基于协作MIMO的UWSN三维动态分簇路由算法研究

为解决基于协作的多输入多输出(Multi-input Multi-output,MIMO)同构水下无线传感器网络(Underwater Wireless Sensor Networks,UWSN)的能量节省和能耗均衡的问题,建立了多跳分布式UWSN三维系统模型。文中弥补了DCREDT选择算法能量空间分布不均的不足,通过引入能量门限和距离算法,提出了一种基于能量和距离的带门限水下动态分簇路由算法(Underwater Dynamic Clustering Routing Algorithm Based on Energy and Distance with Thresholds,UDCREDT),同时定量分析了能耗均衡性对网络寿命的影响并确定了门限的取值方法等。通过仿真分析验证了UDCREDT算法的合理性和有效性。相比DCREDT选择算法,所提算法的能耗降低了约6.81%,均衡性提高了约7.98%,有效延长了网络的使用寿命。

基于多因素均衡动态分簇的WSN路由协议算法

为了解决无线传感器网络分簇路由协议随机筛选簇头节点的位置分布不均衡及转发节点的数据传输路径不合理会加剧节点能量消耗、缩短网络生存周期的问题,提出一种基于改进社交网络搜索(improved social network search, ISNS)算法优化模糊C均值聚类(fuzzy C-means, FCM)的多因素均衡动态分簇路由协议(multi-factor balanced dynamic clustering routing protocol, MD-LEACH)。首先,引入莱维飞行改进反向精英学习策略,以增强社交网络搜索算法的全局寻优能力;接着,使用ISNS优化模糊C均值聚类算法对网络节点动态均匀分簇,均衡网络负载;此外,在每个簇内,考虑簇内节点的能量因素和位置因素引入模糊推理,设计两种簇头选取模式,动态选举簇首,提高簇首质量。在稳定传输阶段,将单跳改为簇首之间的通信的方式,使用改进的蚁群算法寻找最优数据传输路径,提高能量效率。仿真结果表明,算法能够有效提高能量效率,平衡网络负载,延长网络生存期。

优化聚类分簇结合自适应中继策略的双簇首WSNs路由算法

针对无线传感器网络中分簇路由算法节点能量利用率低、能量消耗不均匀等问题,提出了一种优化聚类分簇结合自适应中继策略的双簇首无线传感器网络路由算法.该算法对分簇路由协议中的三个阶段分别进行优化设计.成簇阶段,首先对双簇首模型下最优成簇规模与网络能耗的关系进行理论分析,然后使用改进的算术优化算法计算模糊C均值算法的初始聚类中心,提高了模糊C均值算法聚类成簇的准确率和鲁棒性.簇首选举阶段,引入双簇首策略,以节点的位置、能量和中心度为影响因子,根据承担任务的不同分别为内外簇首设计独立的簇首评价函数,以评价值为依据由节点分布式动态选举簇首减少了广播数量,同时可以将整个簇的能量负载平均分配到每个簇成员节点中.数据传输阶段,设置了多跳中继策略的距离适用条件,并以能量消耗速率为依据选择中继节点,避免了节点提前过载.仿真结果表明:在多种规模的网络中,该算法相较于对比算法在均衡网络负载、提高能量利用效率方面效果更好,从而延长了网络的有效感测时间.

基于BBO优化K-means算法的WSN分簇路由算法

针对无线传感器网络中传感器节点能量有限、网络生存期短的问题,提出一种基于生物地理学算法优化K-means的无线传感器网络分簇路由算法BBOK-GA。成簇阶段,通过生物地理学优化算法改进K-means算法,避免求解时陷入局部最优。根据能量因子和距离因子设计了新的适应度函数选举最优簇首,完成分簇任务。数据传输阶段,则利用遗传算法为簇首节点搜寻到基站的最佳数据传输路径。仿真结果表明,相较于LEACH、LEACH-C、K-GA等算法,BBOK-GA降低了网络能耗,提高了网络吞吐量,延长了网络生存周期。

