无线传感器网络的通信能量有效性的研究

无线传感器节点通常依靠电池供能,为了满足无线传感器网络的往往长达数年的生命周期要求,应当努力提高其能量有效性,特别是消耗大部分能量的通信模块的能量有效性.首先系统讨论了无线传感器网络的通信的能量有效性的研究现状,然后基于传感器节点的通信模块的功耗特性,运用应用驱动和跨层优化的方法,设计了一种无线传感器网络通信架构--ADCOCA (Application-Driven and Cross-layer Optimized Communication Architecture).理论分析表明,ADCOCA改善了无线传感器网络通信的能量有效性,延长了网络的生命周期,推动了无线传感器网络应用的普及.     

无线传感网中SMACS 协议的节能改进算法

无线传感器网络通常由大量微型传感器节点组成,可以在各种环境下收集数据,它通过携带能量有限的电池来供应能量,通常部署在区域环境复杂,甚至工作人员不能到达的场合,所以,传感器网络节点往往能量有限,而且不能更换,如何高效使用能量是传感器网络面临的首要挑战。MAC 协议处于传感器网络协议的底层,对传感器网络的性能有很大影响。文中讨论了无线传感器网络中的一种自组织无线传感器网络协议—SMACS 协议的基本思想,研究了造成节点能量浪费的主要原因,并提供了一种新的更节能的SMACS 协议超帧的改进算法。     

基于OPNET的无线传感器网络节点跨层设计

无线传感器网络是一类由大量位置相对固定的节点所组成的无线通信网络,其节点能量、计算和通信能力都非常有限,因此,传统网络的层次设计和网络协议都难以应用到无线传感器网络中。为解决这些问题,该文在传统网络层次设计思想的基础上,提出了适用于无线传感器网络节点的跨层网络模型,基于OPNET网络仿真工具实现了节点的跨层网络模型设计,在此基础上实现了无线传感器网络中路由选择和数据汇聚等典型应用的仿真。结果表明,新的跨层网络模型能够很好地描述节点各个层次的功能,便于网络协议的综合设计和集中优化。     

无线传感器网络节能技术的研究

传感器节点是构建无线传感器网络的基本单元,对于大部分无线传感器网络,节点数目众多且靠电池供给能量,采用更换电池的方法来补充能量很不现实,因此低功耗传感器节点的研制,对于延长网络的生命周期具有非常重要的意义.本文分析了传感器网络的能耗特点,确定能量消耗的主要部分是无线通信.并主要从硬件方面进行节能设计,使系统在满足网络连通性的情况下使节点能耗降到最低.     

无线传感器网络节能探索与研究

无线传感器节点往往由电池供电,由于电池只能存储有限的能量,使得无线传感器网络注定寿命很短,因此,最大限度延长传感器设备的使用寿命是一个重要的研究方向和课题.在本次无线传感器网络节能探索研究中,分析了能量收集与管理策略,能量收集主要收集环境能源,如太阳能,通过超级电容实现能量的存储.能量管理主要通过能量预算让传感器节点处...     

基于RS纠删码的无线传感器网络信息分发协议性能评价

无线传感器网络中,传感器节点的能量、存储和计算能力有限,且无线传感器网络具有数据链路不对称、拓扑易变化等特点,设计节能可靠的网络协议是困难的。设计良好的网络协议不仅能降低网络的负载,还有助于节省传感器节点的能量,从而延长网络的生存周期。在无线传感器网络操作系统TinyOS平台上实现了基于RS纠删码的信息分发协议,并理论分析了在单跳情况下的协议性能,最后在仿真环境TOSSIM上模拟比较了在多跳、多路径情况下该信息分发协议和洪泛分发协议的性能。模拟仿真表明,提出的基于RS纠删码的信息分发协议明显减少了发送方发送数据包的数量,同时提高了节点的报文接收率,从而达到了降低网络能耗的目的。     

能量和移动距离有效传感器网络部署

作为新兴的无线传感器网络具有十分广阔的应用场景,包括军事、环境监测、目标追踪、科学观察和预报等领域.然丽在实现各种网络协议和应用系统时,存在着一些现实约束.比如传感器节点体积微小,通常有能量十分有限的电池;但同时传感器节点个数多、分布区域广、部署区域环境复杂,通过充电或更换电池的方式来补充能源是不现实的,因此节能是无线传感器网络研究的重要目标.无线传感器网络的能量消耗直接决定了网络的使用寿命,通过有效配置传感器网络节点可以合理覆盖感知数据区域,延长网络的生命周期.采用已有传感器感知模型和虚拟力法(Virtual Force Algorithm),假设节点为势力场中的粒子,根据节点间力的作用部署节点,通过改进的虚拟力算法获得均匀的网络部署效果,达到能量有效的目的,使得网络均匀覆盖、延长网络的使用寿命.     

