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基于密度控制的传感器网络能量空洞避免策略

计算机学报 2016年第5期39卷 993-1006页

作者：刘唐彭舰陈果郭兵汪小芬四川师范大学基础教学学院成都610068 四川大学计算机学院成都610065 四川师范大学计算机科学学院成都610068 电子科技大学计算机科学与工程学院成都610054

针对无线传感器网络中节点能耗不均造成的能量空洞现象,提出了一种基于密度控制机制的能量空洞避免策略DCDD(Density Control-based Data Delivery algorithm).在对分层成簇网络的各层能耗进行计算和分析的基础上,根据网络各层的能耗比... 详细信息

针对无线传感器网络中节点能耗不均造成的能量空洞现象,提出了一种基于密度控制机制的能量空洞避免策略DCDD(Density Control-based Data Delivery algorithm).在对分层成簇网络的各层能耗进行计算和分析的基础上,根据网络各层的能耗比例在各层网络中配置不同的初始能量,即不同数量的节点.进一步,利用密度控制机制改变节点的工作/休眠状态,使各层网络中的节点能量趋于同时耗尽.同时,为平衡簇头间的负载,引入路由负载平衡分流的思想,让一个簇的数据发送到下一跳的簇头时,不再只发送给一个簇头,而是将数据分流到多个簇头.仿真实验表明,与现有的几种数据传输算法相比,DCDD算法能有效延长网络寿命,平衡网络各层节点的能耗并避免能量空洞现象的出现.

关键词：无线传感器网络能量空洞密度控制机制路由负载平衡分流物联网

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无线传感器网络能量空洞问题缓解策略分析

四川大学学报（工程科学版） 2010年第3期42卷 151-158页

作者：赵学健庄毅欧阳键高阳薛佟佟南京航空航天大学信息科学与技术学院江苏南京210016

针对无线传感器网络中的能量空洞问题,建立了包含节点感知能耗、处理能耗、接收能耗、发送能耗的能量空洞问题分析模型,提出能量消耗速率的概念,并且给出了避免能量空洞问题的条件。利用该分析模型从理论上分析了节点密度、数据采集率... 详细信息

针对无线传感器网络中的能量空洞问题,建立了包含节点感知能耗、处理能耗、接收能耗、发送能耗的能量空洞问题分析模型,提出能量消耗速率的概念,并且给出了避免能量空洞问题的条件。利用该分析模型从理论上分析了节点密度、数据采集率、数据融合以及路由方式等策略对缓解能量空洞问题的有效性。最后,通过仿真实验数据与理论分析的对比验证了该模型对能量空洞问题分析的正确性,并且给出了缓解能量空洞问题的最佳策略。

关键词：传感器网络能量空洞模型数据融合

一种基于PSO的有效能量空洞避免的无线传感器路由算法

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计算机研究与发展 2009年第4期46卷 575-582页

作者：刘安丰吴贤佑陈志刚中南大学信息科学与工程学院长沙410083

无线传感器网络路由的一个重要问题是如何有效地均衡整个网络的能量消耗水平,避免形成能量空洞,从而导致整个网络过早死亡.基于无线传感器网络特性,首先将路由问题转化为线性规划问题,并证明了路由问题与线性规划问题的等价性.在此基础... 详细信息

无线传感器网络路由的一个重要问题是如何有效地均衡整个网络的能量消耗水平,避免形成能量空洞,从而导致整个网络过早死亡.基于无线传感器网络特性,首先将路由问题转化为线性规划问题,并证明了路由问题与线性规划问题的等价性.在此基础上,利用粒子群算法(particle swarm optimization algorithm,PSO)来求解能量空洞避免路由问题.算法重新定义了PSO的粒子、粒子的运算与"飞行"规则,提出了基于PSO的无线传感器路由优化算法.算法不仅能够适用于平面网络,经过稍加改进同样可以适用于层次网络的路由算法.通过理论分析证实了算法的正确性,同时大量的模拟实验证实了算法的有效性.

