基于拓扑控制的异类无线传感器网络分簇算法研究

随着传感器网络的发展,如何减小传感器网络的能量消耗、延长使用寿命已经成为传感器网络结构设计的一个重要问题．研究表明采用分簇结构以及对网络进行适当的拓扑控制可以提高能量利用效率．该文将簇构造方法与拓扑控制结合起来,针对网络具有不同节点,即每个节点具有不同的最大能量传输范围的情况,提出了一种针对异类无线传感器网络,利用局部拓扑控制算法进行优化的分簇算法．实验结果表明了运用该算法的有效性．     

信道与能耗感知的农田WSN机会路由优化方法

在农田无线传感器网络监测应用中,由于环境遮挡与作物生长引起的信号多尺度效应造成网络链路质量不稳定,进而影响数据汇集性能。针对该情况,同时考虑到农田WSN的能量受限问题,提出了一种农田信道和能耗感知的机会路由优化方法。基于农田信道模型估计链路连通概率,建立节点机会转发能耗预测模型,根据不同机会转发路径的中继概率得出其转发能耗期望,在候选转发集构建与排序时同时考虑路径期望能耗和节点剩余能量,以提高节点间、路径间的能量均衡性能。通过仿真实验将改进机会路由算法与LCOR、IOP、IPOR-OE算法进行对比,结果显示:网络生命周期CECOR算法的网络生命周期约为LCOR的2.2倍、IPOROE的5.2倍、IOP的8.7倍,最大能耗均方差分别是LCOR的3/4、IPOR-OE和IOP的1/2。从结果可以看出,改进算法延长了网络生命周期,提高了网络节点间能耗均衡性能,有助于实现农田监测网络的长时间稳定工作,实现了预期研究目标。     

基于多簇头K连通的抗毁拓扑构建方法

针对无线传感器网络复杂应用环境中簇头节点失效问题,提出一种改进的多簇头K连通抗毁拓扑结构构建方法。通过节点连通可靠度选举多个簇头,当簇头节点失效时,临时簇头集合中权值最大的节点自动升级成为簇头,同时利用K连通检测算法检测出关键节点并调整其发射功率实现K连通拓扑构建。该方法节约了簇头节点失效后网络重新进行簇头选举所耗费的时间及能量,并且增加了关键节点与周围节点之间的信息交互边。仿真结果表明:相比基于K-Means算法的普通分簇拓扑构建方法,该方法可使网络丢包率降低15.63%,端到端时延降低20.1%,提高了网络的抗毁性。     

基于能量、节点密度的LEACH-TYC拓扑控制算法的研究

网络拓扑控制是无线传感器网络研究和应用中的一个关键问题。针对LEACH算法及基于LEACH改进DBCP算法存在的问题,文章提出了一种新的改进拓扑控制算法:LEACH-TYC。该算法采用与LEACH算法相同的前提假设,借鉴DBCP算法的优点,进行了如下改进:一是允许担任过簇首节点的还可以继续当选,但是必须满足限定在一定的次数和剩余能量达到一定的值的基础之上。二是利用节点密度改进簇首的选举阀值。三是非簇首节点加入簇时综合考虑节点间剩余能量和节点间距离。仿真结果表明,LEACH-TYC算法使得簇规模更均衡、网络生存时间更长、节点能耗更少。     

WSN聚合数据率约束最大生命期路由

无线传感器网络通常由能量受限的传感器节点以及一个数据中心构成,采用数据聚合消除数据中的冗余信息。针对目前还没有对网络生命期与聚合数据率之间约束关系的研究,提出了适用于数据聚合无线传感器的网络流模型,并通过定义聚合数据率松弛系数,将网络最大生命期与最小聚合数据率路由结合起来,并设计了一组线性规划问题消除路由中的环路。通过大量仿真实验,给出了不同场景下路由算法的性能,分析了网络生命期与聚合数据率之间的约束关系。     

无线传感器网络中覆盖性问题的研究

无线传感器网络由大量的具有低能量,短寿命并且不可靠的传感器节点组成,因此在设计无线传感器网络时一个主要的目标在于保证足够的覆盖率以及能量可靠性的前提下可以延长网络的寿命。本文介绍了几种减少能量消耗以延长网络寿命的节点调度方法,并比较了各种方法的优缺点,指出其应用环境和需要进一步研究的工作。最后在这几种算法的基础上提出了一种新的算法。     

