无线传感器网络能效技术综述

无线传感器网络最关注的问题是如何高效利用有限的能量.该文全面介绍了传感器节点处理模块和通信模块的的能源消耗情况和节能策略.     

基于改进蚁群算法的网络能量平衡路由策略

以无线传感器网络为研究对象,针对网络能量消耗不均匀,造成部分网络节点能量过早耗尽这一问题,采用无向图理论对无线传感器网络进行建模,并通过改进的蚁群算法对网络路由路径进行求解,改进启发因子,加入能量消耗预测机制,引导算法产生能够平衡各节点能量消耗的路由路径,最终达到平衡网络节点能量的目的。仿真对比实验表明,与经典蚁群算法相比,提出的改进蚁群算法能够有效降低节点剩余能量方差,平衡节点能量消耗,有效提高无线传感器网络的能量平衡。     

多级异构无线传感器网络高能效多跳分簇路由算法

在无线传感器网络中开发一个高效节能的路由算法需要充分利用有限的能量。针对现有异构无线传感器网络分簇路由算法未考虑节点距离基站的位置,以及在路由传输方面多是采用单跳路由机制,从而造成能量空洞等问题。文中将提出一种多级异构无线传感器网络高能效多跳分簇路由算法,该算法将节点位置与剩余能量作为考虑因素来选举簇头,增加距离基站近且剩余能量高的节点被选举为簇头的机率,同时采用多跳与单跳相结合的自适应路由通信机制,均衡全网能耗、提高全网能效。理论和仿真实验结果表明该算法在存活节点和网络吞吐量等性能方面优于现有算法。     

具有能量获取能力的低功耗ZigBee无线传感器网络节点设计

基于ZigBee技术的无线传感器网络具有巨大的应用前景。由于网络节点能量有限,如何设计低能耗的ZigBee无线传感器网络节点,最大限度地利用自身能量,同时从环境尽可能获取能量,是提高网络节点生命周期的二大关键问题。本文一方面系统分析了ZigBee无线传感器网络节点中各个部分引起的能量消耗,提出从节点硬件结构和网络协议两方面来降低网络系统能耗,延长网络生命周期的策略。另一方面提出从环境中获取能量的ZigBee无线传感器节点设计思想,设计开发了具有能量自获取能力的ZigBee无线传感器网络节点,用太阳能光伏电池和风能发电机作为生能器件,用超级电容器和锂离子电池作为储存器件,并采用低功耗的能量获取管理策略,实现了能量的自动获取与充分利用。     

无线传感网络测量的目标预测动态能量优化

能量约束是无线传感网络实际应用的关键问题之一。针对无线传感网络测量的能效性问题,提出目标预测动态能量优化方法,采用粒子滤波算法对测量目标状态进行预测,通过动态唤醒无线传感节点延长节点睡眠时间节省节点能量。根据无线传感网络节点分布计算能力,运用分布式遗传模拟退火算法优化目标测量过程,使网络能耗最小化。重点讨论机动目标跟踪应用,实现目标位置预测、节点睡眠状态规划和测量节点优化选择,提出节省通信能量的中转节点路由方案。机动目标跟踪的仿真试验表明,目标预测动态能量优化方法能降低节点能耗,并提高无线传感网络的能量有效性。     

无线传感器网络中能量高效的自适应分簇算法

无线传感器网络中节点能量是受限的,高效的节能方法成为无线传感器网络中各种关键技术研究的重点之一。为有效降低分簇无线传感器网络在分簇时的能量消耗,给出一种能量高效的无线传感器网络自适应分簇算法。该方案首先是根据数据传输能量消耗最小原则计算出最优簇头节点数目,然后按照区域聚类方法进行分簇,最后在每个簇根据节点剩余能量和数据传输能耗代价选择簇头。仿真性能分析结果表明:所给方案可以有效降低节点能量消耗,防止簇头节点因能量消耗过快而过早失效。因此,该算法可以提升网络的稳定性,延长网络生命周期。     

