一种低通信开销联合时钟同步和定位算法

针对无线传感器网络（wireless sensor networks ,WSNs）中降低节点间的通信开销的需求,提出一种基于成对广播同步协议（pairwise broadcast synchronization ,PBS）改进的联合时钟同步和定位算法。在联合时钟同步和定位过程中,锚节点（位置已知,时钟需同步）侦听未知节点（位置未知,时钟需同步）与参考节点（位置已知,时钟为参考时钟）双向交换的时间信息,不用发送额外的信息。因此相比于传统基于双向信息交换方式的联合时钟同步和定位算法可以节省大量的通信开销,同时可以降低同步所需参考节点的数目。该算法不仅对未知节点的位置参数和时钟参数进行联合估计,同时也完成锚节点时钟参数的估计。经过仿真分析,估计值满足所推导的克拉美罗下限（cramer-rao lower bound,CRLB）,且估计精度接近其他两种典型联合算法。综合考虑估计精度和通信开销,所提出的算法优于现有的联合时钟同步和定位算法。     

煤矿井下WSN容错性时间同步算法的实现

为了提高井下时间同步精度,针对无线传感器网络对节点同步精度要求高、鲁棒性强以及时间同步协议普遍容错性较低的特点,提出一种面向煤矿井下的无线传感器网络容错性时间同步算法。该算法结合煤矿井下结构的特殊性,采用动态选举时间基准节点和避免重复发送策略,增强了网络的可扩展性,对于新加入节点可迅速收敛。在洪泛时间同步协议算法的基础上,利用概率统计学中的残差分析理论改进线性回归算法并进行差错判断,剔除井下异常数据点对拟合曲线的影响,抑制由异常数据导致同步误差的大幅度跳变,提升无线传感器网络(WSN)同步算法的容错性和可靠性。实验证明,该算法可在网络拓扑不断变化的情况下达到一定的同步精度,可保持网络稳定性,满足井下同步精度需求。     

一种基于超帧机制的Zigbee时间同步算法研究与实现

对于几乎所有无线传感器网络应用来说,时间同步是非常重要的.由于无线传感器网络的多节点、低功耗等特点,一种合适的时间同步算法的实现尤为关键.以自主研发的硬件平台为基础,设计并实现了一种适用于Zigbee无线通信协议的单跳和多跳网络的时间同步算法,并给出了详细的算法分析及实现流程.实验结果表明所提出的时间同步算法在Zigbee单跳及多跳信标网络中均有良好的性能表现,满足了Zigbee协议低功耗、高同步精度的要求,在实现Zigbee休眠节能机制的同时,算法达到了较高的时间同步精度.     

无线传感器网络时间同步CS-TPSN算法研究与仿真

无线传感器网络TPSN(Timing-Sync Protocol for Sensor Network)算法采用中心节点与子节点的双向通信,并通过交换时间信息和计算偏差值,实现无线传感器网络时间同步,有较高的时钟同步精度。但当系统中传感器密度较大时,节点同步跳数将明显增加,在影响同步精度的同时,增加了节点能量消耗。该研究提出了CS-TPSN算法,通过在节点层间进行拓扑结构改进,减少报文数量,优化层内和层间设计,降低算法开销,实现了基于OPNET的建模和仿真分析。     

基于最大互邻集合的无线传感器网络单向时间同步

时间同步是无线传感器网络的一项关键技术。针对目前时间同步算法能耗较大等问题,通过单向同步技术建立全网同步数学模型,提出一种基于最大互邻集合的同步算法。在层次发现阶段生成同层节点的最大互邻集合,利用有限的消息交互分布式地保留尽量少的广播节点,并加入子节点注册、低层节点监听和时序控制等策略提高算法效率。在NS2软件平台进行了仿真,并与相关文献算法对比,结果表明所提出的算法在达到相同同步精度前提下,可显著降低同步阶段的消息开销,提高成功同步节点比例。     

无线传感器网络时间同步技术进展

无线传感器网络是由大量部署在无线环境中的传感器设备构成的网络,无线节点间的协同操作要求网络节点维护共同的时间,时间同步是无线传感器网络支撑技术;针对传统分类方法中不能有效体现时间同步算法特点的问题,从信息交换是否存在反馈角度对现有时间同步算法进行了重新分类,同时对同步算法的进展情况作了详细描述;新的分类方法能够有效体现算法同步精度和同步能耗等特性:反馈式时间同步机制在同步精度和同步能耗上都要高于非反馈式时间同步机制;最后总结了现有时间同步算法的缺陷并展望了未来时间同步技术的发展方向。     

