基于虚拟网格的无线传感器网络分簇路由算法

针对WSNs路由协议中链路通信负载不均引发的能量空洞问题,提出一种基于虚拟网格的动态聚簇策略IDCS和考虑数据转发延迟的最大化网络生命周期的动态负载均衡路由算法DCDLB。IDCS依据节点的通信半径将网络划分成若干虚拟网格,采用考虑节点能量和位置因素的分布式簇首选举策略,并引入基于簇首能量水平的动态簇首轮换机制。DCDLB综合考虑簇首间能耗均衡和数据多跳转发延迟来构建路由,实现网络生命周期的最大化。实验结果表明,DCDLB路由算法在延长网络生命周期和降低数据转发延迟方面优于LEACH,HEED和CRVB路由算法。     

有效能量空洞避免的无线传感器网络混合多跳路由算法

针对在无线传感器网络(WSN)的分簇路由算法中,节点之间能量消耗不均衡容易引发"能量空洞"现象的问题,在研究平面和层次路由协议的基础上,提出了一种有效能量空洞避免的混合多跳路由算法。首先,引入热点区域划分的概念对监测区域进行划分;然后,在分簇阶段,对热点区域外的节点采用非均匀分簇结构,融合簇内数据以减少流入热点区域的数据量;其次,对热点区域内的节点不采取分簇以降低区域内节点的分簇能耗;最后,在簇间通信阶段,通过粒子群优化(PSO)算法寻找同时满足相邻两跳间最大通信距离的最小化和最大通信跳数的最小化的最优传输路径,实现整个网络的能量消耗最低。理论分析和实验结果均表明,所提算法在能量有效性和能耗均衡分配方面都要优于基于增强学习的生命期优化路由协议(RLLO)和基于模糊理论的多层分簇式路由协议(MLFC),网络生存周期分别提高了20.1%和40.5%,可以有效避免"能量空洞"。     

基于最小生成树的非均匀分簇路由协议

针对无线传感器网络中利用分簇技术,簇首到Sink节点通信采用多跳路由方式容易引起"能量空洞"的问题,提出了基于最小生成树的非均匀分簇路由协议.该协议在簇首选举阶段,以节点剩余能量、节点度、节点能量消耗速度为权重计算簇首竞争等待时间,选用簇首竞争等待时间小的节点为簇首,以均衡能量;簇形成后,以剩余能量、簇间的距离和能量消耗为参数构建基于最小生成树的最优传输路径通过多跳方式将数据发送到Sink节点.仿真结果表明,该路由协议能有效均衡能耗,延长网络生命周期,延缓"能量空洞"的形成.     

带有重叠区域的多跳非均匀分簇路由算法

能耗作为衡量无线传感器网络性能的一项重要指标,通常将延长生命周期、均衡能耗作为网络协议重要的设计目标.针对静态、异构、非均匀分布的网络模型,设计带有重叠区域的分簇及簇内单跳、簇间多跳的路由算法 ----- OMU分簇路由算法,该算法中簇头不再作为数据转发节点,而主要用于簇内数据的接收与融合.通过综合考虑节点剩余能量、节点密度及与基站的距离进行簇头选举并进行分簇,形成簇间重叠区域,产生用于数据转发的中继节点.同时,建立簇头与中继节点轮换机制以达到节点能耗均衡的目的,并为每个节点建立能量最省的多跳数据传输路径.仿真结果表明,所设计的分簇路由算法,特别是在大规模部署的无线传感器网络中,能有效减少和均衡能量消耗.     

