无线传感器网络节点密度对网络寿命的影响研究

如何延长网络寿命是无线传感器网络(WSN)的重要课题之一。本文以事件-驱动(Event-Driven)型无线传感器应用模型为基础建立系统模型,研究了节点密度对网络寿命的影响,在理想模型下导出了节点密度对网络寿命影响的算法公式。算法仿真结果表明,网络寿命随着节点密度的增加而增加,并且网络寿命增加的速度比节点密度增加的速度要快。     

无线传感器网络中敏感数据分布密度控制方法研究

为了解决传统基于参数可变遗传方法对无线传感网络敏感数据分布密度控制不健全,导致敏感数据分布密度失衡,且能量消耗过高的问题。提出基于改进差分蜂群算法的无线传感器网络节点分布密度控制方法,其综合考虑节点信息感知和信息传递的能耗,对圆形区域和带状区域的节点能耗进行分析,从理论上分别给出适用于这两种场景的节点非均匀分布方法,在此基础上采用改进差分蜂群算法,通过以网络覆盖率为目标函数对覆盖区域的节点进行分布密度优化控制,实现节点中敏感数据分布密度的均衡控制。实验结果说明,所提方法可实现节点中敏感数据分布密度的均衡控制,降低能量消耗。     

基于进化优化的移动感知节点部署算法

 移动传感器网络中节点部署优化直接影响到网络的能量消耗、对目标区域监控的性能及整个网络的生命周期.本文从网络覆盖和能量消耗两个方面,采用多目标优化对节点部署问题建模,并从集中式角度给出了节点部署问题的遗传算法求解过程.针对一类初始中心部署模型进行实验验证,并和基于向量的算法(VEC)、基于维诺图的算法(VOR)及基于边界扩张虚拟力算法(BEVF)进行性能对比,证明了该算法在大多数情况下可使传感器网络对目标区域的覆盖率最大化,同时保证了网络的连通和网络能耗最小,进而延长了网络的生命周期.     

基于能量和密度的WSNs动态分区成簇路由算法

针对传统的层次型网络存在的分簇不合理和能耗不均衡等问题,提出了一种基于能量和密度的动态非均匀分区成簇路由算法。该算法先根据节点与基站之间的距离将网络合理地进行动态的区域划分,在区域内成簇,使靠近基站的簇规模小于距离基站较远的簇,减少靠近基站的簇首负担和能量消耗;通过综合考虑节点剩余能量和节点密度等因素来优化簇的非均匀划分和簇首的选择,簇首间采取基于数据聚合的多跳传输机制。仿真结果表明,与经典路由算法LEACH相比,该算法能有效均衡节点能耗,延长网络生命周期。     

基于最优阶估计与分布式分簇的传感器网络数据压缩方法研究

在无线传感器网络的诸多应用中,被监测区域发生异常情况的概率通常较小,正常情况下,同一传感器节点在前后连续时刻所采集的数据具有时间相关性,处于相邻区域的不同传感器节点在同一时刻所采集的数据具有空间相关性,发送存在时间、空间冗余的数据至基站必将耗费节点大量的能量。该文提出了基于最优阶估计和分布式分簇的传感器网络数据压缩方法,利用节点采集数据的时空相关性,基于最优阶估计在基站处建立相关系数,经分布式分簇,节点仅需传送少量数据,基站根据时空相关性恢复原始数据。仿真结果表明应用该算法,可以有效减少传感器网络中冗余数据传输量和节点能耗,进而延长系统寿命。     

无线传感器网络的分区异构分簇协议研究

针对无线传感器网络能量受限和路由协议中节点能量消耗不均衡的问题,提出一种新的无线传感器网络的分区异构分簇协议(PHC协议).该协议的核心是将3种不同能量等级的节点根据能量的不同分别部署在不同区域,能量较高的高级节点和中间节点使用聚类技术通过簇头直接传输数据到汇聚点,能量较低的普通节点则直接传输数据到汇聚点.仿真结果表明,该协议通过对节点合理的分配部署,使簇头分布均匀,更好地均衡了节点的能量消耗,延长了网络的稳定期,提高了网络的吞吐量,增强了网络的整体性能.     

