随机分布WSN中sink节点部署研究

多sink节点数量和位置的合理部署能有效延长无线传感器网络寿命、控制网络成本。基于随机分布无线传感器网络结构,建立了网络寿命模型和成本模型,并采用网络寿命成本比(RLC)推导出使网络寿命和网络成本综合最优的sink节点数目的表达式。同时,还提出RDF算法可以在给定sink节点数目的情况下,快速有效地确定sink节点位置。通过理论分析和仿真验证,证明采用本文提出的部署策略能有效延长网络寿命,同时降低网络部署成本。     

一种随机分布WSN中多sink节点放置算法

多sink节点的合理部署,能有效延长无线传感器网络（WSN）寿命。基于随机分布无线传感器网络结构,建立了网络寿命模型,推导出随机分布WSN网络寿命的表达式。提出RDF（Region Density First）算法,可以在给定sink节点数目的情况下,快速有效确定sink节点位置。通过理论分析和仿真验证,证明所提出的部署策略能有效延长网络寿命。     

一种协作和中继混合的传感网寿命最大化路由算法

周期性监控、多对一数据传输是无线传感网的典型场景之一.其中存在固有的能耗不均问题,即与sink 节点距离不同的节点能耗差异大,严重缩短了网络寿命.提出了一种基于协作和中继混合传输模式的路由方法,利用协作和中继在远、近距离传输时能耗的互补性,通过调整节点采用中继模式传输的负载比例(称为中继率),均衡节点间的能耗,延长网络寿命.定量地描述了节点能耗和中继率的关系,将网络寿命最大化建模为关于中继率矢量的高阶非线性优化问题.为了求解该问题,深入分析了寿命最大化时节点间能耗的关系,得到的结论是：若以中继模式传输单比特的能耗小于sink 一跳邻节点的协作模式能耗,则寿命最大化时所有节点能耗相等;否则,寿命最大化时节点中仅满足协作模式能耗大于中继模式的部分节点能耗相等.由此将多元非线性的网络寿命最大化问题转化为关于单变量的优化问题,求得了最优中继率.利用理论分析结果设计了分布式路由算法DORRCR.仿真结果表明,该算法能够有效延长网络寿命,显著提高全网的能耗均衡性.     

基于网络效率的线性无线传感器网络优化部署算法

基于多跳的无线传感器网络,靠近sink的传感器节点因需要转发更多的数据,其能量消耗较多,从而在sink周围形成"能量空洞".采用更符合实际的单位部署成本的网络寿命,即网络效率作为优化目标.在仅已知网络规模和节点感知半径r的情况下,如何通过有效的节点部署来避免"能量空洞"并使网络效率最大,是一个极具挑战性的研究课题.提出了一种高效节点部署算法,求解出了最优工作节点数、最佳中继节点部署方案、最优节点传输距离.理论分析与模拟实验结果表明,算法不仅能够避免"能量空洞",而且相对于已有均匀与非均匀算法都能有效提高网络效率,因此该算法对构建低成本的无线传感网络应用系统具有重要意义.     

用改进蚁群算法求解无线传感器网络多sink节点关联问题

在无线传感器网络W SN(wireless sensor networks)中使用多个sink节点既能有效减少传感器节点与sink之间的距离,又能有效降低通信中的能量消耗。如何为传感器节点分配sink节点使得系统总能耗最低,称为多sink节点的关联问题。首先建立带约束的多sink节点关联问题的优化模型,进而用蚂蚁算法解决给定多sink节点部署方案下的普通节点与sink节点间的关联问题,最后给出相关算法的仿真结果。     

WSN数据收集中移动sink的路径规划和蔟头节点选取问题的综合研究

针对较大规模的无线传感器网络通过多跳传输进行数据收集而引起的能量空洞问题,本文提出了一种基于移动sink的簇头节点数据收集算法（MSRDG）,该算法基于图论原理,在满足时延性的条件下,综合考虑了普通节点到簇头节点路由和移动sink遍历路经选取的问题,构建了一条通过的簇头节点尽可能多的移动轨迹。通过NS-2仿真软件对算法的性能进行评估,结果显示出该算法能减少数据的多跳传输,降低无线传感器网络节点的能量消耗,延长网络寿命。     

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.     

