Balancing the power consumption speed in flat and hierarchical WSN

A combination of a cluster tree routing protocol and an Ad hoc on demand vector (AODV) routing protocol is used in the latest ZigBee standard wireless sensor networks (WSNs) technology. However, the AODV routing protocol has no means by which to take into consideration the power consumption of the nodes during the routing process. Therefore, a new approach is proposed in this paper to balance the power consumption speed and to distribute the responsibilities of routing among fiat wireless sensor nodes and the three levels of hierarchical wireless sensor nodes. These three levels are based on the three types of devices, which are used in the ZigBee standard: the coordinator, the touters, and the end devices. In this paper, we have compared the original AODV routing protocol with our extension approach for the distribution of power consumption. Based on the simulation results, our new approach has achieved better performance in terms of increasing the lifetime of the fiat wireless sensor network, the personal area network (PAN)coordinator, the touters, and the whole network of the hierarchical wireless sensor network. Additionally, it has better performance in terms of distributing the power consumption among the key nodes of the wireless sensor network.     

一种基于虚拟网格位置的分簇算法

为了延长无线传感器网络生命周期, 提出一种基于虚拟网格的分簇路由算法RPLG. 该算法将监测区域划分为若干虚拟网格, 同一网格内节点自组织成簇. 根据节点所在网格位置和剩余能量启动计时器选取本地簇首, 且簇内成员可以根据局部的信息调整簇的大小, 达到节省能量的目的. 仿真实验和分析表明: 该协议能均衡网络能量, 延长网络的生存时间.     

一种基于网格的无线传感器网络分簇路由协议

为延长网络生存时间,提出了一种基于网格的无线传感器网络分簇路由协议.整个网络分成若干个虚拟网格,每个虚拟网格形成一个簇,采用唯一簇头选举法产生簇头,且簇内成员可以根据局部的信息调整簇的大小,达到节省能量的目的.仿真实验和分析表明:该协议能均衡网络能量,延长网络的生存时间.     

An energy-saving routing architecture with a uniform clustering algorithm for wireless body sensor networks

Wireless body sensor networks are expected to extend human-centered applications in large-scale sensing and detecting environments. Energy savings has become one of the most important features of the sensor nodes to prolong their lifetime in such networks. To provide reasonable energy consumption and to improve the network lifetime of wireless body sensor network systems, new and efficient energy-saving schemes must be developed. An energy-saving routing architecture with a uniform clustering algorithm is proposed in this paper to reduce the energy consumption in wireless body sensor networks. We adopted centralized and cluster-based techniques to create a cluster-tree routing structure for the sensor nodes. The main goal of this scheme is to reduce the data transmission distances of the sensor nodes by using the uniform cluster structure concepts. To make an ideal cluster distribution, the distances between the sensor nodes are calculated, and the residual energy of each sensor node is accounted for when selecting the appropriate cluster head nodes. On the basis of the uniform cluster location, the data transmission distances between the sensor nodes can be reduced by employing an adaptive multi-hop approach. The energy consumption is reduced, and the lifetime is extended for the sensor nodes by balancing the network load among the clusters. Simulation results show that the proposed scheme outperforms the previously known schemes in terms of the energy consumption and the network lifetime for the wireless body sensor networks.     

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.     

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.     

一种异构传感器网络下的节能分簇路由算法

无线传感器网络存在着严重的能量约束,传统同构的传感网络路由协议和算法不适合异构网络,因此,设计异构传感网络下的节能路由算法具有现实意义。研究两种不同类型传感器节点构成的,具有不同的初始能量和不同感知数据能力的异构网络中基于簇头预测的节能分簇路由算法ECAH。根据簇内节点的剩余能量、能量消耗速率和跟上一轮簇头的距离预测出下一轮簇头,有效地减少了控制报文数量,降低了系统开销,节约了能量。仿真结果显示,在异构的网络中采用ECAH路由算法比LEACH算法网络生存时间大约提高了23%。     

基于权值的非均匀分簇路由算法

节点能量有限是无线传感器网络通信协议设计中的一个重要瓶颈,因此,在无线传感器网络中,考虑网络节点能量的高效利用具有十分重要的理论和实际意义。因而,提出一种基于权值机制的非均匀分簇路由算法,该算法采用权值的局部竞选簇首策略,簇首根据距离信息构建大小不均的多个簇,簇成员节点以链式结构向簇首传送数据,最后簇首采用多跳的方式向基站传送数据。实验仿真结果表明,提出的新算法能有效地降低和均衡网络节点能耗,改善"热区"问题,显著地延长网络生命周期。     

