WSN中基于非均匀簇的混合多跳路由协议*

为节省数据传输过程中消耗的能量,均衡网络节点间的能耗,提出一种基于非均匀簇的混合多跳路由协议。在无线传感器网络数据传输阶段,源簇头节点通过转发权值函数选择数据转发的中继节点,转发权值由用于降低链路通信代价的距离因子和减少剩余能量较少的簇头节点成为中继节点的概率惩罚因子共同决定,达到均衡网络能耗的目的。通过NS2仿真实验验证了算法的有效性,能够很好地均衡节点负载和提高能量利用率。     

基于接收信号强度的无线传感器网络组网协议

受应用场合和节点结构的限制,无线传感器网络的算法应具有低功耗和低复杂度等特点,为此提出了一种基于接收信号强度的分布式组网协议(RSSIOP)。节点不需要位置信息,通过接收基站定向天线扫描时发送的信息完成定位和分簇过程;根据剩余能量和接收信号强度竞选簇头,形成直接链路;根据接收信号强度,成员节点选择转发节点,形成转发链路;按照网络用户的时延要求成员节点自动选择直接链路或转发链路向簇头传输数据。此外,RSSIOP设计了簇头轮换和失效节点的处理机制。该算法可以减小节点的发射功率,分担簇头在数据接收和融合两方面的工作负荷。针对不同场景进行了仿真,结果证明了算法的有效性。     

基于双簇头优化机制的WSN稳定传输算法

传统无线传感网部署过程中仅采取单簇头机制，因而稳定性不足，对此提出了一种基于双簇头优化机制的WSN稳定传输算法。文章采用非均衡划分机制，将网络区域按照种子聚类予以初始化划分，设计了一种新的网络初始化方法，降低因簇头节点过载而出现的“热点”,以规避节点抖动而出现网络传输波动的问题，从而起到稳定簇内传输质量的作用。结合簇头能量变化情况，构建了能量—周期更新阈值，利用该阈值将能量较差的被选节点予以剔除，从而提高了网络链路抗抖性能，避免所选簇头因能量受限而导致出现难以控制簇成员节点的现象，以增强簇头节点对网络区域的控制能力并稳定网络传输流量，提升节点在高强度数据传输环境下的生存能力。仿真实验表明，与当前较为流行的WSN传输技术相比，所提算法具有更高的网络稳定传输时长和更低的链路周期抖动概率。     

WSN中利用蚁群路径优化的时隙选择重排算法

针对无线传感器网络(WSN)汇聚传输中的数据传输时间和功耗问题,提出了考虑时间同步和唤醒延迟的汇聚传输时隙选择重排算法。将时分多址接入(TDMA)用作介质访问协议,并允许每个节点在传输时隙期间可以发送或接收数据;设计新的WSN数据收集树模型,将传感器节点生成的数据通过无线链路形成的多跳网络发送到汇聚节点,在数据收集树的每条链路上分析时隙顺序,优化时隙选择,并基于蚁群算法优化路径选择,减少传输能量消耗和均衡簇头能量。实验结果表明,提出的算法可以实现显著的数据传输性能提高和功耗节约。     

基于蚁群粒子适应机制的移动传感网簇头生成算法

传统移动传感网簇头生成算法在筛选簇头节点时中存在的节点密度较低及网络传输性能较差的不足.因此,提出了一种基于蚁群粒子适应机制的移动传感网簇头生成算法.首先选取具有较高能量值的节点作为初始簇头节点,采取粒子迭代方式设计了基于蚁群粒子感知覆盖机制的簇头生成方法,并通过权值评估方式来优化备选簇头节点能量,有效改善因链路抖动而导致的传输性能受限现象,有效提高簇头节点分布密度.基于极限标准差优选机制,通过定时更新备选簇头节点标准差,进一步选取性能较高的节点维持链路性能,改善链路抖动现象并提高网络传输带宽,降低信道噪声对数据传输带来的不利影响.通过仿真实验与基于改进能量均衡机制的传感网簇头生成算法和基于能量优化回收机制的传感网簇头生成算法进行对比,表明所提算法具有更高的簇头节点密度和网络传输带宽.     

基于负载均衡的簇间路由协议

针对无线传感器网络簇头节点负载不均衡的问题,提出一种基于负载均衡的簇间路由协议.该协议通过记录邻居簇头节点到Sink节点的最小跳数信息建立到Sink节点的多条路径,根据簇节点的剩余能量和负载选择合适的路径进行路由,从而实现了簇头节点间的负载均衡.仿真实验结果表明,该路由协议能有效地均衡网络负载和簇头节点能量消耗,减少数据传输延迟,延长网络生存时间.     

