基于模糊逻辑的无线传感网络分簇路由协议

能量消耗是无线传感器网络中首要考虑的问题. 为了均衡每个节点的能耗, 延长网络节点的生存寿命, 本文提出了一种基于模糊逻辑方法的FLCHE分簇路由协议. 该协议充分考虑了节点的剩余能量, 能量消耗速率以及节点的分布密度. 通过MATLAB实验仿真表明, 相比于经典的LEACH分簇路由协议, FLCHE协议更加均衡了网络节点的能耗, 有效地延长了网络的生命周期, 总体性能优于LEACH算法.     

一种综合能量和节点度的传感器网络分簇算法

针对无线传感器网络分簇过程中簇首耗能过快问题,提出了一种综合节点剩余能量和节点度数进行簇首选取的分簇算法ENCA(energy and node degree synthesized clustering algorithm).该算法在每轮的簇首选取中考虑了每个簇内所有节点的剩余能量和平均剩余能量,并在每个簇中依据节点的度数优化簇首的选择.在算法运行过程中,在保证网络连通的同时,避免了能量较低的节点当选为簇首.仿真结果表明,与LEACH算法和ACE算法相比,ENCA算法均衡了网络中节点的能量消耗,有效延长了网络寿命.     

基于蚁群优化解决传感器网络中的能量洞问题

基于多跳的无线传感器网络,越靠近sink的传感器节点因需要转发更多的数据,其能量消耗就越快,从而在sink周围形成了一种称为“能量洞”的现象.“能量洞”问题会导致整个网络由于内部节点能量过早耗尽而结束寿命,同时,网络中离sink较远的节点仍有大量能量剩余.研究“能量洞”现象,基于改进的分级环模型,总结出调节各环内节点的数据传输距离是实现网络节能的有效方法.证明搜索各区域最优的传输距离是一个多目标优化问题,即是NP难问题.从而提出一种基于蚁群优化的分布式算法,各区域根据其节点分布情况自适应地探索近似最优的传输距离,延长网络寿命.模拟实验结果表明,该算法在较短的时间内能够收敛到合理的解,并且得到的网络寿命接近于理想情况下的最优时间,与现有的类似算法相比,该算法提供了更长的网络寿命,并能适用于非均匀节点分布情况.     

改进AntNet算法在Ad Hoc网络路由中的应用

当前大部分的AdHoc网络路由算法在选择路由的时候都没有很好地将节点的能量状态引入到评价系统中去．针对这一问题,本文对AntNet算法进行了适当改进,使其能够记忆和衡量整个路由的能量状态变化．文章详细描述了算法的数据结构,以及节点选择规则和数据结构更新规则．仿真实验和结果分析表明,改进的AntNet算法能够找到平均能量较高且各节点能量较稳定的路径,从而提高网络的生存时间和吞吐量．     

Sink节点移动的无线传感网生存时间优化算法

为提高网络最大生存时间,提出Sink节点移动的无线传感网生存时间优化算法(LOAMSN)。该算法分析Sink节点移动时的流量平衡约束、最大传输速率约束、节点能耗约束等约束条件,将生存时间优化问题转化成优化模型。提出Sink节点的移动方法,即Sink节点利用节点的度值构建其移动路径,按照此路径循环移动收集数据。将Sink节点的移动认为是离散运动,Sink节点移动的生存时间优化模型分解成若干个Sink节点静止的生存时间优化模型,采用牛顿法求解每个Sink节点静止的优化模型,获得网络最大生存时间和节点发送数据量的最优值。仿真结果表明:LOAMSN算法能减少Sink节点停留位置上的节点能耗,平衡网络负载和节点能耗,提高网络最大生存时间。在一定条件下,LOAMSN算法比Sink节点静止时更优。     

采用半贪心优化的节点非均匀分布路由协议

为避免无线传感器网络中因节点能耗不均衡而产生的能量空洞现象,延长网络生命周期,提出采用半贪心优化的节点非均匀分布路由协议。首先在网络监测区域分层的基础上,计算各层感知数据转发能耗,根据各层网络能耗比例和监测区域覆盖要求,设计了密度递减的节点部署模型;然后基于两跳通信的贪心范围,提出两跳能耗代价估计函数,改进半贪心算法;在簇间多跳通信阶段,利用优化的半贪心算法求解簇头到基站的最优转发路径。仿真实验表明,与现有的几种路由协议相比,新协议能够均衡各层网络节点能耗,延长网络生命周期,有效避免能量空洞现象。     

A novel energy-efficient framework (NEEF) for the wireless body sensor network

Increasing the availability of wireless body sensor network is obligatory to monitor the patient inside and outside the hospital environment. Major amount of energy dissipated in the sensor node is through the enormous switching transitions in the transceiving unit, and hence, it becomes essential to minimize the switching transitions to prolong the lifetime of the network. Also, the packet holding cost in terms of energy influences the network lifetime to a greater extent. The novel energy-efficient framework (NEEF) approach provides a solution for lifetime problem and availability problem in the network. The subject is modeled as finite state machine with normal, abnormal and above normal states. The packet in the cluster head is transmitted once it reaches the threshold level. The critical packet is hoped through high energy node to ensure safe data communication. The framework is evaluated with Fail Safe Fault Tolerant algorithm. The lifetime enhancement is achieved through reducing the switching loss of the transceivers circuit. The NEEF provides extended lifetime and throughput and the framework also promotes improved half-life period. The first dead node in case of NEEF framework is high. The NEEF ensures high availability and extended lifetime.

