高网络能量的利用效率。但多跳方式使距离基站较近的簇头节点由于承担了大量数据转发任务,从而造成其过早死亡,出现网络空洞,缩短了生存周期。针对以上问题,提出基于量子进化算法(QEA)优化的分簇路由策略,通过QEA的多样性、快速收敛性、全局搜索能力强等特点,进行簇间路由的优化,从而有效均衡了簇头节点间的能耗。仿真结果表明:与经典LEACH协议和EEUC协议相比,基于QEA优化的簇间路由策略可以有效均衡簇头节点间能耗,延长网络生存周期。