无线传感网中基于能量平衡的数据收集树算法

针对实际应用中传感器节点采样频率不同的特点,提出了一种传感网中基于能量平衡的数据收集树算法(an energy balancing and tree-based data gathering algorithm,EBDGA).EBDGA在基站集中式的构建是以本基站为根结点、基于能量平衡的生成树,根据节点的采样频率定制生成树中子节点加入的策略.仿真实验表明,在这种特定的网络模式下,EBDGA比传统的数据收集树算法PEDAP和PEDAP-PA具有更好的能量平衡特性,提升了能量性能.     

一种基于能量和距离的多级能量异构传感器网络路由算法

为了能有效地利用节点能量的异构性,降低网络能耗、延长网络稳定周期,提出了一种同时考虑节点剩余能量和节点至基站距离的多级能量异构无线传感器网络的分簇路由算法.在节点簇间综合考虑簇头剩余能量及其与基站的通信能耗,以选择合适的下一跳路由节点.仿真结果表明,该算法可以有效地均衡网络能量消耗,延长网络稳定周期.该路由算法在维持节点存活个数、降低网络能量消耗及增加网络数据传输吞吐量等指标方面优于几种常见传感器网络路由算法,表明在综合考虑能量和距离等因素后能够获得比单一考虑能量或者距离的算法更优的运行结果.     

基于混合能量收集的移动边缘计算系统资源分配策略

针对移动终端(mobile terminal,MT)从环境射频源收集能量较少的问题,研究基于混合能量收集的移动边缘计算系统资源分配策略.通过在基站覆盖区域内部署多个磁感应能量快速充电站,当MT从环境射频源收集的能量即将耗尽时,在附近的磁感应能量快速充电站补充能量.MT通过移动边缘计算将计算任务分流到边缘服务器.将资源分配问题建模为优化问题,以最小化MTs总能量消耗为目标,同时满足MT最大计算能力、边缘服务器最大计算资源、任务计算总时延和MT电池能量的约束条件.通过引入量子行为粒子群优化算法,获得次优解.仿真结果表明,与标准粒子群优化算法和相等分配边缘服务器计算资源的方法相比,量子行为粒子群优化算法具有更少的能量消耗.     

基于车载自组织网络的数据和能量协同路由算法

针对车载自组织网络中路边单元具有较高碳足迹和部署成本的问题, 提出一种车载自组织网络中数据与能量协同的路由算法, 通过路边单元间的能量合作及路边单元与下行车辆能量传输的方法, 实现网络生命周期最大化. 其中路边单元节点可从自然界和车辆中收集能量, 并通过能量协作将路边单元节点获得的部分能量传输给邻居路边单元节点. 通过分析数据速率、 传输功率和能量传输, 解决了能量和数据路由中最大网络生命周期的问题, 确定了能量和数据路由联合优化策略的必要条件, 并基于分布式Lagrange-Newton迭 代算法更新数据流、 能量流和功率控制, 使算法能更快地收敛到最优操作点. 实验结果表明, 在车载自组织网络中的能量合作框架可有效改善网络生命周期.     

基于车载自组织网络的数据和能量协同路由算法

针对车载自组织网络中路边单元具有较高碳足迹和部署成本的问题, 提出一种车载自组织网络中数据与能量协同的路由算法, 通过路边单元间的能量合作及路边单元与下行车辆能量传输的方法, 实现网络生命周期最大化. 其中路边单元节点可从自然界和车辆中收集能量, 并通过能量协作将路边单元节点获得的部分能量传输给邻居路边单元节点. 通过分析数据速率、 传输功率和能量传输, 解决了能量和数据路由中最大网络生命周期的问题, 确定了能量和数据路由联合优化策略的必要条件, 并基于分布式Lagrange-Newton迭 代算法更新数据流、 能量流和功率控制, 使算法能更快地收敛到最优操作点. 实验结果表明, 在车载自组织网络中的能量合作框架可有效改善网络生命周期.     

基于射频能量收集的异构网络资源分配策略

针对异构网络中微微基站出现过多用户的情况,研究最大化上行总吞吐量的资源分配问题。通过部署一个具有能量收集功能的中继节点,将微微基站部分用户转移到相邻的空闲微微基站。中继节点具有能量收集功能,可以从专用射频源和环境射频源收集能量。将资源分配问题建模为最优化问题,以最大化微微基站用户的上行总吞吐量为目标,同时满足用户最小数据速率、中继节点能量消耗和发射功率的约束条件。通过引入增广拉格朗日乘子法,获得最优解。仿真结果表明,与传统的将部分微微基站用户转移到宏基站的方法相比,提出的方法具有较大的吞吐量提升。此外,与同样采用中继节点进行辅助通信的等功率方法相比,提出的方法在吞吐量方面有一定程度的增加。     

小小区基站网络中能量有效的分布式动态开关策略

最近,由于小小区基站技术可以有效地提高系统的传输速率,其被学术界与产业界广泛关注.提出了一种在小小区基站网络中新颖的能量有效的分布式动态开关策略.本策略通过控制小小区基站的开关与服务的用户,在考虑能量有效性的同时,优化用户的数据包速率.通过系统级仿真,本算法相比两种基本算法:随机开关策略和用户与数据包接入策略,在数据包速率和单位能量消耗下的数据包速率上,具有可观的性能优势.     

