能量高效的农田无线传感器网络拓扑关联路由算法

针对农田无线传感器网络节点分布不均、能量约束严格等特点,提出了一种能量高效的簇头选择方法TBCS-EA,在以剩余能量进行簇头选择的基础上根据节点拓扑位置、拓扑密度等进行加权,使距离sink较近的节点与密集区节点大概率成为簇头,提高成簇能量使用效率。针对现有成簇算法频繁进行簇头选举,算法开销大等问题,提出了一种能量逼近式簇头轮换机制,节点连续担任簇头并以某一目标进行能量逼近,在达到逼近目标后进行根据簇内信息指定新簇头,减少簇头选择的次数与协议开销。仿真与实验结果表明,TBCS-EA算法的网络生命周期约为LEACH的2.2倍,CHCS的1.5倍,从节点能量曲线看能耗均衡效果与CHCS相当,明显优于LEACH。结果显示TBCS-EA综合性能较之于现有算法有明显提升。     

农田信息采集单多跳共存LEACH算法

针对农田环境信息量丰富的特点,提出一种基于LEACH算法的改进型无线传感器网络路由算法--LEACH-SMC.在LEACH-SMC算法的稳态阶段,簇头节点到基站间通信采用临界距离来判断和选择多跳或单跳方式,在多跳方式中采用基于最小能量消耗的路由方式.应用Matlab对LEACH-SMC算法和LEACH算法进行仿真对比分析,结果表明, LEACH-SMC算法能提高网络有效覆盖面积并延长整个网络的寿命.     

用于作物表型信息边缘计算采集的认知无线传感器网络分簇路由算法

随着无线终端数量的快速增长和多媒体图像等高带宽传输业务需求的增加，农业物联网相关领域可预见地会出现无线频谱资源紧缺问题。针对基于传统物联网的作物表型信息采集系统中存在由于节点密集部署导致数据传输过程容易出现频谱竞争、数据拥堵的现象以及固定电池的网络由于能耗不均衡引起监测周期缩减等诸多问题，本研究建立了一个认知无线传感器网络（CRSN）作物表型信息采集模型，并针对模型提出一种引入边缘计算机制的动态频谱和能耗均衡（DSEB）的事件驱动分簇路由算法。算法包括：（1）动态频谱感知分簇，采用层次聚类算法结合频谱感知获取的可用信道、节点间的距离、剩余能量和邻居节点度为相似度对被监控区域内的节点进行聚类分簇并选取簇头，构建分簇拓扑的过程对各分簇大小的均衡性引入奖励和惩罚因子，提升网络各分簇平均频谱利用率；（2）融入边缘计算的事件触发数据路由，根据构建的分簇拓扑结构，将待检测各区域变化异常表型信息触发事件以簇内汇聚和簇间中继交替迭代方式转发至汇聚节点，簇内汇聚包括直传和簇内中继，簇间中继包括主网关节点和次网关节点-主网关节点两种情况；（3）基于频谱变化和通信服务质量（QoS）的自适应重新分簇：基于主用户行为变化引起的可用信道改变，或分簇效果不佳对通信服务质量产生的干扰，触发CRSN进行自适应重新分簇。此外，本研究还提出了一种新的能耗均衡策略去能量消耗中心化（假设sink为中心），即在网关或簇头节点选取计算式中引入与节点到sink的距离成正比的权重系数。算法仿真结果表明，与采用K-medoid分簇和能量感知的事件驱动分簇(ERP)路由方案相比，在CRSN节点数为定值的前提下，基于DSEB的分簇路由算法在网络生存期与能效等方面均具有一定的改进；在主用户节点数为定值时，所提算法比其它两种算法具有更高频谱利用率。     

基于无线传感器网络的温湿度监测系统设计与实现

给出了以CC2430芯片为核心的环境监测无线传感器网络实现方案.设计中充分考虑到节点的剩余能量、链路质量和节点负载等因素,提出了一种能耗均衡树算法,使网络节点的负载逐渐趋于均衡,解决了因负载分配不均衡,使得网络节点出现过早失效、缩短网络寿命问题.实验表明,算法可均衡节点负载,延长网络的生存时间,实现网络的长效运行.     

