能耗均衡与节能的自适应水下路由协议

针对水下传感器网络中节点能耗不均衡和能量有限的问题,提出一种能耗均衡与节能的自适应水下路由协议ECBES(energy consumption balanced and energy saving adaptive underwater routing protocol)。构建双区非均匀分层拓扑。基于能耗均衡因子,利用拓扑和节点剩余能量计算节点转发优先级,实现自适应转发节点选择,均衡网络能耗。与此同时,通过候选转发区域各分区域中节点参与转发数据包的比例确定次优候选转发区域,将次优候选转发区域作为初始策略,利用策略迭代思想确定最优候选转发区域,保证投递率的同时减少不同网络规模中重复数据包的转发,降低网络的整体能耗。仿真结果表明,ECBES相比VBF、ES-VBF和ALRP,在不同节点数量下,节点死亡率均最低,在保证数据包投递率的同时,能耗最少。

考虑用户舒适度和能耗均衡的分布式电采暖能量调节优化算法

为了实现分布式电采暖系统运行的经济性和舒适性,克服分布式电采暖能量调节优化算法收敛性差的问题,提出考虑用户舒适度和能耗均衡的分布式电采暖能量调节优化算法。根据人体自身热平衡条件和环境状态建立用户舒适度模型,结合采暖用户的行为特性确定采暖用户的偏好因子,在此基础上,基于能耗均衡目标建立分布式电采暖能量调节优化目标函数,以用户舒适度和能耗均衡为目标对目标函数求解,得到的最优解即为能量调节最优方案。实验结果表明,提出的考虑用户舒适度和能耗均衡的调节优化算法线性误差小、收敛速度快,能够促进用户使用电采暖系统的积极性。

基于MR的5G网络能耗均衡方法研究

当前5G基站能耗是4G基站的3~5倍,运营成本显著上升,如何在保持基站性能的前提下降低基站功耗,已成为研究热点。对此,提出了一种基于测量报告(Measurement Report,MR)的5G网络能耗均衡方法,根据无线电波传播相关理论,深入挖掘MR特征数据,构建能耗均衡模型,利用MR数据挖掘特征参数,判定服务小区上下行覆盖均衡情况以及边缘区域内相邻小区覆盖情况,输出小区级能耗均衡方案,从而使5G网络的功率保持在一个较低功耗的均衡状态。该方法能够在保证正常网络通信前提下,有效降低网络平均输出功率,降低运营成本。

医院无线传感网络分区节点能耗动态均衡算法

为解决能量消耗快、使用寿命短的问题,提出一种医院无线传感网络分区节点能耗动态均衡算法。计算医院内大流数据传输产生拥挤概率,明确候选路径选取最优结果,调度拥堵概率小的大数据流,建立节点能耗模型,计算节点跳转合作间能量消耗,凭借振动补给模型补充部分节点能量。受距离影响,节点间的补给程度不同,需计算单元中簇头数量迭代关系,利用簇点间传输数据融合率,确定单元个数及各单元簇头节点个数,平衡各节点耗能。实验结果证明,动态均衡算法节点能量消耗均衡,能有效延长节点使用时间,提高网络吞吐量、缩短时延。

一种能耗均衡的WSN高吞吐量路由协议研究

无线传感器网络(WSN)由若干个传感器节点通过多跳自组织的方式构成,这些节点的能量和处理能力都受到极大地限制,因此研究节能高效的路由协议具有较大的意义。为延长WSN的生存时间和提高网络吞吐量,提出了一种能耗均衡的WSN高吞吐量路由协议,该协议利用K⁃means聚类算法对节点进行分簇,并结合节点剩余能量和距离计算权重值,选择最佳节点作为簇首,此外,还利用无线收发器的参数和信道状况确定最佳固定分组大小。在数据传输阶段,使用Dijkstra算法计算多目标权重函数作为链路成本。实验结果表明该方案在网络节点节能方面优于CERP和TEEN路由协议,且提高了整个系统的吞吐量和生存时间。