基于累计时延统计的传感器网络数据同步算法

传感器网络数据同步是数据融合算法正确运行的前提,具体指网内各节点汇报的数据基于同一时间基准,其采集时间、先后顺序等与真实情况一致．然而由于节点晶振的频率偏差和不同的初始计时时刻,网内节点的本地时钟不同步,这使得根据本地时钟标记的数据不能保持同步．提出了一种基于累计时延统计的数据同步算法,通过在数据包头附加一个时延字段,沿途节点根据该数据包的停留时间更新该字段,数据到达远方站点时即包含了数据的总时延,接收站根据当前时刻和累积时延计算数据的采集时间,最终达到数据同步．分析表明该算法可达到HIS级同步精度,适合于中低精度应用．相比于常规同步算法,其通信开销几乎为零．     

一种用于室内定位的线性规划算法

针对基于ToA定位中存在的信标节点较少和发送时间不能提前预知的问题,提出了一种新的应用于无线传感网络室内定位的线性规划算法.通过考虑测量值的最小平均绝对值误差,利用线性逼近方法,将一个复杂的、非凸的室内定位问题转换为一个简单的线性规划问题,并用迭代求精的方法求出最优解.仿真结果表明,提出算法计算复杂度低,收敛速度快,可以快速地求出未知节点的坐标;通过和已有的定位算法相比,提出算法在信标节点较少的情况下,仍能保持很好的定位精度,利用较少的节点资源达到比已有算法更好的定位性能.     

无线传感网跟踪任务中的目标运动 模型估计与节点调度

在无线传感器网络进行目标跟踪的过程中,合理的节点调度算法可以兼顾跟踪精度和能量消耗,延长网络的使用寿命.然而,当目标运动模型未知时,难以实现高效的节点调度.为解决目标运动模型未知场景下的跟踪问题,本文将监控区域中的目标移动和传感器观测建模为隐马尔可夫模型(HMM),并提出了HMMQMDP算法,把问题分解为运动模型估计和节点调度两个阶段:运动模型估计阶段是根据传感器采集的观测序列估计目标状态转移概率;节点调度阶段则被建模为部分可观测马尔可夫决策过程(POMDP),综合考虑决策的短期和长期损失,应用QMDP算法近似求解优化策略.仿真结果表明:该算法可以根据观测样本有效地学习和估计目标运动模型,提升节点调度算法的效果.     

无线传感器网络中分簇时间同步算法的设计

根据低功耗的要求,提出一种分簇时间同步算法(CTSA),该算法利用LEACH分簇原理,将整个网络分成不同的簇,簇首节点之间的同步采用精度较高的双向同步交换机制,且在选择与上一级簇首节点交换同步包时,根据距基站的最小跳数为准,以减少多跳累加的影响.而簇首节点与簇内成员节点则采用功耗较低的单向同步原理,结合了无线传感器网络中簇首节点与簇内节点的特点,在精度与功耗上进行折中考虑.实验证明该算法具有较高的同步精度与较低的同步开销,特别适合于终端节点较多的环境中,如环境监测.     

基于分簇的无线传感器网络时间同步方法

对传统的无线传感器网络的时间同步协议进行分析,结合无线传感器网络能量使用要求高的特点,设计一种适合WSN的时间同步算法.在分簇的基础上在簇内建立一个回路,回路上节点顺序单向同步,簇头可以实时监控同步的进行,以实现能量节省的、健壮的协作同步模式.对比实验结果表明,该算法在保证同步精度的前提下可以有效减少通信开销,节省了节点能量.     

基于加权虚拟力的无线传感器网络定位算法

针对AHLos算法容易出现误差累积的缺陷,基于邻居信标节点对未知节点的虚拟力,提出了加权虚拟力无线传感器网络定位算法。在虚拟力的作用下,未知节点从估计位置向真实位置移动;与此同时,使用加权因子,对在定位过程中具有不同可信度的信标节点加以区分;最后通过根据精度要求所设定的虚拟力门限值确定最终估计位置。仿真实验结果表明:所提出的新算法较之与AHLos算法,定位精度有所提高。     

基于IMU和两信标节点的高精度概率推测定位系统

传统的定位系统需要3个或3个以上的环境节点到未知节点的距离信息帮助定位,而在很多恶劣多变的环境中,这一前提往往难以得到满足。提出运用一个惯性测量单元和两个环境节点传感器(信标节点)对未知的移动传感器节点实现定位。两个环境节点与移动节点共同属于Cricket系统,该系统利用射频信号和超声波信号在空气中传输速度的不同,通过测量两种信号到达时间的差值去获得环境节点和位置节点之间的距离估计。提出首先根据固定在未知节点上的惯性测量单元的测量输出和上一时刻的最优估计位置,估计出未知节点当前时刻的位置,根据惯性测量系统测量噪声模型,可以推断出未知节点当前时刻的真实位置在此估计位置为中心的某区域内。再根据未知节点与两个环境节点的估计距离,通过仿真测量噪声模型,利用最小均方估计和最大后验估计算法,最终分别得到未知节点的最优估计位置和次优估计位置。仿真和实验表明了本算法的有效性和鲁棒性。     

