无线传感器网络单汇聚节点选址策略

无线传感器网络中,所有节点收集到的数据都通过多跳的方式转发到汇聚节点,因此汇聚节点的选址策略对网络寿命有很大的影响。首先在节点随机分布的无线传感器网络中简单分析了汇聚节点的面向能量选址策略,然后进一步探讨了面向寿命的选址策略,最后结合基于路由代价的蚁群路由算法在无线传感器网络中对两种选址策略进行仿真,仿真结果显示面向寿命选址策略的网络总能耗稍大于面向能量的选址策略,但前者能在较低网络能耗的基础上有效地延长网络寿命。     

通过软件证实提高传感网络再编程安全可靠性

通过无线信道进行传感节点远程再编程是一种有效的管理和维护传感网络的重要功能。传统的再编程协议未提供任何安全机制,使传感网络不能防御一些很简单的攻击;新的安全再编程协议使用非对称加密机制,需要多的计算和存储开销,不适用于资源受限的无线传感节点。对此,提出了一种基于软件证实技术的无线传感网络再编程安全协议,该协议通过运行在合法节点上的代码证实和基站上的代码影像证实来隐藏对称密钥,并通过从基站向传感节点传递参数r来保证认证的动态性。将该策略与已有的再编程协议MNP集成,模拟实验表明,该策略以比较低的通信成本和较短的延迟提高了再编程的安全可靠性。     

WSN节点重要性和网络抗毁性的分析方法

无线传感器网络的一个重要设计目标是网络可靠性,无线传感器网络条件受限,节点能源有限,布置环境恶劣,使得研究无线传感器网络的节点重要性和抗毁性变得至关重要.节点的剩余能量会对网络生存时间产生影响,同样节点在拓扑结构中的位置也会对网络各个指标产生影响.通过研究节点的剩余能量和节点在拓扑结构中的贡献,综合这两种因素,提出了计算节点重要性和网络抗毁性的方法.仿真结果及对比表明该方法效果较好,且算法并不复杂.     

基于位置估计的井下无线传感器网络路由算法

井下无线传感器网络中的信标节点无法及时获得能源补充,能量水平总体偏低,结合井下网络的特点研究能降低信标节点能耗、延长信标节点服务时间的路由算法对井下无线传感器网络十分必要.通过对井下传感器网络的能量补充方式和节点移动特点的分析,提出了一种基于位置估计的多跳路由(position estimatebased multi-hop route,PEBHR)协议,该协议通过位置估计的方法帮助节点选择恰当的移动节点作为数据中继快速建立路由路径,从而由能量水平较高的移动节点承担主要的数据转发任务,减少能量水平相对较低的信标节点的负载,从而延长信标节点的生存时间.仿真结果表明PEBHR协议能够降低信标节点的能量消耗,有效延长信标节点的生存时间,有效解决井下节点能量不平衡的问题.     

基于蚁群策略的无线传感器网络能量有效路由算法

从无线传感器网络自身的特点出发,提出了一种基于蚁群策略的无线传感器网络能量有效路由算法(energy efficient routing algorithm based on ant colony optimization for wireless sensor network,EEAWSN).该算法设计了一个新的能够均衡传输能量消耗和节点剩余能量的蚂蚁前向移动的选择概率模型,并给出路径最优度的概念来评价路径的最优性.仿真结果表明,与其他蚁群策略的路由算法相比,该算法找到了一条路径最优度最优的路径,在此路径上传输能量消耗最小,并且兼顾了节点的剩余能量,从而延长了整个网络的生存时间.     

能量有效的无线传感器网络可信路由协议

如何更有效地利用节点有限的资源是无线传感器网络研究的热点之一。提出的能量有效的可信路由协议(energy efficient reliable routing protocol, EERRP),采用了一种能量均衡策略,使网络中的能量均衡消耗,将网络生命周期最大化。同时,EERRP引入了信誉评价机制,通过节点在数据传输过程中对其他节点行为的监测以及信誉传播,使数据在通信过程中能够尽可能地避开问题节点到达目的节点,达到可信数据传输的目的。通过在NS仿真平台对EERRP进行测试与验证,并将其与传统路由协议进行比较,证明EERRP在网络能量有效性和数据可信传输方面具有明显优势。     

能量平衡的异构传感网跨层密钥管理方案

传统的传感网密钥管理协议独立于网络其他层设计,这种层间的独立性造成传感器节点物理性能浪费,网络整体性能降低。从节点剩余能量出发,提出一个能量平衡的异构传感网跨层密钥管理方案。通过节点剩余能量、节点度数等参数,从能量平衡的角度出发确定下一跳节点的选择,再利用密钥交换建立两节点间的会话密钥,该方案将网络层节点路由关系与应用层节点密钥关系结合,实现了密钥管理的跨层设计。结果表明,该方案保证节点密钥连通性的同时,均衡网络节点间的能耗关系,有效延长了异构传感网的生命周期。     