梯度相关的无线传感器网络成簇路由协议

分析了梯度和成簇无线传感器网络路由协议,确定了协议中存在的缺陷,设计了一种基于梯度的高效节能成簇路由协议(GBCRP)。采用基于跳数的梯度建立、能量相关的成簇算法、关键节点转发和功率自适应的簇头路由等技术,解决了无线传感器网络的节点能耗和路由失败而导致的数据传输可靠性问题。仿真实验表明,该协议有效地延长了网络的生命周期。针对不同密度的传感器节点,网络生命周期具有很好的稳定性,同时该协议也具有较好的可靠性保障。     

基于能耗均衡的无线传感网络自适应数据存取算法

提出了一种能耗均衡的自适应数据存储算法,将数据尽量存储在适合查询的位置。首先建立基于网格的网络模型,然后分析采集节点与初始存储节点、查询节点之间的位置关系,存储模式可在集中存储和分布存储之间切换。算法引入了虚拟扩展网格和能量分级消耗的机制,可有效均衡网络能耗。实验结果表明,该算法的节点能耗、生命周期和丢包率相比于GHT算法有一定的改善。     

稳定高效节能且邻近相关的网络拓扑协议

现有的无线传感器网络拓扑协议未全面考虑节点位置、休眠、剩余能量的影响,且依赖于GPS等基础设施获得节点绝对位置,导致网络成本高,能量有效性不足。该文在DEAC协议的基础上,提出了一种分布、稳定、高效节能和利用邻近相关信息数据融合及节点休眠策略的无线传感器网络拓扑控制协议(SEENRT)。该协议利用剩余能量信息,平均各节点能耗负担;利用邻近相关信息和节点休眠,降低覆盖冗余,减少网络能耗。试验结果表明SEENRT协议和LEACH、HEED和DEAC协议相比,能有效地降低网络能耗、平均节点的负担及延长网络的生存时间。     

基于均衡策略的无线传感器网络协作模型

基于离散空间最优搜索理论中的基于博弈理论的协作策略模型,通过综合考虑无线传感器网络中节点转发数据所付出的代价和利益、节点能耗及相邻节点过去的行为,提出了一种自适应能耗均衡网络协作模型,并给出了相应的数学最优化模型及求解算法。优化的目标是均衡网络能耗和吞吐量,进而最大化网络寿命。模型通过能量因子和转发数据包数量来调节节点行为,使传感器网络的整体能耗趋向均衡。一个数值例子说明,该路由选择策略及求解算法是可行且有效的。     

BAN网络节点低功耗MAC协议的设计

本文针对IEEE802.15.6标准中的MAC层协议采用固定保护时间弥补时钟漂移而造成能量浪费这一问题研究并实现一种低功耗的适宜BAN网络的MAC协议。该协议依据超帧结构的模式构建了一种新的MAC帧结构模型,并结合时间补偿算法对帧结构中的保护时间进行自适应调整,最后使用OPNET14.5仿真两种MAC协议。结果表明,本文研究的基于自适应时间补偿帧结构的MAC协议相对于固定的保护时间IEEE802.15.6的MAC协议而言,降低了终端节点能耗以及延长了网络的生存周期。     

一种基于WSN的协议改进算法分析

针对无线传感器网络(WSN)路由协议LEACH 算法中簇首分配不均以及簇首与Sink节点直接通信的问题,提出一种新的无线传感器网络LEACH路由算法.该算法通过节点能量分簇,并在簇首的数据发送过程中引入了改进的多跳路由算法.仿真结果表明,改进后的算法在网络生存时间和节省能量上比LEACH 算法有了很大提高.     

基于蚁群算法的低能耗LEACH协议分析

针对无线传感器网络路由协议LEACH(低功耗自适应分层路由)算法中簇首与Sink节点直接通信的问题,提出了一种基于蚁群算法的LEACH 算法.该算法利用蚁群算法简单易于实现、支持多路径的特点,通过相邻簇首节点间的距离和剩余能量值,在整个网络中建立和更新簇首间的信息素浓度,形成簇首间多跳路由.仿真结果表明,与LEACH算法相比,该算法在能量消耗与延长网络生存周期等方面具有更好的性能.     