基于DSP和模糊神经网络种蛋识别系统

针对传统的无线传感器网络监测农田范围小、采样频率不足和能耗高等问题,本文设计了基于簇状结构的无线传感器网络监控系统.能实现对玉米田环境参数的测量.该网络拓扑结构是簇状结构,分为2个簇,8个终端采集节点,2个簇首节点和1个汇聚节点.为延长生存期、降低能耗,节点采用定时休眠,依据节点功能采用不同供电模块,简化协议固定簇内终端节点和簇首的位置.设计WSN-CFM (Corn Field Monitoring)系统能实现近端计算机控制信息采集、处理、传输和存储农田参数变化状况.试验节点部署在玉米田,8个终端节点有7个终端节点数据的传输正确率均超过85%,正确率较低的节点更换电池后可正常工作.系统是能实现稳定传输,适合对玉米田环境参数实时监测.     

基于簇头协作的LEACH-C路由策略研究

针对传统的LEACH路由算法簇头负载过大、能耗消耗过快、簇头分布不均衡等不足。本论文提出一种改进的路由算法LEACH-C(基于簇头协作的改进路由算法:LEACH-Cooperation)。LEACH-C路由算法在簇头选取阶段,基于负载均衡思想,考虑距离与能量因素进行次簇头选择。LEACH-C路由算法中主簇头主要负责簇内信息的采集处理,次簇头主要协作主簇头实现信息的路由;在簇的建立阶段,利用节点维护的路由属性表和节点分布的密集程度、相对距离等确定入簇方式;同时结合簇与基站的相对位置进一步改进次簇头的路由方式。仿真结果表明,相较于传统的LEACH路由算法,本文提出的新算法有效均衡网络的能量消耗,同时延长了网络工作周期。     

基于粒子群算法的生猪养殖物联网节点部署优化研究

要构建有效稳定的生猪养殖物联网系统,无线传感器网络的覆盖率和连通性是网络节点部署中需要考虑的2个关键问题。采用粒子群算法结合虚拟力算法提高网络覆盖率,通过增加节点的方式提高网络连通性。以生猪养殖场物联网系统中节点部署为应用实例,以猪舍墙壁作为主要障碍物进行部署优化,仿真结果显示虚拟力导向的粒子群算法可提高网络覆盖率15%,而提升连通性只需增加10个节点,网络性能得到了明显改善。     

基于遗传算法的农业无线传感器节点部署算法设计

农业无线传感器网络是物联网技术在农业领域的重要应用,农业无线传感器节点的部署是限制其生命周期的重要因素。为了提高农业无线传感器网络节点的检测范围利用率,减少传输数据冗余,延长无线传感器网络的生命周期,在随机部署的基础上提出了一种迭代求解的无线传感器节点部署算法。该算法使用遗传算法优化求解,以覆盖率作为适应函数,利用离散的图形计算实现功能,该算法可以在传感器数量一定的情况下,求得覆盖率较高的部署方案。     

基于宇宙算法的农田无线传感器网络覆盖研究

为提高农田无线传感器网络覆盖的质量,采用宇宙算法,首先建立覆盖模型,确定无线传感器节点集合网络覆盖优化模型的目标函数;然后由传感器之间的距离以及发送字节数据确定能耗模型,节点休眠策略减少了节点冗余;接着宇宙算法建立单向、双向单宇宙群结构模型,无论单向、双向单宇宙群的信息交流,都将引起其他单宇宙内部信息发生变化,加快宇宙群收敛速度,宇宙进化中包含了宇宙空间逃逸策略以及混沌宇宙优化;最后宇宙算法设计了无线传感器网络覆盖优化步骤。实验仿真显示本文算法对农田无线传感器网络覆盖率可达99%以上,满足高质量覆盖要求。     