能耗均衡和节能的分层无线传感器网络汇聚层优化部署

分层无线传感器网络中,汇聚节点的部署位置,对感知节点的能耗大小以及均衡起着至关重要的作用,最终影响传感器网络使用寿命。因此,在保证所有传感节点均能有效连接的前提下,对汇聚节点的位置进行优化,延长网络生存时长。同时考虑两个优化目标,即最小化感知节点的总传输功率,以及尽可能均衡感知节点的能耗。这是一个非凸的NP-hard的多目标优化问题。为了求解该问题,首先提出了一种多目标黏菌算法,然后基于此,设计了一种分层无线传感器网络汇聚层优化部署机制。充分的实验结果表明,基于多目标黏菌算法的优化部署机制可以显著降低感知节点的总功率,平衡感知节点之间的能量消耗。

基于动态能耗的多无人机协同任务分配

针对多无人机物流配送存在的空载率高、能源利用效率低等问题,考虑同时送取货的多无人机配送场景和无人机实时能耗变化,提出了无人机动态能耗模型,进行了多无人机同时送取货任务分配问题的研究。用遗传算法对问题进行求解,针对经典遗传算法对初始种群的依赖性、易早熟、局部搜索能力弱等特点,设计了一种混合初始化方法,引入了食肉植物算法繁殖机制,并结合问题特性设计了内交叉策略和反馈变异策略,同时引入了过程精英策略,对遗传算法进行了改进。实验结果表明,改进的遗传算法可以有效求解基于动态能耗的多无人机任务分配问题。

能耗均衡约束下的多源异质传感器数据动态汇聚算法

多源异质传感器数据在无线传感网络中汇聚时,易受到无线传感网络冗余数据的干扰,导致其通信开销大、精度低。为此,提出能耗均衡约束下多源异质传感器数据动态汇聚算法。构建能耗均衡约束模型,保证多源异质数据节点在汇聚过程中所消耗的能量趋于平均值,采用监督判别投影算法对数据进行降维处理,消除数据中的冗余度,通过模糊分簇阈值筛选机制获取汇聚区域的簇头阈值,将簇区域内数据汇聚到传感器中,完成多源异质传感器数据的动态汇聚。仿真结果表明,所提算法的隐私泄露率在25%左右,通信开销在9 MB~46 MB之间,汇聚数据正确率高于90%,证明所提算法可有效降低通信开销,提高数据汇聚精度。

基于能耗均衡的无线传感网络自适应数据存取算法

提出了一种能耗均衡的自适应数据存储算法,将数据尽量存储在适合查询的位置。首先建立基于网格的网络模型,然后分析采集节点与初始存储节点、查询节点之间的位置关系,存储模式可在集中存储和分布存储之间切换。算法引入了虚拟扩展网格和能量分级消耗的机制,可有效均衡网络能耗。实验结果表明,该算法的节点能耗、生命周期和丢包率相比于GHT算法有一定的改善。

地震场景下无人机群路径规划与任务分配均衡联合优化

无人机(UAV)群路径规划和任务分配是UAV群救援应用的核心,然而传统方法分开求解路径规划与任务分配,导致资源分配不均。为了解决上述问题,结合UAV群的物理属性与应用环境因素,改进蚁群算法(ACO),提出联合并行蚁群(JPACO)模型。首先,借助分级信息素增强系数机制更新信息素,以提高JPACO任务分配均衡性和能耗均衡性;其次,设计路径平衡因子和动态概率转移因子优化蚁群模型易陷入局部收敛的情况,从而提高JPACO的全局搜索能力;最后,引入集群并行处理机制,以降低JPACO运算耗时。将JPACO与自适应动态蚁群算法(ADACO)、扫描动态蚁群算法(SMACO)、贪婪策略蚁群算法(GSACO)和交叉蚁群算法(IACO)在公开数据集CVRPLIB上对比最优路径、任务分配均衡、能耗均衡和运算耗时。实验结果表明:与IACO和ADACO相比,JPACO处理小规模运算的最优路径平均值分别降低7.4%和16.3%;处理大规模运算的求解耗时与GSACO、ADACO相比降低8.2%和22.1%。以上结果验证了JPACO在处理小规模运算时能够改善最优路径,处理大规模运算时任务分配均衡、能耗均衡和运算耗时明显优于对比算法。

