一种多目标的覆盖优化策略在WSNs中的应用

针对目前无线传感器网络（WSNs）能量均衡覆盖策略大都基于节点静态感知能耗的不足,提出一种基于节点的动态能耗和网络覆盖率的多目标覆盖优化策略.该优化覆盖策略将动态路由协议引入到覆盖控制优化中,计算覆盖区域在不同节点分布下的动态通信能耗和网络的剩余能量,再结合区域覆盖率构成对覆盖和能量综合指数评价的优化函数.最后利用改进差分进化算法和差分进化算法对优化函数进行仿真,并利用覆盖结果验证策略的有效性.仿真结果表明：提出的覆盖优化策略既能使网络达到较高覆盖率,同时又能保证网络的能耗动态均衡,并将改进差分进化算法与常规差分进化算法比较,结果表明：前者克服了早熟现象,覆盖和能量的综合优化函数值更高,达到了6.184.     

负载均衡集中式能耗树算法的无线传感网路由协议

由于无线传感器网络中每个节点的能量都非常有限,在选择路由协议时需尽可能地延长网络生存时间.从限制能耗最大节点的功耗出发,提出一种新的负载均衡的集中式能耗树(CCT-LB)算法.仿真结果表明,相比分布式的WRT算法,该算法能使网络不同比例节点的存活时间提高10%～500%,同时提高网络节点的负载均衡性,从而有效地延长网络寿命.     

能耗均衡的无线传感器网络两级路由协议*

传感器网络分簇路由协议研究的一个关键问题是如何最优化组簇,既能有效降低簇内节点能耗,又能均衡整个网络能耗。为此,提出一种能耗均衡的网络两级分层分簇路由协议。协议底层应用PSO算法实现网络节点最优化分簇;上层选择总簇头节点负责收集、融合簇头数据并发送至基站。仿真结果表明,本协议能有效降低节点死亡速度,延长网络生存周期。     

基于鱼群算法的无线传感网络覆盖优化策略*

无线传感网络是能量受限的网络,有效覆盖和能耗是衡量其性能的两个重要指标。将最大化网络覆盖率和最小化工作节点数作为网络优化目标,建立了网络覆盖优化的数学模型,并利用鱼群算法并行寻优、收敛快速的特性,提出了一种基于鱼群算法的覆盖优化策略。仿真实验表明,该算法能求解最优覆盖工作节点,并可以改进网络节点调度的实时性。     

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.     

一种高节能多跳分层路由协议

针对无线传感器网络节点存在电池能量有限和通信过程中能量消耗大等缺点,为最大限度地延长无线传感器网络的寿命,解决节点能耗分布不均匀的问题,提出了一种高节能多跳分层路由HE-EMHR协议.协议分别根据节点的能源决策和新的权函来选择簇头和簇头的下一跳,并引进一种新因子确定候选节点.试验证明了该协议的有效性,表明此协议能保证网络具有更强的生存能力和更长的生命周期.     

基于遗传算法的能量均衡覆盖控制策略

研究优化网络通信、延长网络寿命问题,由于无线传感器网络中覆盖率、工作节点数和能耗均衡互相矛盾。为了选择最优覆盖节点集基础上,同时考虑网络区域能耗的均衡特点,提出一种遗传算法的能量均衡覆盖控制策略。构建概率感知模型网络,定义一个能耗均衡系数用以表示网络能耗均衡程度,以覆盖率、工作节点数和网络能耗均衡系数为优化目标,然后利用遗传算法进行仿真。仿真结果表明,覆盖控制策略能够在达到较高覆盖率的同时,有效降低能耗并保证网络能量均衡,从而延长网络生存时间。     

无线传感器网络LEACH协议能耗均衡改进

LEACH(low energy adaptive clustering hierarchy)路由协议是无线传感器网络中被广泛应用的分层协议,但它存在簇头选择不合理和节点能耗不均衡的缺点.通过对LEACH协议节点能耗建模和分析,提出了一种均衡节点能耗的改进协议LEACH-B.最后用NS2对改进后的协议进行仿真,仿真结果表明,改进后的协议能均衡节点的能耗,有效地延长了整个网络的生存期.     