基于多级能量异构的无线传感器网络能量空洞避免策略

为了缓解无线传感器网络中出现的能量空洞问题,提出了多级能量异构算法(MEH)。该算法对网络的通信负载分布特性进行解析,并根据通信负载分布特性给网络部署初始能量异构的节点,即在通信负载较重的区域配置初始能量较高的节点,以平衡各区域的能量消耗速率,缓解能量空洞问题,延长网络生命周期。仿真结果显示,与已有的低功耗自适应分簇算法(LEACH)、分布式能量均衡的非均匀成簇路由算法(DEBUC)、非均匀部署算法(NDS)相比,MEH算法在网络能量利用率、网络生命周期及网络能耗周期比方面分别提升了近10个百分点,且具有良好的能耗均衡性。实验结果表明,MEH可有效延长网络生命周期、缓解能量空洞问题。     

基于优化成簇多跳的LEACH协议改进

针对无线传感器网络分簇路由协议因簇内和簇间的能耗不均带来的覆盖空洞和能量空洞的问题,提出一种基于优化成簇多跳的LEACH协议改进。依据通信射频能耗模型,在成簇时,采用优化分区和双簇首模式,避免因成簇空间和簇首分布不均带来的"覆盖空洞"问题;在簇间路由时,基于簇首能量和与基站的距离,选择代价最小的路由,弥补了因簇首能耗不均导致"能量空洞"的现象。经仿真实验测试,结果表明,与LEACH及同类改进算法相比,该算法有效地降低了网络能耗,延长了网络生命周期,同时提高了网络数据吞吐量。     

半集中式能耗均衡多跳分簇协议

提出半集中式能耗均衡多跳分簇协议SCPEBMT,协议将基于节点剩余能量选举簇头的算法应用到网络中,同时在簇头之间采用最短多跳路由算法.基站广播簇头信息和最短多跳路由.在建立多跳路由路径以及建立簇的过程中,充分考虑源节点与目标节点的能耗均衡,并提出能量距离的概念.实验结果显示,和Leach协议,EBCA协议,LEACH EE协议相比,SCPEBMT提高了网络能耗均衡性能,延长了网络生命时间.     

基于QEA优化的WSNs簇间路由策略

无线传感器网络(WSNs)路由协议中采用多跳通信方式在一定程度上解决了单跳方式下簇头节点过早失能的问题,增强了网络通信的稳定性,提高网络能量的利用效率。但多跳方式使距离基站较近的簇头节点由于承担了大量数据转发任务,从而造成其过早死亡,出现网络空洞,缩短了生存周期。针对以上问题,提出基于量子进化算法(QEA)优化的分簇路由策略,通过QEA的多样性、快速收敛性、全局搜索能力强等特点,进行簇间路由的优化,从而有效均衡了簇头节点间的能耗。仿真结果表明:与经典LEACH协议和EEUC协议相比,基于QEA优化的簇间路由策略可以有效均衡簇头节点间能耗,延长网络生存周期。     

基于非均匀分环与最小通信代价的路由算法

为了提高无线传感器网络的生命周期,提出了一种基于非均匀分环与最小通信代价的路由算法URMC.算法采用圆环模型,首先为各环分配不同的簇头选择概率;其次以各环节点能耗均衡为目标,推导出各环宽度的表达式;最后通过设计通信代价公式来选择簇头和建立簇间路由树.最终形成一个节点能耗均衡、簇间路由合理的网络.经仿真验证,URMC算法能有效克服能量空洞现象,延长网络的生存周期.     

基于区域分簇的大规模无线传感器网络生命周期优化策略

针对环境监测、电网冰灾监测等大规模监测系统中监测区域覆盖广、传感器数量大等特性,为节约网络能耗以延长生命周期,提出了一种基于区域分簇的大规模无线传感器网络生命周期优化策略(RCS).该策略首先利用传感器节点的位置信息进行凝聚的层次聚类(AGNES)算法将大规模网络分区以优化簇首的分布;其次,候选簇首节点竞选簇首成功后进行不均匀分簇,同时加入时间阈值来均衡簇首节点的能耗;最后,采用簇间多跳路由,根据节点剩余能量、与汇聚点距离计算网络能耗代价来构建最小生成树进行路由选择.在仿真实验中,该策略与经典的低功耗自适应分簇(LEACH)协议和能量高效的非均匀分簇(EEUC)算法比较,簇首能耗平均分别减少了45.1%和2.4%,网络生命周期分别延长了38%和3.7%.实验结果表明,RCS在大规模网络中能有效均衡整体网络能耗,显著延长了网络的生命周期.     

