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.     

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。     

基于目标跟踪的移动信标辅助节点定位算法

针对无线传感器网络的节点自定位问题,提出一种基于单个移动信标的节点定位算法。信标节点周期性地发布自身位置信息,未知节点被动接收该信息得到与移动信标之间的距离,先求取自身位置的近似估计,再利用无迹卡尔曼滤波进行目标跟踪,完成进一步位置求精。未知节点之间无需测距,降低了通信量和能量消耗。仿真结果表明,该方法能够有效提高节点的定位精度,适用于户外部署的大规模无线传感器网络。     

传感器网络中一种能量高效的数据收集算法

为了在无线传感器网络中降低能耗和最大化网络生存期,提出一种能量高效的数据收集算法(energy efficient data gathering algorithm, EEDGA)。该算法利用移动代理模型在网络中进行数据收集。首先,EEDGA根据监测精度的要求控制活动节点的数量;然后,通过求最小支配集得到具体的工作节点;最后,利用蚁群算法规划移动代理迁移的最优路线,移动代理以渐进方式收集活动节点的监测数据。仿真结果表明,与典型算法相比,该算法具有更低的能耗和更长的网络生存期。     

一种能量均衡的无线传感网络生命期优化算法

针对传统路由算法在无线传感器网络中的不足,选取能耗小、节点剩余能量多的路由以均衡网络能耗并最大化网络生命期。通过构造目标优化度评价函数,以达到网络路由能量均衡最优化的目的。算法通过调整各目标优化度函数的取值范围,以满足业务对能耗和剩余能量的不同要求。最后的仿真结果显示,与传统的路由算法相比,本算法在网络生命期、能量均衡分布及总体能耗等方面具有明显优势。     

基于虚拟力的无线传感器网络覆盖增强算法

为保证网络的覆盖功能,提出了一种在固定传感器节点中加入具有运动能力的移动节点的混合无线传感器网络模型.在此基础上,基于人工势场法的思想,提出了一种基于局部虚拟力的无线传感器网络覆盖增强算法,构造了节点与节点、移动节点与目标区域边界之间的相互作用力,并基于运动图式理论来共同控制移动节点的运动.为避免移动节点陷入局部极大覆盖陷阱,还引入了随机扰动作用力.最后通过仿真实验验证了算法的有效性.     

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。     

基于免疫系统的无线传感器网络性能优化

根据免疫系统B细胞和T细胞模型,建立人工免疫系统与无线传感器网络间的相似关系,提出一种邻域节点选择算法,以判断传感器节点是否被激活。由于事件信息传递到汇聚节点会产生偏差,利用时空相关理论和自适应最小均方误差滤波算法,建立偏差与激活节点数目及偏差与节点通信频率之间的关系,确定传递事件信息所需最少激活节点数和最佳通信频率。不同条件下仿真结果表明,这种无线传感器网络优化策略能起到减少节点数目、降低通信频率及节约能耗的效果。     

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.     

无线传感器网络的重叠分簇与边界搜索

无线传感器网络（wireless sensor networks, WSNs）由大量微小的传感器节点组成,分簇的网络架构能较好地处理大规模网络的自组织问题,因而成为WSNs提升性能和扩展性的标准方法。在拓扑发现、地理路由和目标追踪等应用中,重叠分簇能更好地满足要求,同时,辨别出WSNs的边界节点是重要的任务。与先前的基于节点的边界搜寻算法不同,提出了一种应对节点随机分布情况的自组织分簇算法。建立了重叠分簇,进而对重叠分簇进行分簇的边界融合,最后形成整个WSNs网络边界。仿真结果表明,该算法能够生成更为均衡的分簇,显著提高网络生存周期,并能有效的实现网络边界节点的搜索。     

IWSN物理层防全双工攻击节点的多层Stackelberg博弈模型

针对工业无线传感器网络通信链路上存在的节点安全问题, 提出一种可抵御节点攻击的多层Stackelberg博弈模型。选择最佳协作干扰节点协同抵御全双工攻击节点, 将合法节点与攻击节点之间的对抗关系以及合法节点间的内部协作关系建模成多层Stackelberg博弈模型, 分析博弈模型的闭式均衡解; 设计分阶最优响应迭代算法求解Stackelberg博弈均衡。仿真结果表明, 所提的最佳协同干扰节点选择方案对攻击节点具有较好的干扰效果且节省能耗; 与其他功率控制模型相比, 所提模型可有效增加协作干扰节点的收益，提高协作的积极性。     

