无线传感执行器网络中多源容错拓扑控制算法研究

拓扑控制是延长无线传感器网络生命时间的关键技术.针对异构网络的复杂性,提出了基于功率控制的分布式多源容错拓扑控制算法MSFT.在由大量计算、能量受限的传感器节点和少量性能较优的执行器节点组成的异构无线传感执行器网络模型中,算法保证任意传感器节点与执行器节点之间至少存在k条不相交路径同时选择权值较优节点使路径总功耗尽可能少,这样当任意k-1个节点失效时并不影响网络的连通性.理论分析证明算法能以O(n)的时间和消息代价构造网络拓扑,仿真实验进一步证实算法的有效性.     

一种适用于无线传感器网络的功率控制MAC协议

功率控制技术通过减少节点的发射功率来降低能耗,但节点间不对称的发射功率会增加网络的冲突概率并降低吞吐量.根据实际环境中的节点部署情况,引入了基于Pareto分布的系统模型.研究了传感器网络中功率控制技术在节省能量方面的性能,提出了一种基于SMAC(sensor-MAC)可适用于无线传感器网络的功率控制MAC(media access control)协议.此协议使用功率控制调度算法选择最优相邻节点,使网络中节点的拓扑连接得到优化,在保证网络连通性的同时,降低通信的冲突率,扩大网络的吞吐量.信息的传递以最优功率发射,并使通信节点具有反作用冲突节点的能力,从而在降低网络能耗的同时保证了节点间通信的公平性.实验仿真结果显示,与现有的几种重要方案相比,新的功率控制MAC协议使网络具有了更大的有效吞吐量及更长的生存时间.     

一种能耗均衡的WSN分布式拓扑博弈算法

无线传感器网络（wireless sensor network,WSN）中通常节点能量受限,节点间能耗不均衡会导致网络生命周期缩短.针对该问题,综合考虑节点的能量效率和能耗均衡,通过引入阿特金森指数设计了一种改进优化的综合效用函数;基于此,建立了一种能耗均衡的拓扑博弈模型,并证明了该拓扑博弈模型是序数势博弈且存在帕累托最优;提出了一种能耗均衡的WSN分布式拓扑博弈算法（DTCG）.通过仿真实验及对比分析表明,相较于其它基于博弈理论的拓扑控制算法,DTCG算法能在保证网络连通性和鲁棒性的前提下,降低节点发射功率,拥有更好的能量均衡性和能量效率,可以有效延长网络生命周期.     

多判据的无线传感器网络分簇路由算法

无线传感器网络由大量能量受限的传感器节点组成,工作在各种复杂物理环境中完成数据采集、协同处理等功能.如何在节点能量受限的情况下延长网络生存期是设计传感器网络需要考虑的首要因素.分簇的路由算法将网络内的节点分成若干个簇,簇内的每个节点只需与簇首进行通信,簇首将簇内的所有数据进行融合后向基站发送.与平面自组织算法相比,分簇算法具有实现简单,显著降低系统能耗,便于网络管理等优点.文中提出了一种基于LEACH协议改进的多判据的分簇路由选择算法.使节点在选择簇首时进一步考虑簇首的剩余能量,实现网络中能量消耗的均衡分布.通过仿真,证明了这种多判据的路由选择算法能显著延长网络的生存期.     

一种无线传感器网络能耗均衡的自适应拓扑博弈算法

针对无线传感器网络节点能量有限与能耗不均衡导致网络生命周期提前结束的问题,运用势博弈理论将节点的平均寿命、节点最短寿命、网络的连通性以及覆盖性应用到效益函数的设计中,建立一种基于序数势博弈的能耗均衡的拓扑控制模型,以证明博弈模型是序数势博弈.基于该势博弈模型,提出一种能耗均衡的自适应拓扑博弈算法.该算法根据节点平均寿命调整自身的功率,帮助最短寿命节点降低功率,延长整个网络的生存时间.仿真实验及对比分析表明,所提出的算法相比于其他基于博弈论的拓扑控制算法,能够改善网络能量的均衡性,提高网络能量效率,保证网络拓扑的健壮性,增强网络拓扑的自适应性.     

