A distributed clustering algorithm for wireless sensor networks

In the paper, we consider a network of energy constrained sensors deployed over a region. Each sensor node in such a network is systematically gathering and transmitting sensed data to a base station （via clusterhead） for further processing. The key problem focuses on how to reduce the power consumption of wireless microsensor networks. The core includes the energy efficiency of clusterheads and that of cluster members. We first extend low-energy adaptive clustering hierarchy （LEACH）＇s stochastic clusterhead selection algorithm by a factor with distance-based deterministic component （LEACH-D） to reduce energy consumption for energy efficiency of clusterhead. And the cost function is proposed so that it balances the energy consumption of nodes for energy efficiency of cluster member. Simulation results show that our modified scheme can extend the network life around up to 40% before first node dies. Through both theoretical analysis and numerical results, it is shown that the proposed algorithm achieves better performance than the existing representative methods.     

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%.     

无线传感网中分簇分层k-medoids协议研究

研究了大规模高密度节点部署的无线传感器网络(Wireless Sensor Networks),提出了一种具有可扩展性的分层分簇k-medoids协议.在簇的建立阶段采用改进的k-medoids聚类算法分簇,并将多级分层技术和k-medoids分簇算法融合形成多个层次的分层分簇网,在层0完成全部分簇之后,启动第1层的分簇,并以此类推直到用户指定的层数.仿真实验表明,多层k-medoids分簇算法缩减了网络节点与sink节点之间的通信量,降低了能耗,最终延长了网络生存期.     

高性能无线传感器网络分簇算法

为解决无线传感器网络中经典低能量自适应分簇算法产生的簇头数量分布不稳定,从而导致网络生存时间变短问题,提出一种基于双重选举机制的分簇算法(TSSCH).仿真结果表明,与经典低能量自适应分簇算法(LEACH)相比,TSSCH算法可保证无线传感器网络的簇头数量更加合理地分布在最优值周围,从而能够更好地均衡无线传感器网络负载,达到延长无线传感器网络生命期的目的.     

无线传感器网络安全加密成簇算法的设计及研究

在无线传感器网络中,网络节点的成簇算法是实现对传感器网络高效节能管理和应用的有效途径为了提高网络的安全性和寿命,提出了一种基于随机并行簇头选举算法和密钥预分配方案,在假设的网络模型中,均匀地选举簇头节点,并且实现对恶意节点的识别和删除,在数据通信阶段通过加密算法实现数据通信的安全性,从而有效地实现网络寿命的延长和数据通信的安全。     

无线传感网中能量高效自适应Chameleon分簇协议研究

深入研究了LEACH、LEACH-C和SEP协议,提出能量高效自适应Chameleon分簇协议,将网络中的传感器节点稀疏化为k-最近邻图,然后使用多层图划分算法来划分k-最近邻图,最后根据簇间互联性和紧密性合并簇对.Chameleon算法使所有的节点形成簇尺寸分布均匀的分簇,减小了节点与Sink节点之间的平均通信距离,将网络负载均衡到传感器节点上.Matlab仿真实验表明,Chameleon算法缩减了节点与Sink节点之间的通信量,降低了能耗,延长了网络生存期.     

无线传感器网络质心定位算法的OPNET仿真实现

在研究无线传感器网路节点定位技术的过程中,针对搭建硬件实验平台不易实现的问题,使用OPNET MODELER对节点定位技术进行仿真建模.在分析无线传感器网络特点的基础上,合理选择无线链路的管道阶段,构建接近真实的无线网络环境,给出了仿真模型,精确刻画了质心定位算法在网络节点定位中的具体应用过程.结果表明,通过建立节点、...     

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。     

一种节能的无线传感器网络跨层结构

提出一种节能的无线传感器网络跨层结构(TEPA).TEPA采用跨层设计,在网络层和MAC层之间交互信息以实现高效率的数据传输.TEPA结合了网络的邻居拓扑信息和路由信息,使用微分进化算法(DE)优化MAC层的TDMA时隙配置,减少了数据汇聚树上各分枝之间的冲突,并且加速了单个分枝路径上数据的传递,既节约能量又降低延迟.与以往的协议不同,TEPA根据吞吐量和延迟在不同负载下的折衷找到了最优而非最短的TDMA调度时间表长度.仿真验证了TEPA在能耗与延迟方面的改善.     

基于支持向量机的无线传感器网络分布式检测

为减少基于似然比检测的无线传感器网络最优分布式检测方法对信道状态、噪声分布和传感器检测性能等信息的依赖,满足实际系统的需要,提出使用支持向量机实现无线传感器网络分布式信号检测的方法.该方法无需预知信道状态和噪声分布信息,简化了无线传感器的节点功能.该方法将传感器节点测量结果以模拟非编码方式发送至数据中心,数据中心利用训练好的支持向量机对接收到的信号进行判决.仿真结果表明,该方法可获得较高的检测精度.     

Research on stateful public key based secure data aggregation model for wireless sensor networks

Data aggregation technology reduces traffic overhead of wireless sensor network and extends effective working time of the network,yet continued operation of wireless sensor networks increases the probability of aggregation nodes being captured and probability of aggregated data being tampered.Thus it will seriously affect the security performance of the network.For network security issues,a stateful public key based SDAM (secure data aggregation model) is proposed for wireless sensor networks (WSNs),which employs a new stateful public key encryption to provide efficient end-to-end security.Moreover,the security aggregation model will not impose any bound on the aggregation function property,so as to realize the low cost and high security level at the same time.     

