能量采集衬底式认知协作中继网络安全中断概率分析

能量受限协作中继网络频谱利用率低,生存周期短,无线信道开放性所带来的物理层安全受到威胁,对此,将功率信标辅助射频能量采集技术、认知无线电技术和协作中继网络相结合,构建了一种新的中继节点分散布置的能量收集2跳认知协作中继网络;引入单窃听节点对第2跳传输进行窃听,并结合主动和被动窃听方式提出了最优中继选择和次优中继选择方式,推导了2种中继选择方式下次网络安全中断概率闭合式.数值计算和仿真结果表明,主接收节点和中继数目、中继和窃听节点位置设置、能量采集比例、能量转换效率以及信道容量和安全容量阈值都会对次网络安全中断性能产生显著影响.最优中继选择方式下的次网络安全中断性能明显优于次优中继选择方式.功率信标信号功率或干扰约束的增大使得次网络安全中断概率降低,并趋于饱和.     

移动自组织网络的能量有效广播算法

为解决由最小连通支配集（MCDS）构成的虚拟骨干广播子网中个别节点因频繁转发而迅速耗尽能量的问题,针对移动自组织网络中数据传输的能耗模型和设备一次性供电的特点,通过建模对节点的广播中继效率进行评估,该模型以节点剩余能量和覆盖度为依据,参考不同节点的传输能耗,并以最近能耗强度对节点可用寿命进行预测.提出了基于多点中继的能量有效广播算法(EE-MPR).该算法通过优先选择广播中继效率较高的节点动态构建广播树,减少每次广播的能耗及中继节点数量,均衡设备的剩余能量,从而延长网络可用时间,较好地兼顾了最长网络寿命和最小广播耗能两项指标.性能分析及仿真结果均表明了算法的有效性.     

协作蜂窝小区上行链路的中继选择与功率分配

为了最小化能量受限的协作蜂窝小区的总代价,提出了上行链路的功率和中继等资源分配的模型.该模型是一个非线性约束、{0,1}组合优化问题,因而提出了一种自适应的资源分配方案对其求解.针对给定中继节点集合,该方案分别为每个源节点选择总代价最小的中继;而对于给定源和中继对,提出了最小化二者总代价的基于图论的最优功率分配算法.通过仿真和分析表明,该方案近似最优,能够发送更多的数据量,延长网络的寿命.     

基于携能通信的大规模无线协作网络中断性能分析

将能量采集技术与大规模无线协作通信网络相结合,分析了在信息与能量同传环境下,大规模无线协作通信网络的中断性能.提出了一种中继协作传输协议,将位于源节点的中继区域内,并且能够成功解码源节点信号的中继节点定义为潜在中继,潜在中继用于协助从源节点到目的节点的信息传输;通过随机几何的数学工具,进一步分析了接收端使用选择合并接收方式下的中断性能,并对比了协作链路、中继链路以及直接链路三者的中断概率;最后对理论分析结果进行了仿真验证.验证的结果表明,最优中继策略下的中断性能最优.     

基于通信节点的WSN自主聚类非均匀分簇路由协议

针对无线传感器网络中如何有效地利用有限的节点能量来延长网络的生命周期这一问题,提出一种基于通信节点和多跳传输相结合的多因素自主聚类分簇路由协议.该协议通过结合节点的剩余能量、簇头与基站之间的距离以及邻居节点的数目等因素来优化路径节点的选择,改进了多跳传输的局部最优路径构造算法.仿真结果表明:与现有协议相比,该协议能够有效地节省传感器节点的能量,平衡网络能量分布,延长网络的使用寿命.     

高频谱效率的双向连续中继技术

无线多跳网络中,为避免节点半双工工作模式导致的网络频谱效率（吞吐量）的损失,提出了一种基于物理层网络编码的双向连续中继技术（PNC-BSR）. 该技术利用物理层网络编码及多个中继节点之间的协作传输,有效地提升了无线多跳网络的频谱效率. 研究结果表明,与传统中继策略及放大转发方式的双向吞吐量增强中继策略（AF BAT-relaying）相比,在高信噪比的情况下,PNC-BSR的网络吞吐量可分别提升300%和100%. 该技术可充分、高效地利用网络资源.     

