森林火灾监测传感网能量收集优化技术

建立基于MIMO的传感器网络森林火灾监测系统.针对无线传感器网络(WSN)能量严格受限和节点间能量均衡的问题,引入能量收集技术,完善采用无线信息和功率同时传输(SWIPT)技术的系统模型.仿真分析和原型实验结果表明,MIMO有效降低了能耗;能量效率随发射功率额度的增加而迅速增加,当达到3 dBm时趋向平稳;能量收集方案使节点接收端保留了较多剩余能量,并且节点间剩余能量较为均衡.     

一种相邻节点协作的无线传感器网络可靠传输方案

针对无线传感器网络中不可靠的通信链路引发传输效率下降的问题,提出了一种基于相邻节点协作的无线传感器网络可靠传输方案(NNCS).该方案利用无线信道的广播特性,通过选择成功监听到数据传输的相邻节点来承担协作传输任务(重传或转发),以降低重传次数,提高传输效率.在方案中,相关节点根据自身传输能力发送数据应答以竞争协作机会,同时通过信道监听避免发生竞争冲突.实验结果表明,较之传统重传方案,NNCS能够以更少的传输消耗达到更高的传输成功率,并有效降低了端到端的传输时延.     

基于协作分集技术的无线传感器网络传输性能

对基于协作分集技术的传感器网络传输性能问题进行了深入研究,建立了多信源、多信宿和多中继的传感器网络协作分集模型,推导出了在该模型下传感器网络的传输性能具体表达式,据此可以定量地计算在协作分集下多信源、多信宿和多中继的传感器网络的传输性能指标,为进一步讨论协作选择策略等技术方案在实际的无线传感器网络环境中的应用提供理论上的判断依据.另一方面,本文也从理论上证明了协作分集技术可以提高传感器网络的传输性能.最后利用仿真参数,给出了主要的几个仿真结果,其反应出来的协作通信下的无线传感器网络传输性能变化特点与本文的结论相吻合.     

协作MIMO无线传感器网络最小能耗分析

为延长无线传感器网络(WSN)的生命周期,引入了协作多输入多输出(MIMO)技术。分析了在垂直贝尔实验室分层空时(VBLAST)结构和正交幅度调制(QAM)情况下,使协作MIMO系统能量损耗达到最小的模式。仿真结果表明,不同的协作MIMO系统最小适用距离并不相同;最佳协作MIMO系统比传统单输入单输出(SISO)系统可节省90%的能量。     

无线传感器网络中混合ARQ性能分析

针对无线传感器网络中无线链路质量差异性和动态变化的问题和资源受限的特点,在无线传感器网络中使用交替重传的混合自动请求重传(hybrid ARQ,HARQ)方案实现自适应差错控制.该方案发送端使用1/2码率的纠错码来对数据编码,将码字的信息位和校验位分成2个数据包并交替传输,接收端由单个正确接收的数据包或者合并2个出错的数据包译码恢复原始数据.结合IEEE802.15.4标准规范和主流传感器节点平台参数,对ARQ协议和交替重传HARQ方案的能量效率、平均传输次数和传输成功率进行理论分析和仿真比较.结果表明,交替重传HARQ方案的性能明显优于ARQ技术.     

基于虚拟MIMO技术的无线传感网协议设计

随无线传感器网络的广泛应用,网络传输协议设计也多种多样.但是,延长传感器网络的寿命,即寻找具有能效的设计一直是非常重要的问题.因为多输入多输出(MIMO)技术具有增加网络容量,减少衰落信道中能量消耗的能力,所以虚拟MIMO技术已经成为无线传感器网络中有效的节能解决方案之一.以三个典型的协议为例来介绍虚拟MIMO与无线传感器网络相结合的协议设计,并且讨论设计中的关键技术与注意事项,最后提出该项技术未来的研究方向.     

优化生存时间的传感器网络地理机会路由

为延长无线传感器网络的生存时间,提出一种优化网络生存时间的无线传感器网络地理信息机会路由协议GOROL,并根据该协议特征建立了节点剩余能量与转发能效模型.基于此模型,提出了一种自适应转发集优化算法,该机制兼顾了节点剩余能量与转发能效,能优化传输效率并最大化网络生命周期.仿真实验表明,相比能量感知机会路由CORP和GOR,GOROL具有更长的网络生存时间.     

无线传感器网络中的能量有效空时分集算法

为了有效利用协作分集和选择分集提高无线传感器网络的能量效率,通过结合空时编码和选择合适的发射、接收协作节点,提出了适合大量节点协作的节点选择空时编码算法。通过分析总能量消耗中发射能量消耗和电路能量消耗与发送距离之间的关系,提出了继承多种分集算法优点并适用于网络拓扑动态变化的广义节点选择算法。仿真表明,提出的两种空时分集算法能够有效地提高无线传感器网络的能量效率,从而延长无线传感器网络的寿命。     

无线传感器网络能量模型

随机抛洒的无线传感器节点形成何种逻辑拓扑结构将直接影响高层通信协议和网络运行能耗,而合理使用有限能量资源是无线传感器网络研究的核心问题.基于传感器节点工作能耗分布特点和数据传输能耗模型,建立传感器节点能量模型和网络传输模式模型,对单跳传输和多跳传输两种方式下的网络总能耗和单节点能耗进行理论计算,并分析不同网络拓扑结构对网络能耗和网络运行的影响.通过理论计算推导出不同网络拓扑结构和传输模式下无线传感器网络总能量消耗公式和网络能耗分布规律,为设计能量有效的无线传感器网络拓扑结构提供指导,为实现无线传感器服务质量体系下的高层通信协议提供理论基础.     