基于覆盖效率的蜂窝网络协作节能优化算法

为了提高无线蜂窝网络的覆盖效率,根据未来蜂窝系统多用户、多业务、多载波、多协议的动态特性,研究基站覆盖效率和能量效率的性能特性,分析覆盖冗余度、业务强度在时间域和空间域上的动态分布,建议一种基于覆盖效率的蜂窝网络协作节能优化算法.该算法根据获得的信息使基站按照特定概率在休眠和激活模式之间动态切换,通过邻基站间的协作对基站激活概率进行优化.仿真表明,该算法能够以较低的复杂度获得显著的性能提升.     

全双工多用户广播信道下的能量吸收效率研究

研究了多用户广播信道场景下的用户能量吸收效率的优化,假设用户终端采用全双工的模式,即用户在接收基站的下行能量信息的同时还会进行上行的数据传输.在保证每个用户的能量吸收效率大于某一阈值且满足基站下行功率发射限制的前提下,最大化用户中最小的上行发射功率.最后,仿真结果证实了提出算法的有效性.     

硬核点过程随机蜂窝网络能量效率优化研究

基于控制/用户平面分离的异构网络架构是5G中的一种重要组网方式.微基站的密集部署引发了巨大的能量消耗问题从而无法保障用户的高质量服务(quality of service,QoS).针对此问题,基于具有最小距离约束特性的硬核点过程(hard-core point process,HCPP),研究了控制/用户平面分离网络架构中能量效率的优化方法.通过联合优化网络频谱分配比、基站的密度和基站配备的天线数量,设计了最小化基站平均能耗的优化问题.由于问题是非凸的,进一步为能量效率优化问题提出了低复杂度的迭代算法,当算法迭代直至收敛可得到天线数和网络频谱分配比的最优解,最终实现基站能耗的最小化.仿真结果表明,该算法在控制/用户平面分离网络架构下有效地降低了基站的平均功耗并提升了系统能效.     

能量收集通信系统中基于深度Q网络的最大化保密速率功率控制策略

研究由能量收集发射节点、目的节点和窃听节点组成的能量收集通信系统中,以最大化平均保密传输速率为目标的发送功率控制问题.在环境状态信息事先未知,且系统模型中信道系数、电池电量、收集的能量连续取值的场景下,提出一种基于深度Q网络(deep Q network,DQN)的、仅依赖于当前系统状态的在线功率分配算法.将该功率分配问题建模为马尔科夫决策过程;采用神经网络近似Q值函数来解决系统状态有无限多种组合的问题,通过深度Q网络求解该决策问题,获得仅依赖于当前信道状态和电池状态的功率控制策略.仿真结果表明,相比较随机功率选择算法、贪婪算法和Q学习算法,提出的算法能获得更高的长期平均保密速率.     

太阳能供电通信基站中的能量特征

针对太阳能供电基站系统中的能量供给具有不稳定性,提出了一种太阳能供电基站系统中的能量行为建模和分析方法。该系统主要由能量采集、能量存储和能量消耗组成。首先对太阳能供电基站的各个组成部分进行能量分析,然后利用随机队列模型对系统能量流过程建模。同时,利用能量采集率、能量消耗率、系统能量中断率和能量饱和率等指标对系统中的能量特征进行量化分析。通过数值仿真的方法分析了基站覆盖半径和能量消耗率、系统能量中断率和能量饱和率之间的关系,并验证了系统模型建模和分析方法的有效性。该方法适用于其他可再生能源形式供电的基站系统中,为可再生能源基站系统的研究和设计提供了理论基础。     

一种基于融合器的多跳能量均衡算法

为了解决现有的分簇算法能量消耗不均衡问题,提出了一种新的基于融合器的多跳能量均衡(MEB)算法.该算法采用定时器并且考虑节点的剩余能量来优化簇头选举,通过选举簇中最多能量的节点作为融合器,对簇头转发的传感数据进行数据融合,然后通过由融合器构建的多跳路由树发送到基站.该算法同时达到了簇内和簇间的能量均衡.仿真结果表明,MEB算法第1个节点死亡的时间比LEACH算法延长了80%左右,比TB-LEACH算法延长了60%左右.MEB算法第1个节点死亡到最后1个节点死亡经历的时间非常短.因此,MEB算法实现了整个网络的能量均衡,提高了网络的稳定度,延长了网络的生命周期.     

