Clustering wireless ad hoc networks with weakly connected dominating set

The increasing popular personal communications and mobile computing require a wireless network infrastructure that supports self-configuration and self-management. Efficient clustering protocol for constructing virtual backbone is becoming one of the most important issues in wireless ad hoc networks. The weakly connected dominating set   (WCDS) is very suitable for cluster formation. As finding the minimum WCDS in an arbitrary graph is a NP-Hard problem, we propose an area-based distributed algorithm for WCDS construction in wireless ad hoc networks with time and message complexity O(n)$O(n)$. This Area algorithm is divided into three phases: area partition, WCDS construction for each area and adjustment along the area borders. We confirm the effectiveness of our algorithm through analysis and comprehensive simulation study. The number of nodes in the WCDS constructed by this Area algorithm is up to around 50% less than that constructed by the previous well-known algorithm.     

面向稳定性的基于权值的车辆自组网分簇算法——SWBCA

分簇技术是提高无线自组网性能的关键技术之一,增强分簇算法的稳定性即减少簇结构的变化可以有效降低其维护开销。针对车辆自组网的特点,提出了一种面向稳定性的基于权值的车辆自组网分簇算法——SWBCA。该算法使用车辆节点的度数与理想度数的差值以及车辆节点相对于邻居节点的移动性两个指标计算车辆节点的综合权值进而选举簇头,并使用蒙特卡洛思想对簇的维护过程进行优化来提高稳定性。通过NS 2模拟实验表明,SWBCA算法较其他算法具有较强的稳定性,并能有效改善车辆自组网的广播性能。     

传感器网络中高效的最小连通支配集求解算法

在无线传感器网络中,连通支配集被广泛应用于构建虚拟主干。由于求解最小连通支配集是一个NP难问题,许多近似算法被提出用于构建可用的最小连通支配集。针对当前近似算法存在的不足,我们提出了一个新的分布式近似构造算法—CDS-HG,该算法用层次图对无线传感器网络进行建模,算法用基于竞争的贪心策略从每一层选出最少的节点去支配下一层的所有节点。理论分析和模拟结果表明,CDS-HG算法产生的连通支配集是目前最小,并且其消息复杂度也是目前最低的。     

WSN中一种高效节能的分簇路由协议

针对传感器网络存在的节点能耗过快问题,提出了一种新的分簇路由协议EEGC。该协议底层拓扑采用分簇及簇内部分覆盖算法,有效地降低了网络能耗。上层拓扑采用近簇头单跳通信、远簇头多跳通信的方式,缓解了内环簇头能耗过快的问题。同时,以簇头剩余能量决定簇及簇间路由的重构,进一步提高了控制消息的效率。仿真验证表明,EEGC协议的网络寿命明显优于LEACH。     

一种新型自适应加权分簇算法的性能研究

自适应加权(AOW)分簇算法是移动自组网中一种性能良好的分簇算法,在这里被引入无线传感器网络,并针对其算法复杂的缺点,提出一种简化的MAOW(mended AOW)算法。仿真结果表明:MAOW算法具有较低的复杂性,并在负载平衡性上有较大提升。介绍分簇算法的背景和相关定义,说明几种已有算法的特点,接着引入自适应加权算法,又重点提出改进的MAOW算法,最后,通过仿真对全部算法进行分析比较。     

Distributed clustering algorithms for data-gathering in wireless mobile sensor networks

One critical issue in wireless sensor networks is how to gather sensed information in an energy-efficient way since the energy is a scarce resource in a sensor node. Cluster-based architecture is an effective architecture for data-gathering in wireless sensor networks. However, in a mobile environment, the dynamic topology poses the challenge to design an energy-efficient data-gathering protocol. In this paper, we consider the cluster-based architecture and provide distributed clustering algorithms for mobile sensor nodes which minimize the energy dissipation for data-gathering in a wireless mobile sensor network. There are two steps in the clustering algorithm: cluster-head election step and cluster formation step. We first propose two distributed algorithms for cluster-head election. Then, by considering the impact of node mobility, we provide a mechanism to have a sensor node select a proper cluster-head to join for cluster formation. Our clustering algorithms will achieve the following three objectives: (1) there is at least one cluster-head elected, (2) the number of cluster-heads generated is uniform, and (3) all the generated clusters have the same cluster size. Last, we validate our algorithms through an extensive experimental analysis with Random Walk Mobility (RWM) model, Random Direction Mobility (RDM) model, and a Simple Mobility (SM) model as well as present our findings.     

