无线传感器网络LEACH协议的改进及仿真

随着网络的发展,无线传感器网络逐渐被应用于社会的各个方面。鉴于无线传感器具有能量有限性的特点,从硬件方面进行改进有一定的难度,所以就引出了无线传感器网络的路由协议,找到一个好的路由算法来延长无线传感器网络的生命周期。本文介绍了最典型的分簇路由协议LEACH协议及在LEACH路由协议算法缺点的基础上进行了改进的算法LEACH-C协议算法。从对两种路由协议的仿真结果来看,改进后的算法能够使各传感器节点的能量得到均衡,网络的负荷也相应得到了均衡,从而延长网络的生命周期。     

温室下无线传感器网络簇首选择算法

无线传感器网络被广泛地应用于温室环境下采集环境数据信息。温室环境不是复杂和大型的环境,但是由于无线传感器网络本身的特点以及节点的能量消耗等原因都会导致网络寿命缩减。在低功耗自适应集簇分层型(low energe adaptive clustering hierarchy,简称LEACH)协议的基础上,考虑了温室无线传感器网络成簇过程中的节点能量和竞争半径等因素,优化阈值对结果的影响,以延长其寿命。分簇完成后,再将簇头的数据沿通过蚁群算法所得到的最优路径进行数据传输,最后传给汇聚节点。通过Matlab仿真结果可知,节点死亡的速度比LEACH协议慢,数据传输量大,改善了无线传感器网络的生命周期。     

农业生产环境监测无线传感器网络路由算法研究

无线传感器网络以其低成本、低功耗、高可靠、自组织等特点,在农业生产环境监控中发挥着重要作用。针对无线传感器网络分簇结构中簇头节点能量消耗过快导致网络分割问题,提出了一种适用于农业生产环境监测的基于事件驱动的能量高效分簇路由算法。网络中所有节点部署完毕后即进入休眠状态,当环境中某个监测数值高于设定阈值时,感知范围内的节点被唤醒并启动事件响应分簇机制。在簇成立阶段,随机选择一个节点elector广播请求分簇消息,并接受其他唤醒节点的响应,elector根据各节点能量情况,选择剩余能量最大的节点作为簇头节点,能量次之的为下一轮elector;在数据传输阶段,根据节点剩余能量及到基站(BS)的距离选择转发节点。仿真实验结果表明,该路由协议减少了簇成员之间的通信开销,使得网络中各节点的能量消耗更加均衡,有效延长了传感器网络的生命周期。     

一种改进的无线粮情监测系统路由算法

针对无线粮情监测系统特点,基于LEACH协议提出一种改进的无线传感器网络分簇路由算法—EBHCR。EBHCR采用集中式簇首产生算法;簇内节点以单跳方式通信,簇首与网关间采用距离阈值判断和选择单跳或多跳通信方式;转发节点路径权值综合考虑了节点剩余能量、最优转发距离等因素。用NS2软件对EBHCR和LEACH进行对比分析,仿真结果表明,首个死亡节点出现时EBHCR算法比LEACH算法多运行135轮;70%节点死亡时EBHCR算法比LEACH算法多运行262轮,EBHCR有效生存期是LEACH算法的124.9%。EBHCR算法在能耗均衡性、存活节点数和网络有效生存期方面明显优于LEACH算法。     

无线传感器网络中基于最小跳场的可控半径成簇路由协议

针对无线传感器网络中节点能量有限等特点,提出了分布式的半径可控分簇算法-CRMH。该算法不依赖全局信息,基于节点最小跳数和剩余能量等参数并针对节点能耗分布不均的特点,构造通信半径大小不等的簇,使能量合理分布．理论分析和仿真表明,本算法在簇首分布和拓扑控制等方面取得了较好的结果,有效地平衡了网络的能量消耗。     

无线传感器网络中基于最小跳场的可控半径成簇路由协议

针对无线传感器网络中节点能量有限等特点, 提出了分布式的半径可控分簇算法-CRMH. 该算法不依赖全局信息, 基于节点最小跳数和剩余能量等参数并针对节点能耗分布不均的特点, 构造通信半径大小不等的簇, 使能量合理分布. 理论分析和仿真表明, 本算法在簇首分布和拓扑控制等方面取得了较好的结果, 有效地平衡了网络的能量消耗.     