无线传感器网络寿命延长策略及分析

无线传感器网络因其节点一般由电池供电,其携带能量供给有限,因此如何延长无线传感器网络寿命是面临的主要关键问题。本文首先分析了传感器节点能耗模型,再从减少能量消耗及能量补充两方面对如何延长网络寿命进行了详细介绍,最后进行了总结与展望。     

无线传感器网络数据压缩技术的研究进展

随着传感器技术、嵌入式计算以及无线通讯技术的发展,无线传感器网络应运而生。因为无线传感器网络中的节点只有有限的电池能量,而数据的无线传输是能量消耗的主要部分,过多的无线传输将会快速耗尽节点的电池能量,从而引起节点失效。因此,如何在不危及网络的任务条件下尽可能地压缩数据是一个重要的研究问题。本文从时间相关性、空间相关性以及时空相关性三个方面综述了近年来无线传感器网络数据压缩技术的研究进展,讨论了目前存在的一些问题以及未来的一些研究方向。     

无线传感网中链路级能量有效策略的研究

无线传感器网络是一组带有无线收发装置的传感器节点组成的临时性的网络自治系统,由于无线传感器网络的节点是用有限寿命的电池来提供的,因此能量有效策略成为无线传感器网络研究的关键问题.由于传感节点的能耗主要集中在数据的接收和发送过程,因此研究传感节点之间链路级能量有效策略具有重要意义.主要针对链路级能量有效策略的研究,分析和总结了差错编码和低功耗调制的能量有效策略,提出了新的MAC层协议,并给出了OPNET仿真结果分析.     

基于队列长度的自适应占空比MAC协议

由于无线传感器网络中设备电池能量有限,实现能量高效性是其主要考虑的问题。众所周知优秀的数据传输协议对降低能耗,延长网络生命周期有重要意义。而在基于竞争的MAC协议中,空闲监听是主要能量消耗来源,所以通常设计较低占空比的MAC协议来减少空闲监听时间。但是如果占空比过小,使得网络中所有数据传输集中在较短时间内,会导致节点无法完成所需要的通信。所以选择合适的节点占空比,对于资源受限的网络来说是一种很重要的节能方法。文中提出了一种新型的异步MAC协议QL-MAC,节点利用CSMA争用信道,发送一系列短的信标包唤醒目标节点,采用虚拟载波监听防止串听。不同于其他改变接收节点的方法,该协议从发送节点来考虑,可以根据缓冲区队列长度判断该网络负载,从而自适应调整节点的占空比,使节点及时发送数据,减少时延,并告知接收节点做出相应改变,进一步节省能量。在OMNET++上实现了QL-MAC协议,仿真结果表明QL-MAC协议展现了良好的时延和能量有效性。     

On the energy consumption of Pure and Slotted Aloha based RFID anti-collision protocols

A recent development in wireless sensor networks (WSNs) research is to equip sensor nodes with an RFID reader so that they can be used to track animate or in-animate RFID tagged objects. A key problem in such networks, however, is the energy efficiency of current RFID anti-collision protocols. Specifically, the energy cost incurred by a RFID reader to read and monitor n tags.This paper, therefore, aims to identify the most energy efficient variant among 12 Pure and Slotted Aloha based RFID anti-collision protocols. We present an analytical methodology that evaluates the energy consumed in the following phases: (i) success, (ii) collision, and (iii) idle listening. We first calculate the delay of each phase and then use it to formulate the energy consumption, battery lifetime, and battery wastage of all variants. We found that the Pure Aloha with fast mode consumes the lowest energy and is suitable for tag identification. However, none of the protocols promises energy efficient monitoring of identified tags. In other words, the reader is required to re-read all tags every time to sense their presence; a process that consumes a significant amount of energy.     

基于蚁群优化的能量有效Ad Hoc路由算法

由于传统的Ad Hoc网络路由算法不考虑能量因素,为了改善其能量约束问题,根据自然界蚁群的觅食行为[1]提出了一种能量有效的路由算法.在路由选择过程中综合考虑了路径长度和节点的剩余能量,并且利用蚁群优化的特点形成多路径的数据传输,有效地延长了节点有限能量的使用时间,进而延长网络的生存期.在仿真实验中与现有相关协议进行了对比,结果表明了该算法的有效性.     

SEEL:无线传感器网络下自适应、低延迟的节能媒质接入控制协议

无线传感器网络有着广泛的应用前景,然而由于传感器节点能量有限,因此传感器网络上运行的协议必须具备能量有效性以获得较长的生命周期.而媒质接入控制子层是节点能量消耗的主要所在,因此无线传感器网络设计的关键问题之一是媒质的接入控制.提出了一种自适应低延迟的节能MAC协议——SEEL协议,根据当前的网络负载自适应地调节竞争窗口的大小,从而减小节点数据传送的碰撞几率和由于碰撞而导致的能量消耗;采用了快速退避机制,减少了节点在退避过程中的空闲监听时间;扩展了RTS/CTS消息机制,可减少节点在每帧活动阶段的时间以及减小数据的延迟,两者都能节约能量的使用.实验结果显示,SEEL协议具有比S-MAC和TEEM协议更好的性能.     

