传感器网络中一种实时的自适应时隙调度算法

无线传感器网络节点数目众多,MAC协议为节点分配工作时隙面临能量利用不高、节点延时较长等方面的难题。目前基于时隙调度的MAC协议一般采用等长的时隙大小,不能适应数据流量变化大的网络且忽略与网络层的融合,没有利用路由层信息来减低时隙分配算法性能代价。提出一种基于路由转发树的时隙调度算法（ATSA）,网络采用簇结构,在簇内构造一棵路由转发树,根据路由转发树形成的路径信息对节点实时获取节点每轮需要发送的数据量大小,根据节点的数据量大小来分配节点每轮需要的时隙,然后由簇头据此动态地为成员节点分配时隙,降低时隙划分的能量和时间代价,减少空闲侦听时间,避免串音。仿真表明,该算法有效地提高了网络能量利用效率,延长了网络生存周期,降低数据包的延时。     

改进的基于蚁群算法的非均匀分簇路由协议

针对无线传感器网络中传感器节点随机分布造成能耗不均和“热区”等问题,提出了一种改进的基于蚁群算法的非均匀分簇路由协议。该协议也采用“轮”方式运行,每轮簇首选举开始阶段,根据节点剩余能量、节点密度,结合节点到Sink节点的距离来构造不均匀的竞选半径,每个节点根据竞选半径范围内邻居节点计算剩余能量比及距离偏差平均值,从而计算出其簇首竞争等待时间,采用时间等候簇首竞选机制来选举出簇首,平衡簇内的通信能耗;数据传输阶段,考虑剩余能量、通信能耗、链路质量、传输时延等因素,采用改进的蚁群算法构造最优传输路径,数据传输的同时更新信息素,从而达到自适应、动态优化地建立和维护传输路径。仿真结果表明,该路由协议能有效节约能量和均衡能耗,延长网络生命周期,改善链路质量,减少传输时延。     

基于时延的无线传感器网络分时分簇算法

文中提出一种新的基于时延的无线传感器网络分时分簇算法(TDCA);算法受簇内时分复用调度机制的启发,采用一种类似的分时机制产生簇头;该分时机制能让局部残余能量最大的节点在相同或不同的时隙内成为簇头,并使簇头分布均匀;簇头采用多跳路由的方式与基站进行通信,通过比较等效通信距离,选择最节约能量的下一跳路由.算法有效解决了无线传感器网络中存在的“热区”问题,均衡了节点能耗;以某200 m×200 m方形区域内布置400个节点的小型WSN为例进行仿真试验,结果表明,TDCA算法能够显著延长网络寿命(分别比LEACH和EEUC算法延长了344％和28％).     

无线传感器网中基于加权负载的时隙调度算法

针对无线传感器网络MAC协议,提出了一种能量有效的自适应时隙调度算法EATA。算法基于簇结构，由簇首根据节点加权通信负载动态调度各节点占空比，减少节点的空闲侦听时间；并通过动态调节时隙更新频率和顺序以降低时隙划分的能量和时间代价。仿真表明，在控制数据包时延的前提下，算法有效地提高了网络能量有效性，延长了网络生存周期。     

基于簇的能量均衡无线传感器网络时间同步算法

针对现有时间同步算法应用于多跳无线传感器网络时存在的误差累计和能耗不均衡问题,提出一种基于簇的能量均衡时间同步算法。该算法基于簇状分层的网络拓扑,簇首之间采用双向监听机制代替双向交换机制,以减小通信开销和发送时延带来的同步误差;簇成员节点利用双向交换和单向广播相结合的机制与簇首同步,并通过最优剩余能量选取回应节点,均衡簇内节点能耗。对提出的新方法和传统的同步算法在精度和能耗方面进行理论分析和仿真验证,结果表明,该算法在保证较高同步精度的前提下可以减小通信开销,均衡网内节点能量消耗,延长网络生命周期。     

无线传感器网中基于时隙轮循的串音控制策略

提出了一种基于时隙轮循的无线传感器网络MAC协议串音控制策略。此策略以簇结构组织网络,由簇头为簇内节点分配互不重叠的工作时隙,并以自带信令的方式来避免节点之间可能的串音。理论分析及仿真表明采用时隙轮循的串音控制策略有效地减少了节点间的串音,提高了无线传感器网络MAC协议的能量有效性。     

流量自适应的无线传感器网络簇内通信算法*

提出了一种流量自适应的无线传感器网络簇内通信算法。该算法根据各传感器节点所需传送的数据量来给各节点分配长度不等的时隙,使其能在所分配的时隙内有效地传送完所有的数据,减少节点空闲时和节点从睡眠到活跃状态来回切换时所消耗的能量。不同长度的时隙构成了不同长度的帧,整个簇生存期由不同长度的帧构成。仿真实验证明该算法相对于传统TDMA算法和BMA算法既节省了能量,又提高了信道利用率。     

