基于两跳邻居信息的功率感知实时路由算法

为弥补传统路由协议网络实时性质量不高的缺陷,提出一种基于两跳邻居信息的功率感知实时路由算法(THPAR),利用两跳邻居信息进行路由决策,为应对不同的包传输速率需求,融入功率控制机制动态调节节点发射功率,降低截止期错失率及链路丢包率,提高鲁棒性。改进THVR的转发能量策略,以减小能耗。对THPAR和THVR算法进行仿真实验及比较分析,结果表明,THPAR在能量有效性和延迟性方面具有优势。     

传感器网络基于两跳邻居信息的实时路由设计

提出了无线传感器网络基于两跳邻居信息的实时路由.包的截止期要求映射为速率要求的路由决策方法在SPEED 中首先提出,而本文提出的路由决策是基于两跳速率.如果没有节点能够满足给定速率,采用节能的概率丢包策略降低截止期错失率,可以提高能效.如果截止期松弛,嵌入平衡能耗的代价函数缓解某些节点被频繁选为转发节点的情况,以达到网络的能耗平衡.在仿真中模拟了物理层和MAC 层,采用了通过Mica2 Motes 实验得到的损耗链路模型.仿真结果显示,提出的路由方案比基于单跳信息的SPEED-S 路由的截止期错失率更低,能量效率更高,而且在端到端延迟的性能总体上没有降低.该设计可用于对服务质量要求较高的基于传感器网络的实时应用中.     

基于工作周期优化的能量采集节点的功率控制

在无线传感网络WSNs(Wireless Sensor Networks)中,节点受到能量限制,因此,需通过功率管理技术有效地使用电池.而能量采集是补给电池能量的有效方式.为此,针对能量采集节点,提出功率控制算法,记为CLPM-PTPC(Close-Loop Power Manager-Predictive Transmission Power Controller).CLPM-PTPC算法是通过联合工作周期的优化和传输功率控制,实现节点功率的管理.CLPM-PTPC算法先利用闭环功率管理CLPM(Close-Loop Power Manager)调整传输任务的工作时期,再依据功率控制器PTPC(Predictive Transmission Power Controller)调整发射功率,使得传输功率能够实时地依据无线信道环境调整.实验数据表明,与基于固定传输功率算法相比,CLPM-PTPC算法的能量效率提高了约15％.     

基于非均匀分环与最小通信代价的路由算法

为了提高无线传感器网络的生命周期,提出了一种基于非均匀分环与最小通信代价的路由算法URMC.算法采用圆环模型,首先为各环分配不同的簇头选择概率;其次以各环节点能耗均衡为目标,推导出各环宽度的表达式;最后通过设计通信代价公式来选择簇头和建立簇间路由树.最终形成一个节点能耗均衡、簇间路由合理的网络.经仿真验证,URMC算法能有效克服能量空洞现象,延长网络的生存周期.     

基于阿基米德螺旋的WSNs节点部署的能耗均衡算法

无线传感网络WSNs(Wireless Sensor Networks)是由资源受限的节点构成.而能量是节点最稀缺资源,据此需要保存能量,才能优化网络寿命.为此,先分析了通过平衡能耗优化网络寿命问题,然后提出基于阿基米德螺旋的WSNs节点部署的能耗均衡算法AS-DBEC(Archimedes' Spiral-Based Deployment balancing energy consumption algorithm).AS-DBEC算法提出基于阿基米德螺旋的部署函数,将阿基米德螺旋转换成离散形式,再将节点部署于离散位置.最后,评估了AS-DBEC算法在能耗均衡和网络寿命方面的性能.     

基于进化博弈论的工业无线传感网能耗攻防研究

无线传感器节点由于部署、维护简单易行被广泛应用在工业网络中,并形成了工业无线传感器网络(Industrial Wireless Sensor Network,IWSN).针对在工业控制网络中的能量耗尽攻击的内部机理进行了详尽的分析,提出了基于进化博弈理论的能量耗尽攻防模型,将各个博弈方的收益函数定义为信誉值的函数,从而通过收益函数来约束博弈方的行为,并在理论上证明了该博弈的进化稳定策略的存在性.选取了策略选择概率作为算法的评价指标,设计并实施了大量仿真实验对算法进行验证.实验结果表明无论博弈双方的初始策略集概率分布如何,最终能达到有效防止能耗攻击的目的.     

