融合流量预测和随机退避机制的ADC-SMAC协议设计

为解决D-SMAC等协议对SMAC单一改进及算法存在缺陷的问题,提出融合流量预测和随机退避机制的ADC-SMAC协议。针对节点队列属性不能精确体现网络流量的问题,在流量预报模型的基础上根据时间序列预报算法预测节点未来工作周期的流量值,得到符合实际情况的初始占空比,并结合网络平均剩余能量因子动态改变占空比;针对单一改进问题,在占空比调整的基础上引入快速冲突解决算法并利用节点发送数据包的失败次数及网络的当前状态对该算法进行改进,动态调整竞争窗口的值。NS2仿真实验结果表明:在数据分组不同的发送间隔下,该融合协议的吞吐量相较于D-SMAC提高了约15%、传输时延相较于QDSMAC减少了约20%;在较小的数据分组发送间隔下,协议的能量消耗有较明显的优势;网络生命周期与AdcbTP算法相比,也有所延长。     

分层M2M网络中分簇节点MAC优化研究

在高密度节点分布的分层结构M2M(Machine-to-Machine)网络中,同层簇头间和终端节点一般采用随机机制竞争信道,簇头或终端节点竞争信道机会相近,特别是簇头数据量较大就可能存在延时较大或丢包.为了减小簇头的延时和丢包率,提出了一种BT-MAC算法,在终端节点和簇头间竞争信道时,根据节点需发送数据量反比设定节点退避时间,因此簇头传输的数据量越大,算法设定的平均退避时间就越小,相当于簇头发送的优先级越高,从而减少碰撞,提高簇头接入信道的概率.仿真结果表明,对比常见的DMAC协议和SMAC协议,BT-MAC算法能提高簇头接入信道概率达到较小的平均延迟,同时也能减少节点的平均能量消耗.     

基于多目标优化函数的无线传感器网络负载均衡路由协议

针对目前无线传感器网络路由协议在延长网络生存期和提高网络整体性能等方面存在的缺陷,以平衡网络中节点能量消耗、延长网络生存期为优化目标,提出了一种基于多目标优化函数路由协议. 该协议将节点可用能量、路由跳数和节点之间物理距离等参数引入到路由选择函数中,以实现最优路径的建立和对无线传感器网络性能的综合优化. NS2仿真结果表明,与传统的定向扩散协议相比,数据发送成功率提高了15. 3%,网络能量利用率提升了9. 7%,网络生存期延长约12%,在无线传感器网络中具有显著的优越性.     

一种能量高效的Ad hoc网络路由协议

传统的Ad hoc网络路由协议以最少跳数作为路由选择的标准,导致部分节点过早死亡.为此,文中提出了一种新的基于能量高效的按需路由协议.该协议以AODV路由协议为基础,在路由发现阶段考虑了节点剩余能量情况,将瓶颈节点能量和路径剩余能量平均值作为路由选择度量,选择总体能量充足的路径以避开剩余能量较小的瓶颈节点的影响.仿真结果表明,该协议能够保护能量低的节点,延长其服务时间,实现网络中能量的均衡消耗,延长网络生存时间,提高分组平均投递率,具有较强的实用性.     

无线传感器网络中MAC层超帧重设计

由于无线传感器网络节点能量十分有限,使各节点相对公平地使用信道可以延长网络寿命.在理论分析的基础上,针对现有超帧结构设计的不足,对IEEE 802.15.4的超帧结构进行重新设计,引入分区竞争和分时调度以减少节点产生竞争冲突的概率,并针对分区竞争阶段提出了表征竞争公平程度的特征参数.实验表明提出的方法有效地解决了传统CSMA/CA机制下信道争用不公平的问题,减小了节点最大退避次数和缓存占用率,平衡了整个网络的能量分布,从而延长了网络寿命.     

基于基站辅助定位的无线传感器网络通信协议

无线传感器网络受应用场合和节点结构的限制，要求算法具有低功耗和低复杂度等特点．为此提出了一种基于基站辅助定位的组网算法和路由协议，利用基站对抛撒区域扫描完成网络节点定位和分簇，节点只需接收基站发送的控制信息，节省了通信和计算开销，根据节点剩余能量和信号强度选举簇头、网关，形成以基站为根节点的路由树，减小了成员节点与簇头、簇头与簇头间的通讯耗能，路由协议中定义了源数据包和转发数据包两种数据格式，以实现数据从节点到基站的传输．在此基础上，研究了不同场景下网络的生存期和节点剩余能量、仿真结果表明提出的组网和路由协议能够均衡节点能耗，有效延长网络的生存期．     

一种基于可信度的异构网络汇聚路由协议

无线传感器网络使用多跳通信的模式从感测区域中收集环境数据.为了延长网络的寿命,提出一种基于可信度的异构网络汇聚路由协议.利用节点的剩余能量、可信度以及节点与汇聚节点之间距离选择簇首.在可信度高于一定阈值的前提下,能量剩余高和距离基站较近的节点比能量剩余少和距离基站较远的节点拥有更多的机会成为簇首,模拟实验结果表明,该协议减少了网络中的能量消耗,延长了网络的生命周期.     