WSN中SPIN路由协议的改进

无线传感器网络在实时应用中存在节点能量有限、数据传播延时大等问题。为此,提出一种改进的SPIN路由协议。通过比较最小跳数的数目控制数据的传播方向,选择一条到达Sink节点实时性能最优的路径。仿真结果显示,改进协议可以减少传输过程中数据包的数量,降低网络能耗,延长网络生命周期。     

基于带状区域路由的无线传感器网络QoS协议

提出了一种基于带状区域路由的无线传感器网络QoS协议。根据网络传输路径的能耗模型分析,将路由的转发节点控制在以源节点与Sink节点连线的带状区域,有效降低了路径上的传输能耗。另外,在改进型QoS协议中,转发节点根据当前QoS约束动态重新建立新的带状区域宽度,使传输路径最大程度拟合源节点和Sink节点的连线,达到路径传输能耗最优。仿真实验表明,无线传感器网络QoS协议在满足网络QoS约束下,节省了网络能耗,延长了网络生存时间。     

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.     

Layered Diffusion-based Coverage Control in Wireless Sensor Networks

Coverage is an important performance metric for many applications, such as surveillance in wireless sensor networks. Coverage control is used to select as few active nodes as possible from all deployed sensor nodes, such that sufficient coverage of the monitored area can be guaranteed while reducing the energy consumption of each individual sensor node to prolong the network lifetime. This paper classifies three types of coverage control protocols based on the available information about nodes’ distances or locations, and reviews several representative protocols for each type. We also propose a new distributed and localized coverage control protocol, called Layered Diffusion-based Coverage Control (LDCC). The LDCC protocol does not require information about the node location coordinates when selecting active nodes. Instead, it exploits hop count information, which is easily obtained in a WSN, to select active sensor nodes. Furthermore, the LDCC protocol is very simple and does not require any sophisticated computation such as distance or covered area computation. Our simulation results show that the LDCC protocol achieves a high coverage ratio while incurring very low message overhead compared with other existing protocols. Furthermore, simulation results suggest that in a large-scale sensor network with medium to large localization errors, LDCC performs even better than location-based coverage control protocols.     

A novel gossip-based sensing coverage algorithm for dense wireless sensor networks

Wireless sensor networks (WSNs) have been widely studied and usefully employed in many applications such as monitoring environments and embedded systems. WSNs consist of many nodes spread randomly over a wide area; therefore, the sensing regions of different nodes may overlap partially. This is called the “sensing coverage problem”. In this paper, we define a maximum sensing coverage region (MSCR) problem and present a novel gossip-based sensing-coverage-aware algorithm to solve the problem. In the algorithm, sensor nodes gossip with their neighbors about their sensing coverage region. In this way, nodes decide locally to forward packets (as an active node) or to disregard packets (as a sleeping or redundant node). Being sensing-coverage-aware, the redundant node can cut back on its activities whenever its sensing region is k-covered by enough neighbors. With the distributed and low-overhead traffic benefits of gossip, we spread energy consumption to different sensor nodes, achieve maximum sensing coverage with minimal energy consumption in each individual sensor node, and prolong the whole network lifetime. We apply our algorithm to improve LEACH, a clustering routing protocol for WSNs, and develop a simulation to evaluate the performance of the algorithm.     

WSN路由协议在煤矿安全应用的改进

针对矿井中安全监测系统的能量有限性等一系列问题导致井下事故频发的状况,重新选择无线监控系统及协议并不断改进完善,在传统的SPIN路由协议基础上,提出了一种可靠节能的路由协议——SPIN-RE(SPIN-Reliable and Energy efficient),来提高无线传感器网络中节点的能量使用效率,延长网络生存期。即增加了能量阈值,并且在REQ消息中加入了记忆列表,以保证数据传输中单个节点与整个网络能量的均衡消耗,来延长网络的生命周期。仿真实验表明,与SPIN路由协议相比,该路由协议在节省能量方面有很大提高。     

基于空间分辨率的无线传感网节点调度策略

节点调度策略是解决无线传感器网络(WSN)能量受限和覆盖高度冗余的一种有效方法,但在节能的同时又必须满足覆盖率的需求。针对随机调度中的能量消耗不均衡且使用不合理等问题,提出一种基于空间分辨率的节点调度策略。该策略通过控制区域中的活动节点数来保障网络的覆盖率要求,并利用剩余能量来均衡化各节点的能耗。同时借助邻居节点保障机制,一方面关闭休眠节点的实时监听,减少不合理的能耗;另一方面缓解节点轮休时可能出现的覆盖漏洞问题,有效保障网络覆盖率。仿真结果表明,该策略在网络覆盖率、生存期以及节点间的能耗均衡度等方面的性能表现优于Gur Game等调度算法。     