无线传感器网络动态调度分簇算法

提出了一种基于K均值的无线传感器网络动态调度分簇算法(DSCA),不但考虑了能量感知这一重要问题,还针对无线传感网络的稳定性和可靠性,提出了节点的同步失效概念,通过采用K均值得到更加平衡的分簇,使得能量消耗更加平衡.该算法发展了一种基于信号接收强度指标(RSSI)而无需知道节点坐标的簇质心求解方法,提出了基于局部信息集中的动态多簇头选举机制和动态时分复用(TDMA)通信轮数分配机制,这些机制使无线传感网络的能量消耗达到了高度均衡,保证了节点的同步失效,提高了传感网络的稳定性和可靠性.仿真结果表明,算法可以减少约70%的簇重构次数.     

基于距离和分布的无线传感器网络分簇算法

考虑随机分布节点的剩余能量以及节点相对基站的位置,针对基站位置的非均匀无线传感器网络,提出了一种基于节点位置和分布密度的多跳自组织分簇算法．该算法在分簇准备阶段,根据节点分布密度和相对基站的距离确定分簇的半径,均衡分簇能耗;在簇头选举阶段,利用节点的剩余能量和节点连接密度信息,选择最优的节点成为簇头;在分簇建立阶段,限制分簇跳数,有效降低簇内通信量．通过一系列的仿真实验,验证了算法在节点均匀和非均匀分布情况下均能取得较好的性能,建立更为均衡的分簇结构,显著提高网络生存周期．     

一种支持QoS的无线传感器网络数据聚合策略

针对无线传感器网络数据聚合存在的数据时延增加与节省能耗这一矛盾,提出了一种综合考虑节点剩余能量与数据时延、支持QoS的分布式数据聚合策略,各个节点依据其他数据经由该节点转发的概率与能耗情况,自主地决定是否成为聚合节点,仿真结果表明,QoS算法在网络的生命周期,数据时延和抗毁性方面均优于经典的LEACH和PE-GASIS算法。     

无线传感器网络高效节能分簇路由协议

针对LEACH协议簇头数不总是最优值和负载不均衡的问题,该文提出了高效节能分簇路由协议(EECR);采用固定簇头数目的方式,使其始终保持或接近最优值,选择簇内剩余能量最大的节点作为下一轮的簇头,并在所有簇头和sink之间建立路由树,使得簇头收集到的数据可通过路由树多跳传送到sink节点;相比于LEACH,EECR在节点节能性、负载均衡性和适用网络范围等方面都有较大提高.     

基于邻域势函数的无线传感器网络模糊分簇算法

为解决冶金工业中网络拓扑稳定情况下的分簇问题,提出了一种基于节点邻域势函数的无线传感器网络模糊分簇算法.该算法将邻居节点的势函数信息作为模糊C均值隶属度矩阵的权值,用于网络分簇,提高了网络的负载均衡指数,确保分簇更加均衡.仿真实验表明,与LEACH相比,该算法使网络生命周期提高了93.6%,大幅延长了网络生命周期.     

基于蚁群的无线传感器网络概率路由算法

针对多数无线传感器网络路由算法易在网络中形成关键节点,而节点的失效往往导致整个网络的失效问题,提出了将随机思想与蚁群算法的特征相结合的一种新的概率路由计算方法.实验表明,该算法对延长整个网络的有效生存时间的效果较好.     

基于能量效率的非均匀分簇无线传感器路由算法

自然环境中的监控节点分布具有天然的不均匀性,如南方有大量水塘的区域,典型的层次路由协议普遍存在节点分簇中的“热区”情况．针对这种监控对象特点,为了提高能量效率确保区域覆盖的有效性和时效性,本文提出了一种改进的非均匀分簇无线传感器网络路由算法．改进算法首先结合节点分布密度优化簇头选举,再对簇的竞争半径进行控制实现非均匀分簇,然后由各簇头计算距离系数和离散系数来确定各簇内部通信方式,最后在簇头之间采用单跳和多跳结合的传输机制．模拟实验结果表明,改进算法能较好地提高网络的能量效率,能显著地延长网络整体的生存时间．     

Energy balance routing protocol for wireless sensor networks based on fuzzy next-hop selection

The implementation of energy balanced routing is an effective way to prolong the lifetime of wireless sensor networks (WSNs). To balance energy consumption, fuzzy next-hop selecting strategy was designed: nodes of different gradients are fuzzily classified into relevant levels; each level has a chance to provide a node with maximum residual energy as the next-hop. Based on the above strategy and directed diffusion (DD), fuzzy next-hop selection based energy balance (FNSEB) routing protocol was proposed. The simulation results showed that FNSEB utilized the limited energy more thoroughly and rationally, decreased the average energy consumption and prolonged the lifetime of WSNs.      

用于多跳无线传感器网络的自适应退让算法

为了解决802.15.4标准MAC层规定的CSMA-CA接入方式的退让算法不能很好地满足动态网络和多跳要求问题,提出了中继数据优先的策略,该策略能更可靠地传递远端节点的信息,以适应突发流量和非突发流量网络.另外还提出了一种新的自适应流量变化且避免第2次冲突的退让算法(AASC),离散M arkov链模型的数值分析和仿真证明新算法在网络节点数目变化时有更高的吞吐量,适应突发量和非突发流量应用,在多跳通信方式下能更多地中继远端节点的数据到目的节点,并同时减少节点的重传次数节省能量.