基于转发节点的无线体域网节能策略研究

针对无线体域网的能量受限问题,该文提出了一种利用转发节点来平衡网络能耗的分簇路由算法CRSURN.该算法在单跳路由、多跳路由以及LEACH的基础上,综合考虑了节点的通信距离、数据速率以及簇头选定对网络能耗的影响.仿真结果表明,该方法相比于其它路由算法,在整个网络和单个节点中都拥有更长的生存时间.     

动态多中继协同节点选择算法

为优化协同通信系统的性能,提出了一种动态多中继译码转发(DF)协同节点选择算法MRS-DF.该算法联合考虑节点的剩余能量信息和信道状态信息对网络生存时间进行优化,以获得更长的网络生存时间和更大的信道容量.仿真验证表明,动态分配中继功率时,选择4个中继性能已经达到最优.MRS-DF算法的网络生存时间和信道容量远大于仅考虑...     

能量采集衬底式认知协作中继网络安全中断概率分析

能量受限协作中继网络频谱利用率低,生存周期短,无线信道开放性所带来的物理层安全受到威胁,对此,将功率信标辅助射频能量采集技术、认知无线电技术和协作中继网络相结合,构建了一种新的中继节点分散布置的能量收集2跳认知协作中继网络;引入单窃听节点对第2跳传输进行窃听,并结合主动和被动窃听方式提出了最优中继选择和次优中继选择方式,推导了2种中继选择方式下次网络安全中断概率闭合式.数值计算和仿真结果表明,主接收节点和中继数目、中继和窃听节点位置设置、能量采集比例、能量转换效率以及信道容量和安全容量阈值都会对次网络安全中断性能产生显著影响.最优中继选择方式下的次网络安全中断性能明显优于次优中继选择方式.功率信标信号功率或干扰约束的增大使得次网络安全中断概率降低,并趋于饱和.     

潮间带无线传感器网络路由算法

以潮间带无线传感器网络（IT-WSN）为例进行深入研究,提出期望剩余传输次数（PRTX）算法.PRTX算法充分考虑网络端到端延迟时间、节点剩余能量、邻居节点之间的距离,以及链路质量,形成一个综合性的路由判据,并利用指数加权平均算法加强路由选择的稳定性.仿真实验结果表明,PRTX路由算法在网络生命周期上比经典算法期望传输次数（ETX）提升了约19%,保障了较高的收包率,并且在节点通信距离变化时具有较好的性能稳定性.同时仿真实验与实际实验都表明,PRTX算法在网络端到端延迟时间上比经典的ETX算法降低了约10%,并提升了网络能量消耗的均衡性.     

基于节点位置动态变化的无线传感网络路由协议

将低功耗自适应集簇分层(Low energy adaptive clustering hierarchy,LEACH)协议运用到传感器节点位置随机动态变化的无线传感器网络中,分析了该协议的优缺点,并提出了改进后的A_LEACH协议。该协议将节点与基站距离、节点剩余能量作为考虑因素来建立路由协议,动态地确定簇首节点的数目和分布。仿真试验表明:A_LEACH协议降低了节点的死亡率,增加了采集信息的可靠性,能有效延长网络的寿命。     

协同无线网络中基于能量价格的信道与功率分配联合优化

针对协同无线网络中多终端协作通信的信道分配和功率优化问题,在源节点和目的节点之间实现了基于多种传输方式(直接传输、复用传输和中继传输)的并行数据传输,并通过将终端节点建模为能量卖家,提出了基于能量价格的信道分配与功率控制联合的优化方案. 仿真结果表明,并行传输方式下采用新方案所消耗的系统能耗成本和所获得的网络生存时间明显优于单一传输方式. 此外,通过引入能量价格激励机制,证明了在相同并行传输方式下最优速率分配比平均速率分配在系统性能上有显著改善.     