基于精细化梯度的水分传感器网络能量高效查询算

在分析现有无线传感器查询算法基础上,借鉴了数据融合树以及位置辅助查询的思想,提出一种基于精细化梯度的能量有效动态水分传感器网络查询算法EEQA-FGG.EEQA-FGG包含了查询路由生成、查询执行流程及查询异常处理3个算法的详细设计,同时模拟分析了不同规模下区域和全网查询运行情况,并与融合树、位置辅助等方案进行了比较.仿真显示,EEQA-FGG算法可以有效降低网络能耗、均匀网络负载、延长网络生命周期,尤其在区域查询中,EEQA-FGG的生命周期可比SPT和Compass方案延长10%～50%,特别适合大规模农田监测数据查询方案.     

基于改进型PSO算法的汽车转阀参数优化

提出了基于模拟退火(SA)修正的改进型粒子群算法(SA-PSO)的转阀参数优化方法。建立了整车动力学模型、转向系统模型、高速"路感"模型和转阀能耗模型,并对模型进行了验证;给出了低速转向轻便性、高速转向"路感"和能耗的量化指标;提出了以轻便性、"路感"和能耗量化指标的平方和根最小值为目标函数,以各参数取值范围为约束条件的最优化问题;构建了基于模拟退火修正的改进型粒子群优化算法(SA-PSO)的自适应度函数,运用改进型粒子群算法获得了转阀参数的全局最优解;SA-PSO与PSO的优化结果对比表明,SA-PSO的全局收敛性强、收敛速度快;通过优化参数与另外两组参数双纽线、高速中间位置小转角转向、转阀能耗仿真验证了优化方法的有效性和优化结果的正确性,最后分别进行了转阀参数优化前、后的双纽线、高速中间位置小转角转向、转阀能耗试验,结果表明,优化后的转阀使转向轻便性、高速转向"路感"和节能性均得到改善。     

面向大规模农田生境监测的无线传感器网络节能优化策略

针对大规模农田生境监测场景中无线传感器网络节点在部分作物生长期内呈现节点空间冗余,以及传感器节点采集到的数据之间通常具有很强的时间关联性的特点,本研究提出一种基于矩阵补全的两步节能优化策略来同时降低传感器网络的数据采集和传输能耗,以实现延长网络寿命的目的。该算法首先通过对节点数据信息量的衡量来寻找出空间上的非冗余节点,剩余的冗余节点关闭其采集功能,只作为中继节点传输数据;其次,利用矩阵补全算法的部分采样原理在采样阶段进一步减少时间上的数据冗余量,达到同时降低采集和传输模块能耗的目的。试验结果表明,所提出的算法可减少网络中83%的工作节点数目,有效降低了网络能耗。     

考虑无线传输损耗的农业物联网节点分布规划算法研究

针对传统的农业物联网路由以及网关选址时,考虑实际地形对传输损耗的影响不够,导致节点电能的浪费以及维护费用增加的问题,本文首先对农场地形以及已布置终端的位置进行建模,使用K-means算法确定路由初始位置以及该路由负责对接的终端。在考虑电磁波自由空间损耗以及绕射损耗的前提下设计合理的适应度函数,基于一种可变惯性系数的粒子群优化算法对路由和网关的位置进行优化。最终模型给出最大的电磁波损耗数据,用于在确定节点的最大发射功率时提供参考。算例仿真发现,路由位置通过PSO算法寻优,最大传输损耗最多可降低27.82%。实地检验发现,本算法所选取的最优点通信质量显著高于其附近的点,RSSI提升达12%～20%。模型最终给出的路由和网关最大传输损耗与最优布局位置对于实际节点铺设具有指导性意义。     

无线传感器网络在农田信息采集中的应用

将无线传感器网络用于农田数据的采集和传输.通过NS软件建立农田数据采集网络的模型,从节省能源的角度出发,着重考虑了系统结构、路由协议、能量监控的设计,并对其进行动态仿真.实践表明,该项应用有效地提高了数据传送效率和网络的运行寿命.     

