面向三峡库区水环境监测的分区多跳LEACH算法

针对无线传感器网络节点能量受限的问题,结合三峡库区水环境的具体应用环境,提出一种基于LEACH算法的改进型无线传感器网络节能路由算法——LEACH—PM。该算法将整个网络划分为若干个区域,各个分区内按轮进行建立分簇和传输数据。在簇建立阶段,考虑了节点的剩余能量;在数据传输阶段,采用单跳与多跳相结合的方式以降低网络的能耗。应用MATLAB对LEACH-PM算法与已有的LEACH算法进行仿真比较。实验结果显示,LEACH—M算法能更好平衡网络节点能耗,降低簇头节点能耗,延长整个网络的生存期。     

喷射转发算法:一种基于Markov位置预测模型的DTN路由算法

典型的容迟网络(DTN)场景常表现出大延迟、易中断、高误码率等特点,其中高效节能的路由算法更是一个亟待解决的问题.现有方法主要是通过发送多个副本来提高数据传输的可达性概率,但网络开销很大.为了同时兼顾成功投递率、网络延迟和网络开销,文中提出了基于Markov位置预测模型的DTN路由算法(喷射转发算法).该算法根据节点经过路径的历史信息,用2阶Markov预测机制预测目的节点可能的位置,针对该位置进行多路径的贪婪转发,使包有方向地扩散,减少网络中包的副本数.采用多副本转发的混合发送模式,在保证成功投递率的基础上,有效地减少包副本数,弥补了使用单一模式时不能兼顾网络开销和成功投递率的不足.仿真结果显示,在小节点密度、节点移动速度较快的网络环境下,与spray and wait算法相比,喷射转发算法能有效地提高成功传输率,减小网络开销.     

基于AODV节能路由协议的改进

在AODV路由算法的基础上,提出一种节能路由算法MEE( Maximum Energy-efficient) -AODV.该算法通过改进AODV的请求(RREQ)分组获得整个网络的平均电池剩余能量,并且综合考虑跳数和节点剩余能量,以达到节能的目的.仿真表明,该算法在节能方面效果明显,延长了网络生存时间,有效提高了网络的性能.     

自环流网络潮流跟踪算法

运用级数理论给出环流网络潮流跟踪算法. 计算中, 将网络环流等效为一个节点, 从而得到原网络的简化网络. 基于此, 运用图论求出发电机节点到负荷节点的有向路, 进而得到原环流网络的无穷多条有向路. 运用比例分摊原则、级数理论和网络节点间有向路便可得到发电机对负荷的功率分配. 给出了网络自环流系数的定义及其性质. 利用自环流系数的性质, 证明了算法的收敛性定理: 基于比例分摊原则的自环流网络潮流跟踪算法总是收敛的. 同时, 证明了算法的有效性定理: 基于比例分摊原则, 用有向路算法对无损的环流网络进行潮流跟踪时, 任意节点上发电机对所有负荷的贡献总额等于发电机的出力. 并用IEEE14节点系统和国内考核题型Ⅱ证实了该方法.     

基于移动设备云迁移的节能决策算法

随着云计算的兴起,云迁移计算开始成为移动设备获取计算资源和降低功耗的有效方式.云迁移的主要想法是将移动终端的复杂任务经由无线网络迁移到云端执行,然后再接收计算结果.然而,无线网络的不稳定性和数据传输的高功耗限制了云迁移计算在移动设备中的应用.不同于已有工作,本文通过引入数据压缩的方法完善了云迁移计算决策模型,并且基于对未来时段网络期望的预测,提出了一种节能迁移计算决策算法——EPVAD.基于实际的3G网络带宽数据和开发测试平台,实验结果显示:EPVAD算法的节能效果较同类算法平均优14.9%,并且算法自身的系统开销可忽略.     

