无线传感网中链路级能量有效策略的研究

无线传感器网络是一组带有无线收发装置的传感器节点组成的临时性的网络自治系统,由于无线传感器网络的节点是用有限寿命的电池来提供的,因此能量有效策略成为无线传感器网络研究的关键问题.由于传感节点的能耗主要集中在数据的接收和发送过程,因此研究传感节点之间链路级能量有效策略具有重要意义.主要针对链路级能量有效策略的研究,分析和总结了差错编码和低功耗调制的能量有效策略,提出了新的MAC层协议,并给出了OPNET仿真结果分析.     

基于联合节点行为策略的WSN覆盖控制算法

针对无线传感器网络在对移动目标节点覆盖过程中出现网络能量快速消耗问题，提出了一种基于联合节点行为策略的覆盖算法。根据网络模型建立传感器节点与目标节点从属关系，确定覆盖关联模型；利用概率理论求解邻居节点冗余覆盖度，确定最少传感器节点数量；给出了邻居节点覆盖期望值的求解方法；仿真实验表明，该算法与其他算法在网络覆盖率和网络生存周期两个性能指标上均提升了12.39%和15.01%，从而验证了算法的有效性。     

一种高能效无线传感器网络MAC协议研究

为了解决无线传感器网络中MAC层空闲侦听、冲突和控制开销所带来的无效功耗等问题,提出了一种高能效无线传感器网络动态非等分时隙MAC新方法;该方法依据网络拓扑和监测类型分析了覆盖率模型,设计了通过选举最低剩余能量节点为休眠节点的动态选举算法,推导得到了非等分配时隙协议的算法公式,同时,采用簇内单向广播的时钟同步算法保证了网络节点拥有相同的时间基准;在无线传感器测试床上进行仿真对比实验,结果表明该方法较好地实现了动态调节工作节点数量和非等分传输时隙的协议功能,MAC层的能量有效性显著提高;该方法可有效使用网络能量,延长网络生命周期,是一种高能效的无线传感器网络MAC协议。     

无线传感器网络路由算法的研究

无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术,路由协议是其组网的基础,在综合大量路由协议和算法文献的基础上,提出了一种新的无线传感器网络路由算法;在该算法中,信息素的形成不仅考虑节点间的梯度因素,还融合了节点的剩余能量,同时,算法中还设置了节点的能量阈值,以防止一些节点由于作为中间节点转发数据包过早死亡而导致这些节点所在区域失去监控;实验结果验证了该算法的有效性,可以很好地适应无线传感器网络无集中控制和动态拓扑的特点,同时支持多径路由。     

基于异构无线传感器网络的路由协议改进策略

提出使用异构无线传感器网络提高网络稳定通信期的路由协议改进策略。该策略采用链状路由算法的分簇策略既延长了无线传感器在异构环境下的生存周期,也延长了传感器网络稳定期。仿真结果显示相对于分层路由协议LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)和SEP(Stable Energy Protocol)来说,该改进策略在延长网络生存期及稳定期方面表现较好。同时,从仿真结果也可以看出较长的稳定期依赖于异构网络中高级节点的设置,部份传感器节点需要拥有更多的额外能量。     

一种改进的WSN源位置隐私保护路由算法

在无线传感器网络通信中,针对已有幻象路由协议可能因失效路径而降低源节点安全时间的问题,提出了一种基于最短距离路由的无线传感器网络源节点位置隐私保护路由算法.该路由算法包括初始化过程、改进的源节点幻象路由策略和避开源节点可视区的最短距离路由策略.理论分析和实验结果表明,与已有的幻象路由协议相比,该路由算法生成的幻象节点能较好地远离源节点,并且提高了源节点的安全时间,可以较好地保护源节点位置的隐私安全.     

基于Q-Learning的无线传感器网络生命周期平衡路由

无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)由于容易部署和安装成本低等优势,受到学术界和工业界的广泛关注。然而无线传感器网络的节点在能量、计算能力、存储能力和带宽等方面都存在很大的局限性,复杂的传统网络路由协议无法直接应用到该网络中,因而简单高效的路由协议成为无线传感器网络的研究重点。为了延长传感器的工作时间,文章基于增强学习算法提出一种平衡无线传感器网络生命周期的路由协议Q-WRP。该协议综合考虑了节点的能量、到汇聚节点的跳数、传输时延等信息,为每个转发节点分配计算一个转发质量(即Q值),最终根据各转发节点Q值的大小选择出最优的转发路径。NS2仿真结果表明,该算法延迟了网络第一个死亡节点的出现时间,可以有效平衡网络节点的生命周期。     