基于感知距离调节的无线传感器网络节能区域覆盖

传感器节点能够感知的物理世界的最远距离称为节点的感知距离。该文研究了基于节点感知距离调节的无线传感器网络节能区域覆盖方案,该方案通过设定合理的节点感知距离,使得传感器网络在满足区域覆盖要求的同时,能量消耗最低。首先将区域覆盖性能和网络能量消耗模化成网络节点感知距离的函数,然后将节能覆盖问题模化成带约束条件的优化问题,最后给出了基于网络区域划分的优化模型求解方法。仿真结果表明,与传统覆盖方案比较,所提方案在满足覆盖要求的同时,有效降低了网络能量消耗。     

能量高效的无线传感器网络时空查询处理算法

 在无线传感器网络环境中,用户经常提交的查询是时空查询,如“获得区域A在某个给定时间段内的感知数据”.由于传感器节点能量十分有限,因此,能量高效的时空查询处理是目前亟需解决的问题.首先指出了现有的时空查询处理算法能量消耗大的原因在于查询协调节点选择不合理.然后给出了理论上最优的查询协调节点的位置及其证明,并基于该理论提出了一类能量高效的传感器网络时空查询算法ECSTA.最后通过实验分析了节点密度和查询区域大小对算法能量消耗的影响.理论和实验结果表明ECSTA算法优于现有的STWin框架下的算法.     

无线传感器网络能量均衡分簇路由协议

LEACH是无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)中一种经典的分层式路由协议,在此基础上通过对LEACH成簇算法及簇间路由的改进,提出了一种新的均衡能量消耗分簇路由协议。该协议在无线传感器网络成簇过程中充分考虑了传感器节点的能量状态,同时簇首向基站的通信采用基于能量的簇间路由。理论分析及仿真结果表明,改进的协议能够均衡传感器节点的能量消耗,有效地延长网络寿命。     

一种高效覆盖的水下传感器网络部署策略

传感器节点的部署直接关系到水下传感器网络的成本和性能.考虑到传感器节点间具有很强的协同能力,该文提出一种基于检测融合的部署策略.采用Neyman-Pearson准则融合单元网格内所有传感器节点的检测信息,实现正方形和正三角形两种单元网格的高效覆盖,进而分别给出针对两种单元网格的监测区域网格划分方法,从而确定监测区域需要的传感器节点数量以及放置的具体位置.通过仿真实验验证了该部署策略的有效性.结果表明,与不采用检测融合时相比,降低了传感器节点冗余度.使用相同数量的传感器节点,新的部署策略能够在保证一定感知质量的基础之上获得更大的覆盖范围.     

LEACH协议的改进与仿真分析

在深入分析无线传感器网络路由协议设计目标的基础上,由于低功耗自适应分簇路由协议（LEACH,Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）簇头既要融合簇内节点发送来的数据又要将处理后的数据发送给基站,导致能量消耗较大。因此融入负载平衡和簇内成链的思想对LEACH协议进行改进,通过贪婪算法使簇内节点数据传输采用链式传输,让簇头工作时间尽量延长,使簇的稳定阶段时间提高,全网节点负载均衡。通过NS2对改进的LEACH协议进行仿真分析,结果表明改进的LEACH协议网络寿命极大延长。     

交通路灯监控系统的无线传感网链状路由算法

在交通路灯监控系统中为节省网络节点能耗和降低数据传输时延,提出一种无线传感网链状路由算法（CRASMS）。该算法根据节点和监控区域的信息将监控区域分成若干个簇区域,在每一个簇区域中依次循环选择某个节点为簇头节点,通过簇头节点和传感节点的通信建立簇内星型网络,最终簇头节点接收传感节点数据,采用数据融合算法降低数据冗余,通过簇头节点间的多跳路由将数据传输到Sink节点并将用户端的指令传输到被控节点。仿真结果表明：CRASMS算法保持了PEGASIS算法在节点能耗方面和LEACH算法在传输时延方面的优点,克服了PEGASIS 算法在传输时延方面和LEACH算法在节点能耗方面的不足,将网络平均节点能耗和平均数据传输时延保持在较低水平。在一定的条件下,CRASMS算法比LEACH和PEGASIS算法更优。     

一种新的无线传感器网络传输机制——RNTA算法的研究与仿真

针对无线传感器网络体积小与能量受限的特点,该文提出了一种新的传输机制RNTA算法,即将无线传感器网络中的部分冗余节点组成中继树,并利用该树作为网络内信息传输的代理,完成了信息从簇头到基站的传输,达到了节省正常节点和簇头能量的目的。仿真结果表明:该机制可以有效提高网络的生命周期。     

基于能量均衡的无线传感器网络路由算法

为了提高无线传感器网络的生存时间,针对当前LEACH算法存在的能量不均衡难题,提出一种能量均衡的无线传感器网络节点路由算法。首先将监测区域看成以基站为中心的扇形区域,并将扇形区域分割成不同大小的弧形方块,每个弧形方块中的节点组成一个簇,根据节点剩余能量产生簇头,然后采用单跳和多跳相结合的簇间通信机制,最后采用仿真实验测试算法的性能。结果表明,本文算法有效提高了网络的能量利用率,能够实现节点之间的能耗均衡,使无线传感器的网络生存时间得到延长,适用于对网络生命周期要求较高的应用。     

建筑物抗震性无线检测系统的设计

介绍了一种基于无线传感器网络技术的建筑物抗震性检测系统.首先,提出了以无线通信震动传感器形成一种可扩展的无线传感器网络的系统结构.然后,介绍在该系统中采用的无线震动传感器节点以及检测基站设备的设计.在本系统中,节点和基站设备所使用的近距离通信标准为802.15.4/ZigBee标准.     