基于无线传感器网络的实时阈值路由算法(英文)

[目的]为实现农业信息化和智能化中实时性应用需求,提出一种基于物联网的智能温室实时监测系统设计方案。[方法]根据温室系统中无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)的应用特点,设计了基于物联网的智能温室监测系统的体系结构,并针对WSN中低功耗自适应集簇分层型协议(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy,LEACH)存在的负载均衡策略不完备性及系统高实时性要求提出了一种实时阈值路由算法(Real-time Threshold Routing Algorithm,RTRA)。[结果]通过MATLAB对RTRA的网络生存期和网络时延性能测试发现,在相同测试环境中,RTRA较LEACH具有较高的实时性,并在一定程度上节省了节点能量,延长了网络生存期,该算法能够满足农作物温室系统对实时性和节能性的要求。[结论]该试验设计的智能温室监测系统满足了实时性需求,为农业信息化和智能化研究发展奠定了基础。     

基于物联网的智能温室实时监测系统设计

[目的]为实现农业信息化和智能化中实时性应用需求,提出一种基于物联网的智能温室实时监测系统设计方案。[方法]根据温室系统中无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)的应用特点,设计了基于物联网的智能温室监测系统的体系结构,并针对WSN中低功耗自适应集簇分层型协议(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy,LEACH)存在的负载均衡策略不完备性及系统高实时性要求提出了一种实时阈值路由算法(Real-time Threshold Routing Algorithm,RTRA)。[结果]通过MATLAB对RTRA的网络生存期和网络时延性能测试发现,在相同测试环境中,RTRA较LEACH具有较高的实时性,并在一定程度上节省了节点能量,延长了网络生存期,该算法能够满足农作物温室系统对实时性和节能性的要求。[结论]该试验设计的智能温室监测系统满足了实时性需求,为农业信息化和智能化研究发展奠定了基础。     

农业物联网ZigBee路由节点北斗定位研究

针对目前基于Zigbee无线传感器农业物联网中某些边缘节点无法进行三边测距以及网络中簇节点能量消耗过快导致网络瘫痪等问题,提出一套Zigbee技术和北斗定位技术相结合的方案。使用已有的CLZBR路由协议,减少能量消耗,防止簇头节点能量消耗过快,延长网络寿命;针对网络中某些簇节点的位置信息缺失问题,在传统的边界盒算法上提出了一种改进型边界盒算法对边缘节点进行粗略定位;通过试验证明改进型边界盒算法的节点误差率为15.5%,比传统边界盒算法定位误差率下降了16%,是基于加权的三边定位算法的1.5倍,表明该算法不适用于小型的、对精度要求较高的农区内,但可以在某些监测困难的大型西部农业灌区中试用,既能减少硬件成本,又可提高网络覆盖率,并能解决边缘节点位置信息缺失问题,更好地推动无线传感器网络在西部农区中的发展。     

基于路灯单灯状态监控的无线链状网络路由算法的研究

基于路灯单灯状态监控的无线传感器网络应用,针对链状网络节点负载不均衡和网络节点能量有限的问题进行分析和研究,提出一种适合该应用的新型路由算法,这种新型路由算法根据网络节点可通过功率控制来调整通信距离的前提下,合适的数据传输路径被每个传感器节点选择,使整个网络达到能耗节省,负载均衡的目的。通过仿真验证这种新型路由算法有效地平衡了网络负载,使网络能量节省,网络生命周期提高。     

面向农业监控的动态无线传感器网络路由算法

无线传感器网络在农业生产的信息采集、处理和远程控制等方面有广阔的应用前景,目前已有的路由算法存在不支持动态网络,或没有考虑移动式基站等问题.提出基于簇的动态的层次型路由算法,算法支持传感器节点和基站的移动性,采用时分多路访问和活动/睡眠机制,以资源丰富的驱动装置作为网关节点管理簇内移动,为农业生产提供更实用的监测方案,仿真结果表明,该算法具有较低的网络能耗.     

温室下无线传感器网络双簇头异构成簇算法的研究

在温室下无线传感器网络中,采用基于低功耗自适应集簇分层型算法进行分簇时,存在簇分布不均匀及路由能量消耗过快的问题。因此,本研究基于双簇头异构成簇算法,优化了簇头选择算法。在分好的簇中布署1个异构节点做为第一簇头,根据能量因素选择另1个簇头,2个簇头履行不同的职责,达到均摊能量消耗、延长网络生命周期的目的。其中,采用单跳与多跳结合方法将第一簇头节点信息传送到汇聚节点以达到提高传输效率的目的。仿真结果表明,该算法平衡了静态节点能耗,延长了网络存活时间。     

基于一种蚁群优化算法的农业WSN路由节能研究

事件驱动型的无线传感器网络在农业生产中进行信息采集时,针对节点能量均衡和局部网络控制,提出了基于簇的多路径蚁群路由算法(CBACO).算法根据局部网络节点分布情况以及自身能量情况,利用信息素能量更新模型,动态选择最优路径,降低节点间通信消耗.利用Matlab仿真表明该算法能有效减少节点能耗,延长网络生命期.     

