一种节能的无线传感器网络路由协议的设计与实现

在无线传感器网络的路由协议中,基于簇的路由协议在拓扑管理、能量利用、数据融合等方面具有优势。本文针对目前已有协议能量消耗大、网络寿命短等问题,提出了一种能量感知的基于分布式簇算法的无线传感器网络协议EA-HEED。此协议改进了分布式的簇头选举算法,分配时分复用时隙并在簇头节点建立一棵路由树,从而提高簇头选举效率;设计了休眠冗余节点的簇内活动节点调度算法,减少能耗;采用考虑节点能量和节点与基站距离的簇头节点组织路由树方法、最小化网络开销以及能量负载平衡方法,优化路由协议,有效延长网络寿命。仿真结果表明,与LEACH和HEED协议相比,EAHEED协议可以进一步延长网络寿命。     

基于遗传模拟退火算法的无线传感器网路由协议

在无线传感器网络中(WSNs)中,由于节点能量有限,为了延长整个网络的生存周期,提出一种基于遗传模拟退火算法的无线传感器网络路由协议.利用模拟退火(SA)算法具有较强的局部搜索能力并能以稳定的速度收敛,克服遗传算法(GA)局部搜索能力差并容易早熟收敛等缺点.该路由协议在簇头节点选举时充分考虑了节点的剩余能量,并根据网络中数据转发能量耗损和延迟时间建立个体适应度函数,采用遗传模拟退火算法找到簇头节点到基站的最优路径.仿真结果表明:与其他协议比较,该方法不仅可以均衡各个节点的剩余能量,还可以有效延长整个网络生存周期和提高网络的数据传输能力.     

一种基于Agent自信度的簇间多跳路由协议?

为了均衡无线传感器网络中的能量消耗问题,延长网络的生存时间,提出了一种基于Agent自信度的无线传感器网络多跳路由协议。该协议引入节点剩余能量、初始能量和节点的自信度来调节传感器节点随机数的大小。簇间通信时,综合考虑簇头节点的剩余能量,簇头节点距离Sink节点的距离,簇头节点的自信度3个因素,簇头节点和Sink节点之间使用单跳和多跳相结合的传输方式。每次重选簇头前都动态的修改节点的自信度。通过实验表明,相较于LEACH协议和ASCH协议,提出的协议能够很好的延长网络的寿命。     

一种基于Agent自信度的无线传感器网络多跳路由协议

为了均衡无线传感器网络中的能量消耗问题,延长网络的生存时间,本文提出了一种基于Agent自信度的无线传感器网络多跳路由协议。该协议引入节点剩余能量、初始能量和节点的自信度来调节传感器节点随机数的大小。簇间通信时,综合考虑簇头节点的剩余能量,簇头节点距离Sink节点的距离,簇头节点的自信度三个因素,簇头节点和Sink节点之间使用单跳和多跳相结合的传输方式。每次重选簇头前都动态的修改节点的自信度。通过实验表明,相较于LEACH协议和ASCH协议,本文提出的协议能够很好的延长网络的寿命。     

压缩感知的能量异构WSN分簇路由协议

分簇路由协议对用于环境监测的无线传感器网络具有较好的节能性,数据压缩可以减少节点通信的数据量,但增加了分簇层次结构簇头的能耗和汇聚节点算法的复杂度,而由高能力节点担任簇头可以实现能量均衡并改善网络性能。针对无线传感器网络能量异构普遍存在的特点,提出了一种基于压缩感知的能量异构分簇路由协议（CSCH算法）。该算法根据异构节点能量确定多极簇头选举的概率,将簇内节点的信息集中在簇头上,而簇头对所采集的数据进行稀疏、压缩,以减少向汇聚节点传输数据的节点数和通信量,汇聚节点利用重构算法可从来自簇头的少量数据中恢复出信号源。同时设计了一种基于正态分布的权值系数,以优化在数据量过少情况下压缩感知算法的信号重构性能。仿真实验结果表明,该协议不仅能充分利用能量异构资源,均衡网络能耗,延长整个网络生命周期,而且能精确恢复信号源。     

一种基于 Ｓｈａｍｉｒ 的安全 ＷＳＮ 分簇路由协议设计

路由协议在无线传感器网络中承担着数据的采集和转发等重要任务。针对目前的无线传感器网络路由协议存在数据安全性不高、网络可靠性差等问题,提出一种基于Shamir密钥交换的分簇型WSN路由协议（SSCRP）。根据节点剩余能量、接收信号强度、节点到基站的最短路径长度以及节点的负载率等因子进行簇头的选择。考虑到恶意节点侵入网络,使用Shamir密钥共享算法设计了轻量级的数据加密方案,为了均衡网络能耗提高网络整体的生存期,利用簇头的剩余能量和簇拥塞率及时进行簇头的轮换。实验结果表明SSCRP协议在端到端延时、数据包交付率、节点平均通信成本以及网络生存时间方面都表现出较好的性能。     

