基于权值和代价函数的WSNs非均匀分簇路由算法

针对无线传感器网络(WSNs)中多跳通信造成的“热区”等问题,提出一种基于权值和代价函数的WSNs非均匀分簇路由(WCF-UC)算法.该算法采用权值的局部竞选簇首策略,簇首根据距离信息等构建大小不均的多个簇,通过考虑节点剩余能量、节点稀疏程度等因素来保证簇首的最优选择,簇内使用链式结构代替点对点通信,有效均衡簇内通信能耗.采用簇间多跳路由算法,使用一个代价函数,兼顾簇首剩余能量、簇内成员节点数量和位置信息,确定最优能量路径,完成簇间信息传输,平衡簇间通信能耗.仿真结果表明:与LEACH,HEED,EEUC等算法相比,该算法能够有效地均衡节点能耗,延长网络生命周期.     

基于区域分簇的大规模无线传感器网络生命周期优化策略

针对环境监测、电网冰灾监测等大规模监测系统中监测区域覆盖广、传感器数量大等特性,为节约网络能耗以延长生命周期,提出了一种基于区域分簇的大规模无线传感器网络生命周期优化策略(RCS).该策略首先利用传感器节点的位置信息进行凝聚的层次聚类(AGNES)算法将大规模网络分区以优化簇首的分布;其次,候选簇首节点竞选簇首成功后进行不均匀分簇,同时加入时间阈值来均衡簇首节点的能耗;最后,采用簇间多跳路由,根据节点剩余能量、与汇聚点距离计算网络能耗代价来构建最小生成树进行路由选择.在仿真实验中,该策略与经典的低功耗自适应分簇(LEACH)协议和能量高效的非均匀分簇(EEUC)算法比较,簇首能耗平均分别减少了45.1%和2.4%,网络生命周期分别延长了38%和3.7%.实验结果表明,RCS在大规模网络中能有效均衡整体网络能耗,显著延长了网络的生命周期.     

无线传感器网络跨层自适应周期分簇路由模型

分析了无线传感器网络传输信息位置相关性特点以及节点能耗模型,运用基于能量指标和距离指标的簇首选举方法,建立了一种基于节点剩余能量和传输距离的跨层自适应周期簇间路由性能模型。该模型均衡网络节点能耗和负载。簇间通信根据其下一跳簇节点的能量、能耗因子、RSSI以及能耗指数等进行选择。仿真结果表明,与已有的跨层设计和分簇协议相比,该模型有效地延长了网络寿命,提高了网络的吞吐量。该模型能效高,控制开销较低,能量负载均衡。     

基于分区的能耗均衡路由协议

为了均衡无线传感器网络的节点能耗,增强网络稳定性,设计并实现了一种基于分区的能耗均衡路由协议.该协议设计了一种优化的分区算法,将节点基于分区划分而形成簇,解决了先前协议中簇的个数和分布的随机性问题;在选举簇首时,综合考虑了节点剩余能量、簇内节点能耗均衡、簇内部总能耗三个方面,采用三级簇首选择机制,选择的簇首既能均衡节点能耗,又可以降低簇群总能量消耗;在数据转发时,普通节点选择距离最近的簇首,在不超过通信距离阀值时,簇首可以隔层选择下一跳簇首,有利于缓解无线传感器网络的"热区效应".仿真结果表明:相比MEET和DREEM-ME路由协议,该协议能更好地均衡节点能耗、增强网络稳定性、改善网络服务质量.     