无线传感网络数据转发最佳权重选取算法仿真

为了有效提高无线传感网络数据转发的有效性和可靠性,针对传统的数据转发算法存在的数据转发率低、延时长等问题,提出一种基于蚁群优化的无线传感网络数据转发最佳权重选取算法。选择无线传感网络数据节点负载、剩余能量以及数据转发时延作为网络服务性能评价指标,利用熵权系数法自适应地确定评价指标的权重。引入数据转发链路容量和链路距离等因素建立数据转发时延最小的优化模型,利用蚁群算法的节点概率函数机制找出能同时满足时延带宽和数据转发链路容量要求的评价值最高的邻居节点,通过上述节点选取数据转发最优权重,完成数据转发。实验结果表明,所提算法在节点能量消耗、转发延迟、数据转发率等方面都优于现有无线传感网络数据转发算法。     

一种可调节转发区域的水下传感器路由

水下无线传感器网络路由是水下物联网重要组成部分,可靠高效节能是水下无线传感器网络路由最关心的问题;针对水下无线传感器网络节点路由中能量消耗不均衡和过多冗余转发增加能耗而导致水下无线传感器网络生存周期缩短的问题,提出一种可调节转发区域的水下传感器路由协议(ESAFDBR);ESAFDBR路由协议考虑了当前节点深度和剩余能量,还考虑节点两跳邻域内信息,以这种方式有效减少网络遇到空洞的可能性,平衡网络能量;此外,为抑制冗余节点参与转发,设计划分转发区域,并可根据节点密集程度自适应调整划分区域,有效地提高网络性能.     

A two-hop clustered image transmission scheme for maximizing network lifetime in wireless multimedia sensor networks

In traditional wireless sensor networks, normal sensor nodes which measure scalar physical phenomena like temperature, pressure and humidity usually compress the data before sending them out to minimize the communication energy consumption. However, this strategy may not be suitable for image transmission in wireless multimedia sensor networks. In the traditional clustering structure, when the camera-equipped node or the cluster head compresses the images, an energy hole will appear. This is a key factor that affects the lifetime of the network. To avoid the energy hole problem, a two-hop clustered image transmission scheme is proposed in this paper. In the proposed scheme, many redirectors are used to compress and forward the images for the purpose of reducing energy consumption of the camera-equipped node and the cluster head. With adaptive adjustment of the transmission radius in the camera cluster and tasks allocation based on the residual energy of the normal sensor nodes by the camera-equipped node, the energy consumption of the nodes in the network is balanced. The experimental results show that the proposed scheme can prolong the network lifetime dramatically in the case of the sensor nodes deployed densely.     

一种新型能耗优化的无线传感器网络成簇算法

能量消耗一直是限制WSN广泛应用的热门问题之一,能源容量的大小对各个传感器节点产生重要的影响.针对WSN中能耗过快,以及网络区域内能量消耗不均衡而导致的网络生命周期缩短的问题,同时为了提高WSN的能量利用率,提出了一种新型能耗优化的无线传感器网络非均匀成簇算法(UCNE).该算法首先根据节点的历史能耗来竞选簇头节点,将整个网络划分为不均匀的簇群从而平衡簇内节点通信与簇间节点通信的能耗.其次设立新的能量阈值作为网络重新分簇的标准,减少了频繁分簇造成的不必要的控制消息能耗.最后为了降低簇头节点的负担,竞选副簇头节点作为中继转发节点转发主簇头加工的数据并根据权值选择向前向簇头节点传递数据.通过对比相关协议,UCNE协议在平衡网络能耗,延长网络寿命方面表现更优.     

