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。     

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。     

能量非均衡节点在无线传感网络立体空间的LEACH路由研究

针对无线传感器网络中节点初始能量不均匀且工作在立体空间中的网络分布问题,建立了整个无线网络数学模型,介绍了该数学模型中节点与节点间的能量扩散模式,并针对该模型研究网络中节点数据传输的能量消耗形式,给出了基于节点能量消耗模型网络中要选举的最佳簇头个数。通过分析LEACH算法和网络特性,提出了对LEACH算法的改进算法,并利用MATLAB对改进算法进行了仿真。结果表明,改进算法使网络所消耗的能量在节点间分布更加均匀,延长了网络的稳定周期。     

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。     

农田能量异构无线传感器网络簇首选择机制

农田无线传感器网络监测过程中,太阳能电池供电的无线传感器网络有着很多优势,同时也存在着成本较高的问题。在农田无线传感器网络监测中加入部分太阳能节点进行监测,可以降低成本并延长网络寿命。研究了农田环境中太阳能供电节点与干电池供电节点同时存在时无线传感器网络成簇过程,在LEACH算法的基础上改进了一种簇首选择方法,每一轮通过2次选举,达到优先利用太阳能节点,提高太阳能节点使用效率的目的。仿真结果表明,通过此方法可以提高太阳能的利用率,减缓节点死亡速度,延长网络寿命。     

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。     

基于农田的无线传感器网络路由算法优化设计

针对基于农田应用的WSN路由问题,结合WSN层次型路由算法特点,充分考虑传感器节点剩余能量和传输能耗,设计了一种基于蚁群优化的分层路由算法。仿真结果表明:算法实现了簇头多跳路由性能的改善,均衡了网络整体能量消耗,延长了网络生存时间。     

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。     

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.     

基于能效的动态分簇目标跟踪算法

由于传感器节点携带的电量受限,在目标跟踪的过程中,往往会因为电量耗尽而失效.为了降低节点的能耗,延长网络寿命,提出了一种基于能效的动态簇目标跟踪算法,能够随着目标的移动,快速地生成最优的跟踪簇,并根据感知信号的质量评价模型,提出了一种新的簇头竞选机制和节点上报数据的筛选机制,有效地减少了节点的通信总量,降低了能耗.仿真结果表明,该算法与传统的目标跟踪算法相比,具有更高的能效.     

基于自适应萤火虫的农业传感网络均衡分簇算法

为了减少在非均匀分簇情形下容易出现网络负载不均衡、通信不可靠以及工作不稳定等问题,将群智能萤火虫算法与农业无线传感器网络分簇路由算法相结合,提出一种自适应萤火虫算法农业WSNs负载均衡分簇方法。该算法综合考虑负载均衡和能量消耗2个优化目标,搜索过程充分考虑了网络分簇的负载均衡性、簇内数据传输距离、跳数、时延和带宽等因素,最后选出合适的分簇数,完成源目的节点间的信息传输。仿真试验表明,提出的算法在感知范围内自适应地调整搜索步长,降低振荡现象,提高求解精度。与低功耗自适应集簇分簇型协议(LEACH,low energy adaptive clustering hierarchy)、ACO算法和PSO算法的分簇协议能耗相比,分别节省了32.5%、22.3%和12.8%,有效延长了农业无线传感器网络寿命。     

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.     

一种水下传感器网络中基于节点通信距离的路由协议

根据水下节点到水面基站的距离、节点到水表面的深度、节点的剩余能量,提出一种簇头节点选择算法,探讨3种因素在选择簇头时的最佳权重,并引入基于节点通信距离的路由节点选择过程,据此提出基于分簇思想的路由协议,以解决水下声道高能耗和高延迟的问题。最后通过试验与现有路由算法DBR、DBMR进行对比,结果表明提出的路由协议能耗更低,更适合水下节点间的通信过程。     

一种改进的无线传感器网络ACE分簇路由协议

提出一种ACE改进算法,在ACE完成分簇后,对网络中未分簇节点和冗余簇进行合并,降低簇间重叠,使网络中的簇拓扑结构更加合理。仿真结果表明,改进的算法能有效降低网络中冗余簇的数量,降低簇内重叠区域的大小。     

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。     

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。     

基于护林防火的无线传感器网络路由协议研究

近年来随着我国森林面积的逐步扩大,对于森林的保护,也成为国家和社会关注的重点。加强森林防火工作是林业问题中的重中之重。针对护林防火监测中的问题,传感器网络提供了很好的解决方案。在本文中,阐述了1种应用于护林防火的改进的无线传感器网络算法,该算法是基于LEACH算法的改进算法,称为LEACH-HD。该算法通过推导一阶无线能量模型,得到最佳簇首数目,通过加入节点的剩余能量因子和节点与主机节点的平均距离因子,改进簇首节点的选择方式。仿真结果表明,LEACH-HD算法能够提升节点的存活时间,数据接收量,降低网络能耗。     

基于蚁群-遗传的无线传感器网络路由算法

提出了一种基于蚁群 - 遗传的无线传感器网络路由算法.通过有限寿命的蚂蚁在源节点与目的节点之间的运动获取多个备选路径,然后把每一个备选路径视为一个基因序列,通过选择、交叉和变异操作获得路径的优化,并适时进行路由维护.仿真结果表明,本算法减少了能耗,延长了网络生存时间,提高了网络的可靠性和自适应性.     

基于动态综合评价的无线传感器网络数据转发算法

为了延长无线传感器网络的生存周期,必须在传感数据转发过程中尽量均衡节点能耗。利用动态综合评价有效转发节点的多属性信息来进行下一跳节点的选择,通过最优邻居节点转发传感数据可以达到网络数据流量分配合理和能耗均衡的目标。仿真实验表明,提出的算法较同类算法在均衡节点能耗和延长网络生存周期方面具有一定的优势。