基于群组置换密码的无线保密通信网络安全分簇路由算法

鉴于目前无线通信网络分簇路由算法对网络的保密性较低,提出了基于群组置换密码的无线保密通信网络安全分簇路由算法。首先,采用改进置换密钥矩阵加密算法(RKM)对无线通信网络的信息使用多米诺查表加字节变换,并在其中穿插特征变换因子进行多次变换完成无线通信网络加密;使用反向的多米诺查表和自己变换配合特征变换因子进行解密。然后,以加密后无线保密通信网络为基础,计算网络最佳簇头。采用引力算法通过以簇头为质点计算其对不同节点的引力完成分簇,并以低能耗作为遗传算法的适应度函数进行网络簇头选举,结合代价函数优化簇间跳转策略,挑选能量足、位置好的节点,作为优质的通信路由,实现网络安全、低能耗传输。实验结果表明:该算法的混乱性高、扩散性强可以保证无线通信数据不被他人破解;该算法可以选择出节点存活数量最高的簇头,且网络节点的剩余能量最高。

基于IHBA优化模糊C均值的三维WSN分簇路由算法

针对分簇路由算法在三维场景下能量消耗大、网络生存周期短的问题,提出了一种基于改进蜜獾算法优化模糊C均值的三维无线传感网分簇路由算法IFCRA。IFCRA分别对网络成簇、簇首选举以及数据传输阶段进行了优化。首先,采用改进蜜獾算法优化模糊C均值算法,解决模糊C均值易陷入局部最优的问题,并综合节点的距离和能量特征划分拓扑结构。其次,结合簇内节点的能量和相对距离构建最优簇首函数,平衡簇首负载。最后,采用自适应传输机制寻找中继节点,综合节点距离和能量构建最优传输路径函数,采用改进蜜獾算法进行寻优,均衡数据传输能耗。仿真结果表明,IFCRA在三维异构场景中分簇合理、能耗均衡且生存周期长。

无线传感器网络的分簇拓扑控制算法研究

在层次型分簇拓扑控制算法的基础上,提出非均匀分簇EBUC的拓扑控制算法,建立无线传感网络内的多个非均匀节点簇,设置靠近基站的簇规模更小、远离基站的簇规模更大,同时合理选择簇首节点、设置节点非均匀竞争半径,采取簇间多跳路由机制,使能量水平较高的节点选择基站附近能量高的节点进行数据转发,以最大程度节省网络能量、延长网络生命期。仿真实验表明,相比于其他算法而言,分簇拓扑控制算法的节点簇拓扑稳定性、能耗均衡性更加优秀。

基于能量迭代模型和蜂群优化的异构无线传感器网络节能分簇路由算法

针对无线传感器网络节能分簇路由通信时存在数据传输节点死亡数量较多、传输能耗输出较大的问题,提出一种基于能量迭代模型和蜂群优化的异构无线传感器网络节能分簇路由算法.首先构建网络通信能耗模型,以缩减能耗为目标结合差分蜂群算法及时优化网络节点分布;然后基于网络节点分布优化结果,制定异构无线传感器网络节能分簇方法,使用能量迭代选簇方法确定簇头,获取簇头半径完成异构无线传感器网络的通信节点节能分簇;最后设定通信簇头节点与基站之间的距离,确定节点通信时的路由等级,并结合多跳的路由通信方式,实现异构无线传感器网络的节能路由通信.实验结果表明,利用该方法进行网络节能分簇路由通信时,数据传输节点死亡数量最多为22个,节点传输最大能耗为21 nJ/bit,表明该方法节点通信节能效果较好.