An Improvement of Time Synchronization Protocol Based on FTSP in Wireless Sensor Networks

精确的时钟同步对于很多无线传感器网络的应用来说是非常重要的.虽然每个传感器节点都配备了一个硬件时钟,但是这些硬件时钟会产生不同程度的漂移.现有的泛洪时间同步协议使用线性回归算法对节点的时钟进行漂移补偿,鉴于线性回归算法容易受到异常数据的影响,从而会影响到协议的同步精度.因此提出了一种精度更高、同步误差更小的改进协议,并且采用NS2仿真工具对改进的协议进行了仿真,仿真结果表明改进后的协议能够有效提高同步精度.     

无线传感器网络中一种基于FTSP的时间同步协议的改进设计

精确的时钟同步对于很多无线传感器网络的应用来说是非常重要的.虽然每个传感器节点都配备了一个硬件时钟,但是这些硬件时钟会产生不同程度的漂移.现有的泛洪时间同步协议使用线性回归算法对节点的时钟进行漂移补偿,鉴于线性回归算法容易受到异常数据的影响,从而会影响到协议的同步精度.因此提出了一种精度更高、同步误差更小的改进协议,并且采用NS2仿真工具对改进的协议进行了仿真,仿真结果表明改进后的协议能够有效提高同步精度.     

无线传感器网络三维节点的可行域定位

提出了一种无线传感器网络节点的三维定位方法。该算法首先收集未知节点与锚节点间的通信信息,通过未知节点与比对节点通信向量的比对建立极小可行域,然后用极小可行域质心作为未知节点位置的估计。算法设计简单,不需要额外硬件支持。仿真结果显示,该算法有着较高的定位精度,与APIT-3D算法相比定位精度提高50%以上。     

基于无线传感节点到达时间差的定位算法设计

针对无线传感器网络节点定位的问题,深入研究了基于节点信号到达时间差的定位算法,为了提高定位的精度采用基于多点的极大似然估计算法实现无线传感器节点精确定位的需求．重点对无线传感器节点定位过程中各节点的时间同步问题进行了详细设计,给出了一种基于无线传感节点到达时间差的定位算法详细设计方案,经仿真测试表明,设计的无线传感节点定位精度在96．7％以上．     

基于摄影测量的水下无线传感器网络定位算法

针对水下无线传感器网络节点定位算法存在的水下测距技术实现难度大和未知节点获取多个信标节点位置信息时网络开销大等问题,提出一种基于摄影测量的并发式共线定位算法(PCL).首先,利用矢量水听器阵列获得携带水下节点方位信息的信号;然后引入细菌觅食优化算法(BFO)对信源信号的波达方向(DOA)进行最大似然估计,在获得节点的方位估计后,算法通过判定未知节点与其周围信标节点的共线程度,进一步结合摄影测量原理对满足共线度阈值的未知节点进行坐标解算;最后将已定位的未知节点升级为信标节点进行迭代定位完成定位过程.仿真结果表明:算法在提高节点定位精度的同时,减少了未知节点定位对于信标节点数量的需求.     

Kalman滤波在WSN定位评估中的应用

针对无线传感器网络实际应用中定位信号的不稳定性,单纯从定位算法角度改进已很难使定位精度有一个新的突破.为此在节点测距过程中提出了改进的自适应对数正态阴影模型;在坐标评估过程中采用了Kalman滤波方法,并利用马尔可夫过程建立移动节点的状态方程,结合未知节点状态数据的测量值估计出坐标位置的最优值.最后将上述两个过程的改进引入到现有的三角形定位算法中,进行引入前后性能对比.实验结果证明,改进的自适应对数阴影模型提高了测距模型的自适应性及测距精度,Kalman滤波和马尔可夫过程的引入减小了移动节点的定位误差.     

基于微粒群算法的无线传感器网络节点定位方法

为了进一步提高无线传感器网络未知节点定位精度,将节点定位问题和微粒群算法结合在一起,提出了基于微粒群算法的节点定位算法。该算法是一种基于距离的定位算法,根据未知节点到锚节点的距离直接搜索出未知节点的坐标。实验结果表明,和一般的固定节点定位算法相比,该算法具有更高的定位精度,并适用于移动节点的追踪定位。