节点两次抛洒的无线传感器网络能耗平衡策略

针对无线传感器网络中的“能量空洞”问题,提出了一种将传感器节点分两次抛洒的能耗平衡策略。基于圆形区域网络的多跳传输方式,分析了无线传感器网络的能耗模型,并在各圆环内对传感器节点进行不均匀抛洒。为了克服节点密度较大圆环采集数据的冗余性,首先在各圆环内等密度抛洒只具有传感功能的节点,第二次抛洒的节点仅作为中继站向相邻圆环转发数据,根据节点平均能耗相等的原则,确定各圆环内的中继节点密度。传感节点和中继节点分别进行抛洒,不仅节省了硬件成本,而且减轻了网络的传输负载。仿真结果表明,该策略能够有效平衡节点能耗,缓解能量空洞问题,从而延长无线传感器网络的生存时间。     

基于虚拟场的能量高效传感器网络地理路由

针对现有的无线传感器网络(WSN)地理位置路由在遇到空洞时,集中使用空洞边缘节点转发而导致能量迅速耗尽的问题,提出利用虚拟场模型均衡节点能量消耗的路由算法.传输节点根据虚拟场模型,采用空洞信息、自身位置及目的节点位置作为参数,计算当前位置的虚拟场矢量.根据此矢量方向进行贪婪路由选择.受虚拟场模型的引导,数据传输路径在未遇到空洞时已提前开始绕行,路由能耗不再集中于空洞边缘,而是更均匀地分布于全网.实验表明,该算法在网络生命周期和数据包投递率方面明显优于现有的地理位置路由,在传输延迟方面两者接近,验证了虚拟场模型具有平衡节点能量消耗、提高能源利用率的效果.     

基于E-CARGO的WSN成簇机制研究

在无线传感器网络中,节点的电量十分有限,降低节点的能耗、延长网络寿命是路由协议设计的重点.针对经典分簇路由协议LEACH(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy)中簇头选取不合理以及节点能耗不均衡的问题,将传感器节点的剩余能量、分布位置等定义为约束,采用带约束的角色协同模型E-CARGO为分簇型无线传感器网络系统建模,在机制上实现对LEACH协议的改进.在传感器节点角色指派过程中,综合考虑节点的约束并结合LEACH算法为传感器节点进行角色指派.理论分析和仿真实验结果表明,改进后协议在可扩展性、灵活性、均衡节点能耗以及网络生命周期方面优于LEACH协议.     

一种基于DEEC的异构节能分簇改进算法

针对无线传感器网络中因有限能量利用不佳从而导致网络生存周期缩短的问题,提出一种基于DEEC的优化能量利用的改进算法(IDEEC)。该算法一方面对DEEC的阈值进行调整,在DEEC的阈值中加入剩余能量与网络平均剩余能量的比值以及最优簇头数,以增加剩余能量多的节点成为簇头的概率,另一方面采用精确化方案求解网络平均剩余能量,同时采用簇内成员节点的调度机制让冗余节点进入休眠模式以节约网络能耗、延长网络生存周期。仿真结果表明,IDEEC的能耗比LEACH降低60.6%,比DEEC降低47.9%,网络生存时间比LEACH提高61.9%,比DEEC提高49.1%。     

矿井WSN自适应能量有效及能耗均衡的数据收集方法

针对目前井下传感器网络不能同时兼顾节点能量效率和能耗均衡性的问题,在混合通信方式基础上提出一种矿井无线传感器网络（WSN）自适应能量有效及能耗均衡的数据收集方法（AEBADA）.首先通过比较分析确定了检测区域内环形宽度和节点最小通信半径,而在选择转发节点时不仅考虑节点距离和剩余能量,还包括链接的可靠性以及候选节点的邻居节点数目.仿真结果表明,相比同类混合通信方式和其他典型数据收集方法,AEBADA在节点效率和能耗均衡性以及路由可靠性方面优势明显,不受节点密度和分布状况影响,适用于井下通信环境.     

分簇无线传感器网络安全多路径路由协议

针对多路径路由难以有效抵御恶意节点对无线传感器网络网络层的安全攻击,将多路径路由与节点可信度评价进行有效结合,以节点的转发数据包成功率和包重传率作为直接信任指标,邻居节点对评价节点的信任作为间接信任指标,提出一种基于可信节点的安全多路径路由协议.为降低网络开销,只对簇头节点进行可信度评价,并利用节点信任值衡量下一跳节点的可靠性,计算能达到期望安全性要求的多路径数目,进行信任多路径路由的建立.仿真结果表明:该协议能够有效地均衡路由能耗,延长网络生存周期,保障无线传感器网络的路由安全.     