面向SDWSN的分布式高效熵节能分簇路由算法

为提高软件定义无线传感器网络(software defined wireless sensor network,SDWSN)的寿命并降低数据传输能耗,设计一种基于萤火虫算法(fireflyalgorithm,FA)和生物地理学优化(biogeography-based optimization,BBO)的混合优化算法,并基于该混合优化算法,设计一种分布式高效熵节能分簇路由算法(distributed high-efficiency entropy energy-saving cluster routing algorithm,DHEEC),将能量熵和混合优化算法用于簇头选择。仿真结果表明,混合优化算法在标准函数上的表现优于其他算法,DHEEC的10%节点死亡轮数比IFCEER提高了约41.05%,比DEEC-FA提高了约13.89%,并提高了能量利用率。

基于BWAS的无线传感器网络动态分簇路由算法

为加快无线传感器网络路径搜索速度,减少了路径寻优能量消耗,提出了基于最优-最差蚂蚁系统(bestworst out system,简称BWAS)算法的无线传感器网络动态分簇路由算法。该算法是基于无线传感器网络动态分簇能量管理模式,在簇头节点间运用BWAS算法搜寻从簇头节点到汇聚节点的多跳最优路径,以多跳接力方式将数据发送至汇聚节点。BWAS算法在路径搜寻过程中评价出最优最差蚂蚁,引入奖惩机制,加强搜寻过程的指导性。结合动态分簇能量管理,避免网络连续过度使用某个节点,均衡了网络节点能量消耗。通过与基于蚂群算法(ACS)的路由算法仿真比较,本算法减缓了网络节点的能量消耗,延长了网络寿命,在相同时间里具有较少的死亡节点,具有较强的鲁棒性。

基于深度和能量的水下三维传感器网络分簇路由算法

针对水下三维传感器网络定位困难、传输损耗大等特性,提出了基于深度和能量的水下三维传感器网络分簇路由协议.在分簇过程中,根据水下节点到水面的深度、节点的剩余能量来选取簇头,普通节点根据其与簇头的深度差选择自身的簇头,形成适合水下数据传输的锥形簇结构.簇间数据传输考虑了水下节点数据传输向上(水面方向)和向内(以Sink节点垂线为柱心的方向)的原则,采用多跳传输保证数据由深水层向浅水层传递.仿真结果表明,该算法能有效均衡网络能耗,延长网络的生存周期,提高网络数据传输效率.

无线传感器网络动态分簇路由BWAS的算法研究

为加快无线传感器网络(WSN)路径搜索速度,减少了路径寻优能量消耗,提出了基于最优-最差蚂蚁系统(BWAS)算法的无线传感器网络动态分簇路由算法。该算法是基于WSN动态分簇能量管理模式,在簇头节点间运用BWAS算法搜寻从簇头节点到汇聚节点的多跳最优路径,以多跳接力方式将数据发送至汇聚节点。BWAS算法在路径搜寻过程中评价出最优-最差蚂蚁,引入奖惩机制,加强搜寻过程的指导性。结合动态分簇能量管理,避免网络连续过度使用某个节点,均衡了网络节点能量消耗。通过与基于蚁群算法(ACS)路由算法仿真比较,本算法减缓了网络节点的能量消耗,延长了网络寿命,在相同时间里具有较少的死亡节点,具有较强的鲁棒性。

无人机自组网的动态双簇首分簇算法研究

无人机自组织网络的动态拓扑特性给分簇路由协议的设计带来一定的挑战,如何建立有效稳定的分簇机制至关重要。针对局部网络中弹性的无人机自组网单一分簇算法分簇不合理以及单簇首结构抗毁性低的问题,根据局部节点间链路过期时间生成的拓扑结构,设计动态双簇首的分簇算法。该算法允许在不同的局部网络形成不同的网络结构,同时双簇首设计保证了簇结构的高抗毁性。

面向智能电网广域通信的可靠路由算法研究

无线传感器网络是智能电网广域通信中的基础组成单元,传统的无线传感器网络分簇路由协议虽能在一定程度上简化网络拓扑,但仍存在簇首选择不合理且系统能耗较高的问题。针对此,文中基于粒子群优化算法提出了一种改进的分簇路由协议。该协议利用粒子群算法的参数寻优特性对簇首搜寻方案加以改进,使得新方案考虑了距离、剩余能量、数据传输精度等多种因素。同时还使用粒子群自适应函数对该方案进行优化,从而提高了原算法的可靠性。在能耗实验测试中,所提算法迭代1 300次后的剩余能耗为31.2 J,在对比算法中为最优。而对路由路径的测试中,改进算法的平均运行时延为1.79 ms,平均误码率为0.212 5,在所有算法中均为最低,证明了该算法具有良好的实时性和可靠性。