无线传感器网络LEACH协议能耗均衡改进

LEACH(lowenergy adaptive clustering hierarchy)路由协议是无线传感器网络中被广泛应用的分层协议,但它存在簇头选择不合理和节点能耗不均衡的缺点。通过对LEACH协议节点能耗建模和分析,提出了一种均衡节点能耗的改进协议LEACH-B。最后用NS2对改进后的协议进行仿真,仿真结果表明,改进后的协议能均衡节点的能耗,有效地延长了整个网络的生存期。

无线传感器网络分区能耗均衡的非均匀分簇算法

针对在无线传感器网络中分簇算法采用多跳通信方式时,靠近汇聚节点的簇头节点由于转发大量数据而导致自身能量消耗过快且节点易失效,从而造成网络分割,形成“热区”的问题,提出了一种新颖的基于分区能耗均衡的多跳非均匀分簇算法（CEB-UC）.其核心思想是：将传感器网络合理分区,使得在靠近汇聚节点分区内的簇数量较多,各簇内传感器节点数较少;在远离汇聚节点分区内的簇数量较少,各簇内的传感器节点数较多,从而保证承担数据中继转发任务的簇头节点能减少自身的簇内通信开销,节约的能量可供簇间数据转发使用;任意分区的簇头节点在选择下一跳中继节点时可综合考虑候选节点的位置及剩余能量.实验以HEED、LEACH、PEGASIS、EAR-ACM等协议为参照,结果表明,当节点使用不同的数据融合策略时,CEB-UC算法能有效平衡网络节点能耗,延长网络部署半径,降低17%～41%的簇头节点能耗,提高24%～53%的网络寿命.

PSO优化的能耗均衡WSNs路由算法

无线传感器网络(WSNs)节点能量和计算能力有限,所以WSNs路由设计的重要目标是降低节点能源损耗。提出PSO优化的能耗均衡WSNs路由算法,用路径探测包收集链路状态信息,将路由优化计算在Sink节点处进行,用PSO进行路由优化,减少了节点负担。算法对PSO的运算规则结合路由问题进行了重新定义,在设计适用度函数时,考虑了节点的剩余能量,以达到能耗均衡。当网络有Qo S需求时,只需在路由探测包和适应度函数上加入相应参数即可,易于扩展。最后用仿真对算法的优越性进行了验证。

能耗均衡的自供能无线传感器网络分簇路由算法

当前的采能技术已经能够让传感器节点自动从环境中获得适量的能量补给,针对现有自供能无线传感器网络分簇路由算法中未考虑位于不同地理区域的节点所获补给能量大小的不同,而导致能量补给少区域的簇头数过少、簇规模过大,全网能耗不均衡等问题,提出了一种能耗均衡的自供能无线传感器网络分簇路由算法-EBCS(Energy Balanced Clustering with Self-Energized),该算法结合实际能量补给场景对簇头选举机制进行了改进,并采用了一种自适应式簇间通信机制,充分保存与利用补给能量。理论和仿真实验表明:EBCS算法能够较好维持预设的簇头比例,在网络平均剩余能量、当前可用节点数量等性能方面优于另外两种现有算法。

无线传感器网络能耗均衡路由模型及算法

在综合考虑传感器网络中节点链路接入、数据包传输能耗及节点剩余能量的基础上,提出了一种自适应能耗均衡路由策略,并给出了相应的数学最优化模型及求解算法.优化的目标是均衡网络能耗,进而最大化网络寿命.首先采用跨层分析的方法设计了符合传感器节点计算能力的分布式动态路由树生成算法及各节点的路由选择策略函数;然后通过构造一个双层规划模型使传感器网络的整体能耗趋向均衡,尽可能地延长网络寿命.一个数值例子说明,提出的路由选择策略、双层规划模型及求解算法是可行且有效的.

