非均匀场景下的协作定位基本限的研究

针对实际救援场景中由障碍物、复杂环境等因素导致的定位精度差的问题,提出将协作定位的思想应用于被困人员非均匀分布的实际场景中,在此基础上进一步提出了该场景下高效、低成本信标节点的布置.首先分析了协作定位系统的原理及其参数模型,并利用等效费歇尔信息矩阵(equivalent Fisher information matrix,EFIM)得到协作定位精度的基本限,即平方位置误差界(squared position error bound,SPEB),然后模拟2个实际中典型被困人员非均匀分布场景,在此基础上仿真,并比较模拟场景下协作模式与非协作模式的SPEB值,以及该场景下不同信标节点布置的SPEB值.仿真结果表明,被困人员之间的协作能够明显提高其自身定位精度,实际场景下信标节点的布置需要综合考虑建筑结构、成本、精度等因素.     

一种基于几何精度因子的三维室内定位方案

提出了一种基于几何精度因子(GDOP)的三维室内定位方案来解决室内定位系统中的锚节点布置问题.通过该方案可以得到锚节点的双圆锥构型.利用两种测距误差模型来对该方案的性能进行评估,仿真结果表明该方案可以应用于大小不同的场景,而且在相同的定位场景下,该方案的定位精度优于现有的布置方法.     

一种应用于多跳网络的可调占空比固定时延MAC协议

针对Ad Hoc网络、无线传感器网络等类型的多跳网络中使用传统的基于低占空比的MAC协议会使数据传输的时延随转发节点的增加而变大的问题,提出一种固定时延的MAC协议(FDS-MAC).该协议针对不同跳数的源节点,由汇聚节点通过改变占空比来设置合理的固定时延值并将其放在调度表中,源节点通过改变监听调度表的占空比达到固定时延的目的;当节点跳数较多时,可通过物理分簇配合FDS-MAC有效降低固定时延的值.理论分析和仿真结果表明,该协议可获得合理的固定时延和良好的耗能特性,在很多场景可获应用.     

无线传感器网络二维协作式定位方法

针对精度传统定位方式下的节点定位精度低的问题,讨论和研究了WSN(Wireless Sensor Network)网络中的节点定位精度问题。在基于RSSI(Received Signal Strength Indicator)无线传感器网络定位技术的基础上,通过分析二维位置参数估计的CRB(Cramr-Rao Bound)值,比较了传统定位方式下和协作方式下的位置估计,提出了设定阈值的协作式定位方法。该方法使部分节点在传统方式下定位,而部分节点在协作方式下定位。Matlab仿真实验证明,该定位方法能提高网络节点的定位精度。     

RSSI模型参数动态修正的协作定位算法

提出一种结合接收信号强度指示(RSSI)模型参数动态修正和协作定位的RSSI改进算法.首先,利用高斯滤波对RSSI值进行优化,根据锚节点间的距离和RSSI值动态修正RSSI模型参数;然后,利用共线度有效阈值选取适合定位的锚节点组,由加权三边定位法得到节点坐标;最后,引入协作定位,利用锚节点置换策略自适应地选取已定位节点进行升级,升级节点作为锚节点参与协作定位.实验结果表明:在相同的环境下,RSSI改进算法较其他算法能有效降低测距误差,提高未知节点的定位精度.     

一种简单的适合无线Mesh网络的机会协作MAC机制

针对IEEE 802.11 MAC(medium access control)协议中通信模式的缺陷,提出了一种新的协作MAC机制.该机制重点研究了分布式中继节点的选择算法,并定义了一种新的控制帧(retran).目的节点通过发送retran帧启动协作机制,收到该帧的节点根据中继选择算法设置自身定时器,从而竞争产生"机会中继",使其在源节点与目的节点之间搭建通信桥梁,该方法简单可行.仿真表明,随着网络中节点数的增加,新的机制对网络吞吐量和误比特性能的改善效果明显,从而提高了通信质量.     

一种基于MAC层时延上限的VANET自适应分簇算法

为提高车辆自组织网络(VANET)中媒体接入控制(MAC)协议在车辆密集情况下的性能,提出了一种基于MAC层时延上限的自适应(MDBA)分簇算法,该算法包括簇头选举算法和簇维护算法.在MAC层消息传输的时延上限制约下,簇头选举算法通过综合考虑车辆节点的速度、加速度、位置和目的地4种因素来选取簇头;针对网络拓扑的变化,簇维护算法对分簇进行自适应调整.利用交通流仿真软件VISSIM创建仿真场景,以考察MDBA分簇算法的性能.仿真结果表明,与传统无线传感器网络和移动自组织网络中的典型分簇算法相比,MDBA分簇算法中簇头和簇成员的生存时间较长,算法性能更优,更加适用于车辆自组织网络.     