一种基于移动Sink的无线传感器网络路由算法

节能是无线传感器网络路由算法设计的一个核心问题,通过减少数据传递跳数或数据量可以尽可能延长节点寿命,保证网内数据通信。但是Sink节点周围的节点因通信负担过大而导致能量将很快耗尽。针对这一问题提出了一种基于剩余能量分布的移动Sink节点路由协议,利用剩余能量扫描算法收集网络的能量分布信息,根据能量分布决定Sink节点的移动,实现了数据汇集的负载平衡,并且在事件区域利用局部数据融合减少了网内冗余数据。仿真实验与MintRoute路由算法的比较结果表明,该路由算法在保存网络能量和减少网内数据通信量方面有明显的优势。     

基于TinyOS2.x的WSN图形化仿真平台设计与实现

由于无线传感器网络(WSN)规模大、难以人工维护等特点,仿真实验成为评价大规模无线传感器网络性能指标的重要方法。TinyOS2.x仿真工具TOSSIM只能在字符界面中进行无线传感器网络仿真,并且TOSSIM无法实现节点能量监测。针对现有TOSSIM的不足,根据改进的能耗模型,提出了一种无线传感器节点的剩余能量计算算法;并根据剩余能量计算算法,设计了TinyOS2.x传感器节点剩余能量计算组件和传感器节点应用程序,通过Qt软件开发技术设计了图形化仿真软件。实验结果表明,改进的仿真工具可以直观、准确地实现无线传感器网络实时仿真。     

无线传感器网络节能技术分析

无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术.节能是延长传感器网络寿命的关键.本文介绍了传感器节点的能源消耗情况,结合已有研究,重点从数据处理和通信协议两方面对节能策略进行分析,并指出了研究方向.     

多级异构传感器网络距离和能量有效分簇算法

分簇路由算法是无线传感器网络降低能耗的一种关键技术。由于多级能量异构无线传感器网络的节点初始能量在一定范围内随机分布,为了能有效利用节点能量的异构性以降低能耗、延长网络稳定周期,提出了同时考虑节点剩余能量和节点至基站距离的多级能量异构无线传感器网络的分布式分簇算法CDEE。该算法使剩余能量较高、距离基站较近的节点成为簇首的机会更大。仿真结果表明,CDEE算法可以有效降低并平衡网络能量消耗,延长网络稳定周期。     

基于分布式压缩感知重构算法的应用

针对无线传感器网络通信功耗大、导致节点寿命短的问题,引入压缩感知算法进行数据压缩,减小传输数据量、降低通信能耗。通过对无线传感器网络的分布式信号进行分析,提出了针对分布式压缩感知联合稀疏模型1的正交匹配追踪法的改进算法,减少重构算法计算量,使其适用于无线传感器网络。文中把改进算法用于处理温室大棚中所检测的温度信息,并进行性能分析。实验结果验证了理论分析结论,在保证复原信号精确度的前提下减少了计算量。     

传感器网络中基于节点位置的功率控制算法

由于能量的限制,无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)面临网络生存时间、无线资源利用效率以及时延要求等方面的挑战.无线传感器网络中的功率控制已经成为研究领域中的一个热点,其主要目的是降低网络在分发数据包中的能量消耗,降低网络中的通信干扰,提高无线信道的空间利用率,并提高网络的吞吐量.通过采用一种新的基于节点位置的功率控制算法,该算法采用数学和几何的分析方法去分析邻居节点间的关系,并构建优化邻居集,并使用不同的功率传送报文.该算法的复杂度不高,易于在节点运行,仿真结果证明该箅法能取得较好的网络性能.     

链-树型无线传感器网络路由协议

无线传感器网络是由大量传感器节点组成的自组织网络,具有密集性和随意分布的特点,可实现恶劣环境下的数据监测。简要介绍两种典型的无线传感器网络路由协议,并综合两者的优点,提出一种新的基于能量效率的链一树型无线传感器网络路由协议。该协议可有效降低节点能耗,适合在大规模无线传感器网络和节点能量不均衡的网络中应用。     

一类异类无线传感器网络节点调度问题研究

针对一类以配置了多种传感器的节点组成的,部分传感器完全覆盖,部分传感器局部覆盖的异类无线传感器网络节点调度问题,提出了一种基于改进遗传算法的优化策略.在构建网络模型的基础上,建立了节点调度分化策略,提出了冗余信息度的概念来描述网络能耗效率,并设计了以冗余信息度和不同传感器目标区域感知覆盖率为优化目标的改进多目标遗传算法NSGAⅡ,用于求解节点分化策略.仿真结果表明,该方法可以通过迭代得到收敛的Pareto最优解,并为传感器网络提供一个多目标Pareto最优节点分化策略方案集,供不同应用选择.     