一种新型的WSAN两层协作路由协议

在WSN网络中引入执行器节点构成WSAN网络,并依据WSAN网络特性提出一种新的协作路由协议——基于动态分簇的角度转发路由协议AFRPDC(Angle Forwarding Routing Protocol base on Dynamic Clustering)。AFRPDC协议由2部分算法组成:基于接收信号强度RSSI(Received Signal Strength Indication)的动态分簇算法BRCA(Based on RSSI Dynamic Clustering Algorithm)和角度转发路由协议AFRP(Angle Forwarding Routing Protocol)。BRCA算法保证传感器节点形成较为稳定的拓扑,实现传感器节点与簇头节点的协作;AFRP协议利用簇头节点的角度信息转发事件报告,实现簇头节点与执行器节点的协作通信。仿真结果表明,AFRPDC协议中节点分簇有较好的稳定性,同时AFRPDC较基于链路状态分簇的定向扩散协议DDLSC在降低平均时延和节点能耗方面有更好的表现,可满足WSAN网络对实时性、可靠性和低能耗的要求。     

基于Markov流量预测和改进蚁群算法的分簇自适应路由

为了改进传统分簇路由协议的被动轮换簇头导致的簇头过早死亡,以及寻找簇间多跳路由时仅考虑长度因素而导致路径拥塞的缺陷,提出了一种基于Markov预测节点数据流量和改进蚁群算法的分簇路由协议;在网络初始化阶段,Sink节点对整个网络进行非均匀分簇以避免"盲区";簇成员节点存储自身的状态序列并能预测在未来时刻的数据流量,当簇头需要轮换时,簇头管理节点接收节点预测数据并选择具有最小数据流量的节点作为新簇头;在寻求簇间多跳路由时,引入改进的蚁群算法,使得簇头在选择下一跳节点时,综合考虑路径长度、节点剩余能量以及路径拥挤度等因素;仿真实验证明文中的分簇路由协议能最大程度地均衡节点负载和延长网络的生命期,在运行到450轮时才出现第一个死亡节点,较其它方法具有较大的优越性。     

距离度量法聚类的无线传感器网络路由算法

为提升无线传感器网络簇头分布效果及簇头节点选取质量,提出基于节点间距离改进的K均值聚类路由协议算法.通过节点间最远距离及各节点距离对比方法,确定出K个规模差异小的簇群;根据不同簇群的位置、节点数目和总能量的差异,簇头选举阶段引入能量因子、质心因子和距离因子提高选取的簇头质量.实验结果表明,在网络区域内簇群分布均匀,簇头选取质量更佳,能够有效均衡全网能量,达到延长网络生命周期的目的.     

基于簇父集协作通信的低功耗有损网络路由算法优化

针对当前低功耗有损网络（LLN）中基于簇父集协作通信的路由算法（CRPL）没有考虑节点剩余能量,存在不能有效地均衡节点能耗和最大化延长网络寿命的问题,提出一种高效的基于簇父集协作通信的低功耗有损网络路由（RPL）算法（HE-CRPL）。所提算法采取了三个优化思路：一是同时考虑节点间无线链路质量和节点剩余能量进行簇父节点的选择;二是在簇父节点优先级判定和最优簇父集的选择过程中把节点间的无线链路质量和簇父节点的期望寿命（ELT）相结合;三是在网络拓扑初始化的过程中通过利用目的地通告对象（DAO）消息携带簇父节点优先级列表告知最优簇父集中簇父节点的优先级顺序。仿真结果表明,与CRPL算法相比,HE-CRPL算法在延长网络生存时间、提高数据包投递成功率和减少数据包重传次数等方面的性能得到了提升,其中网络生存时间提高了18.7%,数据包重传次数降低了15.9%。     

基于虚拟力的能耗均衡层次路由协议

大规模无线传感器网络路由转发中主要存在节点负载不均衡,容易导致"热区"中节点过早死亡,从而大大降低传感器网络生存时间的问题.针对这一问题,本文提出一种新的路由协议ECFP,首先利用节点与Sink节点的最短跳数建立簇首竞争半径,根据簇首竞争半径选择剩余能量较高、链路质量较好的节点出任簇首,然后基于虚拟力模型进行非均匀分簇,最后簇首之间多跳将信息传输至Sink节点.实验结果表明本文提出的协议在能耗均衡性和网络生存时间方面都具有较好的性能.     

基于改进布谷鸟搜索算法的LEACH协议

LEACH协议是一种低能耗自适应的无线传感器网络聚类层次算法。它存在着随机选取簇头、不考虑节点剩余能量和节点位置等缺点。针对这些问题,本文提出一种基于改进布谷鸟算法的LEACH协议。布谷鸟算法（CS）是一种新型的智能优化算法。为了提高算法的局部搜索能力,对标准的布谷鸟算法进行改进：1）引入权重系数,调整算法收敛速度;2）所有个体从优到差进行排序,排序后将种群分为2部分,这2部分个体选择不同的飞行方式,避免较优个体陷入局部最优。改进后的协议将簇头选择过程分为临时簇头优化和形式簇头选择。首先,利用传统LEACH协议生成临时簇头,然后基于MCS对簇头进行优化,根据节点剩余能量选择形式化簇头。实验结果表明,与LEACH相比,新算法能有效平衡网络负载,提高能源的利用率,延长网络的生命周期。     

受限节点的WSNs非均匀分簇算法应用研究

针对常规分簇路由算法不能有效解决节点位置、能量、频段受限的固态发酵温度检测无线传感器网络(WSNs)中节点过早死亡和能耗不均衡的问题,提出了一种基于粒子群优化(PSO)算法的非均匀分簇路由协议。首先,根据网络规模选择固定数目的簇首节点,然后,引入PSO算法和非均匀分簇机制,以簇首节点覆盖范围和簇内节点与簇首之间平均欧氏距离作为评价函数的影响因子,选取一组最优簇首。仿真实验结果表明:所提算法有效改善了受限节点无线测温网络"热区"效应,均衡了节点能耗,显著延长了网络生存周期。     

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.     

