无人机自组织网络的簇头选择机制研究

近年来,为了适应日益复杂的无人机工作场景,多无人机系统应运而生,该系统依托无人机自组织网络(UAV Ad Hoc Network,UAVNET)实现,UAVNET设计能够直接影响多无人机系统的综合性能,因此,对UAVNET设计进行研究具有一定现实意义。簇头无人机需要承担维护分簇结构、协助簇间通信等任务,存在综合能耗相对较高的缺陷。本文以UAVNET设计中的簇头无人机能耗优化问题为研究对象,提出了GEDQN簇头选择算法,经过验证,本文提出的智能簇头选择机制能够在一定程度上减少簇头无人机的综合能耗。

一种主从式卫星集群的星间组网系统设计

为解决主从式卫星集群在离散稀疏拓扑下的组网通信问题,保障其星间实时交互遥控遥测及任务信息的需求,根据主从式卫星集群的分层、分簇的空间拓扑特点,本文提出了一套通信系统架构和星间组网协议栈的设计方案。首先,在网络层的设计上,给出了网络层的数据结构、基于多权重优先级代价函数的子网簇首选择备份机制以及子星建网入网的流程;其次,在数据链路层,根据分包遥控和分包遥测体制按照层次化对数据进行处理;然后,在物理层的设计中采用扩跳频作为星间链路的通信体制,采用时分多址方式实现卫星集群的多用户通信,并给出了星间链路的具体通信指标;最后,对星间通信进行了链路计算,计算结果表明物理层设计满足各星通信需求。

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。

考虑节点剩余电量及簇头间距的簇划分WSN容错分组

在无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)数据分组协议过程中,环境因素、能耗因素以及设备因素对于WSNs正常运行影响很大,会影响WSNs使用周期进而增加网络运行成本,对此,从提高WSNs网络设备容错性能角度,提出考虑节点剩余电量及簇头间距的簇划分容错无线传感器分组协议(clustering based fault tolerant distributed,FTCD)。首先,利用簇头(Cluster Head,CH)与传感节点间距、基站与CH间距及CH中电池能量剩余情况,进行CH的自适应选取。其次,采用能耗最低方式,对下一CH选取进行指导,并引入容错机制,提高数据传输有效率,进而降低能耗;最后,通过实验对比,验证了FTCD分组协议在能耗及数据传输效率上的优势。

一种节能的无线传感器网络分簇算法

针对低功耗自适应聚类层次算法存在的能量问题和簇头瓶颈问题,提出一种节能的无线传感器网络分簇算法,在簇头的选择过程中利用节点能量、邻节点数等参数设置节点当选簇头的优先度,使簇头的分布更均匀。在簇的组建过程中设置能量阈值作为簇的重建条件,减小簇的重建频率,同时采用单跳与多跳结合的数据传输模型,解决网络中的热点、热区问题。仿真实验结果表明,该算法能够有效利用能量,提高网络的稳定性,均衡网络的能量消耗,延长网络寿命,使网络具有更好的延展性、收敛性和安全性。

基于三角模糊数的车联网簇头节点选择方法

针对现有车联网簇头节点选择方法不足的问题,提出了一种基于三角模糊数的车联网簇头节点选择方法,依赖邻近车辆相对速度和相对距离完成簇头的选择。构建了一种典型车联网应用场景,提出了基于三角模糊数和学习机制的车辆加速度预测方法,基于定义的加权稳定因子,设计了车联网簇头节点选择机制。基于i TETRIS构建了车联网仿真平台进行测试分析,结果表明,与CMCP方法和APROVE方法相比,提出的簇头节点选择方法有效性较高。

基于新型聚类的无线传感器网络非均匀分层路由协议

针对成簇路由协议中由节点负载不均引起的能量空洞问题,提出了一种基于新型聚类的负载均衡非均匀分层路由协议(NHRPNC)。首先,利用改进的LEACH协议阈值函数选举区头,并对网络进行合理的非均匀分区;其次,对每个区头运用新型聚类算法实现区内非均匀分簇;然后,在每个簇内采用四步簇首选择机制来周期性地选择簇首;最后,在簇间多跳通信时,采用动态权重的方式优化多跳路径。仿真结果表明,与低功耗自适应集簇分层(LEACH)协议、分布式能量均衡非均匀成簇(DEBUC)协议以及基于动态分区的无线传感器网络非均匀成簇(UCDP)协议相比,NHRPNC在网络生命周期方面可分别提高257.5,33.74和12.83个百分点,且具有良好的能耗均衡性。

