Heuristic routing with bandwidth and energy constraints in sensor networks

Most of the routing algorithms devised for sensor networks considered either energy constraints or bandwidth constraints to maximize the network lifetime. In the real scenario, both energy and bandwidth are the scarcest resource for sensor networks. The energy constraints affect only sensor routing, whereas the link bandwidth affects both routing topology and data rate on each link. Therefore, a heuristic technique that combines both energy and bandwidth constraints for better routing in the wireless sensor networks is proposed. The link bandwidth is allocated based on the remaining energy making the routing solution feasible under bandwidth constraints. This scheme uses an energy efficient algorithm called nearest neighbor tree (NNT) for routing. The data gathered from the neighboring nodes are also aggregated based on averaging technique in order to reduce the number of data transmissions. Experimental results show that this technique yields good solutions to increase the sensor network lifetime. The proposed work is also tested for wildfire application.     

AZM-LEACH:一种分区自治的多跳路由协议机制

能量高效的多跳路由算法对延长无线传感器网络生命周期具有重要意义。在深入研究LEACH协议的基础上,提出一种均衡节点能耗的分区自治多跳路由改进协议AZM-LEACH。其核心思想是避免离汇聚节点较远的节点与汇聚节点直接通信,从而延长网络生存时间。通过仿真的方法对AZM-LEACH算法进行性能分析与评价。结果表明,AZM-LEACH算法在延长网络生命周期和减少能量消耗方面比LEACH算法有了明显的改善。     

移动传感网中基于虚拟货币的路由策略

移动无线传感器网络中,针对节点基于随机运动模型的路由问题,提出一种基于虚拟货币的低能耗路由策略——DTVC。根据节点的属性和数据消息的属性进行买方和卖方的定价并据此选择转发节点。为了提升网络性能,通过控制数据消息的副本数以及对节点的缓存队列中的数据消息排序,把网络中的节点分为源节点和中继节点,只有数据消息的源节点可以复制该数据消息,并依据数据消息的延迟容忍度对消息进行排序,延迟容忍度越小则优先级越高。为了减少网络中的能量消耗,根据sink节点广播的消息删除缓存队列中已经传输成功的数据消息。在Matlab上的仿真实验结果表明,与基于消息容错的自适应数据传输算法（FAD）、基于距离和能量感知模糊逻辑的路由算法（FLDAER）和基于能耗自选演进机制的路由算法相比,DTVC的数据消息投递率至少提高2.5%,平均副本数至少减少25%。     

基于能量水平的多Sink节点传感器网络路由算法

单Sink节点传感器网络存在着部分关键路径上节点能量消耗过快、路由选择算法单一以及Sink节点失效等问题.首先提出了多Sink节点传感器网络数据收集的系统框架;给出了拓扑发现和维护策略;然后提出了基于最小能量消耗路由算法.在分析了该算法的不足后提出了基于能量水平的路由算法,按照计算得到的能量水平选择最优的路径进行数据传送.实验证明,基于能量水平的路由算法比基于最小能量消耗路由算法能更有效提高传感器网络的使用寿命.     

Termite-hill: Performance optimized swarm intelligence based routing algorithm for wireless sensor networks

A wireless sensor network (WSN) is a large collection of sensor nodes with limited power supply, constrained memory capacity, processing capability, and available bandwidth. The main problem in event gathering in wireless sensor networks is the formation of energy-holes or hot spots near the sink. Due to the restricted communication range and high network density, events forwarding in sensor networks is very challenging, and require multi-hop data forwarding. Improving network lifetime and network reliability are the main factors to consider in the research associated with WSN. In static wireless sensor networks, sensors nodes close to the sink node run out of energy much faster than nodes in other parts of the monitored area. The nodes near the sink are more likely to use up their energy because they have to forward all the traffic generated by the nodes farther away to the sink. The uneven energy consumption results in network partitioning and limit the network lifetime. To this end, we propose an on-demand and multipath routing algorithm that utilizes the behavior of real termites on hill building termed Termite-hill which support sink mobility. The main objective of our proposed algorithm is to efficiently relay all the traffic destined for the sink, and also balance the network energy. The performance of our proposed algorithm was tested on static, dynamic and mobile sink scenarios with varying speed, and compared with other state-of-the-art routing algorithms in WSN. The results of our extensive experiments on Routing Modeling Application Simulation Environment (RMASE) demonstrated that our proposed routing algorithm was able to balance the network traffic load, and prolong the network lifetime.     

