传感器网络中一种非均匀的节点部署算法

传感器节点将收集到的数据传输到簇头,簇头将数据包聚合后再发送到基站。远离基站的簇头,因发送数据的能耗太高而提早死亡。为此,在研究了传感器网络中节点的能耗后,提出一种非均匀的节点部署算法,得出了一个部署传感器节点的密度函数,在远离基站的区域部署较多的节点。仿真实验表明,非均匀的节点部署算法能有效延长网络的生命周期。     

带状无线传感器网络能量高效的节点部署策略

带状无线传感器网络具有特殊的拓扑结构,满足很多重要领域的应用需求。针对带状网络中的能量消耗不均衡问题,分析了带状无线传感器网络在多跳通信时的拓扑结构和能耗模型,在对带状网络进行分簇的基础上,提出一种非均匀的节点部署策略,该策略量化了带状传感器网络中簇内节点的数目关系,并设计了相应的路由协议。仿真结果表明,非均匀的节点部署策略可以缓解带状网络的能量空洞问题,使网络能耗趋于均衡,延长整个网络的生命周期。     

无线传感器网络中非均匀的节点布置

在无线传感器网络中,传感器节点将收集到的数据传输到簇头,经簇头聚合后数据包以多跳方式发送到基站。靠近基站的节点,因转发的数据较多而提早死亡,出现所谓的能量空洞问题。为此,对无线传感器网络中节点的能耗情况进行了研究,提出了一种非均匀的节点布置算法,得出了一个布置传感器节点的密度函数,在靠近基站的区域内布置较多的节点。仿真实验表明,非均匀的节点布置算法能有效延长网络的生命周期。     

能量高效的水声传感器网络多跳非均匀分簇算法

针对现有水声传感器网络(UW-ASN)分簇路由算法存在的能耗不均衡问题,提出了一种能量高效的多跳非均匀分簇(EEMUC)路由算法。通过节点到基站的物理距离建立网络非均匀分层模型,各层区域内的节点根据综合属性值选择簇头,靠近基站的簇的规模小于远离基站的簇。簇间采用多跳路由方式传送数据,从而均衡了簇头的能耗。实验结果表明,所提算法在簇头数目和节点的剩余能量等性能方面优于低能耗自适应分簇路由(LEACH)和能量高效的非均匀分簇(EEUC)算法,从而提高了水声传感器网络的能量效率,并延长了网络的生命周期。     

基于非均匀分簇的无线传感器网络路由协议

在无线传感器网络中,分簇技术是一种有效延长网络生命周期的方法;但是这种多跳的网络模型,如果节点均匀分布并且簇的大小相等,则靠近基站的簇头由于要中继更多的数据,则会导致能量空洞现象;因此提出一种非均匀分簇方法来缓解能量空洞问题;首先,通过节点的剩余能量、到基站的距离以及邻居节点数量来选择簇头;簇一旦形成之后,通过单跳和多跳的混合机制将数据发送到基站;实验结果表明,此协议能有效地延长网络的生命周期,均衡网络能耗,有效延缓能量空洞的形成速度。     

铁路沿线线型无线传感器网络节点部署策略

针对铁路沿线线型无线传感器网络的"能量空洞"现象,提出一种能耗均衡的非均匀部署优化策略.采用等腰三角形分区覆盖部署方式,根据网络规模和能量消耗模型求出分簇距离和簇内节点密度,对网络均匀分区并部署不同密度的传感器节点,同时对节点设置休眠/唤醒机制;通过与均匀部署策略和非均匀部署策略性能的分析对比,仿真结果表明,能耗均衡的非均匀部署优化策略有更高的网络能量利用率,可以有效延长网络生命周期并具有良好扩展性.     

无线传感器网络能量异构非均匀分簇路由协议

基于分簇的无线传感器网络路由协议,采用多跳路由方式传输数据至基站,容易造成靠近基站的节点转发大量数据而过早失效。另外,分簇协议通常假定网络节点是能量同构的,不能有效解决节点能量异构的问题。因此,从非均匀分簇的角度出发,结合局部竞争簇首机制,提出了一种基于能量异构的分簇协议（EHUC）。仿真结果表明该协议能够有效应用于能量异构的无线传感器网络,并延长网络的生命周期。     

