一个能量收集无线传感器网络路由协议

针对周期性数据收集无线传感器网络应用,提出一个能量收集无线传感网络路由协议EHRP,以高效的能量估计和链路评估为基础,通过基于收集能量优先的选路实现多跳报文转发,构建起能量均衡消耗的多跳传感器网络.仿真结果表明在具有能量收集能力的传感器网络中,EHRP能够充分利用节点的能量收集能力,实现网络能量均衡,延长网络的生命周期,同时提高了数据传输的可靠性.     

一种射频能量捕获无线传感器网络的分层分步数据收集策略

在射频能量捕获无线传感器网络中,采用多跳的方式将数据发送给网络中的Sink节点能够减少节点间的通信距离,从而减少能量的消耗,但增加了转发节点的收发数据量。为了减少网络中转发节点的负载,延长网络的生命周期,提出了一种分层分步的数据收集方法(Layer-Step Data Collection,LSDC)。通过对网络中节点能量进行捕获和在能量消耗过程进行建模,得到节点的剩余能量。通过运用多次“跳”命令的方式通知网络中的传感器节点分步地将采集到的数据传递给Sink节点。在传递节点的选择上,以能量状况最佳的节点作为传递节点,最终达到高效地将网络中的数据全部收集到Sink节点进行处理的目的。理论分析与仿真实验结果表明,与采用逐层收集数据的方法(Layer-By-Layer Data Collection,LDC)相比,所提方案更节能,能量消耗更均衡,能够延长网络的生命周期。     

无线充电传感器网络能量效率优化研究

本文将SWIPT技术应用到无线充电传感器网络中,提出了一种基于SWIPT的协作传输协议（简称CTS）,利用无线信息和能量的协作传输来提高无线能量传输的效率。在此基础上,设计了一个以最大化网络效用为目的的资源分配策略优化问题,并提出RAPOA算法来求解问题。仿真实验表明CTS最大化了网络效用,提高了无线充电传感器网络的能量传输效率。     

无线传感器网络能量优化与建模技术综述

由于无线传感器网络的能量受限,如何优化网络能量消耗和评估网络生存周期是当前无线传感器网络研究的首要挑战。在分析无线传感器网络能量消耗特征的基础上,调研传感器网络节点和网络系统的能量优化策略;并针对能量优化存在的不足,分析近几年兴起的无线传感器网络能耗建模工作;从基于无线通信、状态转换、协议栈等方面归纳总结无线传感器网络能耗模型的建模方法;指出跨层能量优化以及软硬件综合的能耗建模技术是无线传感器网络能量研究的重点。     

一种新的无线传感器网络高能效协作路由算法

为解决无线传感器网络在数据采集过程中的能量节省与能耗均衡问题,结合LEACH的分簇思想和PEGASIS的链路传输特点,利用协作MIMO技术,提出了一种新的高能效协作路由算法HECRA。该算法利用内网数据融合与协作MIMO技术减少了簇内链路短传输与簇间长输的能量消耗,通过构建代价函数选择最合适的路由路径以实现能耗均衡。理论分析了系统进行数据采集时各节点能耗以及系统总能耗,实验仿真结果表明,相对于LEACH与PAGASIS,提出的HECRA算法在网络生命周期上得到了很大的改进。     

一种新的高能效无线传感器网络数据收集协议

为了更好地节省无线传感器网络的能量消耗,完成网络数据收集的使命,提出了一种新的高能效无线传感器网络数据收集协议(novel energy-efficient data gathering protocol,NDGP)。协议中簇生成阶段确定了近优簇半径、簇内工作节点数量的计算依据。以此为基础,节点综合自身剩余能量和到基站的距离竞争簇首,簇首在保证簇内覆盖率的前提下,选择关闭冗余节点,以达到网络节能的效果;接着以基站为中心按层往外有序地完成簇间多跳路由的建立。与另外两种数据收集协议(LEACH,DEEC-MR)进行仿真对比,结果表明NDGP能生成簇分布均匀的网络拓扑,有效降低了网络的运行能耗,延长了网络寿命。     

一种基于无线传感器网络数据链路层的能量模型

提出一种无线传感器网络数据链路层能量模型,综合考虑网络层、物理层及传输信道的影响,分析模型主要参数,提出能耗优化的方法.用NS2仿真结果证明了该模型的有效性,并在仿真的基础上推导出能耗经验计算公式.     