WSNs中基于能量均衡定向扩散的移动Agent路由算法

提出一种无线传感器网络中基于能量均衡定向扩散的移动Agent路由算法(EBDDMA).首先,改进定向扩散协议,组合利用最大最小路径节点剩余能量和最小跳数2个度量建立多向最优传输梯度,源节点通过发送两组不同的探测数据包来分别完成源节点的发现与移动Agent迁移路由的建立.随后,移动Agent根据各源节点已建立的移动Agent路由表来动态的选择下一跳节点并进行数据融合,最终返回Sink节点.在源节点发现及移动Agent返回阶段,各节点根据多向最优梯度度量动态构造概率选择函数并进行下一跳选择.同时还针对路由维护问题提出了一种路径快速修复机制.仿真结果表明,与已有的两种算法相比,EBDDMA可在保证较小端到端传输延时的基础上有效的平衡网络能耗,从而延长网络的生存期.     

能量高效均衡的动态分簇路由设计

针对无线传感器网络中存在的能量空洞现象,基于能量高效均衡的思想提出了一种新的动态路由非均匀分簇算法,在均匀间隔圆环的网络模型中,通过分析单跳和多跳的能耗划分网络,并计算网络全局能耗得出最优簇首个数,从而构建非均匀分簇网络,以解决能量空洞现象.在数据传输阶段,簇首节点综合考虑能耗和剩余能量,依概率选择下一跳节点.仿真实验结果表明,该算法有效地延长了网络的生存周期.     

多源-多中继协作通信的中继选择与功率分配

针对多中继协作通信带来的中断性能差与高能耗问题,在N个源节点的混合译码放大转发网络中,提出了一种基于多源-多中继协作通信的中继选择与功率分配方案.该方案将空闲时的N-1个源节点当作"中继节点","中继节点"根据信道统计特性值自适应地降序排列,选取M个"中继节点"组成最优中继集合.当中断概率一定时,根据信噪比门限判断被选择M个"中继节点"的协作方式,构造系统总功率Lagrange函数,通过 Karush-Kuhn-Tucker极值条件求得系统各节点的最小功率.数值分析结果表明,在传输速率为0.5~0.8 bit·s-1·Hz-1范围内,相比于放大转发方式下的多源-多中继协作通信的功率分配方案,该功率分配方案的总功率节省了9~22 dBm,极大地减小了系统资源的消耗.     

基于蚁群算法的WSN路由协议研究

针对层次路由LEACH协议存在簇头分布不均,并且每次簇头轮换均在整个网络内进行,会造成耗能过多以及蚁群算法应用于LEACH协议建立簇间多跳路由仍存在能耗不均衡的问题,采用将网络节点进行区域划分,并将节点剩余能量作为参考因素,在区域内进行簇头节点的轮换选取的方法改进,并通过将节点能量引入到转移概率和信息素更新公式中,对蚁群路由算法进行改进,利用其建立从簇头节点到汇聚节点的多跳路由的最优路径.实验验证表明:与LEACH协议相比,改进协议整体上减少并均衡了能量的消耗,延长了无线传感器网络的生命周期.     

Energy optimal routing for long chain-type wireless sensor networks in underground mines

Wireless sensor networks are useful complements to existing monitoring systems in underground mines.They play an important role of enhancing and improving coverage and flexibility of safety monitoring systems. Regions prone to danger and enyironments after disasters in underground mines require saving and balancing energy consumption of nodes to prolong the lifespan of networks. Based on the structure of a tunnel, we present a Long Chain-type Wireless Sensor Network (LC-WSN) to monitor the safety of underground mine tunnels. We define the optimal transmission distance and the range of the key region and present an Energy Optimal Routing (EOR) algorithm for LC-WSN to balance the energy consumption of nodes and maximize the lifespan of networks. EOR constructs routing paths based on an optimal transmission distance and uses an energy balancing strategy in the key region. Simulation results show that the EOR algorithm extends the lifespan of a network, balances the energy consumption of nodes in the key region and effectively limits the length of routing paths, compared with similar algorithms.     