在动态水环境中基于熵的无线传感器网络路由算法

随着人们对水环境的日益关注以及无线传感器网络技术的成熟,如何使用无线传感网络对水环境进行监控成为一项重大课题。该文在动态水环境中,基于正方体网格剖分思想提出了一种以熵为尺度来衡量路径稳定性的QoS路由算法(EWSQoS),该算法使用正方体网格对信息收集区域进行剖分,再在此基础上寻找到达Sink节点的最短网格,最后利用"熵"来选择路由,减少了重建路由(或路由修复)的次数,在网络拓扑频繁变化的环境中尽可能地提供QoS保证。经仿真实验与性能分析表明,EWSQOS算法与Long-term、DBR、DTN等算法比较,在路由重建次数、路由成功率、网络能耗、网络延时方面具有更优性能。     

Ad hoc网络中一种新的退避算法

为了提高Ad hoc网络中高等级节点的接入能力,提出了一种新的二进制负指数退避算法,该算法中高等级节点在分组发送成功时将竞争窗口设为普通节点的最小竞争窗口,在发生碰撞时竞争窗口随着退避次数的增加而呈负指数规律减小。仿真结果表明,该算法能够显著提高高等级节点的接入能力,提高了其业务吞吐量,并降低了端到端传输时延。     

Ad hoc网络中的一种混合式拓扑控制方法

A d hoc网络的拓扑对于网络性能有很大的影响,密度高的拓扑会因干扰的加大而降低容量,稀疏的拓扑又会因为链路失效和网络分割而易受到攻击。现有的拓扑控制算法一般使用的都是纯粹的集中式或分布式方法。这种新的混合式的拓扑控制结构结合了集中式和分布式算法两者的优点,通过调整节点的发送功率,能够保证网络拓扑实现两连通,提高了网络的性能。     

密集传感器网络中节点随机调度算法研究

对于密集型传感器网络,节点交替工作能有效地延长网络的生命周期。该文基于Cover的随机节点调度算法进行深入分析,首先给出k-覆盖网络中覆盖强度的定义,并利用基本概率理论估计k-覆盖网络的覆盖强度;然后分析2-覆盖网络中节点密度、覆盖强度以及能量节省水平之间的关系(即部署节点个数n和2-覆盖网络的覆盖强度Cn2以及划分COVER个数c)。该文研究工作对部署容错性较高的能量有效性传感器网络具有一定的指导意义。     

粗糙集-神经网络集成的WSN节点故障诊断

提出一种粗糙集?神经网络集成的无线传感器网络(WSN)节点故障诊断新方法。根据无线传感器网络的应用环境和故障特征得到诊断决策表,利用改进的粗糙集中的归纳属性约简算法对诊断决策表进行属性约简,用Hamming网络建立一套故障分类的方法。仿真实验结果显示,该诊断算法在进行WSN节点故障诊断时,诊断准确性高,通信代价小,能耗低,鲁棒性高。     

基于互信息的无线传感器网络节点故障自诊断

故障自诊断和故障监控能提高WSN的可维护性和可靠性,延长WSN节点的使用寿命。该文提出一种无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)节点故障自诊断的新方法。首先,可从粗糙集理论中基于互信息的属性约简算法获得故障诊断决策的约简,进而建立一套以属性匹配为核心思想的WSN节点故障自诊断技术,对WSN节点的各个模块分别进行具体的故障诊断和定位。仿真实验表明,该方法在WSN节点中实现故障自诊断时,通信代价小,能耗低,诊断的误判率低。     

WSN中结合近源数据聚合和拥塞控制的低能耗路由协议

在无线传感器网络(WSN)中,由于感知数据传输引起的能量消耗直接影响网络寿命。数据聚合能消除密集WSN中的冗余数据传输以节约能源,为此,提出了一种WSN中结合近源数据聚合和拥塞控制的低能耗路由协议。首先,构建网络的无结构拓扑,根据数据可靠性权重和节点成本函数来选择数据转发节点。然后,每个中继节点通过近源数据聚合对接收的数据包进行聚合,以此降低传输能耗。另外,在数据转发过程中,各节点根据接收阈值来决定是否转发数据,以此实现拥塞控制。仿真结果表明:提出的协议在能源效率、可靠性和传输延迟方面获得了优异的性能。