一种节能的无线传感器网络路由协议的设计与实现

在无线传感器网络的路由协议中,基于簇的路由协议在拓扑管理、能量利用、数据融合等方面具有优势。本文针对目前已有协议能量消耗大、网络寿命短等问题,提出了一种能量感知的基于分布式簇算法的无线传感器网络协议EA-HEED。此协议改进了分布式的簇头选举算法,分配时分复用时隙并在簇头节点建立一棵路由树,从而提高簇头选举效率;设计了休眠冗余节点的簇内活动节点调度算法,减少能耗;采用考虑节点能量和节点与基站距离的簇头节点组织路由树方法、最小化网络开销以及能量负载平衡方法,优化路由协议,有效延长网络寿命。仿真结果表明,与LEACH和HEED协议相比,EAHEED协议可以进一步延长网络寿命。     

基于能耗量化传导的WSN路由探测算法

为了降低无线传感器网络(WSN)路由节点的能量损耗,提高网络的寿命周期,需要进行路由节点的优化分布设计。传统方法采用CSMA/CA有限竞争的信道分配模型进行WSN的路由探测算法设计,实现能量均衡,在节点规模较大和干扰较强时,节能的能耗开销较大。提出一种基于能耗量化传导的WSN路由探测算法,首先建立WSN的分簇能耗调度模型,以能量控制开销、丢包率、传输时延等为约束参量指标进行路由探测的控制目标函数的构建,然后采用路由冲突协调机制进行能耗量化分配,结合WSN传输信道的能量传导均衡模型实现WSN路由的优化探测和WSN节点的优化部署。仿真结果表明,采用该方法进行WSN路由探测设计时网络的能效较高,传输时延和误码率等参量指标的表现优于传统方法。     

压缩感知的能量异构WSN分簇路由协议

分簇路由协议对用于环境监测的无线传感器网络具有较好的节能性,数据压缩可以减少节点通信的数据量,但增加了分簇层次结构簇头的能耗和汇聚节点算法的复杂度,而由高能力节点担任簇头可以实现能量均衡并改善网络性能。针对无线传感器网络能量异构普遍存在的特点,提出了一种基于压缩感知的能量异构分簇路由协议（CSCH算法）。该算法根据异构节点能量确定多极簇头选举的概率,将簇内节点的信息集中在簇头上,而簇头对所采集的数据进行稀疏、压缩,以减少向汇聚节点传输数据的节点数和通信量,汇聚节点利用重构算法可从来自簇头的少量数据中恢复出信号源。同时设计了一种基于正态分布的权值系数,以优化在数据量过少情况下压缩感知算法的信号重构性能。仿真实验结果表明,该协议不仅能充分利用能量异构资源,均衡网络能耗,延长整个网络生命周期,而且能精确恢复信号源。     

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。     

节能感知的无线传感网接入控制与路由优化策略

为降低能耗,延长输电线路监测网络传感器寿命,提出一种新的媒体接入控制与路由联合优化策略。构建无线传感网通信框架,并基于该框架给出一种自适应的簇内调度策略,旨在减少传感器节点的空闲监听,从而降低节点能耗。给出一种按需路由协议,在确保能量等级和信道质量的同时在簇间进行最佳路由选择,基于簇头剩余能量及其到基站的距离,利用非均匀簇技术平衡节点能量分布,延长网络寿命,并构建能耗和延迟模型进行性能评估。实验结果表明,该方案在节能的同时能够显著降低数据传输时延。     

基于CS优化的双簇头分簇路由算法研究

为了减少无线传感器网络(WSNs)分簇路由中簇头的能量消耗,提出了一种基于布谷鸟搜索(CS)优化的双簇头分簇路由算法.CS通过采用节点的剩余能量和节点之间的位置关系来构造适应值函数并选举出最优双簇头.其中,主簇头将数据进行融合,副簇头将融合的数据发送给基站,缓解了以往单簇头同时负责数据融合和传输的双重压力,使得整体能耗在各个节点的分配更均衡.仿真实验表明:与LEACH算法、粒子群优化(PSO)算法相比,CS算法在减小网络能耗以及延长网络生存周期上更具优势.     

