无线传感器网络能量模型

随机抛洒的无线传感器节点形成何种逻辑拓扑结构将直接影响高层通信协议和网络运行能耗,而合理使用有限能量资源是无线传感器网络研究的核心问题.基于传感器节点工作能耗分布特点和数据传输能耗模型,建立传感器节点能量模型和网络传输模式模型,对单跳传输和多跳传输两种方式下的网络总能耗和单节点能耗进行理论计算,并分析不同网络拓扑结构对网络能耗和网络运行的影响.通过理论计算推导出不同网络拓扑结构和传输模式下无线传感器网络总能量消耗公式和网络能耗分布规律,为设计能量有效的无线传感器网络拓扑结构提供指导,为实现无线传感器服务质量体系下的高层通信协议提供理论基础.     

无线传感器网络下的AODV路由协议改进策略研究

由于AODV协议采用单路径路由机制,在应用于无线传感器网络的路由传输时,主要存在节点能量消耗严重不均、路由恢复延迟和开销大的问题。为了进一步均衡节点能量,易于路由恢复,延长无线传感器网络的生命周期,提高传输效率,在AODV协议中引入了路由更新机制和多路径路由机制,同时在AODV协议路由更新时增加了对节点剩余能量的考虑。     

优化生存时间的传感器网络地理机会路由

为延长无线传感器网络的生存时间,提出一种优化网络生存时间的无线传感器网络地理信息机会路由协议GOROL,并根据该协议特征建立了节点剩余能量与转发能效模型.基于此模型,提出了一种自适应转发集优化算法,该机制兼顾了节点剩余能量与转发能效,能优化传输效率并最大化网络生命周期.仿真实验表明,相比能量感知机会路由CORP和GOR,GOROL具有更长的网络生存时间.     

一种分簇式无线传感器网络中高效的路由协议

分簇式无线传感器网络中,由于簇头节点担负数据融合的任务,减少了数据通信量,使得该类网络适合于大规模网络的部署.但已提出的分簇式路由协议中,节点通信过程中耗费的能量多、不能有效地均衡节点消耗的能量,以致部分节点失效快、网络生存时间短.针对现有的分簇式无线传感器网络路由协议的不足,提出一种改进的路由协议,该协议能进一步减少节点的能量消耗,延长网络的生存周期.     

节点分簇和最佳距离相融合的传感器网络路由算法

针对当前路由算法由于无线传感器网络节点分布不均匀、 节点能耗过快等因素严重影响其生存时间的问题, 提出一种传感器节点分簇与最佳距离相融合的无线传感器网络路由算法. 该算法先模拟生物细胞的连接过程实现传感器网络节点的分簇, 再权衡网络生存时间和能量消耗间的关系, 根据簇首与基站间的距离确定数据路由 的最优路径, 最后采用MATLAB R2014b工具箱编程实现路由算法. 将该算法与其他算法进行对比实验, 结果表明, 该算法可以延长整个传感器网络的生存时间, 有效减少网络能耗, 提高了能量的利用率.     

一种面向微电网中无线传感器网络的高能效压缩感知方法

针对微电网数据传输过程中无线传感器网络所面临的数据过载和传输路径单一所导致的个别节点能耗过快的问题,对传统压缩感知算法进行了改进,提出将节点能量也作为传输路径选择的判定因素并作为判定参数加入其信息熵值的计算过程中,从而避免算法由于重复选择相同的传输路径造成网络中个别节点由于能量消耗过快而停止工作的情况出现。在微电网仿真模型下对算法的数据压缩率、收敛速度、重构数据精度和网络生存时间进行了验证,仿真结果表明,在微电网无线传感器网络中应用该方法,对网络生存时间和网络收敛性等性能都有明显提升。     

一种基于过滤器的无线传感器网络复杂查询优化算法

无线传感器网络节点无法获得持久的能量供应,因此高效地利用有限的能量,尽可能多地延长节点工作时间,是无线传感器网络中的重要研究点.介绍了一种基于过滤器的无线传感器网络复杂查询优化算法FbUA.其基本思想是为每一个无线传感器网络节点设置一个过滤器.过滤器本质上是一个由样本值确定的取值区间.当节点采集到新数据时,根据本地的过滤规则决定是否向上提交.这样可以屏蔽某些无用通信,节省节点能量,延长其工作时间.FbUA可以完成Top-k,k-NN等复杂查询.模拟实验结果表明,在多数情况下,FbUA可以节约通信量50%~70%.     