     

无线传感器网络低功耗自适应分簇协议

低功耗自适应分簇(LEACH)协议随机循环地选择群首节点将网络能耗平均分配到每个传感器节点中,但并没有考虑每个节点的剩余能量。为了避免能量较少节点因为当选为群首较快消耗能量而过早死亡,提出了一种LEACH-New节能算法,根据能量概率选取剩余能量较多的节点作为群首并确定最佳群首个数,群首收集数据并融合后采用单跳和多跳相结合的方式将数据转发给基站。这样解决了LEACH协议能量较少节点当选为群首和群首负载过重的问题,从而延长网络生存时间。仿真结果表明,改进后算法有效地减少了网络能量消耗,保证了网络负载的平衡。     

Ad Hoc 网络节能型功率控制与拥塞控制的跨层优化

有限的节点能量和通信带宽,是Ad Hoc网络的两个重要的特点.节点能量是影响网络容量的关键因素,也是制约网络寿命的决定因素;而有限的通信带宽使得网络更容易产生拥塞.因此,节能型的功率控制与拥塞控制联合优化在Ad Hoc网络中显得尤为重要.首先,设计了节能型的网络效用最大化问题,即在目标函数中引入能量消耗成本函数,从网络效用和网络寿命两个方面来综合优化网络性能.其次,运用对偶分解与梯度投影方法,提出了相应的节能型功率控制与拥塞控制联合优化算法.另外,分析和证明了所提算法的收敛性.最后,详细的仿真结果表明了所提算法的有效性:在保持网络吞吐量基本不变的同时,可以有效地减少节点的能量消耗,从而延长网络寿命.     

差分进化优化的非均匀分簇算法

针对固态发酵无线测温系统中传感器节点位置、能量等受限因素导致能量消耗不均而过早死亡的问题,提出了一种基于差分进化改进的非均匀分簇算法。该算法省去了LEACH协议中每轮频繁选簇的机制,而是从系统的稳定性出发,一次性选择固定数目的簇首,采用差分进化算法优化节点覆盖率。同时,采用能量差异化匹配策略,合理地分配簇首节点与普通测温节点的初始能量,延长网络寿命。仿真结果表明,该算法有效改善了“热区”问题,均衡了能耗,在一定程度上延长了网络的生命周期。     

Maximizing network lifetime based on transmission range adjustment in wireless sensor networks

In a wireless sensor network (WSN), the unbalanced distribution of communication loads often causes the problem of energy hole, which means the energy of the nodes in the hole region will be exhausted sooner than the nodes in other regions. This is a key factor which affects the lifetime of the networks. In this paper we propose an improved corona model with levels for analyzing sensors with adjustable transmission ranges in a WSN with circular multi-hop deployment (modeled as concentric coronas). Based on the model we consider that the right transmission ranges of sensors in each corona is the decision factor for optimizing the network lifetime after nodes deployment. We prove that searching optimal transmission ranges of sensors among all coronas is a multi-objective optimization problem (MOP), which is NP hard. Therefore, we propose a centralized algorithm and a distributed algorithm for assigning the transmission ranges of sensors in each corona for different node distributions. The two algorithms can not only reduce the searching complexity but also obtain results approximated to the optimal solution. Furthermore, the simulation results of our solutions indicate that the network lifetime approximates to that ensured by the optimal under both uniform and non-uniform node distribution.     

无线传感网优化生存时间的分布式功率控制

为延长无线传感网的生存时间,提出优化生存时间的分布式功率控制算法(DPCOL).该算法分析节点发送功率变化下的链路流量平衡约束,链路最大传输速率约束,节点能耗约束等条件,建立最大化生存时间的网络模型.采用分布式功率迭代和次梯度算法求解该模型.节点获知与各邻居节点通信所需要的最低发送功率集,随机选择发送功率集中的功率作为...     

基于最短路径树的优化生存时间路由算法

为提高无线传感网的生存时间,提出基于最短路径树的优化生存时间路由算法(LORA_SPT).该算法引入节点分类概念,构造基于链路能耗因子、自身节点剩余能量因子、邻居节点剩余能量因子和类型权重因子等多个因子的权值函数.针对不同类型的节点采用不同的权重因子,最后利用dijkstra算法完成最短路径树,所有节点沿着最短路径树将...     

