无线传感器网络解决能量空洞问题综述

基于无线传感器网络的特点,部分节点因为过早耗尽自身能量而导致网络原有覆盖区域缺失或者数据无法送达sink节点,从而形成能量空洞现象。如何避免能量空洞并能有效延长网络周期,是目前无线传感器网络的研究热点。当前解决能量空洞问题主要是以最大限度地均衡网络负载为设计目标。从5个方面,即能量控制与功率控制、数据压缩与融合策略、节点非均匀分布、动态性及增加sink节点数量和分簇算法,总结了解决此问题的方法,同时分析了各种方法的优缺点及进一步研究的方向。     

无线传感器网络中节点非均匀分布的能量空洞问题

节点非均匀分布策略能缓解无线传感器网络中的能量空洞问题.文中从理论上探讨这种策略,证明在节点非均匀分布的圆形网络中,如果节点持续向Sink节点发送数据,能量空洞现象将无法避免,而当节点数目满足一定关系时,网络中能够实现次优能耗均衡.文中提出一种节点非均匀分布策略及相应的路由算法用于实现这种次优能耗均衡.模拟结果显示网络生存周期终止时,处于网络内部的节点几乎达到了能耗均衡.     

无线传感器网络中继节点的最小功耗布置算法

在无线传感器网络中,如何布置给定数量的中继节点以最小化传输数据的整体功耗是个值得关注的问题.对中继节点的最小功耗布置问题进行了形式化描述,提出一种时间复杂度为O(n2)的近似算法,其中n为传感器节点数目.该算法先构造一棵中继节点数目不受限制时的最优生成树,然后每次从生成树中删除一个使得整体功耗增加最少的中继节点,直至生成树中的中继节点数目满足要求.实验结果表明该算法的执行时间较短,在传输数据的整体功耗方面要优于现有算法.     

基于萤火虫算法的无线传感器网络节点重部署策略

节点部署是无线传感器网络研究的重要问题之一.针对节点部署过程中的能量空洞问题,提出了一种基于萤火虫算法(FA)的节点重部署(NRBFA)策略.首先,在节点随机部署的传感器网络中,利用k-means算法进行分簇并引入冗余节点;然后,利用FA移动冗余节点,以分担簇头(CH)负载并均衡网络中节点的能耗;最后,再次利用FA寻找...     

井下无线传感器网络能量空洞问题研究

提出利用虚拟多输入多输出的思想来解决煤矿无线传感器网络的能量空洞问题,并提出了一种基于能量均衡的多跳非均匀分层分簇协议MUHC;阐述了MUHC传输模型,并分析了基于MUHC的虚拟多输入多输出系统能耗。Matlab仿真结果表明,与经典的LEACH协议及EEUC协议相比,MUHC协议能够平衡整个网络的能量,延长网络生存时间,缓解能量空洞问题。     

铁路沿线线型无线传感器网络节点部署策略

针对铁路沿线线型无线传感器网络的"能量空洞"现象,提出一种能耗均衡的非均匀部署优化策略.采用等腰三角形分区覆盖部署方式,根据网络规模和能量消耗模型求出分簇距离和簇内节点密度,对网络均匀分区并部署不同密度的传感器节点,同时对节点设置休眠/唤醒机制;通过与均匀部署策略和非均匀部署策略性能的分析对比,仿真结果表明,能耗均衡的非均匀部署优化策略有更高的网络能量利用率,可以有效延长网络生命周期并具有良好扩展性.     

无线传感器网络中基于可调发射功率的能量空洞避免

无线传感器数据收集网络的多对一收集特征容易导致网络局部区域的能量消耗较高,形成能量空洞,从而导致整个网络过早死亡.文中通过分析无线传感器网络的数据分发特征,得到传感器网络的能量消耗分布情况、不同区域节点的寿命及其引起的数据传送延迟.在此基础上,在保证应用延迟需求前提下,提出了网络寿命最大化的求解算法.然后,依据数据传输率、能量消耗与延迟之间的相互影响,对可能形成能量空洞的区域选择一定比例的数据以较短的发射半径发送到能量消耗低的区域,以进一步提高网络性能.理论分析与模拟实验结果表明,该策略可延长网络寿命达17%.     

基于贪婪算法无线传感器网络中继节点布局的研究

为实现远距离的无线通信, 在网络中添加中继节点, 采用多跳路由传输数据。对于中继节点的布局问题, 依据线性结构使网络整体能量消耗最小的特征, 提出一种中继节点贪婪布局算法。该算法通过最近贪婪策略、中继节点通信容量、传感器节点数据转发跳数等约束方法限制中继节点的布局位置。理论分析和实验验证了该算法能够有效减少能量消耗, 延长网络寿命。     

基于量子免疫的无线传感器网络能量空洞避免

无线传感器网络路由的一个重要问题是如何有效地均衡整个网络的能量消耗水平,避免形成能量空洞.如何通过有效的节点部署来避免"能量空洞"并使网络效率最大,是一个极具挑战性的研究课题.基于无线传感器网络特性,提出了基于量子免疫的能量空洞避免算法.采用量子编码染色体,利用免疫算子和量子门来引导变异,使得当前最优个体的信息能够很容易扩大到下一代,具有种群规模小、收敛速度快、全局寻优能力强的特点.对比实验结果表明:算法不仅能够避免"能量空洞",而且相对于已有均匀与非均匀算法都能有效提高网络效率.     