基于GSM的室内无线传感器网络簇头节点

为了实现温室环境信息低功耗、低时延高效无线检测与控制,构建了三层次室内无线传感器网络系统,研制了在网络系统中较关键的具有远程和短距离无线通信功能的网络簇头节点.采用短距离无线通信CC2430模块和全球移动通信系统(GSM)GPRS模块设计网络簇头节点,并利用GSM网络内嵌的TCP/IP协议,设计基于Zigbee技术的无线收发功能程序和GSM网络传输控制功能程序.网络系统试运行表明,网络管理计算机可以随时获取被监测的温室温度等环境信息,与一般无线传感器网络相比,信息传输能耗低、时延小响应快,实现了无线传感器节点和远程管理计算机之间的信息高效无线传输.     

基于蚁群系统的WSN能量有效路由算法

针对无线传感器网络的能量有效性问题,基于蚁群系统的自适应性及动态寻优能力,以及无线传感器网络的自组织特性,提出一种能量有效的路由算法.为了优化路径概率选择,平衡节点间的能量消耗,将节点剩余能量引入本地启发因子.用路径平均信息素水平、路径节点平均剩余能量和路径长度评价路径质量,并将路径质量引入信息素全局更新.在源节点与Sink间建立多条动态优化传输路径,提高传输的可靠性.仿真结果表明,本算法可以减小延迟,提高能量使用效率,有效地延长无线传感器网络的工作时间.     

一种改进的无线传感器网络目标跟踪机制

针对无线传感器网络环境下运动目标跟踪问题,采用簇-树层次型的网络拓扑模型,提出了一种在该模型中改进的各传感器节点的工作机制.详细介绍了模型中节点的工作流程,并通过无线传感器网络中的能量模型方程与原节点工作机制中能量消耗进行比较,实现对网络中运动目标的跟踪.结果表明在不影响跟踪精度的条件下,改进的工作机制可以有效降低通信能量的开销.     

无线传感器网络功率优化算法

无线传感器网络由许多电池能量有限的节点组成,该网络主要收集感知区域的信息.节点能量管理的优化对于延长网络寿命具有重要影响,如果每个节点直接向sink节点或基站发送信息,节点电池很快耗尽,网络也会失去作用.提出了动态路由的新方法以平衡节点能量开销,在Dijkstra最短路径算法和改进遗传算法的基础上,以功率有效性为首要原则,建立了网络拓扑.仿真结果接近最优解,达到节省能量的要求.     

小规模无线传感器网络中GEAR协议的改进

无线传感器网络中基于地理位置的能量感知路由协议（GEAR）在发送数据分组的过程中,由于缺乏足够的网络拓扑信息以及传感器节点能量有限等问题,会遭遇路由空洞,出现短暂路由环现象.针对特定场景下的小规模网络中GEAR路由协议进行优化,提出一种改进的路由机制（SGEAR）.机制基于节点的剩余能量进行选择,对代价函数进行调整,使被选择过的节点、空洞节点、节点能量值低于阈值这3种情况的节点不会再被选择作为下一跳节点.改进算法避免了节点修改自身代价值后,广播消息的不及时造成的短暂路由环现象,提高了时效性,达到更好的性能.仿真结果表明：改进的路由算法能够减少路由空洞个数,进一步降低网络能量消耗,延长网络的生命周期.     

无线传感器网络LEACH路由协议的簇头多跳算法

针对无线传感器网络LEACH路由协议簇头分布不均匀、网络拓扑和能量消耗不均衡的问题,提出基于DCHS簇头选择策略的无线传感器网络LEACH路由协议的簇头多跳算法LEACH-MUL。该算法在非簇头节点中选择一个节点作为通信簇头节点,其它簇头节点进行融合后的数据发送到该簇头节点并进行数据再次融合,最后通信簇头节点将数据融合后的结果数据发送到基站BS。LEACH-MUL算法能够有效地均衡节点能耗,提高能量利用率,延长网络寿命。     

最大化全移动无线传感器网络寿命的可信信息覆盖重定位算法

针对全移动传感器网络覆盖空洞的修复以及网络寿命最大化问题,研究并设计了一种基于可信信息覆盖模型的传感器节点重定位协议。该协议在可信信息覆盖模型下的信息网格的概念下,设计一种局部信息网格结构,通过使用移动最近的冗余传感器节点修复覆盖空洞区域来维持网络的完全覆盖。仿真结果表明,所设计的协议与现有的协议传感器节点重定位协议相比,可以有效减少重定位的移动能量消耗,明显提升全移动传感器网络的工作寿命。     

BBS用户回复网络的演化模型研究

结合复杂网络理论,首先利用获取的真实BBS论坛数据信息构建有向BBS用户回复网络,并分析日增节点数、日增边数、新用户发表原帖数、新用户获得回帖数、节点择优选择概率等的演化规律.其次,提出新的网络构造模型,并进行数据仿真.仿真结果表明,仿真网络的网络结构熵、度分布的演化规律与真实网络基本吻合,在一定程度上能够证明研究方法的正确性,也能解释真实BBS网络的演化规律,具有一定的现实意义.     