基于蚁群的AdHoc网络分簇路由算法

无线AdHoc网络是一个多跳、临时性的对等移动自治系统,它由一组带有无线收发装置的移动节点组成。而路由协议是AdHoc网络体系结构中不可或缺的重要组成部分,因此路由协议的研究成为当前AdHoc网络研究的重点。针对AdHoc网络节点能量有限的特性,提出了一种基于分簇及蚁群的组合路由算法（CRBAC）。给出了分簇策略下的簇内簇间路由机制,簇内采用按需路由策略,将改进的蚁群算法应用到簇内路由机制中,通过扩散信息素选择能量高的邻节点均衡网络节点能量,而簇间采用尽可能简单的表驱动路由策略。仿真结果表明,该算法是合理的,不仅有效地减少了端到端时延,而且提高了网络的生存时间。     

Ad Hoc中的一种新型分簇算法及性能仿真

简要介绍了已有的分簇算法,并讨论了这些算法的优缺点.针对这些算法的不足,提出了一种新型有效、适用于大规模高速运动Ad Hoc网络的分簇算法.仿真实验证明该算法可有效解决均匀分簇、均衡结点负担、保持簇结构的稳定性等问题,并能够满足大规模高速运动Ad Hoc网络的要求.给出了相关的仿真分析和结论.     

Ad Hoc网络中一种基于传输功率的分簇算法

Ad Hoc网络中无线节点无规律的移动使网络的路由选择、QoS保障等问题面临新的难题。分层结构在Ad Hoc网络中被广泛应用以减少路由开销,满足网络规模扩充的需要。由此提出一种基于传输功率的分簇算法,通过模拟实验对该分簇算法与其他3种分簇算法进行重入簇和统治集更新方面的性能比较,证明该方法有效提高了簇结构的稳定性。     

多级能量异构传感器网络的负载均衡成簇算法

在多级能量异构无线传感器网络中,节点的初始能量在一定的范围内随机分布,负载均衡和降低能耗是能量异构网络成簇算法的一个重要挑战.现有的分布式成簇算法主要是针对能量同构或二级异构网络设计的,无法实现节点能量多级异构时的负载均衡,因此提出了适用于多级能量异构传感网络的负载均衡成簇算法LBCA(load balance clustering algorithm).LBCA根据传感器网络的能量分布情况选择簇头节,最和实现负载均衡,可以有效地延长网络的稳定周期.簇头选择过程中,当探测区域能量分布均衡时,拥有较低平均通信能耗的节点将优先成为簇头节点,有利于降低探测区域内的总通信能耗;当探测区域能量分布不均衡时,具有较高剩余能量的节点将优先成为簇头节点,有利于实现探测区域内的负载均衡.将LBCA与主要的分布式成簇方案进行了比较,模拟实验结果显示,在多级能量异构传感器网络中,LBCA可以更好地实现负载均衡,极大地提高网络的稳定周期.     

基于节点平均连接度的Ad Hoc网络分簇算法

Ad Hoc网络是一种多跳的自组织网络,网络是由移动的节点组成。Ad Hoc网络的许多应用都依赖层次结构的支持,簇结构是Ad Hoc网络中应用最为广泛的层次结构,而这种层次结构的形成和维护依赖于某种分簇算法。提出了移动节点的平均连接度计算方法,并在此基础上提出了一种新的分簇算法（MCDA）,通过对算法进行分析和仿真测试,证明了该算法的有效性。     

自适应Ad hoc分布式互斥算法

Ad hoc网络的动态拓扑结构和节点自组织给分布式算法的实现带来了诸多困难.针对Ad hoc分布式互斥算法研究滞后的现状,提出了一种自适应的Ad hoc分布式算法ADMUTEX. ADMUTEX算法基于令牌查询方法,它采用Lamport逻辑时戳保证消息的时序性,避免了节点饿死.同时,它在消息复杂度与同步延迟之间作了折衷,而且它不需要节点了解系统的全局信息,能够适应Ad hoc网络的动态拓扑结构和节点频繁出入的情况.分析与仿真结果表明该算法具有较低的消息复杂度、小响应延迟和公平性.     

Semi-asynchronous and distributed weighted connected dominating set algorithms for wireless sensor networks

Energy-efficient backbone construction is one of the most important objective in a wireless sensor network (WSN) and to construct a more robust backbone, weighted connected dominating sets can be used where the energy of the nodes are directly related to their weights. In this study, we propose algorithms for this purpose and classify our algorithms as weighted dominating set algorithms and weighted Steiner tree algorithms where these algorithms are used together to construct a weighted connected dominating set (WCDS). We provide fully distributed algorithms with semi-asynchronous versions. We show the design of the algorithms, analyze their proof of correctness, time, message and space complexities and provide the simulation results in ns2 environment. We show that the approximation ratio of our algorithms is 3ln(S) where S is the total weight of optimum solution. To the best of our knowledge, our algorithms are the first fully distributed and semi-asynchronous WCDS algorithms with 3ln(S) approximation ratio. We compare our proposed algorithms with the related work and show that our algorithms select backbone with lower cost and less number of nodes.     