CEMulti-core Architecture for Optimization of Energy over Heterogeneous Environment with High Performance Smart Sensor Devices

Nowadays, it is unusual for an electronic system to be without sensors, thus sensing plays an important part in everyday life. To this, the field of image processing is an added advantage as it stores image data and makes it readily available for parallel processing. The wireless sensor nodes over heterogeneous networks exhibit radio communication always with highest energy consumption. Multicore processors are more suitable for real time applications compared to traditional modern microcontrollers of sensor nodes in terms of improvement in their energy consumption rate. To significantly reduce the energy consumption, the usage of off-the-shelf low power microcontroller with appropriate processing core has to be considered. The proposed CEMulti-core architecture incorporated with the MIPS single core processor and multicore processor is simulated and the experimental results are compared and analyzed for their speedup, clock cycles and the time required for execution. Thus enabling the sensor node over heterogeneous networks to process large sized images with increase in energy efficiency.     

大规模输电线路状态监测传感器网络的周期性低功耗通信技术方案

为了实现输电线路监测的功耗低、寿命长、绿色发展的目的，提出大规模输电线路状态监测传感器网络周期性低功耗通信技术方案。依据网络中传感器网络组网特征以及节点运行状态转换特点，设置睡眠定时器，以周期性运行方式使传感器网络通信节点在初始化、睡眠、激活状态间转换，通信节点在输电线路状态监测数据无传递需求时进入睡眠状态，节省通信功耗；传感器网络汇聚（sink）节点利用梯度创建上行路由，通过源路由的方式创建下行路由，以跳数和剩余能量为依据进行上、下行路由数据分组传递，降低节点功耗，延长通信运行时间。实验显示，大规模输电线路状态监测传感器网络应用该技术方案后，通信功耗明显降低，运行时间明显延长，且不会影响监测传感器网络的数据传输性能，延长了监测传感器网络的使用寿命。     

无线传感器网络能量异构分簇算法的研究

在无线传感器网络能量异构环境下对低功耗自适应的分簇算法(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy,LEACH)与稳定选举协议(Stable Election Protocol,SEP)算法进行了分析,针对其存在的不足提出了一种改进的方案。在簇头选举过程中提高了剩余能量高、距离基站较近节点当选为簇头的概率,同时对当选为簇头的节点设定能量阈值,避免能量过低的节点当选为簇头。仿真结果表明,改进后的算法较好地均衡了网络中节点的能量消耗,有效地提高了网络中能量的利用效率,并且极大地延长了网络正常工作的生命周期。     

A centralized energy-efficient routing protocol for wireless sensor networks

Wireless sensor networks consist of small battery powered devices with limited energy resources. Once deployed, the small sensor nodes are usually inaccessible to the user, and thus replacement of the energy source is not feasible. Hence, energy efficiency is a key design issue that needs to be enhanced in order to improve the life span of the network. Several network layer protocols have been proposed to improve the effective lifetime of a network with a limited energy supply. In this article we propose a centralized routing protocol called base-station controlled dynamic clustering protocol (BCDCP), which distributes the energy dissipation evenly among all sensor nodes to improve network lifetime and average energy savings. The performance of BCDCP is then compared to clustering-based schemes such as low-energy adaptive clustering hierarchy (LEACH), LEACH-centralized (LEACH-C), and power-efficient gathering in sensor information systems (PEGASIS). Simulation results show that BCDCP reduces overall energy consumption and improves network lifetime over its comparatives.     

Energy‐Efficient Adaptive Dynamic Sensor Scheduling for Target Monitoring in Wireless Sensor Networks

Due to uncertainties in target motion and randomness of deployed sensor nodes, the problem of imbalance of energy consumption arises from sensor scheduling. This paper presents an energy‐efficient adaptive sensor scheduling for a target monitoring algorithm in a local monitoring region of wireless sensor networks. Owing to excessive scheduling of an individual node, one node with a high value generated by a decision function is preferentially selected as a tasking node to balance the local energy consumption of a dynamic clustering, and the node with the highest value is chosen as the cluster head. Others with lower ones are in reserve. In addition, an optimization problem is derived to satisfy the problem of sensor scheduling subject to the joint detection probability for tasking sensors. Particles of the target in particle filter algorithm are resampled for a higher tracking accuracy. Simulation results show this algorithm can improve the required tracking accuracy, and nodes are efficiently scheduled. Hence, there is a 41.67% savings in energy consumption.