无线传感器网络中基于能量密度的路由算法

在无线传感器网络中,由于传感器节点分布密度不均衡,造成网络中不同区域的能量资源分布差别很大,使得此能耗分布成为影响网络寿命的主要因素.从能量密度的角度出发,提出基于能量密度和能耗调节的路由算法,选择能量密度高的节点承担更多的通信任务,同时,用调节传输能耗的方法节约能量密度低的节点能耗.模拟结果显示:该算法能改善能耗分布,提高网络寿命和能量利用率.     

基于PID算法的无线传感器网络传输功率控制研究

降低能耗是无线传感器网络研究中重要内容之一.节点间数据传输能耗很大,合理调节传输功率,对降低网络能耗非常重要.本文引入PID算法,通过调节每个节点传输功率,动态控制整个网络的传输能耗.MATLAB仿真结果显示,该算法在几种不同的部署情况下,比LMA(local mean algorithm)及其它几种方法在网络启动能耗和启动时耗指标下都更为有效.     

基于节点轮换的无线传感器网络节能策略研究

针对节点冗余造成无线传感器网络(WSN)瓶颈节点能量消耗过快的问题,提出了一种基于节点轮换休眠的能量优化方法.首先建立了WSN能量优化的多目标数学模型,利用多目标规划问题的标量化处理将问题转化为单目标优化问题.然后提出节点轮换休眠策略算法.实验表明,本算法对WSN优化后的能量节约率在20%以上,且瓶颈节点能量消耗更加均匀.因此它能有效提高无线传感器网络的性能,是一种应用性较强的WSN能量优化算法.     

基于异构竞争窗口优化的水下传感器网络MAC协议

传统水下传感器网络的MAC协议具有能耗过大、带宽资源不足等缺点,通过研究基于竞争窗口CW(Contention Win-dow)的CW-MAC协议无法完全保障信道利用公平性的缺陷,提出了两种基于异构竞争窗口优化策略的HCW-MAC协议,根据传感器节点的欧式距离差异对各节点所分配CW值的进行优化调整.本文采用NS-3仿真平台对CW-MAC与HCW-MAC协议分别进行了仿真比较,仿真结果验证了HCW-MAC协议的吞吐量与能耗性能均优于传统的CW-MAC协议.     

一种基于功率控制的WSN分簇路由算法研究

针对无线传感器网络研究领域中能量均衡性难以控制的问题,在LEACH协议的基础上提出了一种功率控制的分簇路由算法(PCRA算法).该算法基于最优连通功率,同时考虑节点的剩余能量、相对距离以及最优的邻居节集合对簇头的选择机制进行优化,从而实现网络稳定成簇和数据传输方式上的优化.通过结合距离、路径损耗和剩余能量等因数,使用权值来选择下一跳节点,实现了簇间通信,有效地避免了分簇协议应用被网络区域大小局限的问题.仿真数据显示,PCRA算法可使全网节点间的冲突区间变少,降低节点之间的竞争强度,进一步提高网络能量的有效性和吞吐量.     

基于信任评估模型的IWSN安全路由研究

针对工业无线传感器网络对网络传输安全的要求,研究了一种基于改进的信任评估模型的节点可信安全路由协议。采用惩罚因子和直接信任值交互次数更新,防止恶意节点的暴力攻击以及伪装攻击;采用基于推荐节点的推荐信任可靠度,阻止恶意节点对其他节点的群体诽谤。仿真结果显示,与IASR中典型的信任评估模型相比,采用的模型在恶意行为防御性能上优于IASR信任评估模型;与实时可靠的THTR路由相比,采用的路由方法在丢包率、平均端到端时延、吞吐量以及路由开销上有着显著改善。     

基于定向扩散路由协议的改进

在无线传感器网络中,节点能量有限决定了路由协议需要高效利用能量.基于定向扩散协议在能量方面的不足提出一种改进协议DD-OH.采用自由空间模型,通过最佳跳数值控制探测数据的扩散范围,增强能量的高效利用.理论分析和仿真结果表明,与传统的定向扩散协议相比,改进的协议有效地减少了网络中节点的平均耗能,有利于延长节点和网络的工作寿命.     