基于改进模糊C均值的能量均衡LEACH算法

针对LEACH算法随机选取簇首、分簇数量不合理导致网络能耗大、吞吐量低等问题,提出一种改进的LEACH算法(GFCR-LEACH)。网络初始化阶段,基站采用遗传算法优化的模糊C均值聚类算法对网络节点进行聚类分簇,在每个簇内利用考虑节点位置信息和剩余能量的LEACH算法选举簇首,并改善有资格竞选簇首的节点集。数据传输阶段,节点根据自身地理位置选择当前轮次的通信对象。簇内通信阶段引入轮询机制。通过仿真比较GFCR-LEACH算法、LEACH算法和基于Fuzzy C-Means的改进LEACH算法,GFCR-LEACH分簇效果理想,有效地降低了网络能耗,延长了网络生命周期,提高了网络吞吐量。

一种卫星通信网分簇管理的簇首备份机制

针对卫星网络分层分簇的管理结构易在空间段产生中心节点故障,导致网络管理安全性能下降的问题,在分析星簇簇首在空间中安全性需求的基础上,提出了能够实现簇首快速切换的备份机制和相应的基于优先级的主备簇首选举算法,该算法将星簇内部成员间可达性、时延、链路可靠性等因素进行合理量化考虑,经过卫星优先级计算和星簇内协商选举,生成簇首和备份簇首。仿真结果表明,该机制能够在极短时间内替换故障簇首,恢复星簇工作,同时保证簇首对星簇管理开销最小。

无线传感器网络低能耗多跳路由协议仿真

设计无线传感器网络的低能耗多跳路由协议,可以延长网络寿命,提高网络故障检测能力同时解决无线传感器网络存在能量约束的问题。传统的多跳路由协议设计中,簇头选取时无法有效避开能量较少与位置不佳的节点,且未考虑簇头与中继节点之间的距离,导致开销较大,网络寿命较低。提出基于新型簇头选取机制的低能耗多跳路由协议。引入节点度的概念,通过综合考虑网络候选传感器节点的剩余能量以及自身位置信息等参数优化簇头选取,避免剩余能量较少和位置不佳的传感器节点被推选成簇首,减少能量消耗。簇内通信过程中,考虑簇头与中继节点之间的距离,簇首与中继节点之间利用单跳和多跳相结合的传输形式,减少节点间的通信开销,延长网络寿命。实验结果证明,改进的多跳路由协议能够有效均衡节点能量,延长了传感器节点以及网络寿命。

异构无线传感器网络的分区稳定路由协议

当多个智能传感器节点组成网络时,会详细监测物理环境而被广泛使用。但传感器采用电池供电不可替换,为了高效利用电池的能量达到长时间有效监测环境的目的,设计了一种基于异构网络的分区稳定路由协议(PSRP)。该协议根据节点能量把网络分为3个区域,区域0的节点直接跟基站进行通信,区域1和2的节点采用群集机制进行数据传输。群集中簇首的选择主要考虑节点的剩余能量和离基站的距离,较远的簇首采用中继节点转发数据的方式给簇首。最后采用不同的评估方案(例如基站的位置变化和节点能量可变)对PSRP进行评估,结果表明,PSRP协议高效地利用了节点的能量,减少平均能量消耗,增加了网络的稳定期。

基于LEACH协议的兄弟节点算法——LEACH-BN

为了延长无线传感器网络的工作时间,针对LEACH算法中能量分布不均衡以及簇头节点能量浪费的问题,提出了一种基于LEACH协议的兄弟节点算法(LEACH-BN,LEACH-Brother Node):通过簇内兄弟节点调整节点密度、簇头兄弟节点改进簇头选取和转发机制、簇间兄弟节点向基站转发数据。分析和仿真同时表明,改进后的算法实现了WSN中节点能量的全面均衡,提升了首节点和网络的生存时间,均衡弱势节点,增强系统的可靠性。