基于协同路由算法的无线传感器网络能量空洞避免

在多跳的无线传感器网络中,靠近sink的节点由于需要转发来自外层网络的数据,其能量消耗速度快于离sink较远的节点,从而导致了"能量空洞"的出现,最终导致网络过早死亡.本文在分析现有路由算法的基础上,针对EEUC算法的不足,对其进行了改进,提出了多跳无线传感器网络中的协同路由算法.在路由节点选择时不局限于簇头作为路由节点,还可以将成员节点作为路由节点,让其分担了簇头的能量消耗.算法引入了距离因子和能量因子,既考虑候选路由节点相对于sink的距离,同时还考虑候选路由节点的剩余能量,以达到选择最佳路由节点的目的.仿真结果表明,所改进路由算法在网络生存时间,能耗均匀程度方面优于现有算法.     

异构传感网中一种能量均衡非均匀分簇算法

分簇路由协议是无线传感网中减少能量消耗、延长网络寿命的一种重要手段.大部分分簇路由协议基于均匀分簇算法,却忽略了无线传感网单跳路由协议中远离基站的簇头需要消耗更多能量,从而导致整个网络能量消耗不均匀.针对以上问题,提出异构传感网中一种能量均衡非均匀分簇算法.一方面,簇头选取阶段,在考虑节点剩余能量的同时,引入非均匀竞争机制;另一方面,簇构建阶段,为节点选取簇头时,不仅考虑簇头剩余能量、节点与簇头间距,也考虑节点与基站间距.仿真结果表明,与LEACH,SEP,DEEC分簇算法相比,该算法有效均衡了簇头的能量消耗、延长了网络寿命.     

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.     

基于非均匀分簇和最小能耗的无线传感网络路由算法

摘要：
簇头以多跳方式传输数据到网关时,靠近网关的簇头由于负担较多的转发任务而过早死亡,从而造成了“能量空洞”现象.文中提出了一种基于非均匀分簇的能量有效的无线传感网络路由算法（UCRA）.它包括非均匀分簇算法和最小能耗路由算法2部分.首先提出一种加权的非均匀分簇算法（WUCA）,在分簇时考虑了节点的选票和传输距离.在簇间通信时提出了最小能耗多跳路由算法.它利用位置信息计算最优转发簇头位置,从而指导下一跳簇头的选择.仿真结果表明,UCRA算法能很好地平衡网络能耗,延长网络生命周期.
关键词：
无线传感器网络; 非均匀分簇; 路由算法; 能量效率
中图分类号： TP 212.1
文献标志码： A     

分层的无线传感器网络非均匀分簇路由算法

为解决无线传感器网络分簇路由算法因簇间长距离通信而带来的高能耗以及路由寻址复杂的问题,提出了一种基于分层的非均匀分簇路由算法。该算法对非均匀分簇算法进行了改进,在竞争半径的计算上同时考虑了节点的位置和剩余能量,以使簇头的负载更加均衡。采用层间多跳通信方式进行数据传输,不仅避免了节点的长距离通信问题,而且简化了数据转发过程。仿真实验表明：与低功耗自适应分簇路由算法和非均匀分簇算法相比,该算法能够有效地节约簇头的能耗,减少网络的系统能量开销,延长网络的工作周期。     

基于数据引流的无线传感器网络能量空洞避免研究

无线传感器网络中,节点数据产生速率的动态变化会导致能量空洞现象的出现.为避免能量空洞的出现,在非均匀分簇网络中提出了一种基于数据引流的能量空洞避免策略FRUC.节点数据产生速率动态变化的真实场景下,对分层网络中各层簇头节点的平均能耗进行计算和分析.在此基础上,将网络各层层高取为不同值,以满足数据产生速率变化未知条件下,各层间的簇头节点在一个簇周期内的能耗之和相等.进一步,为均衡每一层内的簇头节点能耗,将数据引流至下一层网络中负载更低的簇头.仿真实验表明,FRUC算法不仅能有效均衡网络各层间簇头节点的能耗,也能有效均衡各层内各簇头节点的能耗,从而避免能量空洞现象的出现.     