WSN中基于5色标记的分簇路由研究

分簇路由可以通过数据汇聚节省传感器网络的能量,但现有的分簇路由也存在一些不足之处,为此提出基于5色标记的分簇路由协议。该协议选择满足条件的最大度节点作为簇头,可以最大限度地让簇头覆盖更多的节点,从而减少生成的簇数,减少簇间的通信量;选择在通信半径内的节点作为簇成员,减少簇内的通信量,这样对整个网络的通信量都会有所控制,从而达到能量高效的目的;另外通过簇头的转移可以尽量地维护网络的稳定状态,减少了频繁生成簇的能量开销和网络时延,是传感器网络中一种能量高效的路由协议。     

一种基于改进粒子群的无线传感器网络层次化聚类协议

延长网络的生存周期是无线传感器网络路由设计的主要目标之一。簇头的高能耗是网络快速死亡的一个重要原因。提出一种基于改进粒子群PSO( Particle Swarm Optimation)的无线传感器网络聚类路由协议IPSOCH。利用中继节点来分担簇头数据转发的任务,减轻簇头节点的负载,并利用改进的粒子群算法通过节点的剩余能量信息和位置信息来选择簇头和中继节点。仿真实验表明,IPSOCH协议比起现有的几种路由协议,能有效提高能量使用率,延长网络生存周期。     

一种基于LEACH协议改进的簇间多跳路由协议

为了均衡无线传感器网络的能量消耗,延长网络的生存时间,在研究几种基于均匀分簇和非均匀分簇的路由协议基础上,提出一种基于LEACH协议改进的簇间多跳路由协议。该协议引入能量因子和距离因子修正了LEACH协议的阈值函数。在簇间通信过程,簇头节点与Sink节点之间采用多跳通信方式,簇头与簇头之间形成一条通向Sink节点的优化路径。实验结果表明,相比于LEACH协议和EEUC协议,本文提出的新协议能够有效的均衡网络的能量消耗,延长无线传感器网络的寿命。     

基于负载均衡的簇间路由协议

针对无线传感器网络簇头节点负载不均衡的问题,提出一种基于负载均衡的簇间路由协议.该协议通过记录邻居簇头节点到Sink节点的最小跳数信息建立到Sink节点的多条路径,根据簇节点的剩余能量和负载选择合适的路径进行路由,从而实现了簇头节点间的负载均衡.仿真实验结果表明,该路由协议能有效地均衡网络负载和簇头节点能量消耗,减少数据传输延迟,延长网络生存时间.     

无线传感器/执行器网络中能量有效的实时分簇路由协议

无线传感器/执行器网络(WSANs)主要应用于自动控制领域,实时性问题是其面临的首要挑战.根据实际环境中的节点部署情况,建立了系统模型;研究了分簇策略与功率控制技术对于自组织网络实时性的影响,提出了一种可适用于WSANs的能量有效的实时分簇路由协议--RECRP协议.该协议采用二级成簇策略使网络中的各类节点稳定分簇.分簇后的各类节点具有不同发射功率,利用执行器节点的强大通信能力有效降低网络延时.采用能量有效性算法使网络中的传感器节点轮换担任簇首,从而使网络能量均匀消耗,延长网络的生存时间.实验结果证明,在WSANs中RECRP协议可使网络稳定分簇,并且在网络的实时性与能量有效性方面与现有典型路由协议相比具有更优越的性能.     

J-Sim下WSNs仿真框架的扩展设计与实现

随着无线传感器网络(WSNs)的应用,如何延长网络生命周期,对路由协议的研究提出了挑战。为了更好地研究能量高效利用的WSNs路由协议,建立对WSNs能耗支持较好的仿真平台具有十分重要的现实意义。针对J-Sim下WSNs框架对能耗仿真支持不好的问题,在现有的WSNs框架基础上提出了一种支持能耗仿真的WSNs仿真框架并在该框架上扩展实现LEACH协议。实验结果表明改进后的WSNs框架可以真实地仿真WSNs,获取有价值的仿真结果。     

基于蚁群优化的无线传感器网络路由算法

如何在资源受限的无线传感器网络中进行高效的数据路由是无线传感器网络研究的热点之一。基于群智能优化技术的蚁群优化算法被广泛应用于网络路由算法。提出一种无线传感器网络蚁群优化路由算法,能够保持网络的生存时间最长,同时能找到从源节点到基站节点的最短路径;采用的多路数据传输也可提供高效可靠的数据传输,同时考虑节点的能量水平。仿真结果表明:提出的算法延长了无线传感器网络的寿命,实现无线传感器网络在通信过程中快速、节能的路由。     

