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。     

无线传感器网络最小连通覆盖集问题求解算法

降低能耗以延长网络生存时间是无线传感器网络设计中的一个重要挑战.在传感器节点高密度部署的环境中,在保证网络性能的前提下,仅将最少量的节点投入活跃工作状态,而将其余节点投入低功耗的睡眠状态,是一种节约系统能量的有效方法.如何计算同时满足"覆盖要求"(工作节点必须能够完全覆盖目标区域)和"连通性要求"(工作节点组成的通信网络必须是连通的)的最小节点集合,是一个NP难问题.设计了一种基于目标区域Voronoi划分的集中式近似算法(centralized Voronoi tessellation,简称CVT),用于计算完全覆盖目标区域所需要的近似最小节点集.当节点通信半径大于等于2倍感知半径时,CVT算法构造的节点集是连通的;当节点通信半径小于2倍感知半径时,设计了一种基于最小生成树(minimum spanning tree,简称MST)的连通算法来计算确保CVT算法构造的覆盖集连通所需的辅助节点.理论分析和实验数据表明,CVT(+MST)算法的性能在时间复杂性和连通覆盖集大小方面都优于已有的贪婪算法.     

能量均衡的最小连通支配集分布式算法

在无线传感器网络路由协议中,最小连通支配集构成的虚拟骨干网是缓解广播风暴的有效方法。现有算法在构造连通支配集时,通常只考虑支配集的规模,虽然获得了较小的支配集,但也造成虚拟骨干网生命周期较短等问题。为了有效解决该问题,提出了一种能量均衡的最小连通支配集分布式算法(EB-MCDS)。仿真实验结果表明,与现有算法相比,EB-MCDS算法有效的均衡了网络能量,延长了网络生命周期20%左右。     

WSN中基于能量均衡的优化覆盖算法

针对无线传感器网络中覆盖保持的节点调度算法存在的利用率低、能量不均衡问题,提出一种改进的算法,将网络节点划分为若干个相异的节点集合,根据集合平均能量设置一个权值,通过权值大小选取合适的节点集合进行工作,从而均衡节点能量、延长网络的生命期。通过模拟仿真实验证明了算法的有效性。     

WSN中能量有效的连通支配集构建算法

现有的连通支配集构建算法大多过程复杂、步骤冗余、耗能较多,且不能适应网络动态拓扑的变化。为此,提出一种能量有效的构建算法。该算法通过单阶段快速构建能适应节点小范围移动的连通支配集,简化构建过程,其支配节点的选择考虑节点额外覆盖范围大小、节点剩余能量等因素,使得主干网生存时间大大延长,避免频繁构建主干网带来的能耗。仿真结果表明,与EEIA_CDS,Flooding等算法相比,该算法构建主干网的开销降低31%~46%,广播风暴发生概率降低52%~67%,网络生命周期延长约35.5%。     

基于多态蚁群算法的WSN能耗均衡路由协议

针对无线传感器网络(WSN)的能耗均衡问题,提出一种基于多态蚁群算法的路由协议,采用周期传输和数据融合的方式,将无线传感器节点的剩余能量信息融合到信息素的形成中。仿真实验表明,与Leach协议相比,采用该协议有82%的节点生命周期更长,在相同时间内网络可多传输48%的数据包。在实验室使用31个节点部署无线传感器网络,将路由协议应用于网络。实验结果验证了该协议的有效性。     

基于多态蚁群算法的WSN能耗均衡路由协议

针对无线传感器网络（WSN）的能耗均衡问题,提出一种基于多态蚁群算法的路由协议,采用周期传输和数据融合的方式,将无线传感器节点的剩余能量信息融合到信息素的形成中。仿真实验表明,与Leach协议相比,采用该协议有82％的节点生命周期更长,在相同时间内网络可多传输48％的数据包。在实验室使用31个节点部署无线传感器网络,将路由协议应用于网络。实验结果验证了该协议的有效性。     

无线传感网络中能量均衡的连通支配集算法

连通支配集是无线传感器网络中构建虚拟骨干网络的重要手段.由于支配集中节点的能耗相对其他节点要多,支配集中剩余能量较小的节点决定了虚拟骨干网的生命周期.现有算法或者只是关注构造较小的支配集,或者没有考虑调整能耗极快的支配节点.提出了一种能量均衡的连通支配集算法,基于节点剩余能量和连通度构造支配集,在网络运行过程中根据耗能速度,提前选择候选支配节点,分流负载过重的支配节点.仿真结果表明,新算法能以较小消息开销,有效延长网络寿命.     

