基于区域分簇的大规模无线传感器网络生命周期优化策略

针对环境监测、电网冰灾监测等大规模监测系统中监测区域覆盖广、传感器数量大等特性,为节约网络能耗以延长生命周期,提出了一种基于区域分簇的大规模无线传感器网络生命周期优化策略(RCS).该策略首先利用传感器节点的位置信息进行凝聚的层次聚类(AGNES)算法将大规模网络分区以优化簇首的分布;其次,候选簇首节点竞选簇首成功后进行不均匀分簇,同时加入时间阈值来均衡簇首节点的能耗;最后,采用簇间多跳路由,根据节点剩余能量、与汇聚点距离计算网络能耗代价来构建最小生成树进行路由选择.在仿真实验中,该策略与经典的低功耗自适应分簇(LEACH)协议和能量高效的非均匀分簇(EEUC)算法比较,簇首能耗平均分别减少了45.1%和2.4%,网络生命周期分别延长了38%和3.7%.实验结果表明,RCS在大规模网络中能有效均衡整体网络能耗,显著延长了网络的生命周期.     

基于RFID的传感器网络合作式充电和数据收集策略

能量限制是制约无线传感器网络发展的主要瓶颈之一,可充电无线传感器网络的出现对其发展起了巨大的作用.提出了一种基于RFID标签的无线传感器网络合作式无线充电和数据收集策略,根据通信方式的不同,具体提出了TBR和TDC两种方案,通过将网络中的节点进行分簇,并在单个簇内部署簇内移动读取器进行路径移动,对簇内的各个节点进行充电和数据收集;在簇间部署簇间移动读取器收集簇内读取器内的数据,并将数据传输给汇聚节点进行数据处理,通过分簇完成对节点充电和数据收集任务的分层处理.通过仿真验证,其结果表明合作式充电策略可应用在大型区域内部署的网络,并且保证所需的移动读取器数量最少,数据传输至汇聚节点的时延最短,TBR方案与TDC方案有效.     

基于WRSN的多节点按需充电策略研究

针对无线可充电传感器网络(WRSN)中的节点死亡率过高问题，为了降低节点死亡率，以按需充电架构为基础，提出了一种动态不均匀分簇的单移动充电设备(MC)多节点在线充电策略SMMCS(single MC multi-node charging strategy)。策略首先将无线可充电传感器网络进行动态不均匀分簇，以此划分移动充电设备的服务分区；然后在此模型基础上以最小网络节点死亡率为目标，进行路径规划时综合考虑节点剩余能量、距离以及能耗等因素。仿真实验结果表明，与SAMER、VTMT以及FCFS策略相比，该策略减少了节点等待时间，缩短了MC总充电代价，减小了节点死亡率。基于仿真条件，网络节点死亡率为4.31%。     

异构WSN中基于改进哈里斯鹰的分簇算法

针对无线传感器网络中传统的低功耗自适应集簇分层型协议存在的节点能耗过高、网络生存周期短以及负载不均衡等问题, 本文提出了一种异构传感网络下的多目标簇头选举和基于模拟退火的哈里斯鹰路由优化算法(LEACH-MHO). 这种改进算法首先在计算节点最优阈值的基础上, 构建新的考量能耗和负载的适应度函数, 找到最优簇首节点, 保证簇首节点的均匀分布; 再建立基于哈里斯鹰优化器的路径选择策略, 同时嵌入模拟退火算法, 防止过早陷入局部最优; 最后使用评估函数筛选出可加入到最佳路径的簇头, 缩短簇头节点到基站的通信距离. 仿真实验数据表明, 与CREEP、LEACH-C、LEACH算法相比, 本文算法的网络生存寿命分别延长了22.18%、77.83%和180.52%, 能更有效地延长网络生存寿命.     

基于Dijkstra的无线传感器网络分簇路由算法

提出一种基于Dijkstra的无线传感器网络分簇路由算法--DEUC.该算法将改进的Dijkstra算法应用到簇间路由机制中,寻找簇头到基站的最短路径,使得离SINK较远的簇头节点沿着最短路径传输信息,从而有效减少传输路径长度与相应的网络延时.该算法还将传感器网络进行区域划分,使得距离SINK较近的簇头拥有少量成员节点,因此,靠近SINK的簇首可以为簇问的数据转发预留能量,达到均衡簇头能量消耗的目的.仿真结果表明,该算法在延长网络生存周期方面相比低功耗自适应分簇路由协议(LEACH)和能量高效的非均匀分簇算法(EEUC)分别提高约35%和25%.     