一种多跳无线传感器网络中基于SMAC协议的性能分析模型

本文针对基于SMAC协议的多跳无线传感器网络,将节点建模为一个带关闭机制的有限队列单服务台系统,并考虑节点睡眠机制和竞争退避机制建立了二维Markov节点状态模型.基于该模型可准确推导出网络平均丢包率、网络吞吐量、数据包平均延时以及网络平均功率消耗等网络性能的表达式.通过与仿真实验给出的网络性能结果进行对比,发现模型给出的网络性能表达式有效逼近了仿真结果曲线,从而验证了模型的准确性.同时,运用该模型能准确分析多跳无线传感器网络在能量效率和QoS性能的折中关系,并为占空比、缓存队列容量等网络协议参数的优化提供理论指导.     

无线传感器网络最小中继节点布置问题的近似算法

为了消除传感器节点路由负载的不平衡,可在无线传感器网络中布置少量功能较强的中继节点作为路由节点,最小化中继节点数是其主要优化目标.文中证明了有界平面区域上的中继节点布置问题是P问题,但一般情况下的计算复杂度相当巨大.从中继节点布置问题的几何覆盖特征出发,提出了一种O(n~2 log n)时间的贪心近似算法,其中n为传感器节点数目.在该算法迭代过程的每一阶段,先从未被覆盖的传感器节点中选出一个关键节点,为了阻止孤立节点的产生,再按照"优先覆盖与关键节点距离较近的传感器节点"的原则来确定中继节点的位置.实验结果表明该算法可在很短的时间内生成一个接近最优的可行中继节点布置,且在中继节点布置的尺寸以及执行时间方面都要优于现有算法.     

基于语义约束与Graph Cuts的稠密三维场景重建

本文提出一种新颖、有效的稠密三维场景重建算法.在城市建筑场景的重建中,为了快速恢复稠密、准确的深度信息,本文算法首先在视图中对建筑区域进行了语义分割以降低非重建区域(如天空、地面等)的干扰,在提高整体重建速度的同时也增强了采用平面模型对其进行重建的可靠性;然后,在通过基于DAISY特征的空间点扩散方法获取的初始深度图的基础上,针对传统算法难以重建的弱纹理、倾斜表面等区域,本文算法依据场景分段平滑的假设,在超像素级MRF能量优化框架中对其相应的空间平面进行了推断.由于能量函数融合了初始深度图的约束、空间平面先验及空间平面间的几何关系等信息,而且候选平面集通过平面拟合和已知平面约束下的多方向平面扫描两种方法构造,使得相应的两阶段迭代Graph Cuts对能量函数的求解更快速和精确.在标准数据集和真实数据上的实验表明,本文算法能有效克服光照变化、透视畸变、弱纹理区域等因素的影响,快速恢复建筑区域完整的深度图.     

基于Bayes认知信任模型的MANETs自聚集算法

随着移动自组网络(MANETs)的出现,移动节点能够组成特定的动态网络而无需基础网络设施,而在任意两个节点进行交互前,必须同时满足对方的安全和隐私需求.文中提出了一种既能提高MANETs安全效率同时又能保证网络可扩展性的方法.该方法借鉴脑信息学中基于认知的启发式方法,利用Bayes统计分析评估节点的信任等级,对移动节点按照信任机制进行自聚集,进而构建新的网络拓扑结构.仿真结果表明,每个节点都能根据其信任度生成并参与到合适的聚类中,提高了整个网络的可靠性和可扩展性.文中最后还使用复杂网络理论分析了该方法优越性的内在机制,并用实验说明了该方法的高可扩展性.     

波长重用的双向波分复用星形单跳网

针对可利用的有限信道波长数对WDM星形单跳网容量限制问题, 提出了一种有效的解决方案——波长重用的双向WDM星形单跳网. 根据该方案, 在信道波长数一定的条件下, 至少可使网络所支持的节点数——网络容量扩大一倍; 在网络节点数不变时, 则可大大减少网络节点的排队时延, 缓和网络中各通信节点对数据信道波长使用权的竞争矛盾, 使网络吞吐量增加1~3倍, 有效地改善网络性能. 首先论述了该波长重用的双向WDM星形单跳网结构, 接着分析了网络的波长重用特性, 进而对所要求的光放大器增益和输出功率进行了计算, 最后计算了网络的最大节点数和最大信道波长数.     