一种保障时延能量高效的无线传感器网络路由协议

针对无线传感器网络的低能耗要求以及不同的应用需求,提出一种保障时延、能量高效的路由协议(DGEER).节点沿着最短路径发送时延敏感数据到目的节点,从而使其时延尽可能小;非时延敏感数据根据邻居节点的剩余能量、数据队列占空比和梯度关系来选择下一跳节点,能够在网络发生堵塞时避开网络热点以缓解拥塞.仿真结果表明:与传统的PRTR(potential based real-time routing)协议相比,DGEER协议能够在减小时延敏感数据网络延迟的前提下均衡网络能耗,延长网络生存周期.     

无线传感器网络中基于能量的簇首选择改进算法

针对LEACH分簇路由协议在选簇首时没有考虑节点能量而影响网络寿命的问题，提出了一种根据节点的剩余能量来调节节点生成随机数的大小，从而调整节点成为簇首概率的簇首选择算法，剩余能量越多的节点成为簇首的概率越大。仿真结果表明，此改进算法比LEACH算法能延长网络寿命10%以上,网络性能得到了提高。     

基于节点剩余能量调配的无线传感器网络能量均衡路由协议

针对现有无线传感器网络路由协议中能量消耗不均衡的问题,提出基于节点剩余能量调配的能量均衡路由协议(RESEE).协议对节点间的梯度进行模糊分级,并将模糊等级选择策略与质量评价函数相结合选择下一跳节点,以实现全局的能量均衡;协议采用低能量节点的拒绝与推荐策略、高能量节点的激活策略,以实现局部的能量均衡.仿真结果表明:当节点数为400时,RESEE较定向扩散(DD)路由协议的节点平均能耗降低29%,网络寿命上延长125%,节点剩余能量分布曲线证明RESEE能更均衡地利用有限的能量.     

基于剩余能量的多源无线协作网络中继选择策略设计

在多源多中继协作无线传感网中,单纯基于链路质量的中继选择策略往往会使最佳中继的能量被快速消耗完,造成节点能量消耗的不公平和整个网络寿命的减少。因此,提出了一种基于剩余能量的中继选择策略,重新定义了一个理论有效转发信息包数与中继剩余能量的内积,并以最大化该内积数值作为中继最优的选择标准。仿真结果表明提出的策略能有效平衡网络中各中继节点的剩余能量,以损失平均吞吐量10%左右为代价,换来网络总吞吐量的提升和平均网络寿命延长一倍左右。     

一种基于能量和密度的低功耗自适应集簇分层协议的优化

根据经典的低功耗自适应集簇分层(LEACH)协议,提出了一种新型的簇首节点选择机制,通过加权思想综合考虑了节点的剩余能量和密度参数来优化簇首节点的选择,权衡簇首节点负载均衡和网络生存时间之间的关系,以得到较为理想的加权因子.仿真结果表明:在仿真区域面积为100 m×100 m、节点数目为100的条件下,相比于LEACH算法,该算法将第一个节点的死亡时间延长了19.6%,并且500轮后,网络中的剩余节点数是LEACH算法的5倍多,改善了节点能耗,有效提高了整个网络的生命周期.     

无线传感网络LEACH协议的优化研究

LEACH( Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy低功耗自适应分簇)算法可以有效地解决传感器节点能量限制的问题,显著地延长整个网络的生命周期。但在分簇簇头的选择过程中仅考虑此节点是否在之前的轮中担任过簇头节点,并未考虑节点剩余的能量与其所处的位置,使得簇头的选择并非最优。针对这种情况,本文在原有LEACH路由算法的基础上从节点剩余能量与节点分布位置两方面对其进行优化,提出了一种新的路由优化算法为I-LEACH。仿真结果显示I-LEACH较LEACH协议延长了网络生存周期,降低了网络总体能耗,使无线传感网的整体性能得到一定提升。     