空基移动自组网中基于TDMA的 令牌时隙MAC协议

为了较好地提高控制信息的利用效率,提出基于时分多址(TDMA)的令牌时隙媒介访问控制(MAC)协议. 该协议采用控制信道与数据信道分离的方法,在控制信道按照网络节点的标号(ID)顺序,动态拥有令牌时隙,及时交换节点信息参数及数据传输请求;在数据传输信道采用预约分配的时隙进行高速数据传输,避免了节点间的传输干扰. 同时采用空分复用TDMA模式,极大地提高了有限信道资源的利用率. 仿真结果表明,设计的MAC协议能够有效地提高网络的吞吐量,满足不同服务质量(QoS)和传输时延的要求.     

基于距离估计的无线传感网络移动节点定位研究

针对传统MCL算法定位精度低的不足,提出了一种基于距离估计的改进蒙特卡罗定位算法—DEMCL.首先根据网络连通度、锚节点信息和节点间的相邻关系估计目标节点与锚节点间的距离;然后利用该距离构建新的过滤条件加入算法的过滤阶段,以优化样本集和减小定位误差;最后以Matlab为工具对算法的定位性能进行仿真和分析.仿真结果表明:在同一环境下,与MCL算法和MCB算法相比,DEMCL算法能保证更高的定位精度,同时减少了无效定位的节点数目,网络覆盖率可达到98.83%.     

一种基于负载侦听的多径路由算法研究

在移动Ad Hoc网络中,随着节点移动速度加快和发包强度的增加,造成网络中数据丢包严重,数据传输时延加剧.将整个网络中各节点MAC层的总平均估计时延和节点队列缓存的占用情况结合起来,启用多径路由进行数据传输.仿真实验表明,改进后的方案在节点移动速度比较快时,能够显著提高数据传输成功率,增加网络承受负载能力,提高OLSR的路由传输能力.     

基于估距方式分类的无线传感器网络定位算法

针对传统无需测距的无线传感器网络定位算法(DV-Hop算法)在估算距离时因存在较大误差而导致定位精度不高的问题,文中提出了基于估距方式分类的无线传感器网络定位算法.该算法引入最优辅助估距锚点,未知节点每次在估算距离时,首先依据所需估算的距离寻找最优辅助估距锚点,再按其估距所属类型进行估距计算,以提高距离估算的精度.为进一步提高定位精度,文中算法在三边定位法中引入"非线性-跳数"加权因子,通过它获得未知节点最终估计坐标的期望.仿真实验结果表明,在适当增加通信开销的条件下,文中算法的定位精度显著提高.     

由接收节点控制握手的一种脉冲超宽带网络MAC协议

脉冲超宽带系统通过发送宽度极窄的脉冲进行通信,因没有载波调制,所以基于载波侦听方式的MAC协议不适用于IR-UWB系统.针对常用的UWB MACAW MAC协议在网络负荷较大时RTS/CTS握手失败概率大的问题,提出了一种先由接收节点传送FI帧指示其处于空闲状态,然后发送节点再进行握手的UWB-RI MAC协议,以增大握手成功的概率.通过给出的UWB-RIMAC协议数据收发的详细流程,分析了FI帧广播间隔的取值,说明其对QoS的支持;最后仿真比较了UWB-RI MAC和UWB MACAW MAC的性能.     

一种总发射功率最小化的协作MAC协议

针对能量受限的无线传感器网络,提出了一种能降低网络能耗的跨层协作MAC(Medium Access Control)协议。文中首先分析了直接传输和协作传输下的总发射功率,理论分析表明,在一定的误码率限制下,引入合适的中继节点能降低网络总的发射功率。在802.11DCF(Distributed Coordination Function)的基础上,通过监听邻居节点控制包,获得各信道的状态信息,并选出使总发射功率最小的最佳中继,同时扩展CTS(Clear To Send)、增加HTS(Helper ready To Send),完成自适应的协作传输。仿真表明,该MAC协议能有效降低网络能耗,延长网络寿命。     

采用时分多址的主动式高动态传感器路由协议

提出一种基于移动无线传感器网络(MWSN)的主动式高动态传感器路由(AHDSR)协议.通过简单的跳数度量,使数据朝移动环境中的汇聚节点路由时保持动态和鲁棒.AHDSR协议使用时分多址(TDMA)MAC层保持移动环境中梯度指标,同时,使用盲转发技术将信息以多途径的方式在网络中传递.运用OPNET建模模块进行仿真,并提供一种离散时间仿真器.仿真结果表明:与其他同类方法相比,提出的协议在数据包投递率、平均数据包时延、吞吐量和开销方面的表现更加适合多种移动网络场景.     

