面向移动目标的WSN单个检测模式覆盖问题

基于能量暴露模型,分析了环境噪声、传感器和被测移动目标物理参数节点检测半径的影响,提出了一种大规模无线传感器网络(WSN)在二维平面上节点归一化密度的三角形分析模型(TAM).以检测概率为覆盖性能评价指标,采用归一化分析方法,用TAM分析了归一化路径长度小于1时归一化密度与单个检测模式的检测概率关系,得到了最坏情况下节点归一化临界密度上限.仿真实验结果表明归一化临界密度可较为准确地由检测概率和归一化路径长度确定,可为大规模无线传感器网络的传感器参数选择和部署提供参考.     

一种基于拓扑的传感器网络数据收集算法

以降低无线传感器网络通信能耗, 均衡网络能量负载为目标, 通过动态构造以节点间通信能耗为权重的最小生成树及调整节点通信概率的方法, 提出一种基于拓扑的传感器网络数据收集算法DGAT, 改造了网络服务过程中节点的通信模式及能量消耗方式. 模拟实验结果表明, DGAT算法不仅大幅度提高了网络的生存时间, 且使网络的能耗更均衡.     

基于异步MAC协议的WSN节点通信能耗模型的研究及应用

为进一步减小采用B-MAC协议无线传感器节点的能量消耗,对无线通信模块接收、发送、监听、休眠的电流消耗和时间特性进行了实验测试. 并根据异步MAC协议的特点,将网络负载参数进一步细分,引入节点发送间隔、接收间隔、每次发送字节数、每次接收字节数这4个参量,同时考虑节点接收信号时所处状态的概率建立通信能耗模型,并给出能耗模型的最优解析解,使得能耗参数在不同网络负载和收发间隔下达到最优. 实验结果表明,采用能量最优参数的B-MAC协议比普通B-MAC协议的能量消耗更少,明显减少了WSN节点在通信过程中能量的消耗,延长了节点的工作寿命.      

基于遗传算法的无线传感器网络最小覆盖集算法

降低能耗以延长网络生存时间是无线传感器网络设计中的一个研究热点.提出一种利用遗传算法实现的"密度控制"策略.该策略利用无线传感器工作节点的最小节点子集(最小覆盖集),达到覆盖整个传感器网络区域的目的.所提出的算法能够较好地调和无线传感器网络寿命和网络覆盖率之间的矛盾,仿真实验证明了算法的有效性.     

无线局域网能耗性能分析

为得到IEEE802．11分布式协调功能（DCF）在无线局域网环境中饱和状态下的能耗性能,根据节点在每一虚拟时隙内发送的报文概率和条件碰撞概率,通过计算节点在每个虚拟时隙内的平均能耗和每个虚拟时隙的平均系统时间,得到了节点的平均功耗和网络的载荷能耗率．分析结果表明：报文越长、信道速率越高,网络的载荷能耗率越低,能耗性能越好;网络的载荷能耗率与网络规模呈近似线性关系;随着信道速率的提高,基本接入机制将逐渐显示出较RTS／CTS接入机制更大的优势;当网络超过一定规模时,节点的平均功耗主要取决于接收功耗,而发送功耗、空闲功耗仅对其有微弱影响．     

超宽带无线传感器网络的能耗建模及其优化

在综合分析和考虑传感器节点收发机各个电路模块工作状态的基础上,首先对超宽带无线传感器网络进行精确的节点能耗建模,然后针对3种不同的调制方式和2种不同的传输模式,以最小化成功传输1 bit信息的平均传输能耗为目标提出最优数据帧帧长确定算法,最后通过仿真验证该算法的正确性.仿真结果表明,在保证网络业务服务质量的前提下(接收机处接收信号信噪比门限为12 dB),当传感器节点间距离较近(20m以内)时,可以适当地增大数据帧帧长以获取较大的吞吐量和较小的时延;当节点间距离较大(大于70 m)时,则需减小数据帧帧长以降低能量开销,并可以根据网络环境的状况和网络业务的要求,选择适当的调制方式和传输模式可以折中地同时实现能耗和时延最小化.     

双概率检测无线传感器网络MAC协议分析

提出了一种新的随机多址无线传感器网络MAC协议,通过划分分组发送时间为1+a,采用1时间内p1概率检测与a时间内p2概率检测控制策略,对多通道随机多址无线传感器网络MAC协议进行了理论分析.在可控性增加的基础上,得出了系统的吞吐量、多业务优先级的吞吐量和信息分组发送时延等重要系统参数.此外,还通过传感器网络实验和计算机仿真实验验证了理论分析的正确性.新的控制协议,其节点接入控制更加精细,更适于无线传感器网络的MAC接入控制.     

无线传感器监测网络动态节点调度

为了提高无线传感器监测网络系统的容错性和优化系统的工作寿命,基于连通图提出监测图的概念,并在此基础上提出一种在高节点失效率情况下,有效延长无线传感器监测网络工作寿命的动态节点调度策略.通过对由目标节点和传感器节点组成的监测图的计算,在各个子监测图内实现分布式、动态的节点调度.所提出的节点调度策略是一种回合制的动态调度策略,在每一回合根据传感器节点当前的电能储备以及传感器节点和目标节点度的大小进行节点调度,在提高系统的工作寿命的同时有效改善容错性.通过对工作参数的设置可以实现在能耗与容错性之间进行权衡.     