异构传感器网络的查询能量空洞

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.研究了"能量洞"现象,基于环模型,在网络中添加长链来延长网络的生命周期.与已有的研究不同,允许C1环到Ci环(i>1)的逆向数据传输,使得数据集中到Ci环内,然后通过在Ci环内添加少量有线长链来向sink传输数据.由于Ci环内的节点数量远远多于C1环内节点,这样,避免了C1内的节点能量过早耗尽,平衡了网络中的节点能量消耗.理论分析和仿真实验表明：该方法能够极大地延长网络生命周期.     

无线传感器网络中负载均衡的sink节点移动策略

在无线传感器网络中,部分传感器节点由于担任过多数据中转任务,需要消耗较多的能量.使其过早死亡.缩短了网络的寿命.本文提出基于sink节点移动的策略.将感知区域分割成有限个虚拟单元格,并以每个虚拟单元格的中心作为sink节点的备选移动位置.然后,通过解线性规划问题确定sink节点的移动位置和停留时间.通过此方法.在一定程度上均衡了传感器节点的负载.延长了网络寿命.     

基于移动sink节点的路由协议的比较与分析

设计基于移动sink节点的路由协议是移动sink无线传感网络中的一个关键问题。首先分析移动sink无线传感器网络的网络结构以及移动sink路由协议的评价指标。其次,对现有的移动sink路由协议进行归纳和总结,并将其分为非分层路由协议、基于虚拟网格的路由协议和基于虚拟簇的路由协议3类。最后,从网络总能耗、节点存活数以及基站接收到的数据包方面对其进行仿真,仿真结果进一步验证了理论上的分析,为选择有效的移动sink路由协议提供依据。     

负载相似节点分布解决传感器网络能量洞问题

基于多跳路由的传感器网络,靠近sink的节点由于要转发更多的数据,其能量消耗较快.能量消耗的不平衡导致了sink周围产生能量洞(energy hole),造成能量浪费,远离sink的节点还有大量的能量,但产生的数据不能传送到sink.研究了传感器网络的能量洞问题.在网络的连续空间状态下分析节点的负载分布特性,并研究空闲侦听(idle listening)对能量消耗的影响.基于分析结果,提出负载相似节点分布(load-similar node distribution)策略,即根据负载分布特性配置节点,负载重的区域配置较多的节点,以平衡各区域节点的能量消耗,解决能量洞问题.仿真结果显示,在不考虑空闲侦听能量消耗的情况下,与已有的一种非均匀节点分布和均匀节点分布相比,负载相似节点分布策略对网络寿命有显著改善;当考虑空闲侦听时,由于空闲侦听的能量消耗在总能量消耗中占较大比重,影响了网络寿命,但与其他两种节点分布策略相比,负载相似节点分布对网络寿命仍然有所改善.该分析模型和提出的负载相似节点分布策略可适用于其他多跳传感器网络.     

基于簇的无线传感器网络交会路由协议

针对现有无线传感器网络(WSN)协议中更多消耗sink附近节点能量导致网络寿命短的问题,本文提出一种基于簇的无线传感器网络交会路由协议(Cluster-based Rendezvous Routing Protocol, CRRP)。该协议是基于交会的路由协议,其中在网络的中间构建交会区域,该交会区域划分整个网络区域并在传感器节点之间分配网络负载,这延长了网络寿命。此交会区域内的节点分为不同的簇,每个簇的簇头(CH)负责不同簇之间的通信,sink在此交会区域内发送其更新的位置信息,并且当传感器节点想要发送数据时,会从该交会区域检索sink的当前位置信息并直接将数据发送到sink。仿真实验结果表明,在能耗与网络寿命性能方面,本文CRRP协议优于Rendezvous协议、LBDD协议、Railroad协议和Ring协议。     