一种新的基于LEACH的WSN分簇协议

LEACH是针对无线传感器网络设计的低功耗自适应分簇聚类路由算法,与一般的平面多跳路由算法相比,LEACH算法可以将网络生命周期延长15%。但是,靠近汇聚节点的簇头节点由于转发大量数据而导致自身能量消耗过快且节点易失效,从而造成网络分割,形成＂热区＂的问题,提出了一种新颖的基于分区能耗均衡的多跳非均匀分簇算法（CEUC）。改进后的算法采用固定分簇的方式;形成的簇是不均匀簇,即靠近Sink节点的簇的半径较大,而远离Sink节点的簇的半径较小;簇首选择的依据是节点的剩余能量。仿真实验结果表明,该路由协议有效地平衡了无线传感器网络的节点能耗,延长了网络的存活时间。     

一种事件驱动型无线传感器网络的分层路由算法

为了降低无线传感器网络在突发事件监测系统中的能量消耗,延长网络生存周期,结合突发事件监测系统的特点,在TEEN协议的基础上进行改进,设计实现了一种基于事件驱动的分层路由算法—TEEN-PE算法。该算法采用先分区再建簇的方式解决了TEEN协议中最优簇首个数难以确定、簇首分布不均匀等问题。同时,在簇形成阶段和簇间通信阶段,综合考虑节点剩余能量以及节点到基站的距离因素,以提高网络在时间上和空间上的通信平衡。该算法能有效降低节点能耗、延长网络生存周期。最后通过NS-2进行仿真,仿真结果显示,TEEN—PE算法在节点存活率以及能耗上要明显优于TEEN协议。     

基于负载均衡的WSN非均匀分簇算法

针对分簇的无线传感器网络(WSN)中负载不均衡问题,提出一种实现节点负载均衡的WSN非均匀分簇算法。引入非均匀簇机制计算出最优的网络分簇数量,通过调整节点的簇首归属来控制网络的分簇的大小,形成合理的网络拓扑结构。仿真实验结果证明,该算法能有效均衡网络的节点负载,降低节点能耗,延长网络的生存时间。     

基于博弈论能耗均衡的WSN非均匀分簇路由协议

在无线传感器网络(WSN)的分簇路由算法中,节点间能耗不均容易引发 “能量空洞”现象,影响整个网络的性能。针对这个问题,提出了一种基于博弈论能耗均衡的非均匀分簇路由(GBUC)算法。该算法在分簇阶段,采用非均匀分簇结构,簇的半径由簇头到汇聚节点的距离和剩余能量共同决定,通过调节簇头在簇内通信的能耗和转发数据的能耗来达到能耗的均衡;在簇间通信阶段,通过建立一个以节点剩余能量和链路可靠度为效益函数的博弈模型,利用其纳什均衡的解来寻找联合能耗均衡、链路可靠性的最优传输路径,从而提高网络性能。仿真结果表明:与能量高效的非均匀分簇(EEUC)算法和非均匀分簇节能路由(UCEER)算法相比,GBUC算法在均衡节点能耗、延长网络生命周期等性能方面有显著的提高。     

高效节能的WSN非均匀分簇节点调度算法研究

针对目前无线传感器网络分簇算法中存在的节点能量消耗不均衡,大量节点工作导致信息冗余和能量浪费等问题,提出一种高效节能的WSN非均匀分簇节点调度算法EEBUC（Energy-Efficient and Balanced Unequal Clustering Nodes Scheduling）。该算法在簇的形成阶段,考虑候选簇首离汇聚点的距离、所在区域的节点密度和节点能量形成非均匀的竞争范围,构造大小不等的簇,平衡簇内和簇间的通信能耗;同时结合调度簇内冗余节点方法,减少网络中每轮工作节点数量,提高网络能量利用率。利用OMNET++仿真软件进行仿真,实验结果表明,EEBUC算法能有效节约网络能量,均衡节点能耗,比LEACH 协议和EEUC协议分别延长网络寿命203%和50%。     

能量均衡的无线传感器网络非均匀分簇路由协议

提出了一种能量高效均衡、非均匀分簇和簇间多跳路由有机结合的无线传感器网络分布式分簇路由协议DEBUC(distributed energy-balanced unequal clustering routing protocol).该协议采用基于时间的簇头竞争算法,广播时间取决于候选簇头的剩余能量和其邻居节点的剩余能量.同时,通过控制不同位置候选簇头的竞争范围,使得距离基站较近的簇的几何尺寸较小.这样,网络中不同位置节点之间的簇内和簇间通信能耗得以互相补偿.DEBUC采用簇间多跳路由,根据节点剩余能量、簇内通信代价和簇间通信代价,每个簇头在邻居簇头集合中运用贪婪算法选择其中继节点.仿真实验结果表明,DEBUC能够有效地节约单个节点能量、均衡网络能耗、延长网络生存周期.     