一种能耗均衡的WSN分簇路由协议

节能问题是WSN的研究热点之一,而路由协议对网络能耗有直接影响。在对已存在的分簇多跳路由协议进行分析的基础上,提出了一种考虑多种因素来均衡节点能耗的分簇多跳路由协议——EBCRP。EBCRP协议中,选择中继簇头时综合考虑了邻近簇头相对自身的距离和方向;加入经验因子使簇头概率随节点与Sink的距离成负指数变化;中继簇头进行一定时间的等待以便数据融合,等待时间与它到Sink的距离成反比;另外,还通过仿真确立了较优的轮转周期。仿真实验结果表明,EBCRP协议能够使WSN网络第一个节点的死亡时间明显延后,节点能耗更均衡,生命期更长。

能耗均衡的无线传感器网络无标度容错拓扑模型

网络生命期是衡量无线传感器网络性能的重要指标,无标度拓扑对节点随机失效的强容错性在一定程度上能够延长网络生命期,但是其拓扑结构的不均匀会造成网络能耗的不均衡.为此,针对无标度拓扑能耗不均衡导致网络生命期缩短的问题,该文考虑节点剩余能量和节点间距离,建立能耗模型,根据此模型评估网络的生命期,分析节点能量和节点间距离对网络生命期的影响,得出网络生命期与节点能量正相关,与节点间距离负相关的关系.将此关系应用于无标度拓扑演化规则的择优连接机制中,提出一种能够均衡网络能耗的无线传感器网络容错拓扑动态演化模型.在建模过程中,将节点剩余能量与节点间距离的比值作为适应度函数,并考虑网络拓扑变化时存在的链路增减的动态行为,利用平均场理论分析此演化模型节点度分布的幂率特性,最终得到一个具有无标度特性的容错拓扑.在MATLAB仿真平台下,分析由所提演化模型形成拓扑的度分布形式,验证出该拓扑的度分布服从幂率特性.同时,将此模型与其他经典模型进行网络性能对比分析,验证出该模型不仅能够均衡节点和网络的能量消耗,延长网络的生命期,还能够增强网络的容错和容侵能力.

一种能耗均衡的无线传感器网络分簇算法

以无线传感器网络中的LEACH和HEED分簇算法为背景,提出一种基于能耗均衡的自适应网络分簇算法EBACA。算法的主要特点是传感器节点根据自身状态信息自主竞争簇头,簇头选择标准考虑了随机概率与节点剩余能量结合,并引入了节点能量预测和能量阈值;为均衡各个节点的能耗,通过重新规划时间片来调节节点的工作频率;为减少簇头的能量开销,簇头之间通过多跳方式将各个簇内收集到的数据发送给特定簇首节点,并由此簇首节点将整个网络收集的数据发送给基站。设计的目标是均衡网络能耗,进而最大化网络寿命。分析和仿真结果表明,相对于几种重要的分簇算法,如LEACH和HEED,EBACA在平衡节点能量消耗和延长网络寿命方面具有更优越的性能。

基于分区的能耗均衡路由协议

为了均衡无线传感器网络的节点能耗,增强网络稳定性,设计并实现了一种基于分区的能耗均衡路由协议。该协议设计了一种优化的分区算法,将节点基于分区划分而形成簇,解决了先前协议中簇的个数和分布的随机性问题;在选举簇首时,综合考虑了节点剩余能量、簇内节点能耗均衡、簇内部总能耗三个方面,采用三级簇首选择机制,选择的簇首既能均衡节点能耗,又可以降低簇群总能量消耗;在数据转发时,普通节点选择距离最近的簇首,在不超过通信距离阀值时,簇首可以隔层选择下一跳簇首,有利于缓解无线传感器网络的"热区效应"。仿真结果表明:相比MEET和DREEM-ME路由协议,该协议能更好地均衡节点能耗、增强网络稳定性、改善网络服务质量。

半集中式能耗均衡多跳分簇协议

提出半集中式能耗均衡多跳分簇协议SCPEBMT,协议将基于节点剩余能量选举簇头的算法应用到网络中,同时在簇头之间采用最短多跳路由算法.基站广播簇头信息和最短多跳路由.在建立多跳路由路径以及建立簇的过程中,充分考虑源节点与目标节点的能耗均衡,并提出能量距离的概念.实验结果显示,和Leach协议,EBCA协议,LEACH-EE协议相比,SCPEB-MT提高了网络能耗均衡性能,延长了网络生命时间.