能量有效和延迟敏感的无线传感器网络数据收集协议

利用移动Sink进行数据收集是无线传感器网络数据收集的一个趋势。本文提出一种能量有效、延迟敏感的移动数据收集协议（Energy—efficient and Delay—Sensitive Data Gathering Protocol for Wireless Sensor Networks,简称EEDS）。EEDS中,移动Sink在网络中穿行,从代理节点收集传感器节点监测到的数据。为了减少数据收集的延迟,采用类TSP（Traveling Salesman Problem）的解决方法,确保移动Sink在各个代理节点中收集数据时,始终选择一条最短路径在网络中行走。模拟仿真表明,提出的数据收集协议在延长网络生命周期以及减少数据收集延迟方面都有显著的优势。     

Sink节点移动的三维无线传感网数据收集算法研究

为克服三维静态无线传感网中的能量空穴问题和提高网络生存时间,考虑Sink节点移动,提出一种Sink节点移动的三维无线传感网数据收集算法(DCA-TWSN),在DCA-TWSN中,提出三维环境下的正方体网格划分方法,建立包括Sink 移动路径选择约束、数据流量约束、能耗约束、链路约束等约束条件的数据收集优化模型,采用最优化方法求解已知Sink节点移动路径的数据收集优化问题,采用修正的蚁群算法求解Sink节点的移动路径问题,获得最优方案。仿真结果表明:不管Sink节点的最大数据收集跳数和传感节点数量如何变化,DCA-TWSN都能寻找到较优的移动路径和数据传输方案,从而提高了网络生存时间和传感节点的平均数据传输率,降低了移动路径长度、平均节点能耗方差和丢包率,比RAND、GREED和EDG-3D更优。     

一种无线传感网的Sink节点移动路径规划算法研究

为寻找传感节点均匀分布时Sink节点的最优移动路径和最大网络生存时间,提出一种无线传感网的Sink节点移动路径规划算法(MPOA).在MPOA算法中,将Sink节点的数据收集范围分解成多个圆环,将监测区域分解成多个网格.根据Sink节点的停留位置和多跳通信方式,采用数学公式表示每一个网格的单位节点能耗,从而获得Sink节点移动的网络生存时间优化模型.采用修正的混合粒子群算法求解该优化模型,获得网络生存时间、Sink节点的停留位置和移动路径的最优方案.仿真结果表明:MPOA算法可寻找到Sink节点的最优移动路径,从而平衡网络能耗,提高网络生存时间.在一定的条件下,MPOA算法比Circle,Rect和Rand算法更优.     

Sink节点移动的无线传感网生存时间优化算法

为提高网络最大生存时间,提出Sink节点移动的无线传感网生存时间优化算法(LOAMSN)。该算法分析Sink节点移动时的流量平衡约束、最大传输速率约束、节点能耗约束等约束条件,将生存时间优化问题转化成优化模型。提出Sink节点的移动方法,即Sink节点利用节点的度值构建其移动路径,按照此路径循环移动收集数据。将Sink节点的移动认为是离散运动,Sink节点移动的生存时间优化模型分解成若干个Sink节点静止的生存时间优化模型,采用牛顿法求解每个Sink节点静止的优化模型,获得网络最大生存时间和节点发送数据量的最优值。仿真结果表明:LOAMSN算法能减少Sink节点停留位置上的节点能耗,平衡网络负载和节点能耗,提高网络最大生存时间。在一定条件下,LOAMSN算法比Sink节点静止时更优。     

数据传输时延和跳数受限的Sink节点移动路径选择算法

考虑实际无线传感网系统中数据传输时延和跳数受限情况,且为降低算法的时间复杂度,提出一种移动无线传感网的Sink节点移动路径选择算法（MPSA）。在MPSA算法中,Sink节点采用分布式最短路径树算法收集k+1跳通信范围内传感节点的相关信息和感知数据,采用虚拟力理论计算边界、障碍物和空洞区域的虚拟斥力、第k+1跳未覆盖传感节点的虚拟引力和所有虚拟力的合力,根据停留次数、合力大小和方向等信息计算当前网格中心的停留时间和下一个停留网格中心。仿真结果表明：MPSA算法根据传感节点的位置、剩余能量等信息,寻找到一条较优的移动路径,从而提高Sink节点的数据收集量和节点覆盖率,降低传感节点的感知数据丢弃量。总之,在数据传输时延和跳数受限下,MPSA算法比RAND算法、GMRE算法和EASR算法更优。     