异构传感网基于圆环域的簇头混合通信路由算法

簇结构是减少无线传感网能耗的基础,针对经典LEACH协议簇头能耗不均衡的缺点,提出了一种适用于异构传感网中的基于圆环域的簇头混合通信的路由算法LEACH-RMC。该算法通过在监测区划分圆环域确定簇头的等级,簇头采用单、多跳结合通信方式均衡了簇头的能耗。网络中采用固定簇头,节省了普通节点的硬件花费。实验表明,新的算法明显延长了网络的生存期,均衡了簇头的负载。     

无线传感器网络中能量有效的多层分簇算法*

针对无线传感器网络中每轮能耗和簇内节点负载不均衡问题,本文提出了一种能量有效的多层分簇算法(EEMLC)。基站在首轮按照各层的最优簇头数对整个网络逐层进行虚拟分区,在接着的轮次中,各个分区根据本轮节点的剩余能量来选取下一轮簇头,前者使得网络每轮总能耗最小并有效保证各轮的能耗均衡,后者确保分区内节点的负载平衡,从而最大限度地延长网络的生命周期。实验仿真结果表明,与LEACH算法相比,EEMLC算法的每轮能耗均衡性有了显著提高,网络的生命周期延长了11.3%。     

一种新型能耗优化的无线传感器网络成簇算法

能量消耗一直是限制WSN广泛应用的热门问题之一,能源容量的大小对各个传感器节点产生重要的影响.针对WSN中能耗过快,以及网络区域内能量消耗不均衡而导致的网络生命周期缩短的问题,同时为了提高WSN的能量利用率,提出了一种新型能耗优化的无线传感器网络非均匀成簇算法(UCNE).该算法首先根据节点的历史能耗来竞选簇头节点,将整个网络划分为不均匀的簇群从而平衡簇内节点通信与簇间节点通信的能耗.其次设立新的能量阈值作为网络重新分簇的标准,减少了频繁分簇造成的不必要的控制消息能耗.最后为了降低簇头节点的负担,竞选副簇头节点作为中继转发节点转发主簇头加工的数据并根据权值选择向前向簇头节点传递数据.通过对比相关协议,UCNE协议在平衡网络能耗,延长网络寿命方面表现更优.     

无线传感器网络分簇路由中基于自适应的簇头轮换算法

分簇路由方案是无线传感器网络中低能耗路由设计的主要方法,簇头轮换机制是平衡分簇路由中节点能耗的有效手段.然而,如何优化簇头轮换间隔却鲜见文献研究.基于簇树工作周期的概念,提出了一个簇头轮换间隔的优化算法,实现了自适应簇头轮换机制.同时,为了减少簇头数量,该文提出了一个基于连通支配集CDS(Connected Dominating Set)的分簇算法.仿真中,与4种不同长度的定长间隔簇头轮换策略进行了对比试验,结果表明自适应簇头轮换策略具有最长的网络寿命和最大的网络能量利用率;与TopDisc和Guho等经典算法进行了对比,该文提出的算法构造的CDS具有最小规模和直径.     