无线传感器网络网内数据处理节点的优化选取

能量是无线传感器网络至关重要的资源,数据传输占据着能耗的主体,当前,大多数研究围绕最小化传输能耗而展开.网内数据处理是选择数据传输的某一中继节点作为处理节点,利用该节点所具备的计算能力对原始数据进行处理,再将处理结果返回给接收节点,从而达到降低传输能耗的目的.网内数据处理节点的最优选取,可以最小化数据查询的传输能耗.通过建立数学模型来描述传输能耗与处理节点选取策略的定量关系,提出一种不需要全局网络拓扑信息的低能耗的处理节点选取策略(energy efficient selection strategy,简称EESS).与现有方法相比,该策略使用较少的控制开销并能显著降低数据的传输能耗.模拟实验结果表明,EESS在低密度的网络结构以及长距离的查询操作下具有良好的性能,更有利于延长无线传感器网络的寿命.     

无线传感器网络中数据查询处理算法研究*

提出一种改进的定向扩散路由,将传感器网络分簇,查询兴趣由sink节点发,只在各簇头节点扩散,簇头以广播的方式在簇内发散兴趣消息,簇成员将感知数据传送到簇头节点,簇头负责将收到的数据进行融合后传到sink节点。仿真结果表明,改进后的查询路由比典型的查询路由定向扩散具有更高的能量有效性和更低的时延,能较好地延长网络的生命周期,提高了传感器网络数据查询处理效率。     

负载相似节点分布解决传感器网络能量洞问题

基于多跳路由的传感器网络,靠近sink的节点由于要转发更多的数据,其能量消耗较快.能量消耗的不平衡导致了sink周围产生能量洞(energy hole),造成能量浪费,远离sink的节点还有大量的能量,但产生的数据不能传送到sink.研究了传感器网络的能量洞问题.在网络的连续空间状态下分析节点的负载分布特性,并研究空闲侦听(idle listening)对能量消耗的影响.基于分析结果,提出负载相似节点分布(load-similar node distribution)策略,即根据负载分布特性配置节点,负载重的区域配置较多的节点,以平衡各区域节点的能量消耗,解决能量洞问题.仿真结果显示,在不考虑空闲侦听能量消耗的情况下,与已有的一种非均匀节点分布和均匀节点分布相比,负载相似节点分布策略对网络寿命有显著改善;当考虑空闲侦听时,由于空闲侦听的能量消耗在总能量消耗中占较大比重,影响了网络寿命,但与其他两种节点分布策略相比,负载相似节点分布对网络寿命仍然有所改善.该分析模型和提出的负载相似节点分布策略可适用于其他多跳传感器网络.     

能量高效的传感器网络数据查询路由*

提出一种能量高效的传感器网络数据查询路由EEDQ(energy-efficient data query),EEDQ以sink节点为根节点,构造最小路由生成树,由sink节点发出查询任务,查询结果由叶子节点向sink节点传输,传输过程中进行数据汇聚.实验表明,EEDQ相比direct transmission,大大提高了传感器网络的生命周期.     

