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基于低占空因子休眠和有效度转发的节能算法

计算机工程与设计 2018年第12期39卷 3616-3621页

作者：郑永刚孙文胜杭州电子科技大学通信工程学院浙江杭州310018

为弥补机会网络中节点周期性休眠导致消息时延增大、传递成功概率下降等性能问题,在转发时应选择与目的节点关系密切的节点作为中继,以实现消息快速向目的节点聚集。在可容忍的消息时延和传递成功概率的条件下,提出一种基于低占空因子... 详细信息

为弥补机会网络中节点周期性休眠导致消息时延增大、传递成功概率下降等性能问题,在转发时应选择与目的节点关系密切的节点作为中继,以实现消息快速向目的节点聚集。在可容忍的消息时延和传递成功概率的条件下,提出一种基于低占空因子休眠和有效度转发的机会网络节能路由算法FALDC。将FALDC与其它3种算法进行对比,仿真结果表明,在一定时间之后,FALDC算法的消息传递成功率、消息时延、节点存活率等方面的性能优于EEAODC、MSAF和Epidemic算法。

关键词：低占空因子有效度机会网络节能算法消息时延传递成功率

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一种平滑的基于链路排序的节能算法

计算机科学 2017年第6期44卷 68-74页

作者：黄鸿虞红芳电子科技大学通信与信息工程学院成都611731

针对目前网络级节能方案中存在的链路状态切换频繁的问题,提出了一种平滑的基于链路排序的启发式节能算法。该算法使用了一种新的排序机制,使得连续两次节能策略下的链路状态切换尽可能小,以达到平滑的目的。此外,该算法还综合考查了线... 详细信息

针对目前网络级节能方案中存在的链路状态切换频繁的问题,提出了一种平滑的基于链路排序的启发式节能算法。该算法使用了一种新的排序机制,使得连续两次节能策略下的链路状态切换尽可能小,以达到平滑的目的。此外,该算法还综合考查了线卡能耗与链路能耗,以获得更高的节能效率。仿真实验表明,与一种基于链路排序的贪心节能算法相比,该算法链路状态切换频率更小,且节能效率更高;与追求最优节能效率的greenTE算法相比,在节能效率相差不大的情况下,该方法具有更好的平滑性以及更低的时间复杂度。

关键词：节能算法链路排序平滑低复杂度

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基于可逆计算模型的节能算法研究

基于可逆计算模型的节能算法研究

作者：陈思远华东师范大学

学位级别：硕士

能耗问题一直是计算机领域重要的研究课题之一,随着摩尔定律的逐渐失效,降低能耗成为半导体行业迫在眉睫的问题。早期的能耗研究都主要通过调整电路架构或者是优化程序的编译指令来降低能耗,但是能耗优化在未来终将面临Landauer极限,只... 详细信息

能耗问题一直是计算机领域重要的研究课题之一,随着摩尔定律的逐渐失效,降低能耗成为半导体行业迫在眉睫的问题。早期的能耗研究都主要通过调整电路架构或者是优化程序的编译指令来降低能耗,但是能耗优化在未来终将面临Landauer极限,只有通过可逆计算才能打破该极限。可逆计算早在1961年就由Landauer提出设想,要求从逻辑函数到底层物理硬件都必须是可逆的,在这半个世纪中,整个可逆计算体系也陆陆续续得到不少学者的研究,从可逆图灵机的提出到可逆逻辑门的设计,尤其随着绝热电路的提出,可逆计算在90年代得到了巨大的飞跃。基于可逆逻辑门的加法器、乘法器、ALU,甚至是可逆的处理器Pendulum都得以实现。近年来不少研究者致力于隔热电路中的晶体管设计,并取得了喜人的成果。在这些物理硬件的基础上有学者提出了可逆计算机架构、可逆的指令集以及各种可逆编程语言,但是对于算法层面的可逆研究却没有得到足够多的重视。传统的算法并未从可逆角度设计,算法中有大量的信息被擦除丢失,因此其可逆化需要额外的garbage信息保证算法逆向执行的确定性,而对这些信息的优化则是节能的关键。不同于通用的可逆化模拟方法,传统算法的可逆化不仅仅是对原算法的可逆翻译,要求研究者充分的了解算法过程中的信息丢失才能使可逆算法中使用的garbage空间最少。本文分别对常用的数据结构和算法进行了可逆化设计与模拟实现。其中涉及到的数据结构有队列、二分堆、优先队列、二叉搜索树以及红黑树,在保证时间复杂度的前提下均达到了最优的garbage空间。本文还主要对排序算法和图算法进行了可逆化分析与实现,均取得了最优的可逆化模拟,在不增加时间复杂度的前提下使用了最少的garbage。并且对于动态规划算法提出了通用的可逆模拟思路,使所有的动态规划算法在保留“备忘录”的条件下都可以达到“无垢”的可逆化模拟。