农田信息采集系统中传感器网络簇内广播认证方案研究

传感器网络在农业生产信息采集领域具有一定应用前景,有限的节点资源限制了传感器网络的实际应用。借鉴分簇传感器网络在提升系统吞吐量、降低系统延迟以及节省能量方面显示出越来越大的优势,在农业环境监测传感器网络中引入分簇思想。已有的动态簇形成方案的典型代表是LEACH,该方案存在安全威胁,而且协议没有提供广播认证功能。由于簇首选择及簇形成的动态性使得大多数已有安全方案不适用于分簇传感器网络。该研究在基于分簇的传感器网络协议中加强安全性考虑,引入簇内广播认证机制,提出针对LEACH的安全解决方案,基于该方案的农田信息采集系统传感器网络性能得到有效提高。     

基于无线传感器网络的精准农业控制系统构建

根据农田环境的应用需求,设计了基于无线传感器网络的精准农业控制系统,该系统由无线传感器网络、无线网关和监测中心三部分组成.传感器网络由低功耗无线传感网络节点通过ZigBee自组网方式构成,采用层次型分簇拓扑结构,采取适当的休眠机制降低系统功耗.采用基于ZigBee协议的CC2530芯片设计无线节点,给出了应用系统体系结...     

基于改进蚁群算法的智慧农业无线传感器网络路由优化研究

为了提高智慧农业无线传感器网络路由的生存时间,节点能量消耗相对均衡,采用改进蚁群算法。首先建立无线传感器网络模型和约束条件;接着通过消耗能量预测节点传输能力,剩余能量、过载区域以及覆盖冗余度构成适应度函数;然后改进蚁群算法,包括基于最佳路径的目标函数值信息素分配策略,二点交叉算子对信息素分配策略对应的任意2个网络节点序列进行优化;最后给出无线传感器网络路由优化流程。试验仿真显示本研究算法使无线传感器网络路由的节点间剩余能量差异性最小,网络生存时间较长,不同节点数接收数据包平均剩余能量较多。     

面向新疆平原灌区的LEACH路由算法研究

已研究的无线传感器网络系统多使用于温室大棚、中部平原等环境中,并采用LEACH路由算法均衡网络能量,以达到延长网络寿命的目的;这些网络中节点与节点之间的距离较近、面积规模较小、每个节点能量相对充足,因此在使用LEACH路由算法时不容易出现因选取簇头不当、节点能耗过快而产生网络空洞等问题;但在新疆平原灌区中进行无线布网时,因硬件成本有限、地理环境复杂等各种因素的限制,导致部署出来的无线传感器网络是一种典型的Zig Bee广域网,该网络中节点与节点间距离较远,不同节点之间传输信息时能量消耗过大,因此当网络中选举不当节点作为簇头时会因该节点能量消耗过快而产生节点失效的问题,产生网络空洞现象;本文针对这种现象,在面向新疆平原灌区网络这一限制区域中,联合节点距离、密度及剩余能量提出了一种的改进型LEACH算法,该算法针对传统LEACH算法在随机选取簇头过程中的缺点,在簇头选取过程中,首先将网络按照终端节点与基站之间的距离等级划分为多个区域,使得距离基站越近的节点成为簇头的概率越大,然后通过各个区域中节点密度和剩余能量因素将适合的节点选举为簇头,提高网络利用率,解决网络空洞问题,延长网络生命周期。采用Matlab软件对改进算法进行仿真,实验结果表明在节点稀疏的网络中改进后的LEACH算法比传统LEACH算法的网络寿命提升了16%,且可以满足新疆平原灌区中广域网络要求,减少了网络空洞问题的产生。     

基于农业物联网的农作物生长监测数据融合研究

针对农业无线传感器网络数据融合精度低、传感器节点能量有限的问题,结合农作物生长环境监测的特点,提出了一种适用于农作物生长监测数据融合的架构和算法。将无线传感器网络划分成多个固定层级,减少数据传输量并逐层降低误差。仿真试验结果表明,该算法融合结果比算术平均法和单一自适应加权算法更接近真实值。该算法能够减少数据传输量,且具有很好的可拓展性。     

农田信息采集系统中传感器网络簇首认证方案研究

在农田信息采集系统的传感器网络中引入分簇结构,可提升系统吞吐量、降低系统延迟以及节省能量。但已有的分簇方案并未在簇形成及稳定阶段对簇首身份进行认证。文章针对簇首认证问题提出了BA-LEACH协议,并通过仿真试验表明协议以较低的能耗增强了系统中分簇传感器网络的安全性。     

基于无线传感器能量消耗的智慧农业异构网络优化

针对智慧农业中无线传感器异构网络的特点,采用能量消耗方法优化,首先给出无线传感器网络结构模型、能量模型;然后随机窗口决策避免大量用户同时选择同一时延间隔发送切换请求;最后通过基于能量消耗网络簇首最优数目进行用户负载动态均衡化和平均剩余能量估计,剩余能量大的节点有较短的选举周期,剩余能量小的节点有较长的选举周期,这样能够充分平衡网络中能量的消耗。试验仿真结果显示,无线传感器能量消耗来进行簇首轮换,使网络能量均匀消耗,延长网络的生存时间,提升节点的适应性。