优化网络生存时间的Sink节点移动路径选择算法

为克服无线传感网的能量空穴问题,采用最优化方法,研究一种优化网络生存时间的Sink节点移动路径选择算法(MPSA)。在MPSA算法中,将单跳传输的无线传感网监测区域分成多个大小一致的网格,Sink节点可移动到任一网格中心,停留收集单跳最大通信范围内的传感节点数据。分析停留位置的全节点覆盖条件和所有传感节点的能耗,建立权衡网络生存时间和Sink节点移动路程的优化模型。提出一种改进的遗传算法,用于求解优化模型,即迭代执行染色体评估、选择、交叉、变异、最小覆盖处理、孤立节点处理等步骤,最终获得优化网络生存时间的Sink节点移动方案。仿真结果表明:MPSA算法能提高网络生存时间,将移动路程保持在较小范围。在提高网络生存时间方面,比RCC算法更优。     

基于遗传算法的移动Sink数据采集信宿路算法

数据收集是部署无线传感网络WSNs(Wireless Sensor Networks)基本目的。而采用移动Sink方式收集节点数据是解决数据收集效率的有效措施。为此,提出基于遗传算法的移动Sink数据采集算法GMSDC(Genetic algorithm-based Mobile Sink Data Collecting)。GMSDC算法利用遗传算法求解最佳驻留点,再由这些驻留点构建Sink移动路径。仿真结果表明,相比于EDAMS算法,GMSDC算法增加了数据收集量。     

基于Q学习的多Sink节点无线传感网路由机制研究

单Sink节点无线传感网存在部分关键区域节点能量消耗过快、路由选择算法单一及Sink节点失效的问题.多Sink节点无线传感网能有效解决上述问题,研究多Sink节点传感网的路由协议及其存在的不足,提出了一种基于Q学习的路由选择机制.利用该学习方法节点综合考虑各种环境因素,进行周期性的学习训练,优化路径选择,最后按照计算得...     

一种广域无线传感网络移动Sink节点路径规划方法

在广域无线传感网络中,大量Sink节点处在移动状态,路径规划过程易受其他节点特征的干扰,导致规划效果较差,提出一种针对广域无线传感网络的移动Sink节点路径规划方法。利用Sink数据采集协议确定节点的最佳位置,通过计算最大网络寿命成本比确定节点的最佳数量后,根据节点的最佳位置和数量规划出最大容量路径。依据最大容量路径计算出Sink节点在四个方向上的权值系数,并沿着最大权值系数的方向移动,完成广域无线传感网络移动Sink节点路径规划。仿真结果表明,所提方法的运行时间低于6 s、路径长度最长为53 cm、拐点数量少于9个、迭代次数高达69次。     

数据收集单元和移动Sink辅助下的信息上传方法

为提升无线传感网数据收集能效,提出了一种基于移动Sink节点的数据上传策略。网络被划分为若干由三个数据收集单元构成的虚拟区域,并在各区域中根据节点剩余能量及其与区域中心的距离远近选出簇头。在数据收集过程中,Sink以固定的速度在遍历点间移动,而仅有簇头节点向其上传数据,从而有效降低了能耗。     

基于二次Bezier曲线的无线传感网避障路径规划研究

用固定Sink节点进行无线传感网内数据采集的传统方式会导致热点区域(hot spot)问题,而采用移动Sink节点进行数据采集可以克服这个问题,从而达到均衡网络能量分布与延长网络生命周期的效果.本文针对类车型机器人作为无线传感网中移动数据汇聚节点的应用场景,提出了一种基于Bezier连续曲线的移动Sink节点避障路径规划算法.本文构建了连续分段Bezier曲线为巡航轨迹,采用人工势场中的斥力场理论实现对多个障碍物的智能躲避,动态调节二次Bezier曲线的内部控制点位置,将障碍物排斥在二次Bezier曲线之外.仿真结果验证本文提出的算法可以实现移动Sink节点规划路径的避障功能,同时Bezier曲线规划算法简单,计算量较小.     

面向动态传感器网络的数据汇集算法

传感器网络中移动终端广泛存在,针对无线传感器网络移动Sink场景,提出一种移动Sink代理机制和网络质量评估策略.根据网络质量决定Sink的移动路径,并在此基础上,从能量均衡的角度提出一种基于角度的数据汇集算法ADC-MS(Angle-based Data Collection algorithm for Mobile...     

WSN中基于压缩感知的分簇数据收集算法

为减少无线传感器网络的数据通信量和能量消耗,基于WSN节点数据时空相关性的特性,提出一种将K-means均衡分簇和CS理论相结合的数据收集方法。首先,通过K-means聚类算法均匀划分网络成簇。然后,各簇首对采集到的数据进行基于时空相关性的压缩感知并传输至基站Sink节点。最后,Sink节点采用OMP算法对收集到的数据进行精准重构。仿真结果表明,该算法有效减少了无线传感器网络的数据通信量和压缩感知算法重构过程所需要的观测量。     