矿井无线传感器网络非均匀分簇路由算法研究

针对矿井带状网络拓扑结构、信息流量不均衡、节点间能耗严重不均匀等问题,提出了一种矿用带状能耗均衡的非均匀分簇路由协议算法。该算法的簇首竞选机制综合考虑了节点与汇聚节点距离、节点能量及节点密度,同时充分降低了候选节点竞选时的计算量。实验表明,该算法有效的改善了矿井下无线传感器网络"热区"效应,降低了网络能耗和网络通信量,显著延长了网络存活时间。     

煤矿物联网灾后重构自适应非均匀分簇算法

为解决灾后物联网节点剩余能量较低且异构的问题,提出一种能耗均衡的煤矿物联网灾后重构自适应非均匀分簇算法.在簇头选举阶段引入候选簇头选举机制,根据残存节点的剩余能量、相对距离和分布密度设计簇头选举阈值函数,并利用层次分析法计算出三者的权重系数.候选簇头根据当前剩余能量和地理位置计算自身竞争半径,并与邻居候选簇头竞选正式簇头.在簇间多跳路由阶段,综合考虑中继簇头当前的剩余能量、簇内成员节点数及簇间通信能耗,构造中继簇头权值函数,权值最大的中继簇头当选为下一跳路由节点.仿真结果表明:该算法能有效降低重构网络簇头节点平均能耗,提升重构网络的数据传输量,延长重构网络的生存时间.     

基于非均匀分簇的无线传感器网络多跳路由算法

针对低功耗自适应分簇(LEACH)路由协议中均匀分簇方式和簇头选择的不合理以及远距离数据传输过程中能量消耗过多的问题,提出了一种基于非均匀分簇的多跳路由算法LEACH-MRUC.在分簇过程中,该算法充分考虑了节点的能量及地理位置,同时采用非均匀分簇方式构建规模不同的簇结构;在数据传输过程中,簇头与基站之间采用单跳和多跳相结合的路由方式来进行通信.仿真结果表明,LEACH-MRUC算法既使得网络的能量消耗有效地得到均衡,又使得能量的利用效率得到显著提高,并且显著延长了网络的寿命.     

综合负载均衡与能量消耗的无线传感器网络分簇算法

针对目前无线传感器网络分簇算法的能耗不均衡、网络生命周期短等问题,设计一种综合负载均衡与能量消耗的无线传感器网络分簇算法.首先根据传感器节点与基站节点间的距离,将节点合理划分到相应的簇中;然后引入负载均衡因子,建立无线传感器网络的数据聚合路由,节约数据传输能量;最后采用MATLAB2014工具箱进行性能分析.结果表明,该算法的节点能量利用率较高,能保持传感器节点能量消耗的均衡,且网络生存时间较长.     

利用蚁群优化的非均匀分簇无线传感器网络路由算法

针对无线传感器网络路由非均匀分簇中随机簇首选举路由的可靠性和实时性问题,提出一种新的无线传感器网络路由算法.该算法的核心是:通过蚁群优化来改变非均匀分簇算法的周期性簇首选举方式,即只在第一轮执行簇首选举和路径搜索,其他轮次采用簇内调整和路由更新;通过引入路由可靠性和实时性指标达到自组织、自适应和动态优化来建立和维护路由.簇首选举采用竞选,所有节点参与竞选,并且将节点剩余能量和节点到汇聚点的距离作为评价标准,以保证簇内能量效率最高的节点成为新簇首.路径搜索采用蚁群算法进行,即搜索网络中所有的簇首和汇聚点,以寻找从各个簇首到汇聚点代价最小的多跳路由.仿真结果表明,所提算法在能耗和链路可靠性方面比非均匀分簇算法的性能更好,即在较长的时间内具有更多的存活节点,网络丢包率小.     

改进LEACH的传感器网络分簇路由算法

针对当前无线传感器网络分簇路由算法存在的节点能耗不平均、 节点过早死亡等缺陷, 提出一种改进低功耗自适应分簇(LEACH)的无线传感器网络路由算法. 首先针对无线传感器节点过早死亡的问题, 引入簇半径动态确定方式, 将整个无线传感器网络划分为多个不均匀的簇; 然后考虑簇首能量消耗过快的问题, 结合簇首所在位置和节点剩余能量选择每轮中的簇首; 最后改进数据传输机制保证节点能量消耗均衡, 并在MATLAB 2014平台上对无线传感器网络分簇路由算法的性能进行测试. 测试结果表明, 改进LEACH算法较好地解决了节点过早死亡的难题, 延长了无线传感器网络的寿命, 平衡了各节点能量消耗, 整个无线传感器网络的性能显著优于其他对比算法.     

基于蚁群优化的非均匀分簇路由算法

针对无线传感器网络路由协议能耗不均的问题,提出一种基于蚁群优化的非均匀分簇路由算法.为改善簇首质量,提出基于熵权法的簇首选举策略.在簇间路由阶段,通过优化的蚁群算法建立簇间路由.首先,引入经济学中的阿特金森福利指数和改进启发函数以使下一跳簇首节点的选取更具针对性;其次,利用能量和变异系数提出路径优越度的概念,在全局信息素更新过程中引入路径优越度以优化路径质量.仿真实验结果表明:该算法延长了网络生命周期,提高了能量利用率,实现了进一步均衡能耗的目标.     