改进的异构无线传感器网络路由算法

稳定选举协议因没考虑节点的剩余能量,造成一些低能量节点当选为簇头而过早死亡,而且选出的簇头将数据直接发送给基站,导致部分距离基站较远的节点能量消耗过大而死亡。针对这两个问题,提出了一种适应于异构环境的改进的无线传感器网络路由算法。该算法在簇头选取过程中,加入节点的剩余能量和邻居节点数,使得具有较高的剩余能量且分布在密集区域中的节点当选为簇头的概率增大,并参考图论中的Dijkstra算法,实现簇头到基站低代价传输的多跳通信。仿真结果表明,与传统的稳定选举协议及其改进算法对比,该算法降低了网络的能量消耗,明显地延长了网络的稳定期和生命周期。     

基于SEP协议的最优分簇改进算法

提出基于SEP协议的最优分簇改进算法。根据SEP协议的分簇结构,采用不同竞争时间、考虑剩余能量因素的区首选举策略将网络区域进行优化分区,从而均衡区内能量消耗;提出结合最优簇首数并考虑普通距离因子等因素选举簇首;有机结合簇内单跳和簇区间转发,区首与簇首进行两层路由传输。利用Matlab对所提改进算法进行仿真分析,结果表明,这种基于SEP的改进算法（P-SEP）与SEP、基于新型聚类的非均匀成簇NHRPNC相比,有效地降低了传感器节点的平均能耗,从而延长了网络生命周期。     

一种基于时间延迟机制的WSNs非均匀分簇算法

为减少无线传感器网络分簇路由协议中节点竞争簇首时多余的能耗,解决簇首能耗不均的问题,提出一种基于时间延迟机制的非均匀分簇算法。该算法使能量较多的节点被优先选为簇首,并提出了簇首竞争半径的计算方法,确保其数目稳定且位置均匀分布。成簇过程中,节点根据最小消费函数选择簇首,簇内成员加入时考虑簇首能量、二者距离以及簇首和汇聚节点角度等因素来均衡簇首能耗。仿真结果表明:算法能有效地均衡节点能耗,延长网络寿命,分别比CHTD和EEUC算法延长了35.1%和12.9%。     

基于时空加权目标函数的无线传感网分簇协议

针对无线传感器网络中能量受限的特点,提出了基于时空相关加权目标函数粒子群优化算法（SC-WOFPSO）的分簇协议。首先,该协议使用Kohonen神经网络提取节点间的数据相似性。在分簇过程中,该协议综合考虑了节点间的数据相似性、节点间距离以及节点剩余能量等因素,使用PSO算法进行迭代寻优,寻找最优的簇头集合;在成簇过程中,网络中的非簇头节点为每个簇头分别计算goal函数值,选择加入函数值最大的簇头。最后从网络总能量消耗、网络寿命和网络吞吐量三个性能指标出发,验证了该协议能够有效降低网络能耗、提高网络寿命、提高网络吞吐量。     

基于非均匀分簇的无线传感器网络路由协议设计与研究

针对目前均匀分簇路由协议中存在的簇间能耗不均衡问题和簇首选择的不合理等问题,提出改进方案,形成一个新的无线传感器网络非均匀分簇路由协议UCRP,这个协议充分考虑传感器节点的剩余能量,且基于剩余能量优先选择簇首．并改进LEACH路由协议中单跳通信消耗能量大的缺点。在NS2仿真平台上对协议进行仿真实验,将UCRP算法与原LEACH协议进行比较．结果表明。UCRP算法能很好地均衡网络耗能,并延长网络的生存时间。     

WSN中基于改进樽海鞘群算法的分簇路由协议

针对无线传感器网络能耗不均衡、网络生存期短的问题,提出了一种基于改进樽海鞘群算法的分簇路由协议;所提协议分别从分簇阶段和稳定传输阶段进行优化;分簇阶段,首先对樽海鞘群算法进行改进,引入了精英反向学习策略和动态学习机制,克服了基本樽海鞘群算法局部勘探和全局开发能力不平衡的问题;其次考虑节点的剩余能量和地理位置设计高效的适应度函数,以选出最优簇首,平衡簇间负载;稳定传输阶段,设计了基于最小生成树的簇间路由算法,为簇首构建最优传输路径,在缓解簇首负载的同时提高网络能量利用率;簇内通信阶段,引入轮询控制机制帮助节点构建传输调度,提高时隙利用率;对所提协议进行仿真实验,并与几种前沿协议进行对比;对比结果表明,所提出的基于改进樽海鞘群算法的分簇路由协议能够有效地改善网络性能,从而延长传感网对于目标区域的监测时间,并提高基站接受到的数据包总量。