电力系统专网的无线Mesh监测终端的研制

针对Ad hoc网络在电力系统应用中节点流量任意性的问题,提出一种改进型的无线Mesh监测组网方式.同时,研制了一套针对230 MHz电力系统专网的无线Mesh监测终端,并介绍了其实现方法.在实际的使用中,该终端在传输视音频数据方面性能表现良好.     

环、mesh 嵌入RP(k)网络

基于RP(k)互连网络, 首先讨论了该网络的拓扑性质, 证明了RP(k)网络是一个Hamilton 图. 然后, 重点研究了将环和二维mesh 嵌入该互连网络的算法. 构造性的证明了10*k的环可以嵌入RP(k)网络, 且四个性能参数都为1. 考虑到网络的容错情况, 当RP(k)网络中每个片有一个节点出现故障时, 去掉故障节点和相应的边, 得到互连网络RP-1(k), 该网络也是Hamilton 图. 然后讨论了将二维 mesh 嵌入RP(k)网络的方法, 定义了顺序列嵌入、迂回列嵌入和最短路径映射, 并设计了嵌入算法. 该嵌入算法的性能如下, 若a是二维mesh 最小一维的长度, 按照迂回列嵌入方式, 当a =1, 2, 3, 4, 5时, 其延伸分别为1,2,3,3,2, 拥挤度分别为1、3、4、5、3; 当5<a<10时, 按照顺序列嵌入方式, 延伸=3, 拥挤度≤6; 当a>10时, 其延伸=^┌ a/10^┐ +2, 拥挤度= max{^┌a/10^┐, 6}; 当a=10 时, 四个参数都为1. 研究结果表明, RP(k)网络具有简单的拓扑性质, 很强的容错能力, 并且环和2-D mesh可以高效地嵌入该网络.     

具有小世界特性的低能耗无线传感器网络簇级拓扑研究

本文提出了一种具有小世界特性的无线传感器网络簇级拓扑算法,引入Temple University吴杰教授提出的UCR(unequal cluster-based routing)机制,靠近基站簇尺寸变小,解决基站附近网络耗能过多的热点问题.通过OPNET对构造的簇级拓扑结构进行仿真,当超级节点数目增加到6～18时,平均路径长度降低,路径长度变化率降低,节能曲线变化率升高,能耗降低效果显著.仿真实验还表明,本文提出的具有小世界特性的无线传感器网络簇级拓扑结构对随机攻击具有很强的鲁棒性,具有很好的生存性能.复杂网络理论中的小世界网络具有较大的聚集系数和较小的平均路径长度,通过在原有网络中添加超级节点,形成能与sink节点直接通信的捷径,可以降低网络平均路径长度和能量消耗.目前小世界特性用于WSN的研究中,尚未考虑到sink节点附近的热点问题.     

基于节点状态的多接口多信道WMN信道分配算法

多接口多信道无线Mesh两络信道分配的目的在于提升网络容量以及保持网络连通的同时,降低干扰,增强信道负载平衡.由此,提出一种基于节点状态的信道分配方案.该方案是一种基于优先级的多项式时间贪婪混合式算法.NS2仿真结果表明,该算法不仅可以较好地解决信道负载平衡,提升网络容量,而且即使在节点接口的数量少于有效信道数量时,也能使信道得到有效的分配,保证网络的连接通畅.     