一种适用于无线传感器网络节点设计的低功耗技术

无线传感器网络集成了传感器、嵌入式计算和通信技术,具有广阔的应用前景。由于传感节点的硬件资源有限,如何采取有效措施降低网络的能耗以延长其工作时间是一个关键的问题。介绍无线传感器网络节点的硬件构成及协议构成,从节点软硬件设计等方面介绍无线传感器网络节点相关的低功耗设计方法。     

基于无线充电的Sink轨迹固定WSN路由算法

利用无线充电技术给节点供电已经成为延长无线传感器网络寿命的一种有效方式。针对Sink节点轨迹固定的无线传感器网络,采用移动Sink无线充电,提出一种基于近邻传播聚类的能量均衡无线充电路由算法。该算法采用近邻传播聚类算法对节点进行分簇,使得分簇更加均匀,分簇后簇结构不变,簇头轮换,减少频繁成簇带来的不必要能量开销。数据传输阶段在簇头之间建立层次树优化传播路径,计算权值时考虑中继节点的剩余能量,均衡簇间能量;Sink节点采集数据的同时,对充电范围内的可充电节点进行无线供电,以填补Sink节点轨迹周围的能量空洞。仿真结果表明,与传统分簇算法相比,该算法更为有效地延长了网络的生命周期。     

智能生命信息无线传感器低功耗研究

介绍了无线智能生命信息传感器节点和网络的概念,从数据采集和计算、数据传输、硬件及软件方面对无线生命信息传感器节点和网络的节能进行了比较研究.     

基于多通信半径和改进遗传算法的DV-Hop定位

针对无线传感器网络定位算法中DV-Hop(distance vector-hop)算法定位精度不高的问题，从跳数和跳距两方面进行优化，提出了一种利用多通信半径和改进遗传算法优化的DV-Hop定位算法。首先，设置节点的通信半径为多个，细化节点间的跳数，降低跳数误差；其次，将局部搜索能力强的禁忌搜索算法与遗传算法相结合优化信标节点的平均跳距；最后，采用加权的方式修正未知节点的平均跳距，降低跳距误差。仿真结果表明：在同等条件下，本文改进算法比传统DV-Hop算法和有关改进算法定位精度更高。     

基于ZigBee的无线录井低功耗传感网络设计

无线录井工程中,传感器节点通常采用容量小的电池供电,为确保传感器能够持久运行,需降低传感器节点的运行功耗。硬件电路的设计遵循选取低功耗器件、减少外围电路的原则,并利用管理软件优化极易产生功耗损失的网络配置与数据发送机制,控制硬件在休眠状态与工作状态之间进行切换,从而降低节点功耗。现场测试表明,ZigBee无线传感器网络稳定可靠,传感节点功耗低,大部分无线传感器节点可持续运行38 d以上,满足了无线录井需求。     

机械振动WSNs最小二乘发射功率自适应控制方法

机械振动无线传感器节点为了保证数据传输的可靠性采用最大发射功率,导致部分传感器节点传输能耗浪费。针对此问题,提出了一种无线传感器节点最小二乘发射功率自适应控制方法。首先,传感器节点在机械振动监测中进行簇内通信获得发射功率与链路质量的离散关系;其次,采用最小二乘法对离散数据进行线性拟合,建立数据可靠、节能传输的最小二乘发射功率自适应数学模型;最后,结合链路质量指示阈值计算出节点间数据传输的最优发射功率。对比实验结果表明,采用最小二乘发射功率自适应控制方法能有效降低机械振动无线传感器节点的传输功耗。