ELIQoS:一种高效节能、与位置无关的传感器网络服务质量协议

如何保证在覆盖足够的监测区域的同时延长网络的寿命是无线传感器网络所面临的最重要问题之一,广泛采用的策略是选出工作节点以满足应用期望的服务质量(即覆盖率),同时关闭其他冗余节点.分析了随机部署网络在已知监测区域大小和节点感知范围情况下,无需节点位置信息,应用期望的服务质量与所需的工作节点数量之间的数学关系.在此基础上提出了一种高效节能、与位置无关的传感器网络服务质量协议(ELIQoS),协议根据节点能量大小,选取最少的工作节点满足应用期望的服务质量.实验结果表明,ELIQoS协议不仅可以有效地提供满足应用期望的服务质量,而且可以减少能量消耗,实现能耗负载均衡.     

基于滑动缓存的WSN可靠协议及其能耗分析

数据如何以较低的能耗进行可靠传输是无线传感器网络中数据采集亟需解决的问题。基于此,提出一种缓存位置滑动调整的可靠传输协议,该协议基于通信的中间节点缓存数据包,按照通信距离将链路上的节点划分为近源节点和近汇聚节点,根据链路质量动态调整缓存数据包的节点区域,数据包在相应节点区域的缓存呈正态分布。NS2仿真结果与基于马尔科夫链能耗分析结果表明,该协议中数据包的传输时延小于HHRA协议,吞吐量有较大程度的提高。     

无线传感器网络分簇路由协议的研究与应用

无线传感网是由许多具有计算能力的智慧无线节点组成的网络,这些无线传感节点负责收集周边环境的各类数据进行汇总处理,使得人们可以实时获得大量可靠的信息.在无线传感网络中,网络协议设计的主要目的是降低网内节点在通信上的能耗,从而延长网络的工作寿命.本文以分簇路由协议为研究对象,对国内外典型的分簇路由协议进行分析和比较,分析分簇路由协议存在的问题,并预测未来发展的趋势.     

概率模型下的一种优化覆盖算法

覆盖率不仅是评价无线传感器网络体系性能的重要标准之一,也是无线传感器网络所研究的一项重点课题.为此,提出了一种概率模型下优化覆盖算法.该算法通过对概率覆盖模型的计算,给出了传感器节点覆盖的期望值和公差的求解过程以及对所关注目标节点进行首次覆盖后的期望值证明过程.在网络能量方面则通过节点状态调度策略对通信路径进行优化,证明节点能量衰减过程中,拟合函数极限存在的意义,实现了传感器节点能量的有效匹配,抑制了传感器节点能量的消耗,证明了优化后整个监测区域传感器节点覆盖函数之间的关系.仿真实验结果表明,该算法不仅提高了覆盖和网络服务质量,而且有效地抑制了网络能量开销,延长了网络生存周期.     

基于LEACH的无线传感器网络混合优化协议算法

在无线传感器网络(WSN)协议研究中,降低节点的能量损耗、延长节点的使用寿命是研究的关键问题。针对无线传感器网络中传统LEACH协议在分簇机制及数据通信方面的不足,提出了一种混合优化的改进协议--HOBDE-LEACH。新的协议采用先分簇再选举簇头的策略,提出覆盖半径种子扫描成簇算法(CR-SSCA)进行快速分簇,保证对区域的全覆盖;网络运行期间结合能量和距离考虑负载均衡,分阶段采用不同的簇头选举和通信机制。仿真实验结果表明,与LEACH协议相比,HOBDE-LEACH的第一个节点死亡的轮循次数延长了66%,50%节点死亡时的网络轮循次数延长了20%;与LEACH-EI协议相比,所提协议的第一节点死亡的轮循次数延长了50%,50%节点死亡的网络轮循次数延长了19%。改进后的协议能有效地均衡网络负载和簇头节点能量消耗,更合理地分布簇头节点,延长网络生命周期。