高能效传感器网络调度算法研究与仿真

无线传感器网络用于事件探测是一个重要的研究方向,由于传感器节点能量受限,为了延长网络寿命,设计了EAWS高能效节点调度算法。该算法根据节点的剩余能量安排节点的工作强度,在保证网络探测性能的前提下,达到平衡能耗的效果。为了评估EAWS算法性能,作了全面的系统仿真和理论分析,通过OPNET软件搭建一个近似真实的传感器网络探测模型,验证了EAWS算法的探测概率、探测延时和网络能耗三个指标,结果表明EAWS方法具有能量高效性和较好的探测性能。     

基于三维体质心的无线传感器网络节点定位算法

针对无线传感器网络中传感器节点初始位置未知的问题,提出一种基于三维体质心的分布式无线传感器网络节点定位算法.算法假设网络中有一定比例的锚节点(位置已知的节点),利用三维辅助坐标系,建立节点间的通信约束关系和空间几何关系,研究三维空间内包含未知节点的三维体构成方法,确定三维体的多个侧面和曲面来构成曲面三维体;为了减小算法计算量和网络能耗,寻找与曲面三维体对应的由多个侧面组成的平面三维体,通过确定平面三维体的质心来获得曲面三维体质心,从而把曲面三维体的质心作为未知节点的估计位置.该算法是一种完全基于网络连通性的分布式算法,算法设计简单,计算量小,节点间通信开销少.仿真结果显示,该算法适合于各种规模的无线传感器网络的节点定位.     

基于高斯Cost-Reference粒子滤波器的WSN目标跟踪算法

提出了一种新的高斯Cost-Reference粒子滤波器算法及多传感器动态协同策略用于无线传感器网络目标跟踪问题.该算法的显著特点是:(1)鲁棒性,不需要事先对系统过程噪声和测量噪声的分布进行精确建模,具有较好的噪声自适应能力,非常适用于无线传感器网络未知的、复杂的应用场景;(2)能量有效性,该算法采用高斯分布来近似状态的后验概率分布,节点间交互时只需要传输高斯分布的均值和方差,而不需要传输所有的粒子及其权值,极大地减轻了网络通信负载,能有效延长网络的寿命.     

多能源混合电动汽车控制策略的模糊预测研究

为了使混合电动汽车获得较大的加速度和较长的续驶里程,同时改善整车的动力性能,提出了一种多能源混合动力系统结构。高能量、大功率的多能源混合动力系统必须配备一个能量智能管理系统,才能达到合理分配功率的目的。为此,建立在前向推理结构模型的基础上,提出了一种能量管理系统的模糊预测控制策略。它主要由电池荷电状态预测控制器、充电控制器和功率分配控制器组成。仿真结果表明:与简单分配控制策略(查表法)相比,采用模糊预测控制策略的混合电动汽车在续驶里程、燃油经济性和整车效率等方面均有较大提高。下一步将采用快速控制原型dSPACE系统完成该模糊预测控制的实车实现。     

面向桥梁结构健康监测的WSN分簇路由协议

在桥梁结构健康监测(bridge structure health monitoring,BSHM)的特定应用场合中,只根据节点地理位置进行成簇或使用单跳策略完成簇间路由,都会导致整个无线传感器网络(wireless sensor networks,WSN)的不稳定.针对BSHM 下的WSN,提出"能量分布"的概念,设...     

双馈发电机最大风能捕获和转换策略的仿真

为了最大限度地利用风能,提高风力发电系统的效率,提出了一种既可实现双馈发电机系统低于额定风速下的最大风能捕获又可使得电机铜耗最小化运行的优化控制策略。在分析风力机特性和双馈发电机基本电磁关系的基础上,推导了双馈发电机实现最大风能捕获和转换的定子有功功率和无功功率的数学模型,并应用基于动态同步轴系下的双馈发电机励磁控制策略实现了系统的最优控制。利用Matlab/Simulink对不同风速下双馈发电机系统的运行性能进行了分析和比较,结果验证了该控制策略的正确性和可行性。     

Accurate energy model for WSN node and its optimal design

With the development of CMOS and MEMS technologies, the implementation of a large number of wireless distributed micro-sensors that can be easily and rapidly deployed to form highly redundant, self-configuring, and ad hoc sensor networks. To facilitate ease of deployment, these sensors operate on battery for extended periods of time. A particular challenge in maintaining extended battery lifetime lies in achieving communications with low power. For better understanding of the design tradeoffs of wireless sensor network （WSN）, a more accurate energy model for wireless sensor node is proposed, and an optimal design method of energy efficient wireless sensor node is described as well. Different from power models ever shown which assume the power cost of each component in WSN node is constant, the new one takes into account the energy dissipation of circuits in practical physical layer. It shows that there are some parameters, such as data rate, carrier frequency, bandwidth, Tsw, etc, which have a significant effect on the WSN node energy consumption per useful bit （EPUB）. For a given quality specification, how energy consumption can be reduced by adjusting one or more of these parameters is shown.     