基于链接率的AdHoc自适应按需加权分簇算法

AdHoc网络通过分簇算法来实现网络分层,以支持高效的资源管理和路由策略。稳定的分簇算法可以减少网络的计算和通信开销。为了提高分簇算法的稳定性,文中提出了一种基于链接率的自适应按需加权分簇算法（AOWLR）。该算法将节点的运动轨迹抽象为直线形和圆弧形两种,并引入邻居节点的平均链接率预测值作为衡量簇稳定性的一个重要标准。NS2仿真结果证明,同AOW相比,AOWLR算法的负载平衡因子较高,连通统治集（CDS）更新频率和节点充当簇头的公平性指数（HFI）较低。     

无线Ad hoc网络中基于0-1优化的两步骤资源分配算法

为了解决无线Ad hoc网络中节点性能随节点个数增加而下降的问题,利用多射频多信道技术(MR-MC)进行资源分配以及减少网络干扰量已成为优化无线网络性能的重要技术手段。在此基础上,提出了一种基于0-1规划的网络优化模型和两步骤资源分配算法TBCA&LS(Tree Based Channel Assignment&Link Scheduling)。该算法利用分簇重组网络结构,通过分析相邻链路干扰关系构建0-1优化模型,并在此基础上执行将信道分配和链路调度结合的资源分配算法,减少相邻链路冲突,增加并行传输量,进而达到提升网络吞吐量、优化网络资源分配的目的。最后,在Matlab仿真软件中执行两步骤资源分配算法,实验结果表明,与对比算法CCAS和仅利用信道分配的算法相比,所提算法可以有效优化网络性能。     

MANET中基于连通支配集的组合权值簇生成算法

对移动Ad Hoc网络(MANET)中的分簇机制进行了研究,提出一种基于连通支配集的组合权值簇生成算法(WCACDS),包括分簇算法和簇结构维护策略。通过节点的移动性、最小平均发射功率、能量消耗速度三方面的组合权值来量化节点的综合性能,利用改进后的求解连通支配集算法对节点分簇,以使性能较强的节点担任簇头,并且减少分簇数量。仿真实验结果表明,所提算法有助于提高网络负载均衡能力,增强网络的健壮性及稳定性。     

Ad Hoc网络中分簇算法的研究

Ad Hoc网络是一种多跳的自组织网络,网络是由移动的节点组成。Ad Hoc网络的许多应用都依赖层次结构的支持,簇结构是Ad Hoc网络中应用最为广泛的层次结构,而这种层次结构的形成和维护依赖于某种分簇算法。在研究已有分簇算法的基础上,提出了一种新的基于权值的分簇算法（NWCA）,通过对算法进行分析和仿真测试,证明了该算法的有效性。     

基于蜂窝结构的传感器网络覆盖问题求解算法

在无线传感器网络中,求解能够完全覆盖目标区域的最小覆盖集是个NP难问题.在传感器节点数目较多时,目前只能通过近似算法求解.蜂窝结构是覆盖二维平面的最佳拓扑结构,但不能直接用于求解无线传感器网络的覆盖问题.提出了一种基于蜂窝结构的覆盖问题求解算法,在该算法迭代求解过程的每一阶段,选出一个节点加入到初始为空的节点集合中,并使得该节点集合的拓扑结构接近于蜂窝结构,直至该节点集合成为覆盖集.该算法在最坏情况下的时间复杂度为O(n3),这里n为传感器节点总数.实验结果表明该算法可在很短的时间内执行完,在所得覆盖集的大小方面要优于现有的覆盖问题求解算法.     

一种分布式能量高效的WSNs非均匀分簇路由协议

针对无线传感器网络(WSNs)多跳通信方式中存在的"热区"问题,提出了一种分布式的、能量高效的非均匀分簇(DEEUC)路由协议。该协议将节点的剩余能量作为簇首选择的一个重要指标,候选簇首由上轮簇首根据簇内成员节点的剩余能量指定,候选簇首能否最终成簇首也是其能量竞争的结果。在DEEUC协议中,簇首以多跳的方式与基站进行通信并选择正向单位能耗最小的邻居簇首作为路由节点以节约能耗。仿真实验表明:DEEUC能较好地提高网络能效,延长网络生存时间。     

无线Ad Hoc传感器网阴影衰落环境下连接性

连接性是在设计和仿真无线Ad Hoc传感器网时需要确定的重要基础性问题。在理想环境和阴影衰落环境下,在网络节点采用均匀分布时,对无线Ad Hoc传感器网的连接性采用网络覆盖的方法进行了理论计算,得出了在一定的范围中网络保持连接时所需的最少网络节点数nm in与最小节点发射半径Rm in的精确公式,这为在实际工程应用中的网络设计提供了重要的理论依据。