基于改进粒子群的WSN多路径路由算法（英文）

为解决无线传感器网络(Wireless sensor network, WSN)节点能量受限、负载不均衡的问题,提出了一种邻域子空间合作的多路径负载均衡路由算法。算法将节点一跳邻域靠近基站区域内的节点划分在不同区域中,采用改进的粒子群优化算法,以最短距离和最小能耗为优化目标,设计了一个适应度函数来寻找每个区域中的最优节点作为中继节点,通过中继节点所在的不同路径并行转发数据。仿真结果表明,该算法相较于其他负载均衡算法可以更好地降低节点能耗及平均端到端时延,从而使网络负载均衡,有效延长了网络生命周期。     

基于粒子群算法及高斯分布的WSN节点故障诊断

在无线传感器网络(wireless sensor network,简称WSN)中通常需要对网络节点所测量的数据进行处理来判断WSN的运行是否可靠.针对传统算法存在计算复杂、能耗大的问题,提出一种基于粒子群优化算法及高斯分布的WSN节点故障诊断方法.根据粒子群优化算法规则简单和收敛速度快等特点,对节点所测数据进行优化并得到一个相应的阈值范围,通过高斯分布判断所测数据是否满足与所定阈值范围之间的关系来判定节点是否发生故障.试验结果表明,该故障诊断方法能及时、有效地发现WSN异常并诊断出故障节点,提高了WSN工作的可靠性.     

一种基于LEACH的高效路由协议

为解决无线传感器网络路由协议研究中降低单个节点能耗,延长网络生存期等问题,在分析传统的LEACH算法基础上,针对簇头选举、簇形成过程两个问题加以改进,设计了一种基于LEACH的高效路由协议。依据节点的剩余能量、离基站的距离等因素产生簇头;依据普通节点到簇头的距离、簇头到基站的距离等因素成簇。研究结果表明,改进算法在降低节点能耗、延长网络生存期等性能方面有明显的提升。     

能量分布无关的WSN自适应分簇路由算法

针对LEACH算法不适应节点初始能量不同的WSN和簇头完全随机选择的缺点,提出一种能量分布无关的WSN自适应分簇路由算法。算法思想是:1)节点根据自身剩余能量与网络平均能量比值确定是否竞争簇头;2)控制簇头在网络内平均分布;3)簇内节点与簇头1跳通信,簇头与基站采用最小能量路由协议。仿真结果表明,改进后的算法能使节点的剩余能量趋向相等,从而有效地延长整个网络的生命时间。     

基于多维校正的无线传感器网络多维标度定位算法

节点定位是无线传感器网络(WSN)配置和运行的基本和关键问题之一.针对目前已有的多维标度(MDS)定位算法的局限性,提出了一种基于多维校正的分布式无线传感器网络多维标度定位算法(MDS-MC).它通过自适应搜索算法建立局部节点定位区域(Nb),保证了相邻Nb区域的坐标转换,减少了网络中的冗余公共节点;同时根据锚节点间的距离信息修正了节点间的距离估计,并将经典MDS算法与粒子群算法相结合,优化了节点的位置估计,解决了节点间距离不完整时的定位问题.在此基础上,研究了不同场景下节点的定位误差和能耗.实验结果表明,该算法定位精度高、能耗小,特别是对非理想环境有很好的鲁棒性,满足大规模无线传感器网络应用的需要.     

无线传感器网络的能量管理协议研究

能量管理是无线传感器网络的重要研究内容.本文提出了一种分布式的自治能量管理协议,通过邻域内节点的局部协商,确定休眠节点并自适应调整节点的休眠时间,将网络能耗平均分配给每一个传感器节点,从而延长了整个网络的生命周期.仿真结果显示了所提协议的有效性.     