节能高效的无线传感器网络非均匀分簇路由协议

为了有效均衡无线传感器网络能耗、缓解能量洞问题、延长网络生命周期,提出了一种节能高效的非均匀分簇路由协议,其核心思想是采用结合计时广播和簇头轮换机制的非均匀分簇（BR—EEUC）算法对网络分簇,并根据代价函数选择代价较低的簇头作为中继节点,形成以汇聚节点为根节点的多跳路由,从而大大降低了能量开销。通过在OMNet＋＋平台上的仿真实验结果表明：与LEACH和EEUC等路由协议相比,该协议有效地均衡了网络能量消耗,延长了网络寿命。     

能量高效的无线传感器网络非均匀分簇路由算法

针对无线传感器网络能量有限的问题,提出了一种能量高效的非均匀分簇路由算法.算法中首先通过在"热区"内选举传送节点,有效的解决了"热区"内负载不均衡的问题;非"热区"内的节点根据节点的剩余能量选举簇头,簇头选举结束后其余节点加入到距其最近的簇头中;节点入簇后,基于相似数据的收集策略,寻找符合条件的相似节点,休眠其中部分冗余的节点;改进的算法中不再每轮结束后都重新选举簇头,减少了能量的浪费;最后在数据传输阶段,采用改进的簇内单跳,簇间多跳的通信方式传输数据.仿真结果表明,本算法有效的降低了能量的消耗,改善了传感器网络的性能,提高了网络的生存时间.     

基于贪婪算法无线传感器网络中继节点布局的研究

为实现远距离的无线通信, 在网络中添加中继节点, 采用多跳路由传输数据。对于中继节点的布局问题, 依据线性结构使网络整体能量消耗最小的特征, 提出一种中继节点贪婪布局算法。该算法通过最近贪婪策略、中继节点通信容量、传感器节点数据转发跳数等约束方法限制中继节点的布局位置。理论分析和实验验证了该算法能够有效减少能量消耗, 延长网络寿命。     

基于单向多汇聚节点的WSN分层路由协议

针对分层无线传感器网络的簇首节点容易成为网络瓶颈制约网络性能的不足,提出一种低能耗的路由协议。采用多汇聚（Sink）节点模式来构建网络,利用RSSI（接收信号强度指示）测出各传感器节点与各Sink节点之间的距离,并依据距离的远近为Sink节点划分作用域。通过传感器节点单向与所属Sink节点通信来降低簇首节点的负担。仿真实验结果表明提出的路由协议能有效克服簇首节点网络瓶颈问题,从而降低网络能耗,提高网络生存时间,对于无线传感器网络应用于大范围数据收集的网络具有重要的价值。     

基于汇聚节点移动的能量均衡路由协议的研究

在无线传感器网络路由协议的设计中,传感器节点的监测数据要以多跳中继的方式向sink汇聚节点进行传输。在sink汇聚节点固定网络,临近sink汇聚节点的传感器节点需要中转其他节点的监测数据,从而耗费大量的电池能量,很容易造成过早地死亡,使网络的连通度下降,甚至会造成网络的分割,缩短了网络寿命。为了解决这一问题,从sink汇聚节点的角度,提出了一个基于sink汇聚节点移动的能量均衡的路由协议——SERP路由协议,通过sink汇聚节点的移动,使其附近的传感器节点不断地发生变化也就是网络内的“热点”不断地发生变化,从而促使传感器节点间的负载得到均衡,达到延长网络寿命的目的。在协议中,首先将无线传感器网络的监测区域分成有限个虚拟单元格,然后以每个单元格的中心作为sink汇聚节点的移动位置,最后通过线性规划确定sink汇聚节点在每个位置的停留时间。针对上述路由协议,对它进行了仿真分析,结果显示网络内节点的能量消耗比较高效均衡,有效地延长了网络寿命。     

Efficient Broadcasting Using Network Coding and Directional Antennas in MANETs

In this paper, we consider the issue of efficient broadcasting in mobile ad hoc networks (MANETs) using network coding and directional antennas. Network coding-based broadcasting focuses on reducing the number of transmissions each forwarding node performs in the multiple source/multiple message broadcast application, where each forwarding node combines some of the received messages for transmission. With the help of network coding, the total number of transmissions can be reduced compared to broadcasting using the same forwarding nodes without coding. We exploit the usage of directional antennas to network coding-based broadcasting to further reduce energy consumption. A node equipped with directional antennas can divide the omnidirectional transmission range into several sectors and turn some of them on for transmission. In the proposed scheme using a directional antenna, forwarding nodes selected locally only need to transmit broadcast messages, original or coded, to restricted sectors. We also study two extensions. The first extension applies network coding to both dynamic and static forwarding node selection approaches. In the second extension, we design two approaches for the single source/single message issue in the network coding-based broadcast application. Performance analysis via simulations on the proposed algorithms using a custom simulator and ns2 is presented.     