狭长直巷道中WSN的SPIN路由算法的改进

为了解决井下链状无线传感器网络中距离Sink节点越近的节点越早死亡的问题,提出了一种井下WSN基于SPIN路由协议的改进算法,该算法结合狭长直巷道模型与多重覆盖模型,运用梯度划分的方法,通过判定彼此梯度信息决定数据信息接收方,来均衡整个网络的能量消耗,延长网络寿命。对比改进前后的能量损耗模型可知,改进后的算法能有效延长网络寿命,实验表明,该算法较NCWSNFGM方案可延长至少5%的网络寿命。     

传感器网络中基于平均剩余能量的数据汇聚节点选择算法

针对如何根据变动的网关节点在网络内部选择合适的数据汇聚节点以传输采集的数据这一问题,综合考虑节点剩余能量和距离因素,提出了一种基于平均剩余能量的数据汇聚节点选择算法,以均衡节点能耗、延长网络生命周期。与基于最大剩余能量的数据汇聚节点选择算法比较,证明该算法能够在保持相近生命周期的情况下大大减少计算量,更适用于资源有限的传感器网络。     

移动社会网络中社会性路由算法研究

在无法部署Sink的无线传感器网络中, 数据采集者(即:能够收集数据的人或移动设备)在网络的任意位置收集数据, 即泛在数据收集。网络区域中的节点数量庞大, 能量有限, 如何能有效地采集到全部节点的数据是一个难点。提出一个网络生命周期最大化的泛在数据收集协议MULAC。MULAC以用户所在当前位置为圆心, 半径为r的区域内选择一个节点v。以v为根构造一棵最大化生命周期树T。网络中的节点可以通过T传送数据给v, 数据采集者可以通过v接收到网络中的全部数据。当数据采集者移动到其他位置, T将根据用户新的位置改变根节点, 并且以最小的能量耗费调整树结构, 从而延长全网的寿命。在收集数据过程中保证无线传感器网络生命周期最大化是一个NP完全问题, MULAC能够近似最优的解决此问题。仿真实验和理论分析表明, MULAC能有效延长网络生命周期。     

负载均衡集中式能耗树算法的无线传感网路由协议

由于无线传感器网络中每个节点的能量都非常有限,在选择路由协议时需尽可能地延长网络生存时间.从限制能耗最大节点的功耗出发,提出一种新的负载均衡的集中式能耗树(CCT-LB)算法.仿真结果表明,相比分布式的WRT算法,该算法能使网络不同比例节点的存活时间提高10%～500%,同时提高网络节点的负载均衡性,从而有效地延长网络寿命.     

一种无线传感器网络目标的最优覆盖算法

无线传感器网络点状目标覆盖的算法中,集合分割算法虽简单,但效率低且仅适用于每个传感器节点能量都相等的网络模型.为此,我们对集合分割算法进行改进,提出一种启发式贪心最优覆盖算法.该算法适用于节点能量正态分布的网络模型,采用了关键目标优先覆盖策略和节点能效最大化策略,延长了网络覆盖生命期,提高了算法的效率.实验表明新算法网络生命期延长80%以上,有更好的适应性和稳定性.     

基于汇聚节点移动的能量均衡路由协议的研究

在无线传感器网络路由协议的设计中,传感器节点的监测数据要以多跳中继的方式向sink汇聚节点进行传输。在sink汇聚节点固定网络,临近sink汇聚节点的传感器节点需要中转其他节点的监测数据,从而耗费大量的电池能量,很容易造成过早地死亡,使网络的连通度下降,甚至会造成网络的分割,缩短了网络寿命。为了解决这一问题,从sink汇聚节点的角度,提出了一个基于sink汇聚节点移动的能量均衡的路由协议——SERP路由协议,通过sink汇聚节点的移动,使其附近的传感器节点不断地发生变化也就是网络内的“热点”不断地发生变化,从而促使传感器节点间的负载得到均衡,达到延长网络寿命的目的。在协议中,首先将无线传感器网络的监测区域分成有限个虚拟单元格,然后以每个单元格的中心作为sink汇聚节点的移动位置,最后通过线性规划确定sink汇聚节点在每个位置的停留时间。针对上述路由协议,对它进行了仿真分析,结果显示网络内节点的能量消耗比较高效均衡,有效地延长了网络寿命。     

Data censoring with network lifetime constraint in wireless sensor networks

In wireless sensor networks (WSNs), senor nodes are usually battery-powered with limited energy budget. The network lifetime is directly related to the energy consumption of each node. Online censoring is an effective approach to reduce the overall energy consumption by only transmitting statistical informative data. However, the network lifetime is not proportionally extended with online censoring, since individual sensor may still suffer from energy shortage due to frequent transmission of informative data or transmission over long distance. In this paper, a parameters estimation problem is considered in WSNs, where the goal is to minimize the estimation error under the network lifetime constraint. Two censoring algorithms are developed, which allow sensor nodes to make decisions locally on whether to transmit the sampled data. The proposed algorithms can extend the network lifetime with little performance loss. Simulation results validate their effectivenesses.