一种基于移动性的无线传感器网络分簇路由协议

近年来,包含移动节点的无线传感器网络逐渐得到了广泛应用,传统的无线传感器网络路由协议已不能适用于节点移动的场景。LEACH-Mobile协议是一种较适用于移动无线传感器网络的路由协议,它在LEACH协议基础上对节点移动的处理进行了优化。本文针对移动的场景提出了一种基于移动性的无线传感器网络分簇路由协议MCR,该协议包含了一个基于移动性的簇头选举算法MCE和一个自适应LEACH-Mobile算法ALM,保证了簇头尽可能地在相对移动性最小的节点中选择,充分考虑了节点的移动性因素和剩余能量。仿真实验结果显示,MCR协议能够有效提高在移动环境下的吞吐量。     

无线传感器网络中基于最小跳数路由的节点休眠算法

结合无线传感器网络中的最小跳数路由协议,根据功能的不同将传感器节点分为只进行数据采集的终端节点和既进行数据采集又要转发数据的中间节点两类;提出一种节点休眠算法,对前述两种节点采取不同的休眠/唤醒策略以降低能耗。理论分析和仿真结果表明：所提节点休眠算法节约了节点能量,延长了无线传感器网络的寿命。     

基于社团特性的LEACH协议的改进

针对无线传感器网络分层路由协议LEACH存在的簇首节点分布不合理和网络能量负载不平衡的问题,提出了一种基于社团特性的无线传感器网络路由分簇算法(LEACH-CS)。该算法在基于社团模型构造出无线传感器网络拓扑结构的基础上,通过多跳路由选择策略,完成簇首节点与基站之间的信息数据传递。仿真实验表明,该算法和经典的分簇路由算法LEACH相比,可以达到使目标区域内传感器节点的分布相对均匀,平衡网络能耗的负载度和有效提高网络生命周期的目的。     

一种基于虚拟网格位置的分簇算法

为了延长无线传感器网络生命周期, 提出一种基于虚拟网格的分簇路由算法RPLG. 该算法将监测区域划分为若干虚拟网格, 同一网格内节点自组织成簇. 根据节点所在网格位置和剩余能量启动计时器选取本地簇首, 且簇内成员可以根据局部的信息调整簇的大小, 达到节省能量的目的. 仿真实验和分析表明: 该协议能均衡网络能量, 延长网络的生存时间.     

无线传感器网络能量优化与建模技术综述

由于无线传感器网络的能量受限,如何优化网络能量消耗和评估网络生存周期是当前无线传感器网络研究的首要挑战。在分析无线传感器网络能量消耗特征的基础上,调研传感器网络节点和网络系统的能量优化策略;并针对能量优化存在的不足,分析近几年兴起的无线传感器网络能耗建模工作;从基于无线通信、状态转换、协议栈等方面归纳总结无线传感器网络能耗模型的建模方法;指出跨层能量优化以及软硬件综合的能耗建模技术是无线传感器网络能量研究的重点。     

能量高效的无线传感器网络路由协议

针对目前无线传感器网络分簇路由协议存在的节点能耗不均衡的问题,提出一种基于分簇思想的能量高效的多跳路由协议(EEMR)。该协议首先基于节点临近度将网络划分成簇,采用簇首自适应轮转模式优化簇内节点通信的能量消耗,以高剩余能量短路径向心角的适应度路由算法均衡簇间通信负载和能量消耗,有效避免多跳路由中出现的能量消耗不均衡问题。仿真结果表明,EEMR协议能有效均衡网络内节点的能量消耗,显著延长无线传感器网络的生命期并提高网络能量利用率。     

一种WSN分簇路由协议研究和实现

近年来,我国兴建了众多基础设施,基础设施的健康监测直接关系着人们的生命和财产安全,也关系着基础设施的正常运行,因此研究面向基础设施健康监测的无线传感器网络分簇路由协议至关重要.目前已经有多个成熟平面路由协议和分层路由协议,但它们都存在传感器节点能量有限、结构简单等缺陷.为了延长网络寿命、提高信息传榆的可靠性,就需要对现有的路由协议做一些改进,以适应大规模的无线传感器网络.首先分析了设计无线传感器网络路由协议时面临的挑战,分类总结了典型的无线传感器网络路由协议及其优缺点;然后在详细分析LEACH协议的基础上,对LEACH协议在簇头节点选择和簇间路由方面进行改进,提出了面向基础设施健康监测的无线传感器网络分簇路由协议.将分簇优化算法和簇间多跳路由算法相结合,组成面向基础设施健康监测的无线传感器网络分簇路由协议.实验仿真表明,该路由协议有效地均衡了网络的能耗,推迟了多数节点的死亡,延长了网络的有效寿命.     