容忍延迟传感器网络中基于分簇的移动Sink动态路由算法

在无线传感器网络中使用移动Sink能有效延长网络寿命。提出一种在容忍延迟传感器网络中基于分簇的移动Sink动态路由算法MSDR（Mobile Sink Dynamic Routing）,移动Sink根据簇头位置构建遍历所有簇头的Hamilton回路,并沿着该路径收集数据。进一步提出基于标记的数据缓存机制,有效解决算法中每一轮之间的数据存储问题。仿真实验结果表明,MSDR算法使网络具有较长的生命周期,能有效平衡网络能耗。     

传感网中延迟限定的非汇聚数据移动式收集

在大规模的无线传感器网络中收集数据,不仅需要考虑节点的能量消耗,而且还需要考虑数据收集延迟.如何有效地均衡节点的能量消耗,同时最小化数据收集延迟,是一个具有挑战性的问题.为了均衡节点的能量消耗,利用移动数据收集器收集数据.以此为基础,提出一种DC-Collection算法来解决数据收集延迟和能耗的问题.首先,在网络中构造最短路径树,网络非连通时,不同的网络子图可以构造多棵最短路径树,它们构成一个最短路径树集合;其次,在每一棵最短路径树上选取部分节点作为采集节点和逗留节点,使得以采集节点为根的限高树的高度不超过h,且在每个采集节点的通信区域内至少有一个逗留节点;再次,在每棵限高树内调整树的结构,让能量高的节点承担更多的子孙节点,最大化限高树的生命周期;最后,移动数据收集器从Sink出发,遍历逗留节点所在位置收集数据,最终回到起点,并将数据发送给Sink.通过理论分析和大量仿真实验,其结果表明:与现有的数据收集协议相比,DC-Collection不仅能够均衡各节点的能量消耗从而延长网络生命周期,而且能够缩短移动数据收集器收集数据行走的路径长度,从而缩短数据收集延迟.     

基于簇首移动的无线传感器网络路由算法

以往的无线传感器网络分簇算法中,簇首位置固定无法移动,缺乏针对网络实时变化的灵活性,在均衡网络节点能量消耗的问题上存在着缺陷。鉴于此,提出一种簇首移动的无线传感器网络路由算法（MCHCA）。MCHCA算法将簇首设置为移动节点,通过网络区域大小及节点传输半径确定合理的移动簇首数目;根据簇内成员的位置坐标和剩余能量的信息,确定簇首每轮所需移动到的最佳位置;移动簇首收集簇内成员的数据并将其融合,传递给Sink节点。仿真结果表明,该算法可以有效地均衡网络节点负载的能耗,提高了网络的生命周期。     

基于三链混合遗传算法的WSNs 中 Sink节点布局优化

对无线传感器网络的设计和布局中,多Sink 节点的布局是其拓扑设计的关键,对网络通信的能量控制至关重 要。本文通过分析其Sink 节点布局模型,提出一种改进的三链混合遗传算法对Sink 节点布局求取最优解。实验表明,三链混 合遗传算法在针对Sink 节点的布局算法中相对于枚举算法,具有较优解,并且算法效率高,可降低无线传感器网络的能耗,改 善网络性能。     

基于改进DV-HOP的道路交通拥堵传感节点快速监测

由于现有交通拥堵监控设备在海量三维交通信息中处理数据的能力较差,导致监测目标延迟较高,故设计一种基于改进DV-HOP的道路交通拥堵传感节点快速监测方法;在待监测区域安置无线视觉传感器,划分子节点与Sink节点,采集车辆通行状况和整体长度;把异常道路数据作为小概率事件,确立速率采集周期及交通状态采集周期,推算历史车辆速率均值和交通数据方差,设定拥堵临界值,分析路段是否产生拥堵;对道路交通拥堵节点进行初始化,确定全部道路交通拥堵节点,并将其转换到二维坐标中;利用改进DV-HOP算法获取道路交通拥堵节点位置信息,得出道路交通拥堵节点监测结果;实验分析表明：设计方法的均等系数值可达0.998,数据传输延时仅为3.5 s,表明交通拥堵监测精度较高。     

稀疏水下传感网中AUV数据移动收集技术研究

由于水下传感器节点的水声通信距离有限、价格昂贵,水下传感器网络中一般采用稀疏方式部署,因此很难保证整体网络的连通性及数据采集效率。自主水下航行器AUV（Autonomous Underwater Vehicle）作为天然的移动数据采集平台,可以弥补固定Sink节点数据采集方式的缺陷。提出了一种基于移动AUV的水下传感网移动数据收集机制。以AUV覆盖区域内的传感器节点作为临时Sink节点,其他传感器节点以临时Sink节点为根节点,采用最小生成树MST（Minimum Spanning Tree）方法将传感数据传输到这些临时Sink节点,然后通过临时Sink节点将汇聚数据传输给AUV。随着AUV的自主移动轨迹,水下传感网的传感数据都能简单高效地被收集起来。仿真结果验证了该方法在保证网络能耗的前提下提高了数据采集效率。