防边界收缩的无线传感器网络节点轻量级调度算法

针对高密度部署的无线传感器网络边界节点邻居数量低于内部节点而导致休眠概率不均等进而边界收缩的问题,提出了一种轻量级调度算法.根据邻居表中节点的数量以及邻居节点的工作邻居数量判定节点是否处于网络边界,对于边界节点和内部节点采用不同的调度策略,并分别计算得出处于网络边界的节点被n个邻居完全覆盖的概率和边界节点被n个邻居覆盖的面积分数的范围.仿真结果表明,该算法能够有效缓解边界收缩问题,延长网络生命周期.     

Context-Aware Adaptive Routing for Opportunistic Network

Opportunistic networking-forwarding messages in a disconnected mobile ad hoc network via any encountered nodes offers a new mechanism for exploiting the mobile devices that many users already carry. However, forwarding messages in such a network is trapped by many particular challenges, and some protocols have contributed to solve them partly. In this paper, we propose a Context-Aware Adaptive opportunistic Routing algorithm(CAAR). The algorithm firstly predicts the approximate location and orientation of the destination node by using its movement key positions and historical communication records, and then calculates the best neighbor for the next hop by using location and velocity of neighbors. In the unpredictable cases, forwarding messages will be delivered to the more capable forwarding nodes or wait for another transmission while the capable node does not exist in the neighborhood. The proposed algorithm takes the movement pattern into consideration and can adapt different network topologies and movements. The experiment results show that the proposed routing algorithm outperforms the epidemic forwarding(EF) and the prophet forwarding(PF) in packet delivery ratio while ensuring low bandwidth overhead.     

Efficient Algorithm for Energy-Aware Virtual Network Embedding

Network virtualization is a promising approach for resource management that allows customized Virtual Networks(VNs) to be multiplexed on a shared physical infrastructure. A key function that network virtualization can provide is Virtual Network Embedding(VNE), which maps virtual networks requested by users to a shared substrate network maintained by an Internet service provider. Existing research has worked on this, but has primarily focused on maximizing the revenue of the Internet service provider. In this paper, we consider energy-aware virtual network embedding, which aims at minimizing the energy consumption for embedding virtual networks in a substrate network. In our optimization model, we consider energy consumption of both links and nodes. We propose an efficient heuristic to assign virtual nodes to appropriate substrate nodes based on priority, where existing activated nodes have higher priority for hosting newly arrived virtual nodes. In addition, our proposed algorithm can take advantage of activated links for embedding virtual links so as to minimize total energy consumption. The simulation results show that, for all the cases considered, our algorithm can improve upon previous work by an average of12.6% on acceptance rate, while the consumed energy can be reduced by 12.34% on average.     

环境监测无线传感器网络路由算法研究

针对环境监测无线传感器网络中由于监测范围广,引起距离客户端较远的节点耗能大进而先失效,网络覆盖范围随运行时间而快速缩小的问题改进了LEACH路由算法。充分利用网络节点的冗余度,通过让一部分节点先睡眠再唤醒的方式来取得更大的网络覆盖范围。分别应用LEACH算法和改进的算法对同一配置的环境监测无线传感器网络进行路由测试,仿真结果表明：本文提出的改进算法拥有更低的网络能耗、更长的网络生存时间和更大的网络覆盖范围。此改进算法为工程实践提供了解决路由问题的新思路。     

基于能量阈值自感分区机制的无线传感网簇路由算法

针对当前部署无线传感网中存在的成簇机制僵化、簇头节点难以进行周期性选举且存在簇区域结构难以动态更新的难题,提出了基于能量阈值自感分区机制的无线传感网簇路由算法.首先在初始化的过程中依据能量阈值进行动态初步的节点分割,形成初步的簇头-簇成员的区域结构;然后按照节点归一化能量剩余水平决定在更新周期内是否进行簇头节点的更换,从而实现了簇头节点按能量最优原则的动态周期性的更换;最后通过簇头节点与簇间汇聚节点形成的传输链路实现信息的协同传输及簇间交汇,有效改善了网络数据的传输质量.仿真实验表明:与RMCRW算法、CMEDD算法等相比较,本文提出的新无线传感网簇路由算法能够有效提高无线传感网的生存周期,减少网络控制开销,改善传感数据的传输质量.