关键词：可逆计算算法能耗可逆算法节能算法可逆化模拟

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无线传感网络中数据收集与节能算法的研究

无线传感网络中数据收集与节能算法的研究

作者：居跃宇南京邮电大学

学位级别：硕士

无线感知网络因地理位置和所处环境等限制,传感器节点一旦部署之后很难再给其补充能量或者更换电池。在无线感知网络数据收集过程中,节能算法显得尤为重要。本文主要研究数据收集中的节能算法,内容如下:1.针对基于LEACH算法的能耗均衡... 详细信息

无线感知网络因地理位置和所处环境等限制,传感器节点一旦部署之后很难再给其补充能量或者更换电池。在无线感知网络数据收集过程中,节能算法显得尤为重要。本文主要研究数据收集中的节能算法,内容如下:1.针对基于LEACH算法的能耗均衡和多跳路由算法中簇头分布不均的问题,本文在簇头选择阈值公式中增加了节点密度。改进前算法的簇头选取方式仅仅考虑了节点剩余能量和节点距基站距离,而没有考虑节点密度,导致簇头节点分布不均。本文在簇头选择阈值公式中增加了节点密度,使得节点密集区节点选作簇头的概率大,节点稀疏区节点选作簇头的概率小,并通过控制各参数的影响因子,来适应不同的环境。2.在前面研究的基础上,本文提出将节点距簇头的距离和节点距基站的距离作比较:如果节点距基站距离较近,节点直接将数据传给基站,否则传给簇头节点,再由簇头节点传给基站。这样的方案可以减少簇头的压力,均衡无线传感器网络能量,延长网络的生命周期。3.针对簇头需要收集簇内节点的数据并且将此数据传给基站,需要消耗更多的能量,导致能量分布不均的问题,本文将基于三角融合技术的PEGASIS算法应用于簇头。先将簇头用基于三角融合技术的PEGASIS算法建成一条链,在簇头链中选择一个链头节点,所有簇头将数据传给链头节点,链头节点经数据融合后再将数据传给基站。这样可以减少簇头节点传输数据的距离,均衡无线传感器网络能量,延长网络的生命周期。

关键词：无线感知网络数据收集节能算法 LEACH算法 PEGASIS算法

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基于分簇的无线传感器网络MAC节能算法

计算机工程 2012年第15期38卷 70-73页

作者：掌明王经卓董自健淮海工学院电子工程学院江苏连云港222005

为减少节点能耗和提高信道利用率,提出一种基于分簇结构的无线传感器网络MAC节能算法(EEC-MAC)。在TDMA机制的基础上,采用时隙系数动态调整簇内节点的时隙大小,降低数据的传输时延。对于部分不需要数据传输的节点不分配时隙,使其拥有较... 详细信息

为减少节点能耗和提高信道利用率,提出一种基于分簇结构的无线传感器网络MAC节能算法(EEC-MAC)。在TDMA机制的基础上,采用时隙系数动态调整簇内节点的时隙大小,降低数据的传输时延。对于部分不需要数据传输的节点不分配时隙,使其拥有较长的睡眠时间来节约能量。簇内节点按其剩余能量系数形成时隙分配顺序,减少状态转换的能耗。簇间节点采用基于CSMA/CA机制的随机分配策略实现通信。仿真结果表明,EEC-MAC节能效果较好,具有较小的平均通信时延和较长的网络生命周期。

关键词：无线传感器网络介质访问控制分簇节能算法时隙分配

无线传感网中基于移动汇聚节点的节能算法研究

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无线传感网中基于移动汇聚节点的节能算法研究

作者：姜毅兰州交通大学

学位级别：硕士

随着云计算以及物联网的飞速发展,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)也渐渐的受到了国内外学者的广泛关注。无线传感器网络是通过感知节点与汇聚节点相互协作,完成对监测目标的数据收集。无线传感器网络的组网方式比较特殊... 详细信息

