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.     

CRSNs中基于传感器选择的高能效频谱感知算法

协同频谱感知(cooperative spectrum sensing, CSS)是认知无线电传感器网络中解决频谱资源稀缺的主要手段,针对现有频谱感知方法在降低能耗方面存在的不足,考虑一种从主要用户接收的具有不同的信噪比值的传感器所组成的真实网络场景,提出一种基于传感器选择的高能效频谱感知算法。该算法将可被传感器用来传输数据的信道按时间分成相等的框架,每框架中包含3个阶段：频谱感知、报告和数据传输;通过聚类得到所有能够满足CSS所需精度的传感器子集,并计算在每次协同频谱感知中这些传感器的平均能耗;在考虑传感器剩余能量的基础上,将每个框架中使用最少数量的传感器参与CSS过程建模为面向能耗的优化问题,并提出一种启发式算法进行求解。仿真实验结果表明,与现有的其他频谱感知方法相比,提出的算法在能量利用方面具有更好的性能。     

A cooperative user selection scheme based on energy efficiency and interference factor in cooperative communication systems

With the rapid development of green communications,energy consumption issue plays more and more important role in cooperative communication strategies and communication systems.Based on cooperative transmission model,a cooperative user selection scheme is proposed in consideration of both energy efficiency and interference factor.With the proposed scheme,the selected cooperative user consumes less energy and receives less interference.Furthermore,the main factor is analyzed to affect system performance,including signal-to-noise ratio(SNR)of source user and cooperative user,distance between source user and cooperative user or base station(BS),and fading factor in the transmission model.Through the proposed scheme,energy consumption and influence of interference are jointly taken into account during the cooperative user selection process.Besides,bit error rate(BER)in proposed scheme is also superior to existing schemes.Simulation results are presented to show the performance improvement of the proposed scheme.     

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.     

带执行器节点的无线传感器网络协议研究

对带执行器节点的无线传感器网络系统的结构和特点进行介绍和分析,比较了带执行器节点的网络系统与普通的网络系统之间的不同．根据充分利用执行器节点的供电和通信能力,减少传感器节点的能耗的设计思想,设计了一种可行网络通信协议和执行器决策算法．然后利用无线传感器网络能量模型和网络通信模型对该协议进行能耗和网络响应时间分析．最后对本协议进行仿真分析,比较执行器节点存在和不存在两种网络的网络性能,结果说明利用系统中执行器节点的特性设计网络通信协议,可以有效地提高网络系统的事件响应时间和单事件能耗性能．     

多事件节能的无线网络传感器协议

为了解决距离基站(Base station,BS)较远的传感器节点使用多跳通信向BS传输数据时产生更高能量消耗和使用寿命短的问题,该文提出了一个多事件节能蚁群优化数据传输(Energy Efficient Ant Colony Optimized Data Transmission,EEACODT)无线网络传感器协议.该协议消除了现有协议的一些限制和缺点,根据距离汇聚节点的节点距离将网络划分为多个扇区,根据扇区位置为节点分配特定的活动时间,以此来实现高效节能.该协议采用蚁群优化进行簇间通信,每个簇中簇头选择取决于它到BS的距离和剩余能量,中继节点的选择基于到BS的距离、剩余能量和队列大小这3个条件.实验表明与PSO协议和FAMACROW协议相比,本文EACODT协议在能耗、延时和包传输率方面均优于现有方法和性能.     

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     

用于无线传感器网络的节能路由模型与仿真

针对多跳无线传感器网络中传感器节点能耗不均衡的问题,本文提出了一种节能路由模型EER,并对模型进行了分析与仿真.EER在网络中动态划分节点簇,动态建立簇头节点到sink点的多跳路由,通过非线性算法控制节点簇的尺寸,采用局部信息汇聚与汇聚信息多跳传递相结合的方式向sink点传递数据,从而达到平衡节点能耗的目的.仿真结果表明,EER在建立无线传感器网络节点到sink点的节能路由、平衡无线传感器网络节点的能耗和延长整个网络生命期等方面,都有较好的性能.与LEACH相比,节点数量下降10%的时间延长了0.9倍.     