Random Walk Routing in WSNs with Regular Topologies

Topology is one of the most important characteristics for any type of networks because it represents the network's inherent properties and has great impact on the performance of the network. For wireless sensor networks (WSN), a well-deployed regular topology can help save more energy than what a random topology can do. WSNs with regular topologies can prolong network lifetime as studied in many previous work. However, little work has been done in developing effective routing algorithms for WSNs with regular topologies, except routing along a shortest path with the knowledge of global location information of sensor nodes. In this paper, a new routing protocol based on random walk is proposed. It does not require global location information. It also achieves load balancing property inherently for WSNs which is difficult to achieve by other routing protocols. In the scenarios where the message required to be sent to the base station is in comparatively small size with the inquiry message among neighboring nodes, it is proved that the random walk routing protocol can guarantee high probability of successful transmission from the source to the base station with the same amount of energy consumption as the shortest path routing. Since in many applications of WSNs, sensor nodes often send only beep-like small messages to the base station to report their status, our proposed random walk routing is thus a viable scheme and can work very efficiently especially in these application scenarios. The random walk routing provides load balancing in the WSN as mentioned, however, the nodes near to the base station are inevitably under heavier burden than those far away from the base station. Therefore, a density-aware deployment scheme is further proposed to guarantee that the heavy-load nodes do not affect the network lifetime even if their energy is exhausted. The main idea is deploying sensors with different densities according to their distance to the base station. It will be shown in this paper that incorporating the random walk routing protocol with the density-aware deployment scheme can effectively prolong the network lifetime.     

基于能量优化的无线传感器网络分簇路由算法研究

无线传感器网络的路由协议设计要同时关注单个节点的能耗及整个网络能量的均衡消耗.分簇算法能有效解决节点能耗受限与不同节点能量开销不平衡问题.在分析了传统分簇路由LEACH(low energy adaptive clustering hierarchy)协议中选择簇头算法不足和当前一些典型基于LEACH思想的路由改进算法...     

无线传感器网络分层带宽自适应路由协议

在无线传感器网络(WSNs)中,节点能量使用严格受限,限制了网络的使用寿命。固定环带宽度的分层路由协议是一种有效的解决方法。在此基础上,提出了一种引入环带宽度自适应调整的路由机制。该机制根据节点剩余能量和传输数据能耗自动调整环带宽度,并决定节点是否参与网内数据报文的传输。采用Matlab作为仿真工具对该路由机制进行了仿真分析,结果表明:该算法通过调整环带宽度的方式能够有效延长网络使用寿命和维持网内负载均衡。     

Dynamic cluster head for lifetime efficiency in WSN

Saving energy and increasing network lifetime are significant challenges in wireless sensor networks （WSNs）. In this paper, we propose a mechanism to distribute the responsibility of cluster-heads among the wireless sensor nodes in the same cluster based on the ZigBee standard, which is the latest WSN standard. ZigBee supports ad hoc on-demand vector （AODV） and cluster-tree routing protocols in its routing layer. However, none of these protocols considers the energy level of the nodes in the network establishing process or in the data routing process. The cluster-tree routing protocol supports single or multi-cluster networks. However, each single cluster in the multi-cluster network has only one node acting as a cluster head. These cluster-heads are fixed in each cluster during the network lifetime. Consequently, using these cluster-heads will cause them to die quickly, and the entire linked nodes to these cluster-heads will be disconnected from the main network. Therefore, the proposed technique to distribute the role of the cluster head among the wireless sensor nodes in the same cluster is vital to increase the lifetime of the network. Our proposed technique is better in terms of performance than the original structure of these protocols. It has increased the lifetime of the wireless sensor nodes, and increased the lifetime of the WSN by around 50% of the original network lifetime.     

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。     

基于簇的无线传感器网络交会路由协议

针对现有无线传感器网络(WSN)协议中更多消耗sink附近节点能量导致网络寿命短的问题,本文提出一种基于簇的无线传感器网络交会路由协议(Cluster-based Rendezvous Routing Protocol, CRRP)。该协议是基于交会的路由协议,其中在网络的中间构建交会区域,该交会区域划分整个网络区域并在传感器节点之间分配网络负载,这延长了网络寿命。此交会区域内的节点分为不同的簇,每个簇的簇头(CH)负责不同簇之间的通信,sink在此交会区域内发送其更新的位置信息,并且当传感器节点想要发送数据时,会从该交会区域检索sink的当前位置信息并直接将数据发送到sink。仿真实验结果表明,在能耗与网络寿命性能方面,本文CRRP协议优于Rendezvous协议、LBDD协议、Railroad协议和Ring协议。     

一种基于聚合度模型的WSNs双簇头分簇路由协议

在无线传感器网络（WSNs）中能量负载不均衡问题,影响了网络的生命周期。提出一种基于聚合度模型的WSNs双簇头分簇路由协议（DCHP）,DCHP协议将节点聚合度与剩余能量作为考虑因素引入阈值计算,从而使高剩余能量且聚合度高的节点优先选为第一簇头。在此基础上,根据簇内节点能量选出第二簇头,完成簇间多跳路由转发数据。仿真实验表明：DCHP协议能更好平衡网络能量负载问题,延长网络生命周期。