关键词：无线传感器网络路由能量均衡 PSO算法能量空洞

基于可调发射功率的无线传感器能量空洞避免算法

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东北大学学报（自然科学版） 2012年第12期33卷 1706-1709页

作者：宋晓莹温涛郭权盛国军东北大学软件中心

基于无线传感器数据收集网络的多对一收集特征,部分节点因为过早耗尽自身能量而导致网络原有覆盖区域缺失或者数据无法送达Sink节点,从而形成能量空洞现象.针对这一问题,提出一种避免能量空洞的算法ATPAEH(adjusting transmission power... 详细信息

基于无线传感器数据收集网络的多对一收集特征,部分节点因为过早耗尽自身能量而导致网络原有覆盖区域缺失或者数据无法送达Sink节点,从而形成能量空洞现象.针对这一问题,提出一种避免能量空洞的算法ATPAEH(adjusting transmission power to avoid energy-hole).首先,根据网络中所有节点的剩余能量信息将节点分为门限节点和充裕节点两个集合.然后,对于门限节点集合中的节点形成最短路径树以多跳的方式将数据传送到Sink节点.而充裕节点集合中的节点根据该节点与Sink的距离调节其自身的发射功率,直接将数据传送到Sink节点.最后,通过与MILD算法的对比实验表明ATPAEH算法的优越性.此算法有效地均衡了网络的能量消耗,避免了能量空洞现象,从而延长了整个网络的生命时间.

关键词：无线传感器网络能量空洞可调发射功率最短路径树网络生命时间

无线传感器网络中基于可调发射功率的能量空洞避免

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计算机学报 2010年第1期33卷 12-22页

作者：曾志文陈志刚刘安丰中南大学信息科学与工程学院长沙410083

无线传感器数据收集网络的多对一收集特征容易导致网络局部区域的能量消耗较高,形成能量空洞,从而导致整个网络过早死亡.文中通过分析无线传感器网络的数据分发特征,得到传感器网络的能量消耗分布情况、不同区域节点的寿命及其引起的数... 详细信息

无线传感器数据收集网络的多对一收集特征容易导致网络局部区域的能量消耗较高,形成能量空洞,从而导致整个网络过早死亡.文中通过分析无线传感器网络的数据分发特征,得到传感器网络的能量消耗分布情况、不同区域节点的寿命及其引起的数据传送延迟.在此基础上,在保证应用延迟需求前提下,提出了网络寿命最大化的求解算法.然后,依据数据传输率、能量消耗与延迟之间的相互影响,对可能形成能量空洞的区域选择一定比例的数据以较短的发射半径发送到能量消耗低的区域,以进一步提高网络性能.理论分析与模拟实验结果表明,该策略可延长网络寿命达17%.

关键词：无线传感器网络能量消耗均衡功率控制能量空洞网络寿命

无线传感器网络中节点非均匀分布的能量空洞问题

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计算机学报 2008年第2期31卷 253-261页

作者：吴小兵陈贵海南京大学软件新技术国家重点实验室南京210093

节点非均匀分布策略能缓解无线传感器网络中的能量空洞问题.文中从理论上探讨这种策略,证明在节点非均匀分布的圆形网络中,如果节点持续向Sink节点发送数据,能量空洞现象将无法避免,而当节点数目满足一定关系时,网络中能够实现次优能耗... 详细信息

节点非均匀分布策略能缓解无线传感器网络中的能量空洞问题.文中从理论上探讨这种策略,证明在节点非均匀分布的圆形网络中,如果节点持续向Sink节点发送数据,能量空洞现象将无法避免,而当节点数目满足一定关系时,网络中能够实现次优能耗均衡.文中提出一种节点非均匀分布策略及相应的路由算法用于实现这种次优能耗均衡.模拟结果显示网络生存周期终止时,处于网络内部的节点几乎达到了能耗均衡.