A chain-cluster based routing algorithm for wireless sensor networks

Wireless sensor networks (WSNs) are an emerging technology for monitoring physical world. Different from the traditional wireless networks and ad hoc networks, the energy constraint of WSNs makes energy saving become the most important goal of various routing algorithms. For this purpose, a cluster based routing algorithm LEACH (low energy adaptive clustering hierarchy) has been proposed to organize a sensor network into a set of clusters so that the energy consumption can be evenly distributed among all the sensor nodes. Periodical cluster head voting in LEACH, however, consumes non-negligible energy and other resources. While another chain-based algorithm PEGASIS (power- efficient gathering in sensor information systems) can reduce such energy consumption, it causes a longer delay for data transmission. In this paper, we propose a routing algorithm called CCM (Chain-Cluster based Mixed routing), which makes full use of the advantages of LEACH and PEGASIS, and provide improved performance. It divides a WSN into a few chains and runs in two stages. In the first stage, sensor nodes in each chain transmit data to their own chain head node in parallel, using an improved chain routing protocol. In the second stage, all chain head nodes group as a cluster in a self- organized manner, where they transmit fused data to a voted cluster head using the cluster based routing. Experimental results demonstrate that our CCM algorithm outperforms both LEACH and PEGASIS in terms of the product of consumed energy and delay, weighting the overall performance of both energy consumption and transmission delay.     

无线传感器网络中采用预约机制的MAC协议改进

提出一种基于信道预约的MAC协议CR-MAC(channel-reservation MAC),该协议是在S-MAC（sensor-MAC）协议基础上进行的改进。当有数据需要发送时,首先以基于竞争的方式发送和接收信道预约信息,实现信道的按需分配;信道预约完成后各节点按照预约好的时间片进行激活,以时分复用的方式传输数据。CR-MAC协议能够有效地减少节点的空闲侦听和串音干扰,从而降低能量消耗和传输延时。     

增强现实场景下移动边缘计算资源分配优化方法

针对高速数据传输及计算所带来时延和终端设备能耗问题，提出了一种在上行链路采用等功率分配的传输方案。首先，依据增强现实（AR）业务的协作属性建立了针对AR特性的系统模型；其次，详细分析了系统帧结构，建立以最小化系统消耗总能量为优化目标的约束条件；最后，在保障延迟和功耗满足约束的条件下，建立了基于凸优化的移动边缘计算（MEC）资源优化求解数学模型，从而获得最优的通信和计算资源分配方案。与独立传输相比，该方案在最大延迟时间分别为0.1 s和0.15 s时的总能耗降幅均为14.6%。仿真结果表明，在相同条件下，与基于用户独立传输的优化方案相比，考虑用户间协作传输的等功率MEC优化方案能显著减少系统消耗的总能量。     

多宿点无线传感器网络时分多址时隙优化分配算法

针对单宿点无线传感器网络的时延大、容易出现传输瓶颈等问题,提出了多宿点无线传感器网络模型以及该模型的基于遗传算法(GA)的时分多址(TDMA)时隙分配算法。该算法根据宿点的数量以及位置将整个传感器网络划分成多个小传感器网络,并采用遗传算法对时隙分配结果进行优化。仿真结果表明,基于遗传算法的多宿点无线传感器网络TDMA时隙分配算法得到的时隙分配结果在时隙分配帧长度、数据包平均时延以及节点平均能耗方面均要优于图着色算法。     

基于LS-RTS机制和功率可调路由的跨层协议

为了降低线型无线传感网络能耗和传输延时,在改进CLM协议跨层方法的基础上融合其他经典机制,提出了一种适应线型拓扑结构的跨层协议。协议删除中继路由判决以优化原通信判决门限;对节点统一标记链编号形成新LS-RTS机制以提高链路传输率;精简时隙单元和多跳传输时序降低数据传输时延;并引入功率可调路由减少节点路由计算负担以此降低节点能耗。仿真结果表明,相较于CLM和CLR-DCE等两种跨层协议,本文提出的I-CLM跨层协议在降低传输时延的同时整体能耗至少降低了18.75%和7.32%,一定程度上延长了网络生存时间。     

基于DSA的无线传感器网络自适应MAC协议研究

针对工业监测用无线传感器网络高可靠和低功耗的要求,基于TDMA协议提出了一种动态时隙分配(DSA)的自适应介质访问控制(DSA-MAC)协议,通过估计链路质量动态调整节点的时隙长度,提高数据传输的可靠性。该协议中加入了基于接收信号强度指示(RSSI)的自适应功率调整机制,实现网络的低功耗要求。利用CC2530硬件平台实现DSA-MAC协议,并在工业现场进行测试,结果表明:该协议提高了数据传输率并降低了网络能耗,能够适应工业环境的应用需求。     

WSN 中基于能量反馈的分簇路由算法EFCA

分簇技术在无线传感器网络中得到广泛的应用.提出了一种基于能量反馈的分簇路由算法(EFCA).该算法以簇为单位构造数据聚合树,解决了单跳传输外沿节点能耗过快和多跳传输时延过大的问题;同时在簇内选择簇头对,令主次节点分别负责簇间信息传递和簇内信息收集,进一步减小了数据传输延迟;提出的能量反馈机制很好的解决了网络"热区"问题.经仿真验证,可以有效的延长网络的生存时间.