无线传感器网络中一种层次分簇算法及协作性分析

无线传感器网络是传感技术、计算技术和通信技术的融合.由于传感器节点的能量限制,能量有效性是设计无线传感器网络所关注的一个主要内容,并且已成为一个最大的挑战.提出了一种网络拓扑算法--一种动态、能量有效的层次分簇算法(DEEH).与其他算法不同,该算法无须知道传感器节点的任何本地信息.该算法可应用于更实际的大规模无线传感器网络,如节点具有不同的能量等级、不同的传输半径.将DEEH算法与经典的分簇算法LEACH相比较,仿真结果表明:当网络节点密度很大时,DEEH优于LEACH.同时,还考虑了网络中存在自私节点的情况,并分析了自私节点对网络分簇所带来的影响.在DEEH算法中引入机制设计理论,以克服网络中自私节点的影响.实验结果表明:采用机制设计理论,自私节点的占优策略真实地报告它们的能量.这一策略延长了网络的寿命,保证了拓扑结构的稳定性.     

移动Ad hoc网络中基于拓扑控制的节能算法

如何降低节点能耗,延长节点生存时间是移动Ad hoc网络的一个研究热点,对此提出了一种基于拓扑控制的节能算法ECA/TC（Energy Conservation Algorithm with Topology Control）。该算法在RNG图的基础上,采用邻节点消除机制,有效降低了节点的传输功率及广播消息在网络中的转发次数。仿真结果显示该算法具有较好性能,能够提高网络能效。     

基于能量强度的簇区分路由方法研究

传感器节点体积微小,通常携带能量十分有限的电池。由于传感器节点个数多,成本要求低廉,分布区域广,而且部署区域环境复杂,有些区域甚至是人员不能到达的,所以传感器节点通过更换电池的方式来补充能量是不现实的。如何高效使用能量来最大化网路的生命周期是无线传感器网络面临的首要挑战。为了提高网络的寿命,目前人们已经提出了很多基于网络层的路由协议。比较研究了传感器网络现有的路由协议,参考LEACH分簇算法和MTP协议,提出了一种在MTP协议基础上将LEACH分簇思想引入进来的改进方法,即在基于能量强度将网络节点分层后,再在各层上进行簇区分,均衡各传感器节点的能量来提高网络的寿命。实验表明该路由算法可提高网络寿命。     

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...     

基于簇头选择的移动传感网拓扑控制算法研究

针对移动传感网节点的移动性、能量有限性、动态变化性特点,提出了一种移动传感网分簇拓扑控制算法NACA.NACA算法吸收最小ID算法简便的优点,将其改进,提出新概念响应率,同时考虑了能量有限、移动速度和邻居节点数目等因素.通过实例分析,将NACA算法和WCA算法、HD算法进行比较,分析表明该算法初次收敛快,能够使得移动传...     

无线传感器网络中关键节点的节能问题

无线传感器网络是能量受限的网络,近年来发表的路由协议考虑了传感器节点的节能问题,但是未在重要程度不同的节点之间进行区分.将网络拓扑中的关键节点概念与路由协议的设计相结合,给出了如何在路由过程中标示关键节点以及如何进一步为关键节点节能的算法.实验结果显示,算法能够有效地延迟网络的分离.     

DCPC：基于能量保护的传感器网络分布式拓扑控制协议

在传感器网络中，拓扑控制对于平衡节点负载、增强网络的适应性以及提高网络的通信效率具有十分重要的作用。本文提出了一种通用的分布式拓扑控制机制（DCPC），综合考虑能源和通讯消耗，在保证网络连通性／双向连通性前提下，通过调节功率提高资源利用率，延长网络的生命期。仿真结果表明，相对于传统的LEACH协议，DCPC协议更加合理地利用节点能量，有效地延长了整个网络的生命期。     

无线传感器网络拓扑三级分簇优化算法

针对大规模分布式传感器网络提出一种拓扑三级分簇结构优化算法. 通过引入传感器休眠模式, 并考虑到分簇数目较多的情况, 对多个簇头节点采用生成最小刚性图的方法进行拓扑优化, 以实现传感器网络整体能量均衡,使传感器网络具有较好的连通性和鲁棒性. 仿真实验表明, 与已有相关算法相比, 采用所提出的算法可使网络延缓出现节点死亡现象, 有利于实现网络负载均衡, 并且网络中节点整体存活时间较长, 从而延长网络的生命周期.