基于信任云的簇化层次式WSN安全路由方法

如何能量高效地保障无线传感网的路由安全一直是一个巨大的挑战。提出一种基于信任云的簇化层次式无线传感网安全路由算法(trusted cloud-based secure routing algorithm,TC-SRA),建立基于信任云的无线传感网安全骨架,通过簇化层次式拓扑实现网络节点的高效管理,从兼顾能效和安全的角度提升无线传感网的路由性能。仿真测试结果表明,所提出的算法不仅为无线传感网的路由安全实现提供了新思路,而且能有效控制网络节点的能耗,保障网络生命周期。     

多跳传感器网络中基于能量感知的机会路由算法

针对传感器节点能量有限的问题,综合考虑链路质量和能量提出一种新的路由度量标准,并基于此路由度量标准,提出一种候选集选择算法和节点协调机制.仿真实验验证了该能量感知机会路由(ETOE)的有效性,相比于传统的机会路由,ETOE可获得更好的网络性能.     

基于累积量增强全矢量正交子空间方法的MA建模

提出了一种新的线性代数方法——累积量增强全矢量正交子空间方法(CEAVOS)用于非最小相位非高斯滑动平均(MA)建模，该方法利用组合特性映射的累积量增强，并用全矢量正交于空间法估计MA参数．数值仿真结果表明，CEAVOS的性能优于组合累积量切片法WS和全矢量正交子空间法(AVOS)这2种现有的性能最好的MA参数估计方法，尤其是在估计的偏差上；在低信噪比与短数据的情况下，性能也表现良好．     

适用于短波信号侦察的话音端点检测方法

针对传统话音端点检测方法在短波低信噪比信道下检测准确率低的问题，提出一种将深度生成对抗网络和自适应参数的子带对数能熵积相结合的话音端点检测方法。该方法首先利用深度生成对抗网络话音增强方法降低噪声对待检测信号的影响，再以自适应参数的子带对数能熵积这一新的话音特征参数为阈值，使用自适应阈值双门限检测法完成话音端点检测。仿真实验结果表明，该方法对于-5 dB信噪比的标准话音库检测的平均加权错误测度仅为13.5%，而对于实际短波侦察信号库检测的平均加权错误测度为16.7%，均优于能零熵法和多窗谱估计谱减与能熵积法。     

基于时延受限的移动sink环境下能量高效的数据融合算法

基于移动sink的无线传感器网络环境下的数据收集方案能有效提升网络性能,但在实时性要求较高的应用中,很难同时兼顾时延与数据的收集效率.该文提出了一种考虑时延受限条件下能量高效的移动sink数据收集策略.首先,根据时延约束和网络整体能耗效率优化为目标,对移动sink的最佳驻留点集合进行求解.然后,提出了一种基于驻留点优先级的路径优化选择方法,得到移动sink经过驻留点的最短路径.仿真实验结果表明,与已有算法相比,该文提出的数据收集策略能最大限度的减小时延,并延长网络的生命周期.     

考虑节点能量消耗的无线传感网络平衡路由算法设计

传统方法设计无线传感网络路由中,往往忽略了节点的能量消耗以及不同节点能耗的差异性,导致出现节点分布不均匀、路由平衡度较差、整体开销成本较大、能耗高等问题。为此,提出了考虑节点能量消耗的无线传感网络平衡路由算法。构建节点能耗模型,建立无线传感网络梯度和传感器节点之间的信息素,结合蚁群算法求解整体能耗模型,实现无线传感网络平衡路由的算法设计。实验结果表明,所提方法可提高无线传感网络中节点的均匀分布能力,降低整体能耗开销,减少能量消耗,有效实现无线传感网络平衡路由的算法设计。     

基于混沌遗传算法的无线传感器网络改进LEACH算法

针对传统LEACH协议及其改进方法能耗过高和负载不均衡的问题,提出一种采用混沌遗传算法最小化无线传感器网络能量消耗的算法CGA-LEACH.该算法通过构建新的考量能耗和负载的适应度函数,采用条件约束的混沌映射生成实数编码染色体,并用混沌遗传选择、交叉和变异操作提高收敛速度,找到最优簇头,从而形成分布均匀、能耗和负载均衡...     