用于图像分割的局部区域能量最小化算法

针对点对马尔可夫随机场(Pairwise MRF)模型中像素成对交互的结构不能充分描述图像丰富的局部统计特征问题,在研究Pairwise MRF模型基础上,提出了一种基于局部区域能量最小化的图像分割算法.该算法先利用图像局部区域信息构造局部区域能量模型,建立了一种局部交互的区域马尔可夫随机场分割模型,然后采用无环置信传播(LBP)算法对MRF全局能量进行优化.优化过程中,对局部区域能量进行收敛并按照MAP准则估计局部区域标号,通过LBP算法把局部区域信息传递到邻域区域中去.实验结果表明,所提出的新算法较标准LBP算法具有更好的分割结果,并有效地抑制了图像噪声信号和纹理信号对分割结果的干扰和影响.     

多跳协作中继网络的能量分配及路由算法

为了减少无线多跳网络的能量消耗,提出了一种协作路由算法. 在传统非协作路由的基础上,通过译码-转发与放大-转发混合的协作中继方式减少路由长度. 根据信道状态信息,推导了满足源节点和目的节点之间信道容量的前提下,节点所需的最小发射功率. 结合功率分配,提出了基于路由最小功率的协作路由算法及实现方式. 仿真实验结果表明,该能量分配方式和路由选择算法在保持低功耗的同时,降低了数据误码率,提高了节点的通信可靠性和能量利用率.      

基于能量异构的WSN多链路算法

为了有效均衡网络能耗,提升网络生命周期,提出了一种基于能量异构的多链路算法EHMCA.该算法采用两级异构的网络结构,网络区域被划分为若干等宽子区域,根据各层间距确定最优簇域半径,簇域内根据高级节点的能量和全网平均能量来确定簇首的阈值,各层之间采用簇间多跳路由并行传输机制,因此,在整个网络区域,簇首通过层间多跳多链路并行传输方式和最优簇域内单跳传输的模式将数据传送给基站.算法仿真结果表明,EHMCA的网络性能明显优于其他3种算法,从而验证了EHMCA算法的有效性和实用性.     

基于中继能量收集的协作通信中的吞吐量分析

研究了无线协作通信系统中基于中继能量收集的吞吐量最大化问题。首先对源端单天线工作模型的吞吐量进行了分析,由于无初始能量,中继需要对源端发射的射频信号进行能量收集,当收集的能量达到阈值后,中继将源端发射的信号放大转发至目的端。然后提出源端双天线工作模型,中继同时从两根天线发射的信号中收集能量,当中继收集的能量达到阈值后也同样把信息转发给目的端,在一个时隙内,两个信道中只要有一个信道完成信息转发即拥有吞吐量。仿真分析验证了表达式的正确性,仿真结果还表明提出的源端双天线通信模型的性能优于单天线模型。     

协作WSN路由算法的能耗及其影响因素研究

研究了一般拓扑意义下的无线传感器网络协作路由算法的能耗情况及其影响因素.在Amir协作链路费用模型的基础上,从理论上证明了协作路由传递一定会带来能量节省.同时,从实践的角度研究了节点收发电路能耗对路由算法节能效果的影响.仿真结果表明:在自由空间模型下,能量节省值与收发电路能耗成反比,其极限值为收发电路能耗值为零时的能量节省值;协作路由的能量节省值还与参与协作的节点数量、网络中的节点总数呈正相关的关系.     

分簇认知网络中能量有效的协作频谱感知算法

针对认知网络中用户节点能量受限问题,提出了一种基于分簇网络的能量有效协作频谱感知算法。该频谱感知算法通过对用户节点分簇,缩短感知结果的传输距离。根据对授权用户信号的本地感知和簇内融合的判决结果,设计两次报告审查规则,减少传输感知结果的认知用户数量。以最小化协作频谱感知能耗为目标,建立多变量非线性优化问题模型,并通过逐一变量优化方法求得次优解。仿真结果表明,在保证检测性能的前提下,该算法能明显降低协作频谱感知的能量消耗和传输时延。     

传感器网络中一种基于簇的能量高效数据收集协议

针对在无线传感器网络中节点能量有限的特点,提出一种基于簇的能量高效数据收集协议CEDGP(Cluster-based Energy-efficient Data Gathering Protocol).该协议首先利用相关性对网络分簇;然后利用改进的最近邻居算法构建簇内的数据收集链路;最后将收集到的数据通过多跳方式传送至基站。仿真表明该协议比传统的基于簇的协议具有更好的能量效率和更长的网络生存期。