基于权值的非均匀分簇路由算法

节点能量有限是无线传感器网络通信协议设计中的一个重要瓶颈,因此,在无线传感器网络中,考虑网络节点能量的高效利用具有十分重要的理论和实际意义。因而,提出一种基于权值机制的非均匀分簇路由算法,该算法采用权值的局部竞选簇首策略,簇首根据距离信息构建大小不均的多个簇,簇成员节点以链式结构向簇首传送数据,最后簇首采用多跳的方式向基站传送数据。实验仿真结果表明,提出的新算法能有效地降低和均衡网络节点能耗,改善"热区"问题,显著地延长网络生命周期。     

点能量密度平衡的无线传感器网络基站移动策略

数据收集是无线传感器网络的一个基本功能。由于部署在基站周围的传感器节点承担着网络内大部分的负载,因此导致能量迅速耗尽,现有的基站移动策略可以通过基站的移动实现网络内传感器节点的负载平衡以延长网络寿命。但是现有负载平衡的基站移动策略只能在传感器节点被均匀布撒的情况下才能有效地延长网络寿命,其他情况下不能达到延长网络寿命的效果。因此本文定义了点能量概念用以表示传感器网络对感知区域每个点的感知能量,并给出了有效的点能量密度计算方法。通过点能量密度消耗分析,提出了一种点能量密度平衡的基站移动策略(energy-density-balance base stationmovement,简称EDB-BSM)。通过理论分析和仿真试验验证,相对于固定基站模式和基站随机移动模式,该移动策略能够在各种传感器节点分布情况下有效的延长网络寿命,并具有良好可扩展性。     

采用半贪心优化的节点非均匀分布路由协议

为避免无线传感器网络中因节点能耗不均衡而产生的能量空洞现象,延长网络生命周期,提出采用半贪心优化的节点非均匀分布路由协议。首先在网络监测区域分层的基础上,计算各层感知数据转发能耗,根据各层网络能耗比例和监测区域覆盖要求,设计了密度递减的节点部署模型;然后基于两跳通信的贪心范围,提出两跳能耗代价估计函数,改进半贪心算法;在簇间多跳通信阶段,利用优化的半贪心算法求解簇头到基站的最优转发路径。仿真实验表明,与现有的几种路由协议相比,新协议能够均衡各层网络节点能耗,延长网络生命周期,有效避免能量空洞现象。     

Random Walk Routing in WSNs with Regular Topologies

Topology is one of the most important characteristics for any type of networks because it represents the network's inherent properties and has great impact on the performance of the network. For wireless sensor networks (WSN), a well-deployed regular topology can help save more energy than what a random topology can do. WSNs with regular topologies can prolong network lifetime as studied in many previous work. However, little work has been done in developing effective routing algorithms for WSNs with regular topologies, except routing along a shortest path with the knowledge of global location information of sensor nodes. In this paper, a new routing protocol based on random walk is proposed. It does not require global location information. It also achieves load balancing property inherently for WSNs which is difficult to achieve by other routing protocols. In the scenarios where the message required to be sent to the base station is in comparatively small size with the inquiry message among neighboring nodes, it is proved that the random walk routing protocol can guarantee high probability of successful transmission from the source to the base station with the same amount of energy consumption as the shortest path routing. Since in many applications of WSNs, sensor nodes often send only beep-like small messages to the base station to report their status, our proposed random walk routing is thus a viable scheme and can work very efficiently especially in these application scenarios. The random walk routing provides load balancing in the WSN as mentioned, however, the nodes near to the base station are inevitably under heavier burden than those far away from the base station. Therefore, a density-aware deployment scheme is further proposed to guarantee that the heavy-load nodes do not affect the network lifetime even if their energy is exhausted. The main idea is deploying sensors with different densities according to their distance to the base station. It will be shown in this paper that incorporating the random walk routing protocol with the density-aware deployment scheme can effectively prolong the network lifetime.     

基于剩余能量预测的WSN模糊分簇算法

为了进一步降低无线传感器网络的能量消耗,延长网络寿命,提出一种基于剩余能量预测的无线传感器网络模糊分簇算法。新算法根据节点到基站的距离和邻居节点的数目,对候选节点转发数据的能耗进行预估,得到节点的预测剩余能量。然后采用模糊算法在综合考虑候选节点的原始能量和预测剩余能量的基础上计算竞争半径,选出多个簇首,构建大小不均的簇。仿真实验表明,与其他路由算法相比,该算法可以更好地优化簇的结构,均衡网络能耗,延长网络的生命周期。     