随着云计算以及物联网的飞速发展,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)也渐渐的受到了国内外学者的广泛关注。无线传感器网络是通过感知节点与汇聚节点相互协作,完成对监测目标的数据收集。无线传感器网络的组网方式比较特殊,是一种自组网的组网方式。正是由于其特殊的组网方式使得无线传感网具有较强的可扩展性。因此被广泛的运用到相关的军事、交通运输、气候环境监测、地质灾害监控、深林火险预警等领域。无线传感器网络中的传感器节点是通过电池供能的,由于传感器节点数量的庞大以及整个网络部署位置的特殊性无法实现人为的电池更换,因此在长期的工作过程中也显露出了无线传感器网络的一个重要问题—“能量损耗”。传统的静态无线传感网局限性太强,网络外围传感器节点能耗小,靠近Sink节点的传感器节点能耗大,各传感器节点间能量消耗不均衡,严重影响到整个无线传感器网络的寿命。近年来研究学者们开始在无线传感网中引入动态元素。移动Sink节点的引入有效的避免的“热节点”与“能量空洞”现象,增强了网络的连通性同时也提高了网络的灵活性。因此设计出基于移动Sink节点的节能算法是十分有意义的。本文的主要工作内容如下:(1)结合传统静态网络与动态网络的优点,提出一种静态Sink节点与移动Sink节点相结合的节能方案。构建系统模型与能量消耗模型,在该模型中静态Sink节点位于构建的系统模型中央负责接收静态区域的传感器节点的数据,移动Sink节点在模型外围匀速移动负责接收动态区域的传感器节点的数据。通过数学分析得到静态区域与动态区域的合理面积。最后对网络的生存周期、每轮的网络能耗以及传输时延进行了仿真实验,并与仅使用静态Sink和仅使用移动Sink的网络进行了对比。(2)在传统的无线传感器网络基础上,针对动态无线传感器网络进行能耗分析。提出面积贡献值与贡献分配规则来确定移动Sink节点的访问区域。接下来再在访问区域上规划出了访问代表点。引入狼群算法,模仿生物界中的狼群活动并抽象出游走、召唤、围攻三种智能行为,对移动Sink节点的移动路径进行规划。最后对移动汇聚节点的运行路径仿真,对方案的节能效果进行试验并对实验结果进行分析。

关键词：无线传感器网络节能算法能量消耗狼群算法移动汇聚节点

基于LMS和Block-LMS的无线传感器网络节能算法研究

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基于LMS和Block-LMS的无线传感器网络节能算法研究

作者：王青华中师范大学

学位级别：硕士

无线传感器网络(WSNs)由数量众多的传感器节点组成,可以应用在多类型的复杂环境中,如军事应用、交通运输、娱乐等。传感器节点通过多跳传输方式把收集到的数据发送给基站。目前,无线传感器网络已经受到研究者和实际用户的密切关注。由... 详细信息

无线传感器网络(WSNs)由数量众多的传感器节点组成,可以应用在多类型的复杂环境中,如军事应用、交通运输、娱乐等。传感器节点通过多跳传输方式把收集到的数据发送给基站。目前,无线传感器网络已经受到研究者和实际用户的密切关注。由于传感器节点一般使用能量有限的电池作为能源设备,如何降低节点的能量消耗是我们重点关心的问题,通过对节点能量的有效利用,才能延长整个网络的生命周期。与数据处理相比,数据通信是WSNs的主要能量消耗,因此降低数据通信的次数尤为重要。关于这个问题,已经有了许多有关数据简化技术的研究。这类技术在源节点和目的节点进行数据预测,并在预测数据不满足误差阀值时才进行正常数据通信,通过这样的方法来降低数据通信量。本文从传感器节点结构和网络体系结构两个方面对无线传感器网络进行介绍,并对数据处理和数据通信的能量消耗进行分析。之后本文对无线传感器网络的节能算法进行概述,其中重点关注了数据简化技术。本文提出了一种基于LMS(Least Mean Square)算法的时序预测技术,这种技术的优点在于不需要知道实际观测对象的先验知识,同时不需要使用网络的全局参数便可以独立运行于每个节点。最后,我们通过对LMS算法进行维度扩展,提出了基于Block-LMS算法的成块预测技术,并对基于分簇的无线传感器网络数据通信协议进行改进。通过实际数据对算法进行仿真,很好的降低了数据通信量,同时保持了较高的数据精度,从而降低了能量消耗。

关键词：无线传感器网络节能算法时序预测 Least Mean Square Algorithm Block-LMS

基于IEEE802.16e的节能算法研究及其仿真实现

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基于IEEE802.16e的节能算法研究及其仿真实现

作者：傅明怡重庆大学

学位级别：硕士

IEEE802.16e是IEEE 802工作组在IEEE 802.16d的基础上提出来的标准协议,它在2～6GHz的特许频段内支持低速的移动终端,提供了一种既能提高数据业务又能使用户具有移动性的宽带无线接入解决方案。由于IEEE802.16e强调移动性,其相应的移动... 详细信息