一种基于RBAR的协作MAC协议

协作通信技术的应用给无线网络媒体接入控制(media access control,MAC)协议设计带来新的挑战。针对该协作通信技术的特点,文章在RBAR速率自适应协议的基础上,提出一种支持协作通信技术的MAC协议Coop-RBAR。Coop-RBAR协议根据发送端、协作节点和接收端之间的瞬时信道状态来决定数据传输方式和传输速率;基于系统能达到的最大吞吐量和邀请帧退避算法,选择最优的协作节点参与数据传输。仿真结果表明,Coop-RBAR协议能够有效地提高网络性能,可获得比RBAR协议更高的吞吐量和更小的传输时延。     

使用移动锚节点的传感器网络节点定位算法

提出一种利用移动锚节点、基于小生境粒子群的定位算法NPLA.普通待定位节点使用基于小生境思想的粒子群算法(PSO),根据接收到锚节点信号的信号强度(RSSI)值进行最优的自身位置估计.算法支持锚节点可按预定或随机路径移动,且可同时作为收集数据和管理网络的汇聚节点.所提算法具有分布式计算、实现简单及硬件需求低等特点,适合在大规模无线传感网中应用.仿真表明NPLA定位精度较以往算法有明显提高.     

基于AR模型和卡尔曼滤波的UWSNs节点分层预测定位

水下无线传感器网络(UWSNs)拓扑变化频繁,通信能力有限,给水下环境监测网络中的节点定位技术带来很大挑战.近海环境监测中,考虑到节点随着洋流移动并呈现出半周期性,利用节点运动模型,设计了基于AR模型和卡尔曼滤波的UWSNs节点分层预测定位方法(HPLM-AK).建立了锚节点速度的AR预测模型,综合考虑网络能量消耗和定位精度的需求,进一步建立了锚节点速度的状态方程和观测方程,利用卡尔曼滤波算法实现对锚节点速度的最优估计,进而提高了定位精度且降低了网络通信能耗;普通节点利用与锚节点运动的空间相关性,根据参考节点的速度和位置信息估算自身的速度并结合上一时刻的位置信息完成定位.考虑到提高节点的定位覆盖度,设计了节点的定位置信度,并通过将置信度较高的普通节点升级为参考节点的方式来弥补锚节点稀疏的不足.同时,设计了参考节点列表更新机制,通过更新参考节点的信息,普通节点选取置信度较高的参考节点来参与自身的定位,提高了预测定位精度.本文以E117.25°～E132.20°、N24.00°～N43.45°洋流数据为实验背景对算法进行了仿真,并且与可扩展的移动预测定位(SLMP)方法进行了分析比较,仿真结果表明,HPLM-AK方法提高了定位覆盖度和定位精度,且降低了网络的通信能耗.     

改进型无线传感器网络的质心定位方法

针对传统质心定位算法定位精度受锚节点密度影响大,但锚节点成本高而不能大量使用的问题,采用移动锚节点,引入高斯马尔科夫移动模型对锚节点移动路线进行规划,使锚节点在待测区域内随机移动形成更多的虚拟锚节点,代替传统定位算法中的锚节点,提高了质心定位算法中对未知节点的覆盖率与定位精度.仿真结果表明,该方法有效且能应用于大型无线传感器网络定位.     

利用MIMO系统多包接收能力的Ad hoc网络MAC协议

传统的分布式Ad hoc 网络的单信道媒体接入控制(MAC)协议在同一时刻一跳范围内只能允许一对节点通信,导致网络的冲突严重、吞吐量小和接入时延较大.为此,文中利用MIMO系统的多包接收能力,设计了一种新的分布式Ad hoc网络MAC协议,该协议利用二进制退避和共享退避机制进行信道预约和共享,在单信道自由竞争的Ad hoc网络中实现了多点对点的通信,大幅度提高了网络吞吐量.文中还推导了该协议的网络归一化饱和吞吐量的数学模型.理论分析和仿真实验证明,新协议的网络吞吐量比利用分层空时编码(BLAST)的CSMA/CA(k)协议有了较大的提高.     

无线传感器网络中DV-Hop定位算法的改进

针对无线传感器网络DV-Hop定位算法中节点个数较少时跳段距离估算误差大,及只有2个锚节点时无法定位等问题,提出了一种改进的DV-Hop定位算法.新算法综合了功率控制和计算全网平均每跳距离等措施,提高了跳段距离估算精度,降低了定位误差;同时针对只有2个锚节点时无法定位问题,采用了2个锚节点的定位模型.仿真实验结果表明,改进算法可以明显提高定位精度和定位覆盖率.