An energy aware fuzzy approach to unequal clustering in wireless sensor networks

In order to gather information more efficiently in terms of energy consumption, wireless sensor networks (WSNs) are partitioned into clusters. In clustered WSNs, each sensor node sends its collected data to the head of the cluster that it belongs to. The cluster-heads are responsible for aggregating the collected data and forwarding it to the base station through other cluster-heads in the network. This leads to a situation known as the hot spots problem where cluster-heads that are closer to the base station tend to die earlier because of the heavy traffic they relay. In order to solve this problem, unequal clustering algorithms generate clusters of different sizes. In WSNs that are clustered with unequal clustering, the clusters close to the base station have smaller sizes than clusters far from the base station. In this paper, a fuzzy energy-aware unequal clustering algorithm (EAUCF), that addresses the hot spots problem, is introduced. EAUCF aims to decrease the intra-cluster work of the cluster-heads that are either close to the base station or have low remaining battery power. A fuzzy logic approach is adopted in order to handle uncertainties in cluster-head radius estimation. The proposed algorithm is compared with some popular clustering algorithms in the literature, namely Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy, Cluster-Head Election Mechanism using Fuzzy Logic and Energy-Efficient Unequal Clustering. The experiment results show that EAUCF performs better than the other algorithms in terms of first node dies, half of the nodes alive and energy-efficiency metrics in all scenarios. Therefore, EAUCF is a stable and energy-efficient clustering algorithm to be utilized in any WSN application.     

基于便利因子的WSN簇生成算法

为提高生成簇的灵活性,在无线传感器网络中,提出基于便利因子的簇生成算法。与产生簇头来形成簇结构的传统簇生成算法不同,该算法结合节点的便利因子进行组簇形成完整的簇结构,其簇内和簇间采用多跳通信。仿真结果表明,该算法消耗能量较少,适用于节点密度较小、规模较大的网络。     

基于便利因子的WSN簇生成算法

为提高生成簇的灵活性,在无线传感器网络中,提出基于便利因子的簇生成算法。与产生簇头来形成簇结构的传统簇生成算法不同,该算法结合节点的便利因子进行组簇形成完整的簇结构,其簇内和簇间采用多跳通信。仿真结果表明,该算法消耗能量较少,适用于节点密度较小、规模较大的网络。     

优化分簇的无线传感器网络路由算法

延长传感器网络的生存周期,降低网络节点的能耗成为无线传感器网络(WSN)研究的关键.由于无线传感器网络能量有限,针对LEACH算法中簇首分布不均、簇首数目偏离最优值等对网络能耗的影响,提出了一种同时考虑节点剩余能量、最优簇数和簇首分布状况来选择簇首的算法EBCS-LEACH.新算法使簇首数目为最佳,以满足能量阈值的节点才能当选为簇首和对簇首的分布进行了相应调整.仿真结果表明,EBCS-LEACH算法延长了网络的生存周期,相比LEACH算法生命周期延长19.5％,同时能耗也更加均衡.     

一种基于簇首生成树的传感器网络分簇路由协议

针对无线传感器网络中分簇路由协议LEACH存在的不足,提出了一个以簇首最小生成树为簇间路由树的改进协议LEACH_CHMST。该协议摒弃了标准LEACH中簇首与sink采用简单单跳直接通信的策略,由处理能力相对较强的sink节点发现并生成覆盖全体簇首节点的最优路由树,并实现簇首到sink的多跳通信以节省节点通信能耗。实验仿真表明,与标准LEACH协议相比较,新的协议显著提高了网络的生存时间,节省了全网的节点能耗,特别适用于大规模无线传感器网络的应用环境。     

基于环的能耗均衡分簇路由算法

针对无线传感器网络分簇路由算法中节点能耗不均的问题,提出了一种基于环的能耗均衡分簇路由算法。算法对监测区域作基于环的分簇,在靠近基站的“热区”内划定数据汇聚区,汇聚区内的节点不分簇,节省分簇及簇内通信能耗;对汇聚区外其他环的簇个数进行优化以均衡能耗。提出新的最优路径搜索策略,寻找整体最优路径,进一步减少网络能耗。仿真结果表明,提出的算法在能耗均衡性上比改进的LEACH路由协议(LEACH-R)和一种能量高效的非均匀分簇算法(EUCA)更优;以50%节点死亡作为网络生命周期,网络寿命分别提高约30.9%和11.9%,有效延长了网络生命周期。