关键词：无线传感器网络能量空洞节点非均匀分布

基于不等簇半径分簇的无线传感器网络能量空洞避免

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中南大学学报（自然科学版） 2014年第4期45卷 1137-1142页

作者：杨宛楠陈志刚赵明中南大学信息科学与工程学院湖南长沙410083

基于无线传感器网络特性,提出一种不等簇半径非均匀分簇策略,根据各节点至Sink的距离,由近至远依次采用等比递增的不等簇半径进行分簇。并从理论上证明该策略可有效地均衡无线传感器网络的能量消耗。实验结果表明:距离Sink较近的节点,... 详细信息

基于无线传感器网络特性,提出一种不等簇半径非均匀分簇策略,根据各节点至Sink的距离,由近至远依次采用等比递增的不等簇半径进行分簇。并从理论上证明该策略可有效地均衡无线传感器网络的能量消耗。实验结果表明:距离Sink较近的节点,采用较小的簇半径成簇,使得簇头节点可保留更多能量进行簇间数据转发;距离Sink较远的节点,采用较大的簇半径成簇,使得簇头节点可保留更多能量覆盖更大范围的节点进行簇内数据收集,从而使得整个网络的负载比簇半径恒定的分簇网络更加均衡。

关键词：无线传感器网络能量空洞不等簇半径分簇

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异构传感器网络能量空洞分析与避免研究

软件学报 2012年第9期23卷 2438-2448页

作者：刘安丰任炬徐娟曾志文陈志刚中南大学信息科学与工程学院湖南长沙410083

在无线传感器网络中,由于sink附近的节点承担远方节点数据的转发,故能量消耗较高,容易在sink附近形成能量空洞而使网络提前死亡.针对由初始能量较大节点充当簇头节点与初始能量较小的节点作为普通节点组成的异构分簇无线传感器网络,提... 详细信息

在无线传感器网络中,由于sink附近的节点承担远方节点数据的转发,故能量消耗较高,容易在sink附近形成能量空洞而使网络提前死亡.针对由初始能量较大节点充当簇头节点与初始能量较小的节点作为普通节点组成的异构分簇无线传感器网络,提出了不等簇半径工作能量空洞避免策略.策略的核心是让近sink的簇半径较小,而远sink的簇半径较大,这样,近sink部署的初始能量较大的簇头节点较多,因而能够减弱能量空洞的影响,以达到能量消耗均衡的目的.将能量空洞避免问题转化为在保证网络寿命满足应用需求约束前提下如何使部署的节点最小的优化问题,并详细给出了不等簇半径的取值与优化方法.理论分析与实验结果表明,所提出的策略对网络寿命与性能有较大的改善,对于异构传感器网络建设有较好的指导意义.

关键词：传感器网络能量空洞不等簇半径非均匀分布网络寿命

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基于协作通信的能量空洞减轻方法

东南大学学报（自然科学版） 2012年第A2期42卷 250-255页

作者：陈怡高强北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191

提出了一种基于协作通信的方法用以减轻无线传感器网络中的能量空洞问题.该方法主要包括协作传输机制和协作节点功率分配方案2个部分.在协作传输机制中,各节点与其下一跳中继节点以协作MISO(multi-input single-output)的传输方式进行... 详细信息

提出了一种基于协作通信的方法用以减轻无线传感器网络中的能量空洞问题.该方法主要包括协作传输机制和协作节点功率分配方案2个部分.在协作传输机制中,各节点与其下一跳中继节点以协作MISO(multi-input single-output)的传输方式进行中继数据的发送,从而均衡各节点与其中继节点间的能耗.基于此协作传输机制,进一步研究了协作节点间功率分配方案.建立了功率分配优化问题,即传输功率需同时满足接收平均BER约束及各个节点能量消耗速度相同的条件,并提出了迭代搜索算法对该问题进行求解,由此进一步均衡不同节点的能耗.性能分析表明,所提出的方法能够有效地减轻能量空洞问题,并能大幅提高网络寿命.在较大规模的网络中,所提方法可以将网络寿命提高至传统SISO传输机制所得网络寿命的9倍以上,且网络规模越大,该方法在网络寿命提升方面的性能越好.

关键词：协作通信能量空洞功率分配无线传感器网络