基于时空特性的无线传感器网络节点故障诊断方法

无线传感器网络中故障节点会产生并传输错误数据,这将消耗节点的能量和带宽,同时会形成错误的决策。利用节点感知数据的空间相似性,提出了节点故障诊断的算法,通过对邻节点所感知的传感数据进行比较,从而确定检测节点的状态,并将测试状态向网络中其他相邻节点进行扩散。对于网络中存在的节点瞬时故障,通过时间冗余的检测方法,降低故障诊断的虚警率。该算法对实现故障节点的检测具有较好的性能,实验结果验证了算法的可行性和有效性。     

基于蚁群优化的无线传感器网络路由算法

如何在资源受限的无线传感器网络中进行高效的数据路由是无线传感器网络研究的热点之一。基于群智能优化技术的蚁群优化算法被广泛应用于网络路由算法。提出一种无线传感器网络蚁群优化路由算法,能够保持网络的生存时间最长,同时能找到从源节点到基站节点的最短路径;采用的多路数据传输也可提供高效可靠的数据传输,同时考虑节点的能量水平。仿真结果表明:提出的算法延长了无线传感器网络的寿命,实现无线传感器网络在通信过程中快速、节能的路由。     

基于能量感知的无线传感器网络层次型路由协议

为了有效平衡负载,满足大规模网络的需要,提出了一种基于能量感知的无线传感器网络层次型路由协议。该协议基于能量消耗模型,根据节点与基站的距离将网络中的节点划分为不同的层次。每层次内的节点轮流当选负责收集该层内所有节点数据的汇聚节点。汇聚节点的数据逐层转发和聚合,最后传送到剩余能量较大的一个汇聚节点——超节点,由其将数据发送到基站。汇聚节点变迁、超节点变迁机制用于均衡节点能量消耗,延长网络生命周期。NS2仿真结果表明,该协议可以有效节省能量,延长网络生存时间。     

无线传感器网络中基于关联度的多查询优化

无线传感器网络是一种以数据为中心的网络,用户通过基站向网络提出查询请求获取所需数据。如何通过多查询的优化来减少传感器节点的能耗以延长网络生命期是无线传感器网络中需要解决的关键问题之一。提出了基于关联度的多查询优化算法,其基本思想是节点通过节点与候选父亲节点之间的关联度来选择父节点,从而被相同查询覆盖的节点聚集成一个组,多个查询间共享组中节点的数据,在网络中对查询数据进行有效的融合,充分减少了网络的数据传输量,延长了网络的生命期。理论分析和模拟实验表明该算法可以充分减少数据传输量,从而达到节能的目的。     

无线传感器网络中节点故障诊断方法的研究

无线传感器网络中故障节点会产生并传输错误数据,这将消耗节点的能量和带宽,同时会形成错误的决策。利用节点感知数据的空间相似性,提出了节点故障诊断的算法,通过对邻节点所感知的传感数据进行比较,从而确定检测节点的状态,并将测试状态向网络中其他相邻节点进行扩散。该算法对实现故障节点的检测具有较好的性能,实验结果验证了算法的可行性和有效性。     

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。     

一种基于多播分发树的无线传感器网络代码分发协议

代码分发协议是无线传感器网络（WSNs）在实地部署之后进行软件更新的关键技术。针对现有代码分发协议对特定目标节点分发时需要传输冗余代码镜像的问题,提出了一种基于多播分发树的代码分发（MTCD）协议。MTCD协议通过建立基站节点到目标节点的分发树路径来降低网络中参与代码分发节点的个数,从而降低数据冗余传输和网络能量消耗。TOSSIM仿真结果表明：与TinyOS的标准代码分发协议Deluge相比,MTCD协议在分发时间和数据包传输方面都有更优的性能。     

基于学习自动机的无线传感网能量均衡分簇算法

优化簇首选择、均衡节点能量负载以延长网络存活时间,一直是无线传感器网络分簇协议研究的重点。针对无线传感器网络节点随机分布的情况,在基于学习自动机(Learning Automata, LA)的ICLA算法基础上,提出一种兼顾节点密度的能耗均衡分簇算法。在簇头选举方面,综合考虑节点剩余能量和节点密度,利用学习自动机与周围环境进行信息交互和动作奖惩,选择出相对较优的簇头;根据簇首与基站距离和其节点密度构造大小非均匀的簇,实现不同位置不同网络疏密程度下簇内和簇间能耗互补均衡;构造了基于簇首剩余能量、簇内节点密度和传输距离的评价函数,并运用贪婪算法选择出最优中转簇首进行多跳传输。仿真实验结果表明,该算法能选择出更为合理的簇头,有效地均衡网络能量负载,延长网络生存时间。