一种能量有效的WSN路由协议

无线传感器网络中节能是首要考虑的问题。有效地延长无线传感器网络的生存时间,达到传感器节点的负载均衡是无线传感器路由网络路由协议的设计目标。由于LEACH协议存在在簇头节点的选举中未考虑节点的能量因素、簇头节点在空间上分布不均及所有簇头节点直接与Sink进行远距离数据传输过程中能量消耗过多等不足,本文提出了一种改进型的节能路由协议LEACH-ZED。LEACH-ZED采用区域划分的方式,综合考虑节点能量与到Sink节点的距离,进行簇间的多跳传输,大大改善了LEACH协议的一些缺陷。仿真表明,改进后的协议有效延长了网络的生存时间,降低了整个网络的能耗,从总体性能上看优于LEACH协议。     

Dynamic cluster head for lifetime efficiency in WSN

Saving energy and increasing network lifetime are significant challenges in wireless sensor networks （WSNs）. In this paper, we propose a mechanism to distribute the responsibility of cluster-heads among the wireless sensor nodes in the same cluster based on the ZigBee standard, which is the latest WSN standard. ZigBee supports ad hoc on-demand vector （AODV） and cluster-tree routing protocols in its routing layer. However, none of these protocols considers the energy level of the nodes in the network establishing process or in the data routing process. The cluster-tree routing protocol supports single or multi-cluster networks. However, each single cluster in the multi-cluster network has only one node acting as a cluster head. These cluster-heads are fixed in each cluster during the network lifetime. Consequently, using these cluster-heads will cause them to die quickly, and the entire linked nodes to these cluster-heads will be disconnected from the main network. Therefore, the proposed technique to distribute the role of the cluster head among the wireless sensor nodes in the same cluster is vital to increase the lifetime of the network. Our proposed technique is better in terms of performance than the original structure of these protocols. It has increased the lifetime of the wireless sensor nodes, and increased the lifetime of the WSN by around 50% of the original network lifetime.     

Energy conservation in wireless sensor networks: a rule-based approach

The research reported in this paper addresses the problem of energy conservation in wireless sensor networks (WSNs). It proposes concepts and techniques to extract environmental information that are useful for controlling sensor operations, in order to enable sensor nodes to conserve their energy, and consequently prolong the network lifetime. These concepts and techniques are consolidated in a generic framework we term CASE: Context Awareness in Sensing Environments framework. CASE targets energy conservation at the network level. A subset framework of CASE, we term CASE Compact, targets energy conservation at the sensor node level. In this paper, we elaborate on these two frameworks, elucidate the requirements for them to operate together within a WSN and evaluate the applications they can be applied to for energy conservation.     

基于改进CPSO算法的无线传感器网络路由协议

为了降低节点能量消耗,延长网络生存周期,提出一种基于混沌粒子群算法（Chaotic Particle Swarm Optimization,CPSO）的无线传感器网路由协议。该协议改进了LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）协议的簇头选择机制,考虑节点剩余能量、簇头到基站（Based Station）的距离等因素,通过混沌粒子群算法对簇头选举进行优化。簇头选举后,通过多跳算法对簇头到基站的通信方式进行优化。仿真结果表明,与传统的LEACH协议比较,新协议能减少能量消耗,延长网络寿命。     

A multicast reprogramming protocol for wireless sensor networks based on small world concepts

Automatic reprogramming is an important and challenging issue in wireless sensor networks (WSNs). A usual approach is the over-the-air programming (OAP), which is a fundamental service based on reliable broadcast for efficient code dissemination. However, existing OAP protocols do not enable the reprogramming of a subset of the sensor nodes in a WSN. Hence, in this work we propose a multicast-based over-the-air programming protocol that considers a small world infrastructure (MOAP-SW). The small world model is used to create shortcuts toward the sink in the communication infrastructure of sensor networks. The endpoints of these shortcuts are more powerful nodes, resulting in a heterogeneous wireless sensor network. Simulation results show the feasibility of the protocol regarding the number of messages transmitted, the energy consumption and the time to reconfigure the network.     

无线传感器网络中的地址分配协议

地址用来标识节点,使能网络通信协议,在无线传感器网络中扮演重要角色.由于无线传感器网络中节点众多,再考虑其网络动态性,手动地为每个节点分配地址是一件繁琐甚至无法完成的工作,于是,地址分配协议成为必需.由于无线传感器网络自身所具有的特点,传统的DHCP协议和ad hoc网络的地址分配协议对其不再适用.分析了无线传感器网络地址分配协议的必要性,总结了地址分配协议需要解决的问题和所面临的挑战,并对已有地址分配协议进行了分类.介绍和比较了当前有代表性的地址分配协议,并指出了它们的问题,分析了地址分配协议下一步研究的重点.