基于事件驱动的无线传感器网络动态分簇路由算法

为了降低应用于突发事件监测的无线传感器网络的能量消耗,设计实现了一种基于事件驱动的动态分簇路由算法。在人体神经系统工作机制和传感器网络分簇路由协议的基础上,建立了基于人体神经系统的传感器节点模型,提出簇的生存时间和覆盖范围依据事件情况而动态调整,以有效提高数据融合性能,避免冗余分簇。仿真实验结果表明,该算法与TEEN相比消耗的能量更少,可以有效延长网络的生存时间。

动态分层的水下传感器网络分簇路由算法

针对平面路由难以适应较大规模水下传感器网络的局限,该文提出一种能更好地适用于较大规模网络的分簇路由算法DLCR(Dynamic Layered Clustering Routing)。该算法将网络自上向下划分为多层,并选择层内与sink节点距离较近、剩余能量较高的节点作为簇头节点,从而降低簇头节点的通信能耗。为了避免同一节点连续被选举为簇头节点,提出一种动态分层机制,每一轮数据采集周期都将网络重新划分为多层。实验证明DLCR不仅具有良好的稳定性,还降低了网络的能耗,延长了网络的寿命。

三维WSN中细胞分簇最优距离路由算法

随着物联网的兴起,无线传感器网络(wireless sensor networks,WSN)的应用日益广泛,路由算法作为网络层的核心技术,成为无线传感器网络研究的热点问题。考虑到传感器节点能量有限的特性,提出了一种三维无线传感器网络中的新型路由算法。基于生物细胞选择和分布式系统设计的相似性,设计了生物细胞节点分簇方法。为了最小化网络能耗和最大化网络生存时间,设计了最优距离路由算法。将分簇方法和路由算法结合,采用分簇方法将网络中所有节点进行分簇,运行路由算法完成簇内和簇间寻路。进行了仿真实现,并基于不同网络拓扑进行了性能评价,结果表明,与现有的典型算法相比,该路由算法能够有效地降低网络能量消耗,延长网络生存时间。

低压电力线通信分簇路由算法及网络重构

低压配电网具有物理拓扑未知和电力线信道时变性特征。为提高低压配电网窄带电力线载波通信系统可靠性,提出并讨论一种基于非交叠分簇算法的电力线通信组网及路由重构方法。该算法可以根据信道质量的变化动态地建立、维护、优化电力线通信网络路由,保证通信网络的有效性。在此基础上,进一步提出并比较两种组网时间序列分配算法,完善了该路由算法。仿真试验表明,该路由算法具有很大的灵活性、实用性和有效性。

一种新的基于粒子群优化的双簇头分簇路由算法

针对无线传感器网络分簇路由算法中簇头节点负载过重,簇头能量利用率不高,提出了一种基于粒子群优化的双簇头多跳路由算法。该算法根据簇头任务的不同,利用节点的能量、距离汇聚节点的距离以及节点的位置关系分别构建适应值函数,选择出最优主簇头完成数据采集和融合任务,以及与其协作的最优副簇头完成簇间数据转发任务,最终实现采集能耗和传输能耗最小化。仿真实验结果表明,与其他路由算法相比,该算法可以有效减轻簇头节点负载,减小簇头能量消耗,均衡整个网络能耗,延长了网络的生存周期。

动态拓扑环境下无线传感器网络分簇算法研究

提出一种适用于动态拓扑环境的无线传感器网络分布式分簇算法,算法根据节点的剩余能量以及与动态变化的簇心之间的距离来挑选簇头,从而使网络能量均匀消耗。与集中式算法不同,该算法只需和部分邻居节点交换阈值信息而无需收集全局节点的位置信息,也不必完成远距离通信等任务。仿真与实际应用表明,动态拓扑环境下,该算法具有良好的负载平衡性能和较小的协议开销,与LEACH算法相比,能有效减少能量消耗,网络生存期可以延长20%～30%。