无线传感器网络中跨层优化的分簇算法

针对无线传感器网络中节点能量受限问题,提出一种跨出优化的无线传感器网络分簇算法,根据跨层分析方法计算得到的簇数目,将网络区域划分为非均匀的虚拟单元格,采用能量有效策略组织成簇,均衡网络能量消耗.仿真实验证明,采用跨层的方法计算的簇数目可以有效降低节点的能量消耗、延长网络的生存周期.     

一种高能效的无线传感器网络路由协议设计

如何有效地降低节点的能耗,延长网络生存时间,一直是无线传感器网络路由协议的研究热点。基于LEACH路由算法,提出一种新的路由机制。该机制改进原来簇头选取概率随机的缺陷,引入了剩余能量和局部节点密度因素,使网络能耗更均衡。同时,在层次型路由的基础上,独立节点采用平面路由,直接和sink节点通信,混合的路由算法能更好地提高能效。最后,用MATLAB对两种算法仿真,仿真结果表明,改进算法在网络生存时间和簇负载平衡上更优于LEACH算法。     

机会网络蓝牙设备唤醒调度机制研究

在以人为载体的机会网络中,移动蓝牙设备有电池能量有限的特点。同时,在机会网络中,节点经常处于较长时间的互不连通状态,如何设计有效的蓝牙节点唤醒调度模式来降低能耗并确保不破坏网络现有的连通性是一个重要问题。提出了一种机会网络蓝牙设备唤醒调度策略BWM。该策略分析蓝牙设备电池能耗问题,建立了涉及能耗的蓝牙数据传输模型,并对休眠唤醒机制中的参数内在联系进行研究,以确保数据成功传输量为前提来对唤醒周期间隔长度进行控制。仿真实验结果表明,BWM在保证节点有效数据发送性能前提下节省了节点消耗的能量。     

一种基于多权值的低能耗WSNs分簇协议

延长网络的生命周期、有效降低节点的能量消耗是无线传感器网络(WSNs)路由研究的重点;针对LEACH协议的簇头选举不合理和和簇成员仅依据自身通信代价选择簇头导致节点能耗不均衡,网络能量利用率低的问题,提出了一种基于多权值的低能耗分簇算法,它综合考虑了候选簇头的剩余能量、节点已当选簇头次数和当前网络簇头个数等多个因素;仿真实验表明,改进协议有效地降低了节点的总能量消耗、提高了网络节点的存活数目,延长了网络的生命周期。     

MAP-ACO: An efficient protocol for multi-agent pathfinding in real-time WSN and decentralized IoT systems

Efficient energy consumption is one of the main problems in wireless sensor networks routing protocols. Since the sensor nodes have limited battery level and memory space, it is important to manage these resources efficiently. Although there are studies in this subject in recent years, it is lacking in concurrent and real-time environments with multi-agents. The importance of this issue is increasing more especially for decentralized IoT systems. This paper presents a novel routing protocol based on ant colony optimization for multi-agents that manages network resources adequately in real-time conditions. The proposed method is used, both to find the next destination of ants, and to manage pheromone update and evaporation rate operators. This method takes into account some key parameters such as remaining energy, buffer size, traffic rate, and distance when selecting the next destination under different conditions. The proposed method finds the optimal paths with low energy consumption thereby prolonging the network lifetime in concurrent and parallel conditions. The simulation results of the proposed method have given good results, in terms of network lifetime and energy consumption, when compared with other ant colony optimization (ACO)-based routing protocols.     

Energy and delay optimized contention for wireless sensor networks

In wireless sensor network (WSN) studies, the main objective is minimizing the energy consumption so that the lifetime is maximized under the limited battery capacity constraints. Additionally, in most event-driven WSN applications, the end-to-end delay, and hence, the medium access delay should be minimized. Majority of the WSN MAC protocols are contention-based wherein contention window size setting involves an important trade-off between the collision probability and idle listening durations in contentions where both are aimed to be lowered for efficient network operation. In this paper, the energy optimizing and the delay optimizing contention window sizes are derived as a function of the number of contending nodes. For this purpose, we present separate analyses for the contention delay and for the energy consumed which are verified with detailed simulations. In order to obtain close to optimal performance values in a distributed manner, we propose a method for estimating the number of contending nodes since the individual wireless sensor nodes do not have this information readily. Simulations of an event-driven WSN application verify that the proposed method successfully improve both delay and energy efficiency of the contention-based medium access. The end-to-end network performance is also investigated by employing a geographical routing protocol. Results show that using the heuristic method proposed that use the optimum contention window size analyses presented, the overall network performance can be improved without incurring any overhead to the system.