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基于多组分混合物扩散的无线传感器网络路由算法

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吉林大学学报(工学版) 2024年

作者：李建坡何敏于廷文杨月华东北电力大学计算机学院广东省数字电网技术企业重点实验室南方电网数字电网研究院有限公司

为抑制无线传感器网络（WSN）能量空洞的形成和发展，均衡能量消耗和空洞分布，系统分析了空洞边缘存活区内节点密度、节点剩余能量和数据传输量，以及多能量空洞距离等参数对能量空洞产生和发展的影响；为客观描述能量空洞特性，提出... 详细信息

为抑制无线传感器网络（WSN）能量空洞的形成和发展，均衡能量消耗和空洞分布，系统分析了空洞边缘存活区内节点密度、节点剩余能量和数据传输量，以及多能量空洞距离等参数对能量空洞产生和发展的影响；为客观描述能量空洞特性，提出了能量空洞、融合能量空洞、空洞边缘域、空洞距离等一系列定义，借鉴多组分液体混合物扩散理论，通过计算能量空洞的扩散角度和扩散速度，构建了能量空洞演化模型。在此基础上，从基于能量空洞扩散系数的WSN分簇方法、抑制能量空洞的WSN数据传输优化方法和能量空洞边缘域内节点休眠调度策略三方面进行了研究。仿真结果表明，与LEACH、UCDTS和EHSRA等算法相比，所提算法在网络寿命、数据传输量、能耗均衡和空洞分布等方面均有显著提升。

关键词：信息与通信系统无线传感器网络能量空洞动态分簇路由多组分混合物扩散

可充电传感网中基于成本最小化的能量空洞缓解移动充电策略

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可充电传感网中基于成本最小化的能量空洞缓解移动充电策略

作者：陈肖依南京邮电大学

学位级别：硕士

在传统的无线传感器网络(Wireless Sensor Network,简记为WSNs)中,节点电池容量有限,从而极易产生“能量空洞”现象。针对该现象,目前大多数学者主要从节约能量、能量收集和无线充电这三个方面展开研究。其中,无线充电技术的引入,使得... 详细信息

在传统的无线传感器网络(Wireless Sensor Network,简记为WSNs)中,节点电池容量有限,从而极易产生“能量空洞”现象。针对该现象,目前大多数学者主要从节约能量、能量收集和无线充电这三个方面展开研究。其中,无线充电技术的引入,使得无线可充电传感器网络(Wireless Rechargeable Sensor Network,简记为WRSNs)成为现实,并且很好地缓解了“能量空洞”现象。本文以降低节点失效率和无线充电小车(Wireless Charging Vehicle,简记为WCV)的移动成本为目标,设计了能耗均衡的节点数据上传策略,进而,基于该策略构建的子树将网络划分为若干区域,最后为各区域中WCV制定合理的移动充电路径,有效抑制了“能量空洞”现象的出现。首先,设计了能耗均衡的节点数据上传模型。基于最小生成树构建了综合考虑跳数和节点剩余生命期的初始数据上传子树,并考虑到节点间距对于数据传输能耗的影响,对已构建好的初始路由树进行结构调整,最终得到能耗均衡的路由结构。随后,给网络划分区域并且给每个区域分配一辆WCV,并通过找寻“影子节点”的方法,得到了确保综合充电效益最大化的WCV遍历位置,在挽救了部分阻塞节点的同时,降低了WCV的移动成本和充电延迟。最后,针对仍无法被挽救的阻塞节点,本文进一步提出了对其前序节点采用“部分充电”的策略,从而缩短了其等待被WCV充电的时长,在一定程度上再次降低了节点的失效率。仿真结果表明,本文所提出的路由构建方法,由于综合考虑了跳数、节点剩余生命期和节点间距对路由构建的影响,可延长节点剩余生命期约10.41%,延长网络生存时长近10.78%;所设计的移动充策略同MERSH及NJNP算法相比,在节点失效率上分别降低了5%和10%,而在WCV的移动成本上,则分别降低了12%和17%左右。

关键词：无线传感器网络能量空洞负载均衡无线充电节点失效率充电效率

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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

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

基于梯度的无线传感器网络能耗分析及能量空洞避免机制

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自动化学报 2012年第8期38卷 1353-1361页

作者：刘韬西南民族大学计算机科学与技术学院成都610041

在基于"梯度汇聚"模型的无线传感器网络(Wireless sensor networks,WSNs)中,因节点间能量消耗不平衡而引发的能量空洞一直是影响网络生存周期的重要原因.本文分别分析了无通信干扰的自由空间环境和瑞利衰落环境下网络中节点的能量消耗,... 详细信息

在基于"梯度汇聚"模型的无线传感器网络(Wireless sensor networks,WSNs)中,因节点间能量消耗不平衡而引发的能量空洞一直是影响网络生存周期的重要原因.本文分别分析了无通信干扰的自由空间环境和瑞利衰落环境下网络中节点的能量消耗,提出了一种基于节点能量非均匀分布的能量空洞避免机制,即根据节点的能耗水平为每个节点储备不同的初始能量.并结合通信干扰、休眠机制等因素,研究了基于"梯度汇聚"模型的无线传感器网络生存周期的上界和下界.模拟结果表明,该机制提高了能量的利用效率,延长了网络的生存周期.

关键词：无线传感器网络能量空洞能量高效梯度模型

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

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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

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