WRSN中多MC协同的一对多能量补充策略

无线可充电传感网络(Wireless Rechargeable Sensor Networks, WRSN)由于受到传感器有限的电池容量限制,所面临的一项重要挑战是如何调度移动充电器MC(Mobile Charger)及时为传感器进行充电,避免传感器由于能量过低而失效。然而现有的充电策略中单MC充电策略难以满足大规模WRSNs的电量需求,多MC充电策略常忽略充电的均衡性。针对WRSN中多MC协同充电问题,提出一种多MC协同的一对多能量补充策略(MTORN)。首先通过相交圆算法将网络中的传感器节点划分为若干个节点簇,MC根据节点簇的平均剩余能量以及距离划分簇的优先级,每个MC前往不同的节点簇进行一对多充电从而提高充电效率。仿真结果表明,与现有的算法相比,MTORN能够有效降低网络中传感器节点失效数量和MC的移动成本,延长网络生存时间。     

大范围WRSNs的数据路由和无线充电算法

针对传统电池供电系统能量有限问题,提出一种大范围无线可充电传感器网络(WRSNs)的数据路由和无线充电算法.以无线感知识别平台为基础,利用等边三角形的强覆盖性,并综合考虑网络路由协议和无线充电器特性对节点能量的影响,提出一种基于六边形路径的动态无线充电算法(IJRC_HP).算法包括两部分:依据充电器特性设计数据路由方法,使得能量接收功率高的节点承担更多的通信任务;依据该路由的特点设计充电方案,为能耗速度快的节点分配更多的充电时间.与等边三角形算法(TRIANGLE)、GRID算法进行仿真对比,实验结果表明,IJRC_HP算法在网络寿命提升、能量均衡、充电器移动效率和节点平均充电延时等方面具有优越性.     

无线可充电传感器网络混合移动充电调度研究

能量约束是无线传感器网络应用的重要限制.无线能量传输技术因为在效率和可靠性方面的突破,已成为无线传感器网络极具潜力的能量补给方案.目前已有的移动无线充电调度方案可分为周期性调度和在线调度方案,虽然各种方案有不同的适用场景,但是难以同时兼顾周期性调度的高充电效率和动态调度的实时性.本文提出一种按需的无线传感器能量补给调度方案,首先每个周期对所有请求充电的全局优化节点充电路径,接着对实时性请求结合动态插入法安排紧急需求节点充电.通过仿真实验比较,本文提出的混合方案相对于周期性调度方案和按需方案在充电效率、移动路径代价和节点饥饿率上具有显著优势.     

基于能量优先分簇算法的WSN分层路由协议

考虑到无线传感器网络中节点能量受限问题,提出了一种新的负载均衡的基于能量优先分簇算法的WSN分层路由协议(LRP-EPCA).综合考虑能量因素,对LEACH协议的簇首选取机制进行改进,采用了非均匀分簇的思想来平衡簇首的能量消耗;分别以簇首和基站作为树根,生成簇内和簇间的路由树,在簇内,用分层次多跳和单跳相结合的方式将数据传输到簇首.簇首再通过多跳把数据发送到基站.仿真实验表明,LRP-EPCA协议与ECMR和PEGASIS相比,网络寿命(半数节点死亡)分别提高了200%和120%.     

无线传感器网络节点基于遗传算法的充电路径规划

无线传感器网络应用越来越广泛,为了解决传感器节点的能量问题,将无线充电技术应用到传感器网络中.使用无人机为传感器节点进行无线充电,但是无人机的电池容量有限,合理的规划能够让无人机以最小的充电代价获得最大的网络效用.以最小化无人机能耗为优化目标,对无人机能量消耗进行分析,将优化目标简化成最小化路径距离,并使用遗传算法对无...     