基于GASA的能耗均衡WSN路由协议

无线传感器网络的节点能量有限,需要高效节能的路由协议来降低网络能耗.提出一种基于模拟退火遗传混合优化算法的负载均衡的无线传感路由协议,采用结合遗传算法和模拟退火算法优势的混合优化算法来构造全局最优通讯链路,采用改进的能耗模型,在通讯过程中加入最大预期剩余能量节点信息,选择预期剩余能量最大节点为簇头.仿真结果显示,相比较PEGASIS协议,第一个节点死亡时网络生存周期提高266%～500%,20%和50%节点死亡时提高6%～20%,不同比例节点死亡时剩余节点剩余能量方差仅为PEGASIS的0.01%～1.34%,协议有效实现各节点能量消耗均衡,延长网络生存周期.     

满足业务实时性要求的路由设计

针对无线传感器网络数据传输实时性问题,基于非均匀分簇网络模型提出了一种路由方法。其主要思想是为收集的数据设定截止期,通过链路时延估计,综合考虑截止期和链路时延等影响接收端接收数据的有效性的因素,提出了一种可以满足多种业务时延要求的路由方法。仿真实验结果表明,该路由方法能够保证信息的有效性。     

基于LS-RTS机制和功率可调路由的跨层协议

为了降低线型无线传感网络能耗和传输延时,在改进CLM协议跨层方法的基础上融合其他经典机制,提出了一种适应线型拓扑结构的跨层协议。协议删除中继路由判决以优化原通信判决门限;对节点统一标记链编号形成新LS-RTS机制以提高链路传输率;精简时隙单元和多跳传输时序降低数据传输时延;并引入功率可调路由减少节点路由计算负担以此降低节点能耗。仿真结果表明,相较于CLM和CLR-DCE等两种跨层协议,本文提出的I-CLM跨层协议在降低传输时延的同时整体能耗至少降低了18.75%和7.32%,一定程度上延长了网络生存时间。     

无线传感网络中基于无线能量补给的能量感知路由算法

针对无线传感网络中随机分布传感器节点能量消耗不均衡的问题,提出了一种基于无线能量补给的能量感知路由算法。休眠节点不仅可以在无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)传输方式下通过功率分割方法进行无线能量补给,还可以在信息传输方式下通过无线能量收集方法进行能量补给,重新进入活跃状态,为信息传播提供更好的路由,提高传感器节点的能量利用,延长传感网络的使用寿命。在该算法中,通过优化节点间的信息和能量分配,最小化传输功率,引入能量路由度量方法,选择能耗最小的路径作为传输路径。仿真结果表明,本文提出的算法可以有效地利用节点资源,均衡多跳能量受限无线传感器网络中的能量分布。     

无线传感器网络中基于博弈论的路由建模

在资源受限的无线传感器网络中,路径的可靠度,网络能耗和生存时间是路由问题中需要考虑的三个关键因素.我们把智能传感器节点在路由中联合优化以上三个因素的行为动机提炼为节点的理性偏好,基于该理性偏好,给出了一个动态路由博弈模型.针对该模型的博弈分析表明,对于节点个数有限的无线传感器网络,其路由博弈存在一个纯策略的纳什均衡且最优路径就是纳什均衡的结果.     

一种基于混合自动机模型的节点动态功耗管理机制研究

为了降低传感器节点的能耗,从而延长传感网络的使用寿命,本文将传感器节点的工作状态划分为四种,并设计了一种基于混合自动机的节点工作状态转换模型.为降低事件丢失率,文中定义了温度和相对湿度两种环境变量,该模型根据这两种环境变量是否跳变来决定节点进入何种工作状态;同时该模型考虑了节点的剩余能量,提高了节点能量使用的均衡性.仿真实验结果表明:该方法是有效的.