基于TinyOS2.x的WSN图形化仿真平台设计与实现

由于无线传感器网络(WSN)规模大、难以人工维护等特点,仿真实验成为评价大规模无线传感器网络性能指标的重要方法。TinyOS2.x仿真工具TOSSIM只能在字符界面中进行无线传感器网络仿真,并且TOSSIM无法实现节点能量监测。针对现有TOSSIM的不足,根据改进的能耗模型,提出了一种无线传感器节点的剩余能量计算算法;并根据剩余能量计算算法,设计了TinyOS2.x传感器节点剩余能量计算组件和传感器节点应用程序,通过Qt软件开发技术设计了图形化仿真软件。实验结果表明,改进的仿真工具可以直观、准确地实现无线传感器网络实时仿真。     

基于新分簇路由算法的温室监控网络节能研究

针对设施农业发展需求,根据温室结构特性,从能量高效与节点可信度方面出发,提出了一种新的3层无线传感器网络分簇路由算法。该算法分别在簇头节点的选择、簇区的形成和簇间路由通信方式上进行了改进,在簇的形成过程中同时考虑了节点的能量与位置信息,提出了新的簇头选择权值参数,并在选出的第1层簇头节点的基础上,进行阈值划分,均衡了网络的能耗与通信负载。仿真与实际应用结果表明,该算法在节点的能量消耗、网络通信流量等方面优于传统分簇路由协议,应用于温室监控项目中时,新的组网协议体积小,节省能量,均衡了各监控传感器节点的能耗负担,获得较好的拓扑结构,延长了1.5倍网络生命周期。     

无线传感器网络路由协议改进方案

针对无线传感器网络中节点能量的有限性问题,在LEACH协议基础上,采用新型的簇首选择机制,通过考虑候选节点的剩余能量、地理位置等参数来优化簇首选择,从而避免了低能耗和位置不佳的节点被选为簇头;同时为避免簇头节点能耗过多,引入节点度的概念;然后根据簇头离基站的距离对区域进行划分,实现多跳传输,进而保证了网络内节点能量负载的均衡性。仿真实验结果表明,新的算法机制能够更好地均衡网络内的节点能量,从而延长了节点与网络的寿命。     

一种基于LEACH的新型WSN路由算法

LEACH是针对无线传感器网络设计的低功耗自适应分簇聚类路由算法,与一般的平面多跳路由算法相比,LEACH算法可以将网络生命周期延长15%.但是,LEACH算法存在簇首开销较大、重复性成簇过多地浪费系统资源以及簇规模分布不合理等等不足.针对LEACH算法的不足,从簇的形态、成簇方式和簇首选择依据等方面对其进行了改进.改进后的算法采用固定分簇的方式;形成的簇是不均匀簇,即靠近Sink节点的簇的半径较大,而远离Sink节点的簇的半径较小;簇首选择的依据是节点的剩余能量.仿真实验证明,改进后的算法具有更高的能量使用效率.     

树状-多层次无线传感器网络路由协议的研究

对一个基于无线传感器网络的数据采集监控系统,根据所采用无线传感器的通信特性,结合对低功耗自适应分层路由协议(LEACH)的网络结构和数据传输性能的分析,提出一种新的树状-多层次路由协议(TSML)。TSML协议采用簇状拓扑结构,通过汇聚节点广播、传感器节点转发信息实现路由路径的探索,传感器节点按照转发信息的次序建立层次,从而构成一个具有树状结构的多层次网络结构。协议规定所有传感器节点间的路由关系存储在汇聚节点,由汇聚节点发送路由信息来寻找待采集的目标节点,目标节点再按照此路由进行反向数据传输,从而实现数据的实时采集和监控。实际应用表明,基于TSML协议组建的树状多层次网络,具有监测范围广、能耗小、网络结构稳定等特点,适用于数据采集监控系统的网络部署。     

基于成型分区机制的无线传感网簇路由算法

针对无线传感网络部署中面临的数据分布的非均匀效应突出、节点成簇死板及分区机制困难的难题,该文提出了基于成型分区机制的无线传感网簇路由算法。首先按节点与基站距离进行成型化处理和分区;然后通过距离和耗能指标将不同分区内部的节点完成分簇处理,形成区头节点和簇头节点;最后通过两类节点的有机结合来实现无线传感数据的协作传输。仿真实验表明:与EEVC、LEACH算法相比,该文路由算法更能够有效地减缓网络能量开支,稳定网络的传输性能,提升网络数据的投递水平。     