基于非均等分区的无线传感器网络路由协议

针对无线传感器网络（WSN）存在簇头节点分布不合理以及节点负载不均形成的“热点”问题,提出了一种基于非均等分区的非均匀分簇路由协议（UAUC）。UAUC通过非均等分区对网络进行划分,并在每个区域中根据能量因子、距离因子以及密集程度因子选择合适的簇头节点。此外,在簇头节点之间构造一棵负载均衡路径树,解决数据传输时存在的“热点”问题。仿真实验中,与低功耗自适应集簇分层（LEACH）协议,分布式能量有效非均匀成簇（DEBUC）协议以及基于非均匀分簇的无线传感器网络分层路由协议（HRPNC）相比,UAUC协议的簇头节点分布更加合理;UAUC在生存周期上较LEACH协议,DEBUC协议与HRPNC协议分别提高了88%,12%与17.5%;UAUC的节点平均剩余能量高于LEACH协议,DEBUC协议和HRPNC协议,并且节点剩余能量方差小于LEACH协议,DEBUC协议和HRPNC协议;UAUC协议在数据包接收量上较LEACH协议,DEBUC协议和HRPNC协议提高了400%,87.5%与25%。实验结果表明,UAUC能够有效地提高能量效率和数据包接收量,均衡能量消耗,延长网络的生存周期。     

无线可充电传感器网络的能量补充策略研究

为均衡网络能耗,及时为可充电无线传感器网络中能量较低的节点补充能量,本文提出一种基于非均匀分簇的多跳能量补充算法。该算采用非均匀分簇的多跳路由协议,每次充电前基站根据本文提出的剩余时间与地理位置联合优先权算法,计算出各簇的优先值后规划最优充电路径。仿真实验结果表明,本算法与其他算法相比有较好的扩展性,能有效均衡网络能耗并及时为节点充电。     

一种高效节能的无线传感网分簇路由协议

提出了一种高校节能的无线传感器网络分簇路由协议 ACEDG(Algorithm for Culster Establishment and Data Gathering).在该协议中,节能根据其剩余能量以及忠诚邻居节点数来竞争簇头,节点间通过信息反馈的方式经过三轮迭代形成交叠区域小的放以高效覆盖整个网络.为了进一步减小能量消耗和保证节点能量的均衡性,簇头使用数据融合将来自簇成员和其它簇头的一个或多个数据报融合成一个数据报,簇头之间以多跳方式将收集到的数据发送到指定的根簇头,然后通过根簇头将整个网络收集的数据发送到基站.仿真实验证明,ACEDG协议与其它两种早期的分放路由协议LEACH和DCHS相比,其网络寿命(第一个节点死亡)分别提高达270%和240%.     

一种基于非均匀分簇的实时充电算法

针对具有实时性要求的无线可充电传感器网络,使用移动充电器及时为网络中的节点补充能量,提出一种基于非均匀分簇的实时充电算法(nUCRC):首先采用非均匀分簇的方法,将网络划分为大小不等的多个簇,通过研究簇内节点的能量状态和充电截止时间决定簇头的选举和轮换;采用动态规划算法得出移动充电器的簇间最短移动路径,并根据簇内节点的时间和空间的混合优先级决定充电顺序,遍历完所有簇后,返回基站结束当前充电周期.仿真结果表明采用nUCRC算法比采用目前最新的按需充电算法的节点存活率提高约10％,平均充电时延提升约20％,更加适用于具有实时性要求的网络.     

基于深度强化学习的WRSN动态时空充电调度

高效的移动充电调度是构建长生命期、可持续运行的无线可充电传感器网络(WRSN)的关键之一.现有基于强化学习的充电策略只考虑了移动充电调度问题的一个维度,即移动充电器(MC)的路径规划,而忽略了充电调度问题中的另一维度,即充电时长调整,因而仍然存在性能限制.提出一种基于深度强化学习的WRSN动态时空充电调度方法(SCSD),建立充电序列调度和充电时长动态调整的深度强化学习模型.针对移动充电调度中离散的充电序列规划和连续的充电时长调整问题,使用DQN为待充电节点优化充电序列,并基于DDPG计算并动态调整序列中待充电节点的充电时长.通过分别从空间和时间两个维度的优化,在避免节点缺电失效的同时,所提出的SCSD可实现充电性能的有效提高.大量仿真实验结果表明,SCSD与现有的几种有代表性的充电方案相比,其充电性能具有明显的优势.     