Distributed event region fault-tolerance based on weighted distance for wireless sensor networks

Event region detection is the important application for wireless sensor networks (WSNs), where the existing faulty sensors would lead to drastic deterioration of network quality of service. Considering single-moment nodes fault-tolerance, a novel distributed fault-tolerant detection algorithm named distributed fault-tolerance based on weighted distance (DFWD) is proposed, which exploits the spatial correlation among sensor nodes and their redundant information. In sensor networks, neighborhood sensor nodes will be endowed with different relative weights respectively according to the distances between them and the central node. Having syncretized the weighted information of dual-neighborhood nodes appropriately, it is reasonable to decide the ultimate status of the central sensor node. Simultaneously, readings of faulty sensors would be corrected during this process. Simulation results demonstrate that the DFWD has a higher fault detection accuracy compared with other algorithms, and when the sensor fault probability is 10%, the DFWD can still correct more than 91% faulty sensor nodes, which significantly improves the performance of the whole sensor network.     

无线传感器网络节点随机调度算法研究

针对已有的无线传感器网络节点随机调度算法存在的问题,即由于节点是利用产生随机数的方法加入到不同的工作子集,从而导致初始子集中节点分布不均,在概率感知模型下提出了一种基于节点平均度的随机调度算法。该算法利用邻居节点之间的信息传输,使得每个节点的邻居节点尽量均匀分散在不同的子集中。通过随机概率理论分析了概率感知模型下网络覆盖度与节点数之间的关系,解决了新算法的节点配置问题。仿真实验证明了新算法的有效性及分析的正确性。     

Game-theoretic approach to power and admission control in hierarchical wireless sensor networks

Power efficiency and link reliability are of great importance in hierarchical wireless sensor networks (HWSNs),especially at the key level,which consists of sensor nodes located only one hop away from the sink node called OHS.The power and admission control problem in HWSNs is comsidered to improve its power efficiency and link reliability.This problem is modeled as a non-cooperative game in which the active OHSs are considered as players.By applying a double-pricing scheme in the definition of OHSs’ utility function,a Nash Equilibrium solution with network properties is derived.Besides,a distributed algorithm is also proposed to show the dynamic processes to achieve Nash Equilibrium.Finally,the simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm.     

基于分治求精的无线传感器网络节点定位算法

节点自身定位是无线传感器网络应用的支撑技术之一。将分治法运用到无线传感器网络节点自身定位问题中,研究了锚节点位置关系对节点定位的影响,设计了基于分治求精的无线传感器网络节点定位算法(divide and conquer and refinement method based localization algorithm, DRBLA)。DRBLA采用先分而治之、再整体求精的思想,根据锚节点位置关系对定位的影响,有效筛选锚节点构成组合分别对未知节点初步定位,随后加权求精得出最终定位结果。DRBLA不需要额外添加硬件,通信量小且容易实现。仿真结果显示,相对于传统基于测距的定位算法,DRBLA具有明显的优越性,尤其是可以利用较少的锚节点取得较高的定位精度。     

无线传感器网络目标跟踪平台协同调度的实现

目标跟踪是无线传感器网络的一个重要应用。为了验证和测试算法性能,缩小理论与实际的差距,必须构建相应的物理平台。介绍了所构建的无线传感器网络目标跟踪平台,其硬件包含超声波传感器、被动红外传感器和Micaz节点组成的无线传感器网络,而软件包括上层监控系统及下层节点嵌入式程序。针对节点资源十分有限的情况,提出了一种基于最小均方估计误差的目标跟踪协同调度算法,并在物理平台上成功实现,实验表明该平台能有效地跟踪无线传感器网络内的移动目标,并在保证跟踪精度和跟踪实时性的同时,采用了双重唤醒/休眠机制来延长网络寿命。     

基于一个移动锚节点的无线传感器网络节点定位算法

节点定位技术是无线传感器网络应用的重要支撑技术之一,对此提出了一种基于移动锚节点的两步定位算法。该算法利用一个移动锚节点遍历整个网络,并周期性的广播包含自身当前位置的信息。把传感器节点的自身定位过程用基于无迹状态滤波(UKF)的目标跟踪方法实现。由于所用的目标状态模型和量测模型有一定的不确定性,所以先选取不共线3个锚节点信息,利用三边定位法提高滤波的初始位置精度,从而改善定位效果。最后仿真并分析比较了锚节点在多种移动轨迹情况下节点定位误差,结果表明本文所述两步定位法改善了对锚节点移动轨迹的特殊要求的限制,更适合实际情况,并取得理想的定位精度。