IEEE802.16e是IEEE 802工作组在IEEE 802.16d的基础上提出来的标准协议,它在2～6GHz的特许频段内支持低速的移动终端,提供了一种既能提高数据业务又能使用户具有移动性的宽带无线接入解决方案。由于IEEE802.16e强调移动性,其相应的移动终端只能采用电池供电,而电池的容量又受到移动设备体积大小的限制。因此,降低能量消耗是IEEE802.16e移动终端的重要设计目标之一。本文深入研究了IEEE 802.16e的MAC层协议,对MAC层的各子层功能和关键技术作了详细介绍。为了更好地了解休眠机制,本文系统地归纳总结了几种移动通信系统中所采用的休眠机制,包括UMTS、CDMA 2000、无线局域网和本文的重点IEEE 802.16e,并分析了各移动通信系统中休眠机制的异同。在IEEE 802.16e中,MAC层协议将业务划分成了五种不同的类型,并针对不同业务的需要规定了三种类型的休眠机制,由于第二种类型和第三种类型的休眠机制可以看作是第一种类型休眠机制的特例,因此,本文主要针对第一种类型的休眠机制进行了研究。由于在BS向MS发送SDU到达率低的情况下,过长的休眠周期会大大增加休眠能量开销,从而加大平均能量消耗,且过长的休眠周期也大大增加了移动终端响应的平均等待时间。而802.16e规定的节能机制(ESM),其各休眠周内的休眠时段按照指数方式增长,导致了随休眠周期增加,其相应的休眠时段急速增长,因此,标准规定的休眠机制存在不足之处。针对上述问题,本文在现有节能机制的基础上提出了两种新的改进节能算法,即叠加增长算法和退步平方增长算法,叠加增长算法各休眠周期的休眠时间按其前面相临两个休眠周期的休眠时段之和取值,即T(i)=[T(i-1)+T(i-2)],而退步平方增长算法各休眠周期的休眠时段取值为T(i)=int[(i-1)2/2]*Tmin。同时,为了进一步调整休眠时段的增长速度,使得节能算法具有更好的适应性,本文又提出了步进增长算法,即各休眠周期的休眠时段按照帧长步进方式增长。为了验证三种算法的性能,本文用Matlab进行了仿真,大量的仿真结果表明:与ESM相比,三种新的节能算法均不同程度地减少了平均能量消耗,并大大降低了平均等待时间,其总体性能明显优于ESM。文中通过不同的参数取值论证了各个参数对节能机制性能的影响,最后对几种不同的节能算法进行了比较,步进增长算法在节能、响应方面具有最优的效果,而且其对参数的选择不敏感,鲁棒性很好。

关键词： IEEE 802.16e MAC 节能算法平均等待时间

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LTE移动终端无线数据传输节能算法研究

LTE移动终端无线数据传输节能算法研究

作者：孙作霖重庆邮电大学

学位级别：硕士

长期演进(Long Term Evolution,LTE)通信技术凭借其高带宽、低时延等特性,在全世界范围内得到了广泛的应用。然而,在LTE网络中存在着一种尾巴效应,即每当LTE接口完成一次数据传输,并不立即转入低能耗状态,而是在高能耗状态停留一段时间... 详细信息

长期演进(Long Term Evolution,LTE)通信技术凭借其高带宽、低时延等特性,在全世界范围内得到了广泛的应用。然而,在LTE网络中存在着一种尾巴效应,即每当LTE接口完成一次数据传输,并不立即转入低能耗状态,而是在高能耗状态停留一段时间,产生大比例的尾能耗,造成终端能耗的浪费。本文在分析移动终端用户能量消耗行为的基础上,围绕如何有效合理地降低LTE移动终端传输尾能耗这一问题,展开了如下的研究工作:1.给出一种基于移动终端的网络测量方法,实现对RRC状态机网络参数的测量,同时搭建移动终端传输能耗测量平台,对RRC状态及切换功率进行了测量,为LTE移动终端传输能耗模型的建立提供了应用依据。2.以RRC协议流程为基础,设计了一个适用于尾能耗特性和优化研究的LTE移动终端传输能耗模型。通过能耗测量实验,验证所提出传输能耗模型可以准确地计算LTE移动终端数据传输过程中产生的能耗。3.基于所提出的能耗模型,分析了LTE移动终端传输尾能耗的严重性;并根据业务分类,定量分析了不同的移动数据业务特征和RRC释放定时器时长对LTE移动终端能耗和网络信令负载的影响,给出一种信令约束条件下能耗优化方法。4.针对多业务真实场景,提出了一种针对尾能耗优化的LTE移动终端传输节能方案:动态RRC连接释放算法。该算法在保证网络信令负载满足一定阈值的条件下,根据当前业务特征参数和移动终端RRC连接建立时长动态调整RRC连接释放时刻,实现LTE移动终端的传输节能。最后,通过仿真实验,验证了节能算法可通过减少尾能耗影响,提高终端传输能耗效率,并实现了终端能耗效率和网络信令负载两方面性能较好的结合。

关键词：长期演进无线资源管理节能算法尾能耗信令负载