HDEEC：面向异构网络的一种基于簇路由协议

有效地使用传感节点的能量进而延长网络寿命成为设计无线传感网路由协议的一项挑战性的工作.为了延长网络,现存的多数簇方案是面向同构网络.为此,面向异构网络,提出基于簇的分布式能量有效路由HDEEC(heterogeneous WSN distributed energy-efficient clustering)协议.HDEEC协议首先提出异构网络模型,考虑了普通节点、特优节点和超特优节点三级能量节点;然后,提出能量消耗模型;最后依据这两个模型,提出了簇头选择方案.HDEEC协议以平衡、有效方式动态改变节点被选为簇头的概率.仿真结果表明,提出的HDEEC协议能够有效延长网络寿命,比DEEC、DDEEC的网络寿命分别提高了72％、68％.     

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。     

异构WSN中基于改进哈里斯鹰的分簇算法

针对无线传感器网络中传统的低功耗自适应集簇分层型协议存在的节点能耗过高、网络生存周期短以及负载不均衡等问题, 本文提出了一种异构传感网络下的多目标簇头选举和基于模拟退火的哈里斯鹰路由优化算法(LEACH-MHO). 这种改进算法首先在计算节点最优阈值的基础上, 构建新的考量能耗和负载的适应度函数, 找到最优簇首节点, 保证簇首节点的均匀分布; 再建立基于哈里斯鹰优化器的路径选择策略, 同时嵌入模拟退火算法, 防止过早陷入局部最优; 最后使用评估函数筛选出可加入到最佳路径的簇头, 缩短簇头节点到基站的通信距离. 仿真实验数据表明, 与CREEP、LEACH-C、LEACH算法相比, 本文算法的网络生存寿命分别延长了22.18%、77.83%和180.52%, 能更有效地延长网络生存寿命.     

一种基于聚合度模型的WSNs双簇头分簇路由协议

在无线传感器网络（WSNs）中能量负载不均衡问题,影响了网络的生命周期。提出一种基于聚合度模型的WSNs双簇头分簇路由协议（DCHP）,DCHP协议将节点聚合度与剩余能量作为考虑因素引入阈值计算,从而使高剩余能量且聚合度高的节点优先选为第一簇头。在此基础上,根据簇内节点能量选出第二簇头,完成簇间多跳路由转发数据。仿真实验表明：DCHP协议能更好平衡网络能量负载问题,延长网络生命周期。     

能量高效的无线传感器网络路由协议

针对目前无线传感器网络分簇路由协议存在的节点能耗不均衡的问题,提出一种基于分簇思想的能量高效的多跳路由协议(EEMR)。该协议首先基于节点临近度将网络划分成簇,采用簇首自适应轮转模式优化簇内节点通信的能量消耗,以高剩余能量短路径向心角的适应度路由算法均衡簇间通信负载和能量消耗,有效避免多跳路由中出现的能量消耗不均衡问题。仿真结果表明,EEMR协议能有效均衡网络内节点的能量消耗,显著延长无线传感器网络的生命期并提高网络能量利用率。     

异构传感器网络的分布式能量有效成簇算法

为了延长网络的生存时间,需要设计能量有效的协议,以适应传感器网络的特点.成簇算法是传感器网络中减少能量消耗的一种关键技术,它能够增强网络的扩展性和延长网络的生存时间.研究了异构传感器网络中成簇算法在节省能量方面的性能,提出一种适应异构无线传感器网络的分布式能量有效的成簇方案.此方案基于节点剩余能量与网络节点的平均能量的比例来选举簇头节点.较高初始能量和剩余能量的节点比低能量节点拥有更多的机会成为簇头节点,从而使网络能量均匀消耗,延长网络的生存时间.模拟实验结果显示,与现有的重要成簇方案相比,新的成簇算法在异构网络下提供了更长的网络生存时间和更大的网络有效吞吐量.     

CRPD: a novel clustering routing protocol for dynamic wireless sensor networks

A wireless sensor network (WSN) consists of a large number of static or mobile, low-cost, and low-power sensor nodes. And energy is one of the most important factors that should be considered. In this paper, we propose clustering-based routing protocol for dynamic networks (CRPD) to reduce energy consumption and improve energy efficiency through clustering and routing algorithms. The basic idea is to periodically update the network topology and select the node with larger degree and high residual energy as the cluster head to be responsible for data aggregation and transmission. With the nodes moving, joining, and choosing the optimal clustering radius, the energy load of the whole network can be evenly distributed to each sensor node, which can significantly prolong the network lifetime. Extensive simulations show that CRPD is more energy-efficient than the existing protocols.     