基于网络编码的异构无线传感器网络数据广播协议

本文提出一种适应异构无线传感器网络的能量感知的网络编码数据广播协议(ENCBP)。传感器节点根据邻居能量信息列表实时地计算节点剩余能量的线性映射值。在此基础上,采用能量感知的网络编码转发概率机制,使具有较高剩余能量的节点比低能量节点拥有更高的数据转发优先级,以实现能量均衡的数据传输。另外,采用伪广播机制对协议进行优化,以提高数据包投递率。仿真结果表明,ENCBP不仅可以有效实现网络的能耗均衡,以延长网络的生命周期,还能在一定程度上降低数据包传输时延,从而提高数据通信性能。     

基于链路可靠性的两跳QoS路由

针对工业无线传感器网络对路由协议的QoS要求，研究了一种基于链路可靠性的两跳QoS路由（Link-Reliability Based Two-Hop Routing for QoS Guarantee in Industrial Wireless Sensor Networks， LRTHQR）.采用两跳速度策略和数据优先级调度策略提高实时性，采用改进的信任评估模型以选择可信路径进行路由，采用基于接收功率的链接概率和数据包重传次数作为衡量链路可靠性的指标，同时采用能够综合考虑节点剩余能量和转发能耗的转发策略，以改善网络寿命.仿真结果显示：与未考虑链路可靠性的NCSRT （NodeCredible Security Routing for IWSN Based on THTR）算法相比， LRTHQR算法在丢包率、时延以及包平均能耗方面有着明显优势；与同样侧重QoS要求的LRTHR （Link-Reliability based Two-Hop Routing）算法相比， LRTHQR算法在截止期错失率、路由开销以及包平均能耗方面有着显著提升.     

无线传感网中一种能量均衡的分簇路由算法

无线传感器网络的一个极富挑战性、极其关键的课题就是降低能源消耗以延长网络寿命。文中提出了一种能量均衡的分簇路由算法（CRA—EB）。算法分为三个阶段,即：簇头选择、聚的生成及数据传输。首先基于节点的剩余能量和邻居节点数目来选择簇头。然后每一个非簇头节点根据簇头代价值加入自身通信范围内的簇头。在数据传输阶段,CRA-EB首先在簇内使用单跳通信,然后在簇间使用多跳通信。对簇间通信,簇头以自身为起点对通往基站的各路径代价进行衡量,同时选择其他簇头作为中继节点在这些路径上转发数据。仿真实验结果表明,与LEACH和DEBR算法进行比较,CRA-EB算法在能耗和活跃节点数量方面的性能表现更加高效。     

基于最优连通功率控制的WSNs跨层路由优化算法

针对非连通区域节点空洞效应和热点区域节点间通信干扰导致的路由服务质量（QoS）下降问题,提出了一种基于最优连通功率控制的无线传感器网络（WSNs）跨层路由优化算法。算法采用自适应最优连通功率控制策略,在避免路由空洞产生和保证网络连通性条件下,降低热点区域节点数据转发竞争干扰;通过位置信息、剩余能量和干扰等级的跨层信息交互,动态选取最优转发节点,提高网络整体性能。仿真实验表明：算法能够提高路由（QoS）、优化网络生命周期和降低热点区域通信干扰。     

IRPL: An energy efficient routing protocol for wireless sensor networks

This study aims to overcome the disadvantages of the original RPL (IPv6 Routing Protocol for Low power and Lossy networks) routing protocol (RPL including problems with energy consumption and energy load balance). We developed a relatively balanced RPL – the improved protocol (IRPL). This protocol is based on an efficient clustering algorithm and an effective topology control model of the loop domain communication route. The clustering algorithm can be used to calculate the optimal number of cluster heads by assumption of the network model. Combined with the clustering probability model and the node competition mechanism, the cluster head node in the wireless sensor network was used to complete the clustering process. In the topology control model, the wireless sensor network was divided into concentric rings with equal areas. Nodes determined the best network route, depending on different levels of ring domain and the optimal forwarding communication area defined in this study. Simulation results indicate that the IRPL routing protocol can reduce overall network energy consumption, balance network energy consumption, and prolong network lifetime.     

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。