A sink moving scheme based on local residual energy of nodes in wireless sensor networks

In the application of periodic data-gathering in sensor networks, sensor nodes located near the sink have to forward the data received from all other nodes to the sink, which depletes their energy very quickly. A moving scheme for the sink based on local residual energy was proposed. In the scheme, the sink periodically moves to a new location with the highest stay-value defined by the average residual energy and the number of neighbors. The scheme can balance energy consumption and prevent nodes around sink from draining their energy very quickly in the networks. The simulation results show that the scheme can prolong the network lifetime by 26%–65% compared with the earlier schemes where the sink is static or moves randomly. Foundation item: Project(60673164) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(20060533057) supported by the Specialized Research Foundation for the Doctoral Program of Higher Education of China     

一种基于可信度的异构网络汇聚路由协议

无线传感器网络使用多跳通信的模式从感测区域中收集环境数据．为了延长网络的寿命,提出一种基于可信度的异构网络汇聚路由协议．利用节点的剩余能量、可信度以及节点与汇聚节点之间距离选择簇首．在可信度高于一定阈值的前提下,能量剩余高和距离基站较近的节点比能量剩余少和距离基站较远的节点拥有更多的机会成为簇首,模拟实验结果表明．该协议减少了网络中的能量消耗,延长了网络的生命周期．     

基于独占区域的无线传感器网络连通支配集

提出基于独占区域的无线传感器网络连通支配集算法.采用独占覆盖和延时等待规则,在每个节点维护的独占区域内限制支配节点数目,从而降低连通支配集的规模.根据节点剩余能量信息优化支配节点在整个网络拓扑中的分布,以提高能量使用效率和均衡网络负载.仿真结果表明,基于独占区域的无线传感器网络连通支配集能够显著降低连通支配集的规模,保证支配节点的分布均匀稀疏,同时延长整个网络的生命周期.     

基于二分图最大赋权匹配的网络编码中继选择

针对多用户多中继场景,为了进一步提升系统的吞吐量,需要为用户选择合适的中继协助其传输. 考虑到多址网络编码中继的中继选择问题是一个复杂的优化问题,为了降低其求解复杂度,将中继网络建模为带权二分图,中继选择最优解即转化为图论中求二分图最大赋权匹配问题. 分别将Kuhn和Munkres（KM）算法和贪婪算法应用于多址接入中继网络的中继选择,蒙特卡洛仿真结果表明,KM算法求解的遍历容量略高于贪婪算法.     

多贪婪准则条件下中继节点布局算法

为解决无线传感器网络中继节点设置位置不合理而导致的网络构建成本高、网络整体寿命低等问题,提出了一种基于贪婪准则的中继节点布局算法.该算法采用能耗均衡率和网络总能耗等性能评价标准,分别对最近贪婪准则、定向贪婪准则和角度最小贪婪准则进行了多角度的对比分析,并引入数据流向限制、通信容量和数据最大转送次数,对节点数据传输路径进行约束及优化.实验结果表明,最近贪婪准则能耗少,网络中各个节点的能耗均衡,可给出合理的中继节点布设位置,有效降低网络的整体能耗.     

基于Agent的高效无线传感网络路由算法

将Agent技术应用于无线传感器网络中,提出一个基于Agent的能量有效路由协议,兼顾数据融合、路由选择和节约能耗三项功能,仿真结果显示,该方案能够使网络中节点能量消耗更平衡,从而更有效地延长网络的使用寿命。     

Node deployment strategy optimization for wireless sensor network with mobile base station

The optimization of network performance in a movement-assisted data gathering scheme was studied by analyzing the energy consumption of wireless sensor network with node uniform distribution. A theoretically analytical method for avoiding energy hole was proposed. It is proved that if the densities of sensor nodes working at the same time are alternate between dormancy and work with non-uniform node distribution. The efficiency of network can increase by several times and the residual energy of network is nearly zero when the network lifetime ends.     

能量协作下中继系统性能推导及仿真分析

由于无线传感器网络频繁使用中继节点带来了能量空洞问题,所以提出了一种单中继通信下基于能量协作的降低中断概率和减少能量消耗的方案。该方案假设中继节点分布为泊松点过程,并且源节点和中继节点能够从环境中收集能量。首先,在发送数据的初始阶段,源节点依据自身电池储能状态有概率地选择直通链路或者中继链路,再结合中继节点位置与电池稳态分布,利用信噪比推导出系统的中断概率表达式;而后,建立以消耗能量值最小化为目标函数的最优化模型,通过粒子群算法求出使系统消耗能量最少时的参数分配。由仿真结果可知,与原有方案相比,所提出的模型能获得更低的中断概率,且证明了能量协作可明显地减少通信过程中的能量消耗。