     

无线传感器网络中能耗均衡的覆盖控制算法

覆盖控制作为无线传感器网络的一个基本问题,对网络的生存时间、部署策略、通信协议和组网等问题的解决具有重要影响。在传感器节点随机冗余部署方式下,传统的方式 是在保证覆盖要求和通信连通的前提下仅将最少量的节点投入活跃工作状态,从而降低网络能耗。但是,若频繁地激活同一批节点,会造成这些节点由于能耗过快而较早失效效,使整个网络的冗余程度降低。然而,冗余度是传感器网络在单个节点性能有限的情况下提高整个网络的可靠性、容错性、精确性等的基础。为此,本文提出了一个能耗均衡ECB的覆盖问题,指出它是NP完全的,并给出了一个集中式近似算法。该算法根据节点的剩余能量赋于每个节点非负权,再基于Voronoi划分和贪心边方法,在保证覆盖要求的同时选择权和最小的节点激活。仿真实验结果表明,ECB算法求得的活跃节点集小,可以达到有效覆盖,并且可以保持网络的冗余度。     

学习自动机结合节点功率自适应调整的WSN目标覆盖方案

针对大多数现有无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)目标覆盖方案没有考虑传感器功率(传感范围)可调的问题,提出一种基于学习自动机(Learning Automata, LA)和节点功率自适应调整的WSN的目标覆盖方案。利用LA算法根据节点能量自适应调整节点的发射功率,构建能够覆盖所有目标的覆盖集,并通过精简过程获得最小覆盖集,从而减低节点的能耗,提高网络的生命周期。通过实验研究了传感器数量和目标数量对网络寿命的影响,并将该方案与基于贪婪算法、遗传算法的方案进行比较,结果表明,该方案能够获得更多的覆盖集和更长的网络寿命。     

SEEM: Secure and energy-efficient multipath routing protocol for wireless sensor networks

A Wireless Sensor Network (WSN) is a collection of wireless sensor nodes forming a temporary network without the aid of any established infrastructure or centralized administration. In such an environment, due to the limited range of each node’s wireless transmissions, it may be necessary for one sensor node to ask for the aid of other sensor nodes in forwarding a packet to its destination, usually the base station. One important issue when designing wireless sensor network is the routing protocol that makes the best use of the severely limited resource presented by WSN, especially the energy limitation. Another import factor required attention from researchers is providing as much security to the application as possible. The proposed routing protocols in the literature focus either only on increasing lifetime of network or only on addressing security issues while consuming much power. None of them combine solutions to the two challenges. In this paper, we propose a new routing protocol called SEEM: Secure and Energy-Efficient multipath Routing protocol. SEEM uses multipath alternately as the path for communicating between two nodes thus prolongs the lifetime of the network. On the other hand, SEEM is effectively resistive to some specific attacks that have the character of pulling all traffic through the malicious nodes by advertising an attractive route to the destination. The performance of our protocol is compared to the Directed Diffusion protocol. Simulation results show that our protocol surpasses the Directed Diffusion protocol in terms of throughput, control overhead and network lifetime.     

基于可连Cell的无线传感器网络拓扑控制算法

在无线传感器网络的拓扑控制(TC)中,基于Cell的TC算法被认为是一类可以节省传感器节点能量并延长网络生命周期的方法,但是其需要较多的骨干网节点并且无法保证连通性.通过分析现今算法的内在局限性,提出了一种1-Con思想:当一个Cell的头节点被加入当前骨干网时,所有其可以连接的Cell使用该节点连入拓扑结构,然后此新骨干网递归地继续扩大.基于此思想,设计了一种基于可连Cell的拓扑控制算(CCTC),并从理论上证明:1)CCTC可以保证其所形成的拓扑结构维持网络连通;2)每一轮用于形成骨干网的工作节点非常少.CCTC的计算复杂度是线性的,空间复杂度和信息交换量都是常数量级.仿真实验同样显示,CCTC可以在提供良好鲁棒性和较少的消息交换的情况下,更有效地节省节点能耗并延长网络生命周期.     