协作通信中继选择与功率分配的联合优化

最优中继节点的选择是协作通信系统必须解决的问题。根据目标节点信噪比要求提出一种选择中继节点的方案,并在此基础上推导了基于信噪比的源节点和中继节点最优功率分配方法。通过在matlab中仿真验证表明所提的功率分配方案能满足目标用户的信噪比要求,分析结果表明采用源节点的最优功率分配方案更有利于提高系统的功率效率。

Abstract：

The relay selection is one of the important parts in relay cooperative communication system.A strategy for relay nodes selection was proposed which based on signal to interference plus noise ratio constraints.The optimal solution for the power adaptation at the base station and the relay nodes was analyzed.Simulation results show that the proposed scheme achieves the respective target for multiple users.Results indicate that the optimally distributes power among the source nodes can improve system performance and energy efficiency,thus can be effectively used in cooperative communications.     

放大转发中继系统中基于SCMA的能效资源分配方案

放大转发中继系统中, 以提升能效为目标, 在保障各用户的最小速率需求下, 提出一种子载波顺序配对以及稀疏码分多址(sparse code division multiple access, SCMA)码本功率联合资源分配算法。将能效资源分配建模为一个混合型整数优化问题, 并将其拆分为子载波配对和码本及功率分配两个独立的子问题。首先, 预设码本和功率分配, 基于能效对子载波进行配对。然后, 在子载波固定配对的情况下, 基于能效码本采用最优信道选择的分配方法, 功率问题转化为含有参量的凹函数, 构建拉格朗日函数进行迭代求解。最后,码本和功率交替迭代优化直至收敛。仿真表明, 所提算法较其他方案可以提升约29%的系统平均能效, 同时也保证了每个用户的最小速率需求。     

802.11ax系统中基于OFDMA调度接入的公平性资源分配算法

针对802.11ax系统中基于正交频分多址接入(orthogonal frequency division multiple access, OFDMA)调度接入的上行多用户传输链路, 提出了基于能量效率的公平性子信道匹配和功率分配算法。根据基于能量效率的上行链路模型, 提出资源块(resource unit, RU)数量确定算法和独立子信道匹配与功率分配算法; 进而针对独立分配中频谱利用不足和功率分配不合理的问题, 提出改进的联合子信道和功率迭代分配算法, 通过应用广义分式规划, 改写约束条件并在目标函数中加入惩罚项来松弛整型变量, 进一步用序列凸规划(sequential convex programming, SCP)来求解。仿真结果表明, 通过独立和联合迭代分配功率和子信道, 系统中用户的能量效率相对原有算法得到提升的同时兼顾了用户间的公平性。     

大规模MIMO系统的智能天线选择与功率分配方法研究

为了满足大规模多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)系统的数据传输需求并降低系统能耗,提出一种基于量子化学反应优化的智能天线选择与功率分配方法。根据大规模MIMO系统不同时段的用户传输需求建立智能天线选择与功率分配模型,推导出其最大能效方程。为有效求解该非线性、多约束的混合优化难题,结合量子计算和化学反应优化机制的优势设计了量子化学反应优化算法,可得到最佳的天线选择与功率分配方案。仿真结果表明,所提的智能天线选择与功率分配方法能实时满足用户的信息传输需求,显著提高系统能效。针对不同的仿真场景,所提方法与现有的智能算法与分配策略相比均可得到最高的系统能效。     

大规模MIMO系统的智能天线选择与功率分配方法研究

为了满足大规模多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)系统的数据传输需求并降低系统能耗,提出一种基于量子化学反应优化的智能天线选择与功率分配方法。根据大规模MIMO系统不同时段的用户传输需求建立智能天线选择与功率分配模型,推导出其最大能效方程。为有效求解该非线性、多约束的混合优化难题,结合量子计算和化学反应优化机制的优势设计了量子化学反应优化算法,可得到最佳的天线选择与功率分配方案。仿真结果表明,所提的智能天线选择与功率分配方法能实时满足用户的信息传输需求,显著提高系统能效。针对不同的仿真场景,所提方法与现有的智能算法与分配策略相比均可得到最高的系统能效。