基于转发节点的无线体域网节能策略研究

针对无线体域网的能量受限问题,该文提出了一种利用转发节点来平衡网络能耗的分簇路由算法CRSURN.该算法在单跳路由、多跳路由以及LEACH的基础上,综合考虑了节点的通信距离、数据速率以及簇头选定对网络能耗的影响.仿真结果表明,该方法相比于其它路由算法,在整个网络和单个节点中都拥有更长的生存时间.     

即时通信网络中路由节点覆盖控制优化方法

目前即时通信网络在覆盖路由节点时,出现即时通信网络中路由节点连通性不佳,导致网络中路由节点运行能量消耗过快的问题,为此提出即时通信网络中路由节点覆盖控制优化方法.分析路由节点在传播数据过程中产生的损耗,确定路由节点的位置;将网络平均划分区域,均匀部署锚节点,计算路由节点之间的最优距离,在即时通信网络中覆盖路由节点;计算...     

矿井WSN自适应能量有效及能耗均衡的数据收集方法

针对目前井下传感器网络不能同时兼顾节点能量效率和能耗均衡性的问题,在混合通信方式基础上提出一种矿井无线传感器网络（WSN）自适应能量有效及能耗均衡的数据收集方法（AEBADA）.首先通过比较分析确定了检测区域内环形宽度和节点最小通信半径,而在选择转发节点时不仅考虑节点距离和剩余能量,还包括链接的可靠性以及候选节点的邻居节点数目.仿真结果表明,相比同类混合通信方式和其他典型数据收集方法,AEBADA在节点效率和能耗均衡性以及路由可靠性方面优势明显,不受节点密度和分布状况影响,适用于井下通信环境.     

无线传感器网络LEACH协议的研究改进

无线传感器网络(WSN)数据传输离不开路由协议,路由协议是其组网的基础。由于WSN是一种资源受限网络,尤其是能量的受阻,因此路由协议必须维持较小的路由信息并尽可能的减少能耗。对于LEACH算法没有考虑节点的剩余能量、簇头位置分布、簇头与汇聚节点间直接传输数据等缺点,提出了一种改进协议LEACH-LOMUC。改进协议主要思想是在候选簇头选举时考虑节点剩余能量、节点到基站距离,簇在形成时考虑了簇头规模、能量以及簇头与基站的间距。同时在簇头之间通信距离过大时引入中继节点协助数据传输。MATALB仿真结果表明,LEACH-LOMUC协议有效节约能量,延长网络生存周期。     

水声传感网中节省能量的寻路机制

提出了水声传感网中能量有效的路由方案.结合水声信道的特点对水下传感网中的能耗因素进行分析,得出给定源宿节点之间的距离时路径消耗总能量与中继节点数的关系.对定向扩散协议进行改进,在初始化阶段根据汇聚节点和邻居节点的地理信息,求出源节点到目的节点的理想的最优能量路径.仿真结果证明,该方案能减少洪泛, 只需选择1条较优路径, 有效地节省了能量.     

LEACH协议簇头选择算法的改进与研究

分簇式路由协议LEACH随机地将节点设置成首领节点均衡整个网络的能量消耗.提出一种簇头选择优化的方法,将簇首选择能耗计算到网络的整个能耗中,推导出最优簇首数,然后利用距离关系将所有节点群组化,使群组的数量与期望最优簇头个数相同,簇首的实际个数与期望的簇头个数相同,从而提高了网络生命周期,节省了网络能耗.     

双向搜索多约束路由启发式计算方法

为提高大型通信网络中搜索满足多约束条件路由的速度,提出一种双向搜索路由的计算方法.首先从源和目的节点同时出发,计算到达各中间节点的可达路径.然后在各可达路径中进行路径的筛选.可达路径是采用邻接矩阵变换方式获得的,筛选路径是根据非线性开销函数,采用启发方式择优选取.当两方向搜索的节点数累计达到n-2后,对接合并两方向到达中间节点的路径,从中再选择最佳路径作为路由输出.通过算例详细介绍了可达路径计算及启发式选优方法.阐述了算法的正确性及特点,分析了最大时间杂性.通过仿真实验评估,不仅更进一步验证了新算法的正确性,而且表明新算法在搜索路由速度上要优于其他算法.