无线传感器网络中基于能量的分级簇算法

针对无线传感器网络中传感器一次性电源供电的特点,提出用极大权中继集的根树模拟虚拟骨干网,构成高效能多级簇树;通过优先选择剩余能量高、与所有邻居交换信息耗能少的传感器节点为簇头的策略和定期更换簇头及移动基站的机制,减小和均衡每个传感器耗能,从而延长全网寿命．仿真结果表明了算法的有效性．     

基于簇结构稳定的分环多跳路由算法

为了提高大型无线传感器网络的稳定性,延长网络出现首个节点的死亡时间,提出一种基于簇结构稳定的分环多跳路由算法CBSM（Cluster structure stability based Sub-ring algorithm over multi-hop routing）.CBSM算法将监测区域划分为许多固定小区,采用基于节点剩余能量和节点位置的代价函数选择簇头.仿真结果表明,基于簇结构稳定的多跳路由算法,能有效延长网络出现首个节点死亡的时间,提高整个网络的稳定性.     

基于模糊控制的环形WSN 多跳分簇路由算法

为解决环形无线传感器网络能量空洞和能量最小问题，提出一种基于模糊控制的分簇路由算法FCＲA ( Fuzzy logic control based Clustering Ｒouting Algorithm) 。首先将网络分为宽度相等的环，以每环能耗最小为目标 函数，计算出各环的最优簇数。然后设计簇头选举模糊控制器，其输入为节点剩余能量和到基站距离，输出为 节点成为簇头概率。最后，采用簇间多跳模式进行数据传输，基于节点剩余能量、下一跳距离以及到基站跳数 确定每条传输路径的权重函数，获得最优下一跳中继节点。仿真结果表明FCＲA 能有效减小网络能 耗、延长网络生命周期。     

基于能耗预测的WSN单跳路由分簇算法研究

针对分簇是实现WSN拓扑控制、节能、网络寿命的延长有效方式之一,基于LEACH的协议结构和能量消耗模型,提出了一种基于能耗预测的分布式单跳路由分簇算法（FED:forecasted energy dissipation）,定义了由其能耗预测指数和剩余能量比例系数动态地确定的节点竞争簇首门限,给出了基于时间优先、能量优先和比例优先竞争策略的FED算法。节点竞争簇首的参数选择与网络规模无关,且最大时间复杂度为O(1)。对时间优先、能量优先和比例优先竞争策略的FED算法的仿真研究结果表明：与LEACH和EECS算法相比,基于能量优先和比例优先的分簇算法较大地延长了网络寿命和提高了网络能量的利用性能。     

Ad Hoc网络模糊逻辑组播算法

为了提高Ad Hoc网络组播的效率,提出了FLMA：一种新的Ad Hoc网络模糊逻辑组播算法。FLMA采用模糊逻辑,以适应Ad Hoc网络拓扑动态变化带来的信息不精确性。以重播分组新增覆盖节点的数量相对度和节点的剩余能量相对度为模糊控制系统的输入变量,以节点重播分组的延迟时间为模糊控制系统的输出变量,优化节点重播分组的优先权。从而减少了分组在网络中的重复传输,降低了节点间的竞争和碰撞,均衡了网络中节点的能量消耗。仿真实验结果表明：相比BCAST算法,FLMA延长了网络生命周期,降低了平均端对端延迟和节点平均丢包率,提高了网络的吞吐率。     

能量均衡的协作中继选择算法

为了最大化协作多中继通信系统的网络寿命,研究了在放大-转发(amplification-forward, AF)中继协作方式下网络寿命的折中优化问题,提出了一种最优能量均衡(optimal energy equilibrium, OEE)的中继协作节点选择方案。通过对AF中继每一跳接收端信噪比(signal noise rate, SNR)的计算,推导了AF两跳中继目的终端的误码率表达式,同时联合节点的剩余能量信息和信道状态信息(channel state information, CSI),利用能量均衡的思想,合理引入和设置优化因子来有效选择转发中继,延长网络寿命。理论分析和仿真结果表明,相比CSI中继选择和模糊综合评价(fuzzy comprehensive evaluation, FCE)中继选择方案,提出的中继选择方案不仅有效地提高了系统的网络寿命,而且在相同信噪比的情况下误码率性能有明显的改善。     

基于节点划分的无线传感器网络自适应分簇算法

为延长网络的生命周期,针对随机部署的无线传感器网络节点均匀分布和能量有限的特点,提出了一种基于节点划分的分布式自适应分簇算法.通过节点的划分均衡簇内负载,利用节点的剩余能量与通信距离信息的自适应加权来优化调整节点竞选簇头的概率.模拟实验结果表明,该算法可有效延长网络的稳定周期和生存时间,数据传输量比LEACH-E算法增加了近20%.