基于蚁群系统的WSN能量有效路由算法

针对无线传感器网络的能量有效性问题,基于蚁群系统的自适应性及动态寻优能力,以及无线传感器网络的自组织特性,提出一种能量有效的路由算法.为了优化路径概率选择,平衡节点间的能量消耗,将节点剩余能量引入本地启发因子.用路径平均信息素水平、路径节点平均剩余能量和路径长度评价路径质量,并将路径质量引入信息素全局更新.在源节点与Sink间建立多条动态优化传输路径,提高传输的可靠性.仿真结果表明,本算法可以减小延迟,提高能量使用效率,有效地延长无线传感器网络的工作时间.     

一种能量有效的传感器网络无碰撞路由机制

无线传感器网络与人工免疫系统都是自治的分布式系统.利用人工免疫的免疫克隆算法求解传摩器网络节点的无碰撞最小能耗调度问题,把某一时刻的一次数据传输当做抗原,把可能的传输路径方案作为抗体,选择节点序列的总能耗作为亲和力,利用免疫稳定去掉失效的传感器节点,重构网络拓扑结构,通过建立疫苗库实现人工免疫的二次反应.仿真表明,该算...     

无线传感器网络数据传输纠错方法的应用

在无线传感器网络实际应用中,传输信道容易受到干扰,不可避免形成突发错码.为了确保数据传输的可靠性,提出一种简便实用的数据传输纠错方法,结合卷积码技术和交织技术对数据进行纠错,并在传感器节点上实现卷积交织及卷积编码纠错功能.该方法不仅译码简单,设计复杂度低,而且可抗较高的信道误码,是一种良好的、便于软件实现的前向纠错编码技术.实验结果验证了该方法的实用性与合理性.     

分簇传感器网络数据传输容错策略的研究

无线传感器网络的许多应用场合需要数据传输的可靠性,因此无线传感器网络数据传输的容错性一直是相关领域的研究重点.传统的1+1数据保护模式会给网络增加较大的负载,并不适合于资源受限的无线传感器网络.利用网络编码实现传感器网络链路容错策略,在保证数据传输容错性的同时还可以降低网络中传输的数据包数量,从而可以节省节点的耗能,延...     

基于空时分组码的无线传感网协同传输系统的节能方法

研究了基于空时分组码的无线传感网协同传输系统节能传输的方法,提出了无线传感网单传输系统和基于空时分组码的协同传输系统性能的比较准则.针对无线传感器网络能源受限的特点,计算协同传输系统最优发射功率的门限电平.仿真结果表明,该门限电平在满足系统一定中断概率的条件下可以使无线传感器网络总传输功率达到最小.     

基于IBE算法的无线传感器网络加密方法研究

由于无线传感器网络在电源、计算能力、内存容量和易受攻击等方面的局限性,传统的网络密钥分配和管理方法已不适用.目前人们提出了随机分配等基于对称密钥系统的加密方法.文中试图探讨基于非对称密钥系统的方法.从身份标识的密钥体系IBE(Identity-Based Encryption)出发,给出了一种适用于无线传感器网络的密钥分配和管理方法.首先简要介绍基于身份标识的密钥体系,特别是Boneh-Franklin算法,然后给出密钥分配和加密方法,并从算法的复杂性、安全性、健壮性和内存需求等方面,与随机算法、RAS算法等进行分析比较,应用仿真平台TinyOS的实验结果表明了文中推出方法的可行性和有效性,显示了良好的综合性能,为无线传感器网络的加密提供了新的手段.     

基于串扰的无线传感器网络可用带宽估计算法

可用带宽是无线传感器网络中路由选择、负载均衡、多sink布置、优先级传输等策略的重要参考.文中提出一种利用串扰来估计采用了S-MAC协议的无线传感器网络可用带宽的方法.传感器节点在使用串扰避免机制后,将收集到邻节点的RTS/CTS/DATA/ACK分组中的网络分配矢量以表的形式记录在自己的缓存中,经过计算得到节点的可用带宽.仿真结果表明,该方法能够较为准确地预测S-MAC中节点周围的负载情况和竞争程度.     

携有时间标签的物联网构架下高压远距离输电线路在线监测系统

高压远距离输电线路在线监测系统对保障输电线路的安全运行具有重要意义。根据高压输电线路分布范围广泛和监测时间久的特点,提出了带有时间/地理标签的无线传感器网络在高压远距离输电线路中的远程实时监测。子网采用ZigBee无线通信技术组网,负责高压输电线监测参数的采集;骨干网采用GPRS技术实现无线传感器网络与Internet的无缝连接。同时通过B/S体系结构,用户端在登录监测系统后能实时浏览和分析无线传感器网络采集到的高压输电线监测参数。     

一种带验证和撤销的组密钥分发方案

提出一种在无线传感器网络中具有正确性验证和头结点撤销功能的组密钥更新方案. 通过建立组密钥之间的冗余关联,实现了在不增加结点负担的情况下,合法结点利用当前广播消息和自身秘密恢复丢失的组密钥. 利用撤销多项式实现对结点和头结点的撤销,此外还能提供密钥的正确性验证. 分析表明,在没有增加计算开销和通信开销情况下本方案具有更好的安全性.     

一种基于CPK的WSN节点认证和密钥协商方案

认证技术是保护系统资源与用户隐私的一个关键技术,在信息安全领域中有着重要的位置.针对传统的认证方案对节点认证效率低,且不适用于大规模部署的无线传感器网络认证的问题,采用层次化无线传感器网络模型,提出一种基于CPK的双向无线传感器节点认证及密钥协商算法.结果表明,该算法无需安全信道传输消息,能高效地完成节点认证与密钥协商,解决了大规模部署的无线传感器网络认证的问题.