基于地址空间的树型网络地址分配

无线传感器网络(WSN)是由大量部署在监测区域内的微型传感器节点通过无线通信方式组成的一个多跳、自组织的网络。分布式的环境感知能力和简单灵活的部署方式,使得WSN成为影响人们日常生活的重要因素;并且随着微电子技术和通信技术的不断发展,WSN已被广泛应用于国防军事、环境监测、医疗健康、智能家居和工业制造等领域。ZigBee是一种支持低速率传输、低功耗、安全可靠的面向可用产品及应用的无线个人局域网的全球标准,与蓝牙、Wi-Fi等其他无线个人局域网标准不同,其提供了低功耗的无线树状和网状网络,可以支持上千个无线传感器设备在网络中使用。ZigBee技术的分布式地址分配机制(Distributed Address Assignment Mechanism,DAAM)中存在网络孤立节点,这种情况导致闲置地址无法使用,且造成了资源浪费。针对这一问题,提出了一种新的树型网络地址分配和路由算法(Address Assignment Algorithm for Tree Network,AAN),在保持与原有协议兼容的基础上通过协调器节点对网络进行维护和控制,各节点根据算法设定的步骤依次进行地址空间分配。该算法可以减少网络中的闲置地址空间及网络中的孤立节点数,优化网络拓扑结构,减少建立与维护路由表所需的时间与存储空间。仿真实验结果表明,所提算法在地址分配成功率、孤立节点数以及网络深度方面优于DAAM算法。     

基于粒子群优化的WSN非均匀分簇路由算法

分簇算法对大规模无线传感器网络(WSN)远程监控系统具有较好的节能性,簇首间通过多跳通信的方式将数据传送至基站,靠近基站的簇首由于需要转发大量其他簇首的数据而负载过重,可能因过早耗尽能量而失效,这将导致整个网络分割。针对现有无线传感器网络分簇算法存在的能耗不均衡问题,提出一种基于粒子群优化的非均匀分簇算法(PSO-UCA)。它采用PSO算法将所有节点划分为多个规模大小非均匀的簇,靠近基站的簇的规模小于远离基站的簇,因此靠近基站的簇首可为簇间的数据转发预留能量。仿真结果表明,与LEACH算法相比较,该分簇算法可使网络的生存时间延长30%。     

应用IPSO的无线传感器网络分簇路由算法

在基于分簇的无线传感器网络中,网络是通过附近传感器节点在转发信息到目的节点前进行冗余数据的融合实现节能,从而延长了网络的生命周期。但现存的算法在选择簇首节点的过程中由于忽略了邻居节点的状态信息,容易导致簇内节点过早出现盲节点的现象。进化类算法已经成功应用于许多方面,微粒群算法就是其中之一。提出了一种基于改进型微粒群算法的无线传感器网络分簇路由算法来优化分簇过程。簇首节点的选取综合考虑候选节点和邻居节点的状态信息。仿真结果表明算法的性能得到了较好的改善,并延长了网络的生命周期。     

一种WSN分簇路由协议研究和实现

近年来,我国兴建了众多基础设施,基础设施的健康监测直接关系着人们的生命和财产安全,也关系着基础设施的正常运行,因此研究面向基础设施健康监测的无线传感器网络分簇路由协议至关重要.目前已经有多个成熟平面路由协议和分层路由协议,但它们都存在传感器节点能量有限、结构简单等缺陷.为了延长网络寿命、提高信息传榆的可靠性,就需要对现有的路由协议做一些改进,以适应大规模的无线传感器网络.首先分析了设计无线传感器网络路由协议时面临的挑战,分类总结了典型的无线传感器网络路由协议及其优缺点;然后在详细分析LEACH协议的基础上,对LEACH协议在簇头节点选择和簇间路由方面进行改进,提出了面向基础设施健康监测的无线传感器网络分簇路由协议.将分簇优化算法和簇间多跳路由算法相结合,组成面向基础设施健康监测的无线传感器网络分簇路由协议.实验仿真表明,该路由协议有效地均衡了网络的能耗,推迟了多数节点的死亡,延长了网络的有效寿命.     

一种基于时间延迟机制的无线传感器网络分簇算法

为了延长网络的生存时间,需要设计能量有效的路由协议以适应传感器网络的特点.成簇算法是传感器网络中减少能量消耗的一种关键技术,它能够提高网络的生存时间.本文提出一种基于时间延迟机制的分簇算法,称为CHTD.该算法建立了节点的时间延迟机制模型,使得能量较多的节点能够在每一轮中被优先选为簇首.同时,通过维持每个节点的簇首信息集合使得每轮产生的簇首数目稳定且位置均匀分布.模拟实验表明,CHTD有效地均衡了网络中节点的能量消耗,并显著地延长了网络的存活时间.