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。     

限制链路数量对无线传感器网络寿命的影响

由于传感器节点能量受限,如何优化无线传感器网络(WSN)寿命是一项重要任务。借助混合二元线性规划(MBLP)框架,对限制传入/传出链路数量的WSN寿命影响进行了研究。利用MBLP最大化WSN寿命,并给出对应约束条件;通过线性网络拓扑结构,分析了节点数量、节点面积对WSN寿命的影响。性能分析表明,如果传入/传出链路数量至少为3时,网络寿命降低小于1.0%,从而进一步证明了分割流量为三部分足以平衡传感器节点间的能耗。     

高效节能的多移动基站数据收集算法

由于无线传感器网络（WSN）中的节点能量有限,能量问题是WSN的研究热点.首先传感器产生的数据具有时间和空间的相关性,所以让一部分传感器工作,其余休眠,可以提高网络寿命.其次移动基站以汽油为燃料,每次移动距离有限.基于以上两点考虑,提出了CMSLM（Constrained mobile of sink lifetime maximum）算法,移动基站在移动距离受限条件下,移动尽可能远的距离,减少移动移动基站的数量,此外,每个网关利用最大流构造平衡树,使得瓶颈的传感器能量消耗尽可能的均衡,从而使得网络寿命最大化.通过实验仿真显示,CMSLM比SRP-MS算法相同的周期内的死亡的节点数要少的很多.     

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。     

无线传感网中改进的节能分级数据汇聚机制

考虑WSN中节点的能耗分布情况,提出了一种改进的多级汇聚协议。首先建立分析模型评估了在WSN中采用多级汇聚机制时的能耗情况,证明在SINK附近的汇聚节点的能量增加很快,从而会耗尽能量,缩短整个网络的生存期。然后提出了一个改进的多级汇聚协议,通过改变通过减少离SINK附近的汇聚节点选择概率,可以均衡网络性能。仿真结果证明,该方法可以有效地降低能量,从而延长网络生存期。     

Lifetime elongation for wireless sensor network using queue-based approaches

A wireless sensor network (WSN) is envisioned as a cluster of tiny power-constrained devices with functions of sensing and communications. Sensors closer to a sink node have a larger forwarding traffic burden and consume more energy than nodes further away from the sink. The whole lifetime of WSN is deteriorated because of such an uneven node power consumption patterns, leading to what is known as an energy hole problem (EHP). From open literatures, most research works have focused on how to optimally increase the probability of sleeping states using various wake-up strategies. In this article, we propose a novel power-saving scheme to alleviate the EHP based on the N-policy M/M/1 queuing theory. With little or no extra management cost, the proposed queue-based power-saving technique can be applied to prolong the lifetime of the WSN economically and effectively. A mathematical analysis on the optimal control parameter has been made in detail. Focusing on many-to-one WSN, numerical and network simulation results validate that the proposed approach indeed provides a feasibly cost-effective approach for lifetime elongation of WSN.     

无线传感器网络一种不相交路径路由算法

无线传感器网络经常被用来采集物理数据,监测环境变化.由于低功耗无线通信不确定性、链路质量不稳定性以及节点失效等问题,传感器网络很容易导致路由数据包丢失.为了提高网络路由的可靠性,人们提出多路径路由算法.多路径路由中源节点到目的节点的多条路径可能含有公共节点,或者公共边,如果公共节点或者公共链路失效,则这个数据包也丢失,因此又有人提出不相交多路径路由算法.不相交多路径路由算法又分为链路不相交多路径路由算法和节点不相交多路径路由算法.提出了一种不相交路径路由算法,可以将感知节点采集到的数据通过不相交路径传送到汇聚节点,提高路由的可靠性.而且,这个算法还可以很方便地应用到多Sink节点的网络当中.该路由算法用到的路由表大小为|K|,其中|K|表示路径数.算法的运行时间复杂度是O(|L|),其中|L|表示网络中的边数.