一种基于多维DHT空间映射的P2P安全拓扑方案

基于DHT（distributed Hash table）的分布式检索和路由算法凭借其良好的分布性、自组织性、可扩展性等优点，正成为国际上结构化P2P（peer—to—peer）网络研究和应用的热点．但相对于传统的C／S fclient／server）网络，P2P网络的非中心化特点以及网络中节点较强的自治性和动态性，使得节点实施恶意行为的可能性大大增加，这令DHT对节点安全性的要求很难得到满足．本文提出了一种基于多维映射机制的安全DHT协议，该机制通过对标识符进行按组划分，将P2P网络中的节点映射到一个多维空间，并通过设计合理的路由算法，使安全工作定位到相对简单的节点区域内进行．理论分析和实验结果表明，本机制能够简化现有DHT安全机制，有效抑制恶意路由行为，提高资源搜索成功率．     

一种自适应小波网络的构造及其学习算法

基于小波框架的时频局部化性质和自适应投影算法,提出了一个新的构造和训练小波网络的学习算法,精确地刻画了有限维Hilbert空间自适应投影算法的指数收敛性.该算法充分地利用了包含在训练数据中的时频信息,迭代地确定小波网络隐层结点的个数和网络的权系数,较好地解决了小波网络的结构优化问题. 通过应用于信号的表示与去噪,进一步证实了该算法是简单和有效的.     

Linux下网络块设备的研究与实现

为了充分利用USB接口资源,方便获取远程服务端的数据,设计并实现了一种新的资源共享方式。本方法使用网络块设备协议来获取远程服务端的数据,然后通过USB接口将数据提供给用户。重点给出了对网络块设备服务端和客户端的程序设计,并在Linux环境下实现了其设计功能。测试表明,数据传输速率稳定在10．0Mbps左右,说明了方法有效性。本方案既保留了USB移动存储设备即插即用的特点,又吸收了网络传输即时获取、不需使用存储介质来转移数据等优点。     

基于Markov链的最优多播机会路由算法

如何提高网络容量是无线网络领域的重要研究内容之一.无线信道固有的时变与广播特性在传统路由中未被有效应用,机会路由（opportunistic routing）可以利用这些特性,实现分集.另一方面,多播（multicast）可以利用网络中广泛存在的一对多业务,通过单次传输将数据送达多个目标节点,提高传输效率.本文中提出从Markov状态转移的角度研究多播机会路由问题,采用estimated transmission count（ETX）作为度量,设计了最优多播路由算法least ETX multicast opportunistic routing（LEMOR）,证明了利用LEMOR可得到最小的端到端ETX.仿真结果表明,与仅使用机会路由和仅使用多播相比,同时使用机会路由和多播的LEMOR算法能够显著提高网络的吞吐率.     

近场动力学与有限元方法耦合求解复合材料损伤问题

本文提出了一种求解纤维增强复合材料破坏问题的近场动力学方法(peridynamics, PD)/有限单元法(finite element method, FEM)耦合方法.根据PD方法求解含裂纹等不连续问题以及FEM高效求解的优势,将模型划分为PD区域、FEM区域和耦合区域.其中包含裂纹的区域采用PD建模,其他区域采用FEM建模,两区域的结合部分为耦合区域.该耦合方法操作简单, PD粒子与FEM节点之间没有重叠区域. PD粒子与其域内所有粒子(包括PD粒子和FEM节点)以非局部方式连接, FEM节点与其周围的所有粒子以有限元方式相互作用.该耦合方案模拟的复合材料损伤状态与纯PD方法模拟结果相符,但该耦合方案可有效地提高计算效率.     

大坝安全网络监控数据采集系统的设计

介绍一种基于分布式结构的大坝安全网络监控数据采集系统系统分别利用RS-485网络和以太网与下层测量仪器和上层的监控主机连接,采用分布式结构以及组网方式,实现大坝安全网络监测自动化软件对整个大坝形态进行实时监控.重点研究数据采集器的工作原理、硬件构成以及上位机监测软件的设计与实现.该系统能够有效满足大坝远程通信和监控的要求并已成功运用于大坝安全监测领域.