EADEEG:能量感知的无线传感器网络数据收集协议

提出了一种基于簇结构的无线传感器网络数据收集协议EADEEG(an energy-aware data gathering protocol for wireless sensor networks).EADEEG通过最小化网络通信开销以及良好的能量负载平衡方法,可以有效地延长网络寿命.与以前的相关研究相比,EADEEG采用了一种全新的簇头竞争参数,能够更好地解决节点能量异构问题.此外,EADEEG也采用了一种简单而有效的簇内节点调度算法,通过控制活动节点的密度,可以在不增加额外控制开销的条件下关闭冗余节点并保证覆盖要求,因此可以进一步延长网络寿命.模拟实验证明,在节点初始能量同构和异构两种情况下,EADEEG协议都能够满足用户对覆盖率的要求,并在网络寿命上大幅度优于LEACH(low energy adaptive clustering hierarchy),PEGASIS(power-efficient gathering in sensor information systems)和DEEG(distributed energy-efficient data gathering and aggregation protocol)协议.     

一种能量有效的WSN路由协议

无线传感器网络中节能是首要考虑的问题。有效地延长无线传感器网络的生存时间,达到传感器节点的负载均衡是无线传感器路由网络路由协议的设计目标。由于LEACH协议存在在簇头节点的选举中未考虑节点的能量因素、簇头节点在空间上分布不均及所有簇头节点直接与Sink进行远距离数据传输过程中能量消耗过多等不足,本文提出了一种改进型的节能路由协议LEACH-ZED。LEACH-ZED采用区域划分的方式,综合考虑节点能量与到Sink节点的距离,进行簇间的多跳传输,大大改善了LEACH协议的一些缺陷。仿真表明,改进后的协议有效延长了网络的生存时间,降低了整个网络的能耗,从总体性能上看优于LEACH协议。     

Multi-constraint multi-objective QoS aware routing heuristics for query driven sensor networks using fuzzy soft sets

In this paper, a fuzzy based distributed power aware routing scheme considering both energy and bandwidth constraints, especially for query driven applications in the asynchronous duty-cycled wireless sensor networks are devised. The proposed multi-constraint, multi-objective routing optimization approach under strict resource constraints guarantees reliability and fast data delivery along with efficient power management in spite of unreliable wireless links and limited power supply. In query driven applications, the request from the sink to the individual sensor node will be a broadcast message, whereas the individual sensor nodes replies back to sink as unicast messages. In the proposed work, the fuzzy approach and “A Star” algorithm are utilized for satisfying energy and bandwidth constraints to route the broadcast messages of the sink while querying all the sensor nodes in the network. Every node will be provided with a guidance list, which is used to decide the next best neighbor node with good route quality for forwarding the received multi-hop broadcast messages. The route quality of the every node is estimated with fuzzy rules based on the network parameters such as maximum remaining energy, minimum traffic load and better link quality to increase the network lifetime. The provision of overhearing the broadcast messages and acknowledgements within the transmission range minimizes the effort to search for the active time of nodes while routing the broadcast messages with asynchronous scheduling. Further, in the proposed work only the time slot of its nearest neighbor relay node (to which packets are to be forwarded) is learnt to reduce the number of message transmissions in the network. For the unicast message replies, the fuzzy membership function is modified and devised based on the routing metrics such as higher residual energy, minimum traffic loads and minimum hop count under energy and bandwidth constraints. Also, the multi-hop heuristic routing algorithm called Nearest Neighbor Tree is effectively used to reduce the number of neighbors in the guidance list that are elected for forwarding. This helps to increase the individual sensor node’s lifetime, thereby maximizes the network lifetime and guarantees increased network throughput. The simulation results show that the proposed technique reduces repeated transmissions, decreases the number of transmissions, shortens the active time of the sensor nodes and increases the network lifetime for query driven sensor network applications invariant to total the number of sensor nodes and sinks in the network. The proposed algorithm is tested in a small test bed of sensor network with ten nodes that monitors the room temperature.