基于粒子群遗传算法的配电网络重构

配电网络重构是配电自动化的重要组成部分,也是优化网络、降低有功损耗的重要手段。针对单一算法求解问题的局限性,提出一种多目标优化模型,并结合遗传算法的进化思想和粒子群算法的记忆性提出粒子群遗传算法,同时引入混合编码策略,通过线性权重法获得目标的搜索方向。通过对IEEE69节点测试系统进行计算和分析,验证算法在求解配电网重构中的有效性和可行性。     

模拟退火粒子群优化投影寻踪的渠道防渗模式评价

为了对渠道防渗工程的方案进行优选,采用模拟退火粒子群优化投影寻踪方法对渠道防渗模式进行优化评价.优化粒子群算法,使其在退火过程中接受优解,且还以一定的概率接受差解.同时利用模拟退火粒子群算法在搜索过程中具有概率突跳的能力,有效地避免搜索过程陷入局部极小解,提高了算法的收敛速度和精度.将该模拟退火粒子群算法与投影寻踪结合,建立了模拟退火粒子群优化投影寻踪模型,将该模型应用到灌区渠道防渗模式优化评价中,选取10个指标作为评判因子,提出适合该地区的干渠渠道防渗工程优化模式,其优劣排序依次为方案Ⅳ、方案Ⅱ、方案Ⅲ、方案Ⅴ、方案Ⅰ.研究表明模拟退火粒子群优化投影寻踪的评价模型对灌区渠道防渗模式进行综合评价是切实可行的,模拟退火粒子群优化投影寻踪的评价方法在解决实际问题中展示了其优越性,并取得了良好的应用效果.     

基于BTO多目标遗传算法的播种机性能优化设计

受播种地形和地域的影响,大部分播种机的播种质量、播种效率和能耗不能发挥到最佳状态,为了提高播种机的作业性能,深入挖掘了按顾客订单生产(Build-to-Order,BTO)模式的一般性意义,并将该模式引入到了播种机的优化设计中,提出了一种基于BTO模式的多目标速度控制遗传算法优化模型。根据播种质量、效率和能耗的要求,首先确定了BTO模式下播种机性能优化的初始参数,利用多目标函数确定了播种机的速度控制模型,并利用遗传算法进行了优化设计。最后,通过试验样机对播种机的播种性能进行了测试,结果表明:使用多目标遗传算法对播种机的性能进行优化后,播种机的播种质量、播种效率和播种能耗有了明显的改善,为新型播种机的研发提供了较有价值的参考。     

基于分簇数据融合的农产品冷链温度监控方法

针对现有基于无线传感网络的农产品冷链物流监测系统,传感器节点数据传输量大,带宽利用率低、能耗高,网络生命周期短的问题,提出了一种基于算术平均值与分批估计的簇内数据融合及自适应加权的簇间数据融合冷链温度监测方法。首先利用疏失误差对采集数据进行预处理,然后利用平均值与分批估计方法对簇成员节点发送的数据进行融合处理,最后簇头节点利用自适应加权算法对接收到的成员节点数据进行进一步的融合处理。实验证明,基于该数据融合方法的冷链监测系统网络生存周期相比传统方法提高了34.2%,稳定周期相比于传统低功耗自适应集簇分层型协议提高了11.4%,数据融合精度高于传统算术平均值法7.6%,系统能耗每轮降低约32.5%。能够有效降低冗余和可信度较差的数据对测量结果带来的影响,减少不必要数据传输损耗,降低了冷链物流成本,提高了农产品冷链物流信息化程度。