基于LEACH的无线传感器网络混合优化协议算法

在无线传感器网络(WSN)协议研究中,降低节点的能量损耗、延长节点的使用寿命是研究的关键问题。针对无线传感器网络中传统LEACH协议在分簇机制及数据通信方面的不足,提出了一种混合优化的改进协议--HOBDE-LEACH。新的协议采用先分簇再选举簇头的策略,提出覆盖半径种子扫描成簇算法(CR-SSCA)进行快速分簇,保证对区域的全覆盖;网络运行期间结合能量和距离考虑负载均衡,分阶段采用不同的簇头选举和通信机制。仿真实验结果表明,与LEACH协议相比,HOBDE-LEACH的第一个节点死亡的轮循次数延长了66%,50%节点死亡时的网络轮循次数延长了20%;与LEACH-EI协议相比,所提协议的第一节点死亡的轮循次数延长了50%,50%节点死亡的网络轮循次数延长了19%。改进后的协议能有效地均衡网络负载和簇头节点能量消耗,更合理地分布簇头节点,延长网络生命周期。     

用于智能电网的有差别射频充电传感器网络

针对应用于智能电网中的无线传感器网络(WSNs)节点能量受限问题,分析了基于无线射频充电技术的为传感器节点充电技术,改进了可持续无线充电传感器网络(SWRSNs),提出有差别射频充电传感器网络(DRRSNs)技术,增加节点的优先级设置,建立整数线性规划模型,用CPLEX求解模型确定标志性节点位置。求解数据表明:节点获得的能量平均提高105%,高优先级节点比低优先级节点平均多获得43%的能量,提高了节点的寿命,保证了WSNs的可靠性,但是路径访问效率平均降低了14%。     

基于三维空气质量监测系统的非均匀分簇算法

空气质量监测是环境保护工作的重要组成部分,无线传感器网络技术在空气环境自动监测中的应用已成为人们关注的热点。由于无线传感器网络具有能量有限、传感器无法充电等特点,根据特定环境设计分簇路由算法是延长监控系统寿命的关键。针对空气质量监测系统中传感器节点能量利用率低且消耗不均的问题,文中提出一种基于改进差分非均匀分簇路由算法。该算法采用差分进化算法对簇首的选择进行优化;通过计算大小不一的成簇半径实现非均匀分簇目的;不再以轮为单位频繁选簇,而是根据选簇频率和节点编号更换簇首节点。仿真结果表明：网络运转前300轮生存时间内中,提出算法簇首节点通信范围内覆盖不到的孤立节点个数大量减少,节点利用率高于LEACH 83%,比EEUC也提高了60%,采集信息的区域范围更广;提出算法显著延长了第一个节点的死亡时间,整个网络生命周期和LEACH、EEUC相比分别提高了约55.6%和14.8%。     

传感器网络分簇时间跨度优化聚类算法

针对无线传感器网络（WSN）簇头节点能效低、网络能量负载不均衡问题,提出一种传感器网络分簇时间跨度优化（CTSO）聚类算法。该算法首先在簇头选举方式上关注了簇内成员数量和簇头间距的约束问题,尽可能地避免各个簇之间发生覆盖重叠,优化簇内节点能量;接着对簇头的选举周期进行优化,以任务执行周期大小作为一个时间跨度并分为多个轮,通过最小化簇头选举的轮数来减少用于选择簇头而花费在广播消息上的能量,提升簇头节点的能量利用率。实验仿真结果表明,对比基于多Agent的同质态数据汇聚路由方案以及自适应数据汇聚路由策略,CTSO算法的平均能量效率分别提高了62.0%和138.4%,节点寿命则分别提高了17%和9%。CTSO算法在提升无线传感器网络簇头能效及均衡节点能量上具有较好的效果。     

能量异构无线传感器网络分簇路由改进算法

路由算法作为无线传感器网络的核心技术,对延长网络生命周期,提高网络效率起到了至关重要的作用.针对分布式能量有效成簇算法未考虑节点位置和对节点保护、利用不充分的问题,提出了一种改进的能量异构分簇路由算法.该算法引入边缘度的概念,使距离基站近的节点优先担任簇头,减少了网络能量消耗;设立了双能量阈值,提高节点能量利用,延长节点生命周期;综合考虑节点、簇头、基站三者的位置分布,提出了更合理的入簇机制.仿真结果显示,在小面积检测(10 m× 10 m到100 m×100 m)与大面积检测(100 m×100 m到500 m×500 m)环境下改进算法与原算法相比,网络生命周期分别提高了18.7%到36.2%,24.4%到66.5%.