一种新的传感器网络能量有效路由算法

基于对LEACH、PEGASIS经典分簇算法的研究,提出一种基于分簇的传感器网络能量有效的路由算法NCEER。NCEER每隔20轮进行一次簇重构,簇内利用贪心算法形成短链,选取剩余能量最大者为簇首。然后,以基站为树根,各簇首节点根据跳数和能量级别建立层次路由树。最后,各簇首通过最优路径将采集到的数据发送到基站。该算法减少了簇重构的开销,建立了一条负载均衡的簇内路由、能量有效的簇间路由,减少了数据的传输时延。仿真结果表明,该算法的性能优于LEACH和PEGASIS。     

虚拟MIMO传感器网络中一种联合网络效用和生存时间优化的分布式算法

虚拟(协作式)MIMO技术被认为是传感器网络中有效的节能解决方案之一,然而,现有虚拟MIMO传输策略的设计大多只关注如何有效降低网络能耗,而很少关注反映网络性能的其他指标,例如网络效用(Network Utility),该指标反映了网络数据采集和传输量的多少.为了联合优化网络效用和网络生存时间这两个网络性能参数.本文首先分析虚拟MIMO传输能耗特点,然后基于网络效用最大化(Network Utility Maximization)思想对虚拟MIMO传感器网络进行联合网络生存时间和网络效用的优化建模.在该模型的求解过程中,通过使用对偶分解技术将原需要集中计算的优化问题分解为可以在不同节点上进行计算的子优化问题,并得出一种联合优化网络效用和生存时间的分布式优化算法.该算法的仿真结果显示,网络中的虚拟MIMO节点仅需要交互邻居节点信息,通过有限次的迭代计算,就能收敛到全局最优的发送速率以及功率值.从而使系统总的效用和网络生存时间之间能够达到帕累托(Pareto)最优平衡.     

传感器节点环境能量收集方法探讨

传感器网络中的节点需要有足够的能量来保证其正常运行，但是传统的电池供能方式不能满足其需要。解决节点供能的可能途径之一是从环境中收集能量。本文探讨了太阳能、振动能和气流能等三种可能的环境能量及其利用方法。     

能量捕获无线传感网的吞吐量最大化路由

能量捕获无线传感器网络(EH-WSNs)具有从环境中捕获能量的能力,可以无限期持续工作,因此具有非常广泛的应用前景。目前已有的大多数EH-WSNs路由方案往往侧重于如何有效地节能,而吞吐量作为EH-WSNs重要的性能指标之一却几乎没有得到考虑。首先建模出EH-WSNs端到端吞吐量最大化路由问题,为 深入了解该问题 提供理论基础,然后提出了一种EH-WSNs端到端吞吐量最大化路由方案。相比最小跳数路由方案,本路由方案能显著提高数据流的端到端吞吐量。     

一种能量捕获无线传感网络机会路由算法

在无线传感网络中,采用能量捕获技术理论上可以无限延长节点的使用寿命。基于该技术,提出了一种新的机会路由算法——能量潜能机会路由(Energy Potential Opportunistic Routing,EPOR)算法。该算法首先用到目的节点的期望传输次数衡量各节点到目的节点的距离,然后用节点的剩余能量与节点所捕获的能量之和表示节点的能量潜能,最后用期望传输次数和节点能量潜能决定节点的退避时间,退避时间最短的节点即为转发节点。理论分析和仿真实验表明,该算法不但可以延长网络生命期,而且可以明显改善网络中节点能量的均衡性。     

能量捕获无线传感网的信道质量和能量感知高传递率多播方案

能量捕获无线传感器网络(EH-WSNs)由于可以无限期持续工作而具有非常广泛的应用前景。目前已有的EH-WSNs单跳多播方案存在以下问题:没考虑到链路质量会动态变化、节点储能易发生溢出而浪费能量等。提出了一种高传递率、高能效的EH-WSNs单跳多播方案。该方案采用纠删码,综合考虑节点当前储能、能量捕获速率以及当前信道质量等3方面因素,分析出当前待接收数据块的正确接收数据包数目期望值,只有当该期望值大于等于一定值时或者如果不接收该数据块则将发生储能溢出时才接收该数据块,有效地降低了信道质量差造成数据块接收失败和节点储能溢出的发生频率,高效利用极其有限的捕获能量。仿真结果表明,相比已有方案,本方案能显著提高EH-WSNs单跳多播的数据包成功传递率。     