无线传感器网络中数据量转移的能量均衡策略

无线传感器网络中各节点能耗不均衡严重影响了网络的生命周期。首先通过理论分析得出了圆形区域网络的数据量转发和能量消耗特性,其次阐述了如何选择最优的发射功率使得网络寿命最长,最后为进一步降低网络能耗,提出了一种有效的数据量转移的能量均衡策略,数值仿真结果证明该策略可以有效降低整网能量消耗,延长网络生存周期。     

基于虚拟栅格的传感网能量空洞缓解方法

为延长无线传感网的生命期,提出了一种能量空洞缓解方法。网络被划分为若干虚拟栅格,以便于多跳传输。树形结构的数据上传路径则由各个簇头和移动Sink构成。此外,为缓解能量空洞的出现,Sink的移动轨迹被设计为可控的,从而有效均衡了能耗。仿真结果表明,该方法在多跳传感网络的节能方面表现较为良好。     

无线多媒体传感网节点能耗问题评述

同只具有简单环境数据采集功能的传统无线传感器网络(WSNs)相比,无线多媒体传感器网络(WMSNs)能实现精细粒度的音频、视频、图像等媒体信息的采集与处理,在军事、民用、商业等领域具有非常广阔的应用前景。能耗问题是WMSNs的核心问题,已受到各界的广泛关注。主要从节点节能的角度出发,分析了视频节点的能耗主要来源及其分布,结合视频节点结构和其能耗分布特点,从数据采集、数据处理和数据传输3个方面探讨了节点节能技术的国内外研究进展与所面临的挑战,并展望了未来的发展趋势。     

混合无线传感器网络内覆盖洞的双目标修补算法

混合无线传感器网络中的覆盖洞修补通常由网络内的移动传感器移动实现。现有文献中的算法只关注最小化所有移动传感器的移动能量消耗或最小化所有移动传感器中的最大能量消耗中的一个。为此,首先提出一种同时实现前述两个目标的离线算法,其次提出一种双目标的覆盖洞在线修补算法。双目标离线算法基于两个单目标算法的结合。双目标在线算法基于分层分离树上的在线匹配,能有效降低匹配开销。在线算法中感应区域的单元分隔摆脱了算法对覆盖洞的大小或数量预知的要求。仿真结果显示,双目标的离线算法和在线算法对覆盖洞修补中移动传感器的能量保留均具有显著效果。     

大规模无线传感器网络智能能量管理算法的研究*

提出了一种基于规则推理的大规模无线传感器网络智能能量管理算法.该算法的核心思想是根据被监测实体以往情况以及当前状态信息,通过基于规则的推理推测出下一个时间段内实体可能发生异常或者期待事件的区域,让监测该区域的传感器节点工作,监测其他区域的节点休眠,从而提高能量效率.最后通过模拟实验对该算法进行了验证.     

无线传感器网络中一种能量均衡的分簇策略

以无线传感器网络中的能量消耗模型为基础,提出了一种能量均衡的无线传感器网络分簇路由协议EECHS(energy-effficient cluster-head selection)。该协议通过节点的剩余能量和节点距离基站的距离来调节其成为簇首的概率,并进一步调节簇的大小。仿真结果表明,与改进后的DCHS协议相比,该策略使网络的生命周期和稳定周期分别提高了31%和45%以上。     

无线传感器网络分簇拓扑控制算法

通过对经典的分簇算法HEED和EEUC进行研究与分析,对它们不足之处进行了改进,提出了一种新的基于双簇首节能的无线传感器网络分簇拓扑控制算法,即DCHEB算法。该算法提出了一种新的簇划分方案,通过此方案可以对无线传感器网络进行合理分簇,使得簇首节点位于合适的位置上,平均了各个簇的节点个数,可以避免簇内的边缘节点过早死亡。最后通过理论分析和仿真工具验证了该算法对减少无线传感器网络的能量消耗和延长其生存时间有很好的作用。     

无线传感器网络GEAR协议的一种改进方案

无线传感器网络(W SNs)被认为是未来改变世界的十大技术之首,但有限的计算、存储和通信能力,尤其是严重受限的能量使其应用前景面临巨大挑战,W SNs在应用之前需要解决许多关键问题,能量问题即是其中之一。能量对于W SNs的生命周期具有决定意义,设计W SNs路由协议需要重点考虑能耗问题,针对W SNs的GEAR路由协议,提出一种能耗上的改进方案并进行仿真,仿真结果显示:该方案能明显降低能耗。     

Comparison of energy harvesting systems for wireless sensor networks

Wireless sensor networks (WSNs) offer an attractive solution to many environmental, security, and process monitoring problems. However, one barrier to their fuller adoption is the need to supply electrical power over extended periods of time without the need for dedicated wiring. Energy harvesting provides a potential solution to this problem in many applications. This paper reviews the characteristics and energy requirements of typical sensor network nodes, assesses a range of potential ambient energy sources, and outlines the characteristics of a wide range of energy conversion devices. It then proposes a method to compare these diverse sources and conversion mechanisms in terms of their normalised power density.