一种垂直结构的高效用项集挖掘算法

挖掘高效用项集已成为关联分析中的热点问题之一.多数高效用项集挖掘算法需要产生大量的候选项集,影响了算法性能.HUI-Miner是一个不需要产生候选项集就能发现事务数据库中所有高效用项集的算法.但其需要产生大量效用列表,不仅消耗了过多的存储空间,而且影响了算法的运行性能.针对此问题,提出一个新的数据结构,称为项集列表,用于存储事务和项的效用信息.提出3种剪枝策略,减少项集列表的数量,通过扫描一次事务数据库完成所有项集列表的构建.提出算法MHUI,直接从项集列表中挖掘所有的高效用项集而不产生任何候选项集.在3个不同的稀疏数据集上和最新的算法进行对比实验证明,MHUI算法的运行时间和内存消耗优于其他算法.     

基于WSN分布式聚类均衡路由算法的优化研究

有效减少网络能耗,从而提高整体网络寿命是无线传感网领域中的关键问题,LEACH和DEBR等分簇路由算法可以初步提高网络寿命和网络延展性.研究了簇头选择、簇的形成和数据路由3个阶段,提出了一种基于能量均衡的分布式聚类均衡路由算法,通过传感节点的剩余能量、邻居个数以及簇头能耗的混合权重来选择簇头和分簇,考虑每条路径的消耗来选择最佳路径,有效改进了LEACH随机选择簇头节点和DEBR传送延迟导致的网络分割和能耗不均等问题.仿真结果表明,该算法有效平衡并降低了节点能耗,使得网络中生存节点数在相同周期内有较大提升,从而延长了整个网络的生命周期.     

基于分簇的变速率无线传感网移动数据收集

为了最大化网络数据收集同时均衡节点能量消耗,研究一类基于分簇的无线传感器网络的移动数据收集方案;其中节点的数据产生速率是变化的,将最大化网络数据收集量建模为一个非线性优化问题,通过对偶分解,分层优化以及梯度下降法获得最优的数据产生速率、链路速率以及汇聚节点停驻时间分配方案。仿真结果表明所提方法在均衡网络能耗和最大化数据收集量方面具有良好的性能。     

超宽带能量检测接收机的积分时间优化方法

研究超宽带(UWB)能量检测接收机的积分时间优化估计问题. 基于信号能量检测模型,室内信道能量扩散模型及中心极限近似理论,推导出多径信道下积分时间对误码率的影响,提出了一种基于最小平均误码率准则的积分区间优化估计方法,得到了低信噪比条件下最优积分时间与信道功率延迟时间常数之间的对应关系和高信噪比条件下最优积分时间的曲线拟合修正方法. 理论分析和仿真结果验证了所提方法的有效性.     

Improving the BER performance of turbo codes with short frame size based on union bound

In order to improve the bit error rate(BER) performance of turbo codes with short frame size at a wide range of signal to noise ratio(SNR),a new method by optimizing the bit energy is proposed.At first,a formula derived from the Union Bound is introduced.It describes the relations between the bit error rate distribution and the minimum weight distribution.And then,by mathematically optimizing the formula,the energy for every bit of the codeword is optimized to achieve the minimum BER at high SNR region.At last,an adjustable parameter is employed to compensate the degradations of BER at low and moderate SNR regions.Case studies indicate that the improvements of BER for turbo codes with short frame size are significant at a wide range of SNR.