能量捕获无线传感器网络中速率自适应路由算法

能量捕获无线传感器网络是无源感知技术中非常重要的一类,它能够有效解决节点能量受限的问题,保持网络运行的持续性.现有的路由方法并未充分利用节点的能量捕获特性,也没有考虑到链路的成功收包率和节点的传输速率.为进一步提高网络的性能,提出了一种结合链路成功收包率的速率自适应路由算法.通过对节点的剩余能量和链路的成功收包率进行建模,给出了一个节点可作为路由中继节点所需要满足的两个条件;基于优化方程,为传输路径上的每一跳节点自适应配置时延最小化的传输速率;提出路由发现步骤来找出端到端传输时延最小的传输路径.实验结果表明,相比于固定传输速率的路由算法,所提算法所得到的传输路径具有较低的端到端传输时延和较高的吞吐率.     

能量捕获无线传感器网络中高可靠数据收集策略

能量捕获无线传感器网络(EH-WSN)具有从环境中捕获能量的能力,可以无限期持续工作,因此具有非常广泛的应用前景。目前已有的大多数EH-WSN路由方案往往侧重于如何提高能效性,而可靠性作为EH-WSN中的重要性能指标却很少被考虑到。文中利用能量捕获网络特性,对节点的链路成功收包率和节点重传次数期望进行推导,建模网络可靠性最大化问题,基于能量捕获速率、链路质量、节点间距离,提出了一种生成高可靠性数据收集树的方案。实验结果表明,相比于其他数据收集方案,该路由方案能显著提高网络可靠性。     

射频能量捕获无线传感网中占空比最佳的能量源布置方法

无线射频能量传输技术在为下一代无线传感器网络供能方面具有广阔的应用前景。射频能量捕获无线传感网由于能量捕获速率非常有限,通常工作在极低的占空比模式下。因此这类无线传感器网络的一个基本问题就是如何配置给定数量的射频能量源(Energy Transmitters,ETs),从而最大化最糟糕(即具有最低能量捕获速率)节点的能量捕获速率,即最大化其占空比。首先对能量源最优化布置问题建模,为深入了解该问题提供理论基础;然后分别提出了贪婪式ETs布置方法和基于粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)的ETs布置方法。仿真结果显示, 相较于均匀布置方法,所提出的两种能量源布置方法能够极大地提高全网最低占空比。     

能量捕获传感网中吞吐量最大化的占空比方案

对于以超级电容为储能设备且工作在占空比模式下的能量捕获传感网,其节点的平均能量捕获速率和吞吐量均很大程度上取决于节点开始休眠时的电容电压和醒来工作时的电容电压。首先,通过理论分析证明传感器节点的能量捕获速率很大程度上取决于电容的即时电压值;然后,对节点的最大吞吐量问题进行建模;最后,提出一种最优化方案来确定开始休眠时的电容电压和醒来工作时的电容电压的最佳取值,从而最大化节点的吞吐量。实验表明,所提方案的吞吐量比已有占空比方案的吞吐量有明显的提高。     

磁流变阻尼器内部流体动能的能量采集

为了构建自供能式磁流变阻尼器内部实时状态监测传感系统,本文介绍了一种针对磁流变阻尼器内部流体能的能量采集装置。该装置被安装于磁流变阻尼器活塞顶端并为检测阻尼器内部工作参数的无线传感模块1供电。根据能量守恒定律,推导出磁流变阻尼器中磁流变液流动能的理论模型。通过实验测试分析了在不同的外界激励下能量采集装置的工作情况,证明了采集的电能随着活塞的运动频率增加而增加,而与磁流变阻尼器的磁流变特性没有明显的关系。测试表明利用此装置能较好的采集到来自于磁流变阻尼器内部流体流动产生的能量,为无线传感模块供电。     

传感器网络中能量最优化的聚类轮换算法

针对无线传感器网络节点能量难以补充,如何延长网络使用寿命的问题,将网络工作过程描述为不定阶段动态规划问题,结合总能量守恒关系推导出网络寿命上下界,提出能量优先的聚类轮换策略并证明了其最优性．在此基础上,设计了实用性好的最小切换聚类轮换算法（SSLL）,利用PowerTOSSIM仿真验证了SSLL取得接近最优的网络寿命．