WSN中一种规则区域最优覆盖与连通算法研究

在满足一定覆盖条件下,使用最少传感器节点完成对区域的覆盖与连通已成为无线传感器网络研究的一个具有挑战性的核心问题之一。为此,提出了一种规则区域最优覆盖与连通算法,该算法利用双重正方形将目标节点规划到内正方形区域内,通过传感器节点与目标节点求出关联模型,对于整个覆盖区域则利用概率期望值求出满足覆盖条件的最少传感器节点数,同时给出了外正方形区域边缘节点的连通概率模型及推理过程。实验结果表明,该算法的理论值与模拟结果之间的误差小于5%,验证了该算法是有效的,降低了网络资源的配置,可以更好地评估网络覆盖和连通性能。     

基于改进的Voronoi划分的集中式算法的无线传感器网络覆盖问题研究

设计了一种基于目标区域Voronoi划分的改进的集中式近似算法,用于计算完伞覆盖目标区域所需要的近似最小节点集.仿真结果表明,该算法能够有效地找到更少的连通覆盖节点,降低能耗,延长网络的生命周期.     

基于连通支配集的虚拟骨干网构造算法

针对无线传感器网络中缺少骨干网络的问题,提出一种基于连通支配集的虚拟骨干网构造算法。该算法利用图论中的极大独立集和连通支配集构造一个虚拟骨干网络,运用修剪规则去除冗余节点,通过优先选择能量多、距离近的节点使网络寿命更长、延迟更小。实验结果表明,该算法在单位圆图中产生的连通支配集至多为7.6opt+1.4,消息复杂度和时间复杂度为O(n)。     

基于负载均衡的WSN非均匀分簇算法

针对分簇的无线传感器网络(WSN)中负载不均衡问题,提出一种实现节点负载均衡的WSN非均匀分簇算法。引入非均匀簇机制计算出最优的网络分簇数量,通过调整节点的簇首归属来控制网络的分簇的大小,形成合理的网络拓扑结构。仿真实验结果证明,该算法能有效均衡网络的节点负载,降低节点能耗,延长网络的生存时间。     

非均匀部署WSN的能量空洞避免策略

分析无线传感器网络中各个节点位置上的数据及能量负载,提出一种新的非均匀部署策略,在网络中均匀部署满足监测需要的工作节点,但在近sink区域部署更多不感知数据,只转发数据的中继节点,以实现网络的能量消耗均衡,并分析传感器节点最优传输半径优化问题。实验结果表明,该策略能够有效降低网络能耗,延长网络寿命。     

基于网格分簇的WSN能量感知路由协议

针对现有无线传感器网络中各节点能量消耗不均的缺陷,提出基于网格的二层分簇方案设计能量感知路由协议,在分簇过程中,利用节点位置信息确定簇的大小,通过簇头节点来实现均匀的网络划分。经过理论分析和仿真实验,对该协议的性能进行验证,并与LEACH协议进行比较。结果表明,该协议能够使网络中各节点较均衡地消耗能量,从而延长整个网络的生命周期。     

无线传感器网络中覆盖集的高效选取

传感器网络分簇机制中, 工作效率与网络覆盖密切相关. 任意时刻激活最小数目工作节点能够有效节省网络能量. 然而, 由于传感器网络的高密度部署, 使得该问题成为一个NP-完全问题. 本文提出一种基于改进的精锐非支配遗传算法以选择网络最优覆盖集. 对比于传统的二进制监测模型, 本文在算法实施过程中采用了概率监测模型. 在保证网络全覆盖的前提下, 令一部分节点进入休眠状态达到节能的目的. 并提出循环重组算子和删除因子以优化算法性能. 大量的仿真实验验证了本文算法的有效性.     

基于功率控制的WSN数据收集可靠性分析

分析圆形无线传感器网络的数据转发特征,得到使网络寿命最大的节点能量发射功率。在此基础上提出在保障数据收集可靠性前提下提高网络寿命和尽量保持高数据收集率的策略。理论分析结果表明,该策略在保证端到端可靠性的前提下延长了网络的寿命,能够为无线传感器网络的实际应用提供有价值的参考。     

基于能耗均衡的WSN多跳分簇路由算法

提出一种基于能耗均衡的无线传感器网络多跳分簇路由算法。该算法依据能量因子参数和节点能耗比来优选簇首,采用基于复合距离的入簇方式和分簇规模约束机制管理普通节点,并采用基于节点能量和地理位置的簇间多跳通信方式控制数据的稳定传输。仿真结果表明,与LEACH等协议相比,该算法能有效延长网络生存周期,稳定期的持续时间提高41%~146%,进入MND阶段的轮数提高70.6%~239.7%,网络总能耗减少48.1%~62.2%,具有较高的可行性和稳定性。     

无线传感器网络中一种能量均衡的分布式成簇算法

分簇算法是无线传感器网络路由算法研究的主要方向之一.为了解决分簇算法中网络节点能量负载不平衡的问题,提出了一种能量均衡的分布式成簇算法.算法采用簇头轮转方法,并在每轮成簇过程中,每个节点基于所在簇的局部信息评估自身的能量水平,用以确定自己在下一轮的阈值,从而相应地调整其出任簇头的概率,实现整个网络的能量消耗更加均衡,最大限度地延长网络生命周期的目的.仿真实验结果表明,新的分簇算法能量均衡性更好,能提供更长的网络生命周期和更高的数据精度.