改进的LEACH协议在井下通信系统中的应用

无线传感器网络由能量受限的节点组成,通过部署这些节点以便收集特定监测区域内的有用信息.基于层次的LEACH协议通过将节点分簇以实现数据融合.随机选择的簇头节点接收到本簇成员的数据后进行融合处理,将结果传输到汇聚节点.避免每个节点都与远距离的汇聚节点直接通信,从而节约能耗.将无线传感器网络应用于井下通信系统,能够提高通信的安全性.LEACH的分簇结构与矿井内分坑道工作的情况相类似,把每个坑道作为一个簇,将多数传感器节点安置在坑道内的固定位置,少量节点随矿工位置移动,再将这些节点采集的数据传输至簇头节点.本文主要针对井下通信系统的特点对现有的LEACH协议进行改进,优化了簇头节点的选举方法,并允许部分节点采用多跳方式与汇聚节点通信,使其更符合矿井结构的要求,从而节约了能耗,并且有效地延长了网络的生存时间.     

无线传感器网络中一种基于移动Sink的数据收集算法

针对移动无线传感器网络设计一种不依赖于节点地理位置的基于移动汇聚节点(Sink)的数据收集算法(Mobile Sink-based Data Gathering,MSDG)。该算法解决了无线传感器网络中多跳路由通信时出现能量空洞的"热点"问题。Sink沿途以最近的固定节点作为根节点动态构建路由树。簇内移动节点感知的数据经簇头进行数据融合计算,然后将融合后的数据沿路由树反向逐跳转发给Sink。仿真结果表明,MSDG在节点的平均能耗和网络生存时间等方面的性能远超过LEACH、ACE-L等数据收集协议。     

无线传感器网络中一种能量有效的数据存储方法

如何有效地对传感器在过去历史时间段内采集的大量感知数据进行存储,以备将来的信息查询和数据分析已经成为无线传感器网络应用面临的一个难题.介绍了一种基于树型路由的分布式数据存储方法,通过采用动态规划方法选择存储节点,使存储节点能量均衡和所有节点能耗之和最小,从而达到整个无线传感器网络能量有效.仿真实验结果表明,这种数据存储方法能够获得较好的能量均衡和总能耗较小,从而有效地延长整个无线传感器网络的生命周期.     

基于特征选择的无线传感器网络路由标识算法

针对无线传感器网络具有节点数量大、分布范围广、以数据为中心进行路由等特点,提出了一种基于特征选择的路由标识算法。该算法首先通过汇节点向传感器节点发送“询问”数据包,收到数据包的各个节点检查自身特征是否与“询问”内容相符,然后发送一个“答复”信息到网络,完成路由的标识。仿真结果证明该算法可以解决传统路由协议中的冗余信息和广播风暴,在生成、接收信息上具有更好的稳定性,并能够有限地减少能耗。     

Fine grained load balancing in multi-hop wireless networks

In this paper we address the problem of local balancing in multi-hop wireless networks. We introduce the notion of proactive routing: after a short pre-processing phase in which nodes build their routing tables by exchanging messages with neighbors, we require that nodes decide the relay of each message without any further interaction with other nodes. Besides delivering very low communication overhead, proactive routing protocols are robust against some well known active attacks to network routing. In this framework, we develop a proactive routing protocol that is able to balance the local load. Experiments show that our protocol improves network lifetime up to 98% and that it delivers a network that is more robust against attacks that have the goal of getting control over a large part of the network traffic.