基于环扇交错的无线传感器网络分簇算法

针对无线传感器网络能量消耗不均衡并且节点电池能量有限的问题,提出了基于环扇交错的分簇路由算法,算法在簇头的确定上考虑了节点的剩余能量及与其它节点的距离,优化了簇头的选举,同一扇区的簇头采用与相邻内环的簇头之间通信的方式传输数据;并采用非均匀分簇的思想,使得靠近基站的簇的规模小于远离基站的簇的规模,均衡了无线传感器网络的能耗,通过仿真,该方法能够延长网络生存期。     

一种能量高效的无线传感器网络分簇路由算法

分析了无线传感器网络的分簇路由算法,针对现有算法存在的热点问题,提出一种基于分簇思想的能量高效路由算法.采用簇首轮转及局部竞争优化节点簇内通信的能量消耗,采用粒子群优化算法均优化簇首节点的簇间通信负载和能量消耗,从而延长网络的生命期.仿真结果表明,该算法能够有效提高无线传感器网络生存期以及节点与网络的能量利用率.     

考虑剩余能量和通信代价的传感器网络路由算法

路由能耗直接影响无线传感器的寿命,针对当前无线传感器网络路由算法存在的能量利用率低、严重不均衡等难题,设计了一种基于考虑剩余能量和通信代价的传感器网络路由算法。该算法首先从簇首选择问题入手,全面考虑所有传感器节点剩余能量进行簇首选择和竞争,选择最优传感器节点作为簇首,防止剩余能量最少的传感器节点成为簇首;然后选择通信代价小、剩余能量多的传感器作为通信的中继节点,均衡各节点的能耗,最后采用仿真工具NS2对路由算法的性能进行测试与分析。测试结果表明,该路由算法减少了无线传感器通信的能量消耗,延迟了传感器节点的死亡时间,改善了能量的有效性。     

基于NS3的LEACH协议仿真与改进

LEACH协议是无线传感器网络中经典的分簇算法,但LEACH协议中簇首是随机产生的,存在簇首分布不均、网络拓扑和能量消耗不均衡的问题.基于此提出的LEACH-ER算法采用动态的簇首选举机制,将代表簇首间地理位置的RSSI信息和节点剩余能量引入选举权值,以均衡能量消耗和优化簇首分布.仿真结果表明,与LEACH算法相比,LEACH-ER算法有效地均衡了节点能耗,提高了能量利用率,从而大大地延长了网络寿命.     

基于多准则决策方法的WSNs不等簇数据收集算法

针对多对一的无线传感器网络"热点"问题,提出了一种基于多准则决策方法的不等簇数据收集算法(unequal clustering data gathering algorithm based on multiple criteria decision,UCDGAMCD).采用直觉模糊层次分析法和层次模糊积分的多准则决策方法来竞选簇首,提出了一个新的簇首竞争半径,使其能够适应节点能量异构及节点非均匀分布的网络环境.根据邻居簇首的剩余能量和传输能耗,提出了簇首间按比例分配传输数据的路由方式,使其能量消耗更加均衡.仿真结果表明UCDGAMCD在节点均匀和非均匀分布的两种实验场景中都获得了较长的网络寿命.     

一种能量有效的无线传感器网络分簇路由算法

为减少无线传感器网络能耗、延长网络的生存周期,基于经典的低功耗自适应分簇算法(LEACH),提出了一种新的能量有效的分簇算法.算法的主要思想是综合网络能量分布和簇首间位置分布来优化簇首选择,从而在使簇分布更均匀的同时,进一步保证了网络内节点负载均衡.仿真和分析表明,该算法是一种有效的分簇路由算法.     

路由算法在均衡物联网传感器节点能耗分析中的应用研究

传统路由算法只采用指定节点或路径实现数据转发,设定阈值的减少使簇头数量降低,能耗急剧升高,导致能量的非均衡消耗。为此,将一种新的路由算法应用于均衡物联网传感器节点能耗分析中。对传感器节点能耗进行研究,求出节点剩余能量。通过阈值得到本块候选簇头集合,把剩余能量较其他节点多,或者和本块中心之间距离较短的节点看作簇头节点。建立路由选择计算公式,按照前向路由节点剩余能量获取数据发送过程中簇间多跳路由。面向能耗均衡对路由进行更新,把传感器节点剩余能量划分成10个能量等级,按照网格能量等级确定等待时间,完成对簇首节点的更新处理,以保证节点能耗均衡性。实验结果表明,所提路由算法簇首节点选择合理,将其应用于均衡物联网传感器节点能耗的分析中,节点能耗较其他算法更加均衡性。