无线传感器网络簇头半径自适应调节路由算法

针对LEACH(low energy adaptive clustering hierarchy)算法以随机概率轮选簇头,存在簇头分布不均匀、簇头数量波动大以及簇头选取时未考虑节点剩余能量等问题,提出簇头半径自适应层次型路由算法(cluster-head range adaptive adjustment clus-tering routing,CRACR),引入节点剩余能量作为权重因子选取簇头,采用自适应调节机制控制簇头广播消息的广播半径大小,根据节点的位置和剩余能量分配时隙。通过仿真实验,结果表明CRACR算法的第1个节点死亡"回合"数比LEACH提高了55%以上,节能性能得到了明显的提高。     

具有能量获取能力的低功耗ZigBee无线传感器网络节点设计

基于ZigBee技术的无线传感器网络具有巨大的应用前景。由于网络节点能量有限,如何设计低能耗的ZigBee无线传感器网络节点,最大限度地利用自身能量,同时从环境尽可能获取能量,是提高网络节点生命周期的二大关键问题。本文一方面系统分析了ZigBee无线传感器网络节点中各个部分引起的能量消耗,提出从节点硬件结构和网络协议两方面来降低网络系统能耗,延长网络生命周期的策略。另一方面提出从环境中获取能量的ZigBee无线传感器节点设计思想,设计开发了具有能量自获取能力的ZigBee无线传感器网络节点,用太阳能光伏电池和风能发电机作为生能器件,用超级电容器和锂离子电池作为储存器件,并采用低功耗的能量获取管理策略,实现了能量的自动获取与充分利用。     

PSO优化的能耗均衡WSNs路由算法

无线传感器网络(WSNs)节点能量和计算能力有限,所以WSNs路由设计的重要目标是降低节点能源损耗。提出PSO优化的能耗均衡WSNs路由算法,用路径探测包收集链路状态信息,将路由优化计算在Sink节点处进行,用PSO进行路由优化,减少了节点负担。算法对PSO的运算规则结合路由问题进行了重新定义,在设计适用度函数时,考虑了节点的剩余能量,以达到能耗均衡。当网络有Qo S需求时,只需在路由探测包和适应度函数上加入相应参数即可,易于扩展。最后用仿真对算法的优越性进行了验证。     

基于802.15.6协议的MAC层接入访问方法研究

近年来,人体局域网(BAN,Body Area Network)迅速崛起,它是通过附着在人体表面或植入人体内的传感器系列节点在人体范围内进行通信的新型无线传感器网络。BAN节点具有能耗小,可扩展性高等特点,在人们的日常生活、医疗等领域广泛应用。它将采集到的生命体征信息ECG(Electrocardiogram),EEG(Electroencephalography)等汇聚到智能终端,通过现有的宽带无线传输网进行数据的传输,即可以实现随时随地的"自我感知""自我跟踪",极大的满足了医疗领域智慧医疗的需求。本文研究了通用网络MAC层中典型的三种接入方式Aloha、S-aloha、CSMA(Carrier Sense Multiple Access),比较其对整体网络性能的影响,并以15.6协议中规定的超帧结构为基础提出了一种具有业务优先级的新型超帧结构。在此帧结构中的竞争阶段运用S-aloha接入机制,在OPNET仿真平台上通过改变节点数个数、信道码率、数据包大小等参数分析对比出最适合BAN接入机制的模型。     

面向城市水资源监测的WSN拓扑控制算法

针对传统的水资源监测系统监测周期长、自动化程度低的问题,提出了一种基于WSN的城市水资源监测系统。对已有的WSN层次拓扑控制的LEACH算法,由于簇头节点在网络内的分布是随机的,容易造成簇成员节点与簇头间、簇头节点与网关节点间的通信距离不平衡,故对此不足进行了改进。通过Matlab仿真软件对算法性能进行仿真,结果表明该改进算法LEACH-E能够更好地均衡节点的能量消耗,在保证网络连通性的前提下,监测网络的生存时间比LEACH算法提升了约26%,从而节约了监测网络的运行成本。