分布式机电仪器网络微损坏移动节点检测研究

分布式机电仪器网络中容易发生移动节点微损坏现象,影响移动节点间的正常通信。传统的检测方法忽略了移动节点能量参数对检测结果的影响,使部分正常节点被错误滤除,降低检测精度。提出一种新的基于节点剩余能量等级的分布式机电仪器网络微损坏移动节点检测方法。建立分布式机电仪器网络模型,在此基础上构建移动节点能耗模型,计算分布式机电仪器网络安全阈值。同时计算剩余能量级别,获取分布式机电仪器网络微损坏移动节点标准值。当移动节点间出现报警信息时,基站会计算参与报警的移动节点标准值。将获取的数据和移动节点能级的临界值相比,判断出微损坏节点,完成网络微损坏移动节点的检测。实验结果表明,所提方法检测精度高。     

无线传感器网络物理安全覆盖空洞方法研究

在无线传感器网络面临的物理安全问题研究中,提出了一种网络覆盖空洞修复方法.通过检测每个节点的能量值是否达到临界值,找出覆盖空洞范围边界所围成的最小覆盖圆及圆心位置,并找出离圆心位置最近的休眠节点进行激活,最后用来替换失败节点从而达到修复目的.通过仿真验证,该方法保证了网络覆盖质量,减少了检测修复时间,延长其网络节点生存周期     

无线传感器网络中的移动式目标跟踪

针对传统无线传感器网络进行移动目标跟踪时能耗过高的问题,提出一种基于移动节点和固定节点协同工作的移动式目标跟踪算法.在传统的由固定节点组成的无线传感器网络中加入少量移动节点,对移动目标进行持续性跟踪.通过移动节点和普通固定节点之间的配合,提高监测质量和容错性,在满足既定监测质量要求的前提下,尽可能地减少参与监测的普通固定活跃节点的数量.仿真实验结果表明:所提出的跟踪方法可以有效地降低固定节点的能耗,延长网络生存期.     

A general pairwise key predistribution scheme for wireless sensor networks

This paper develops a general hypercube-based key predistribution scheme for establishing pairwise keys between sensor nodes using polynomials, which is parameterized by the dimension of hypercube and the Hamming distance threshold variables. The scheme addresses the weaknesses of existing key predistribution schemes, which have either worse security or lower efficiency. It exhibits a nice property--when the Hamming distance between any two neighboring sensor nodes is less than the pre-defined threshold, the pairwise key can be established directly. Extensive performance and security analysis shows that by increasing Hamming distance threshold value, we can trade off the resilience against node capture attack for higher probability of direct pairwise key establishment, so as to save the energy consumption which is the most important issue for sensor networks.     

单跳无线传感器网络能量分析计算

该文研究单跳无线传感器网络系统能量消耗的理论模型及其分析计算.采用电磁场能量扩散理论、电路能量消耗理论和技术,得到传感器网络中用于感知的普通节点、数据汇聚和簇头节点的能量模型,以此为基础,获得单跳传感器网络的系统能量模型.将这些模型应用到以Motorola芯片所构成的传感器网络系统分析中,所计算的网络节点能量消耗同Motorola产品性能指标一致,并计算出单跳网络中最优簇头数目与节点总数目的关系,以及网络系统总能量和总节点数目的关系,两者都近似成线性缓慢变化的特征.该文研究结果对于无线传感器网络节点设计和系统设计都具有直接的参考价值.     

无线传感器网络能量平衡的数据汇聚路由算法

传感器的数据在传输过程中按照贪婪算法形成的数据汇聚路径中,有些节点过早地消耗完其能量,造成所谓的热点问题,引起传感器网络能量消耗的不平衡．本研究提出了一种能量平衡的数据汇聚路由算法EBGP协议．该协议依据邻居节点的剩余能量、邻居节点到Sink节点的距离以及邻居节点到源节点的距离来计算概率值,然后选择邻居节点中概率最大的一个作为数据转发节点．仿真显示EBGP协议胜过GPSR、GEAR和D-REECR协议,达到了能量平衡和能量效率的目的．     

Optimal Packet Size of Underwater Sensor Networks

Parameter optimization of nodes communication is the foundation of underwater sensor networks.The packet size is an important indicator of the impact of communication performance.As a result,the optimal packet size selection is a critical issue in improving the communication performance.This paper aims to make a model reflecting the communication characteristics as the optimization target,because underwater sensor networks have the characteristics of high time delay,high energy consumption and high bit error rate.Finally,simulation experiments and theory have demonstrated the effectiveness and timeliness of simultaneous perturbation stochastic approximation(SPSA) algorithm.     

概率检测非坚持联合控制多通道无线传感器网络控制协议分析

研究多通道的随机多址接入无线传感器网络,提出了一种新的概率检测非坚持联合控制MAC协议.通过划分分组发送时间1+a,得到了多通道的随机多址网络系统的吞吐量、多业务的吞吐量和信息分组发送时延等重要的系统参数.通过设置概率p值,控制侦听信道的节点数和休眠站点数,降低系统耗能,有效延长节点生命周期.通过仿真实验验证了理论分析的正确性.     

带执行器节点的无线传感器网络协议研究

对带执行器节点的无线传感器网络系统的结构和特点进行介绍和分析,比较了带执行器节点的网络系统与普通的网络系统之间的不同．根据充分利用执行器节点的供电和通信能力,减少传感器节点的能耗的设计思想,设计了一种可行网络通信协议和执行器决策算法．然后利用无线传感器网络能量模型和网络通信模型对该协议进行能耗和网络响应时间分析．最后对本协议进行仿真分析,比较执行器节点存在和不存在两种网络的网络性能,结果说明利用系统中执行器节点的特性设计网络通信协议,可以有效地提高网络系统的事件响应时间和单事件能耗性能．     

考虑节点能量消耗的无线传感网络平衡路由算法设计

传统方法设计无线传感网络路由中,往往忽略了节点的能量消耗以及不同节点能耗的差异性,导致出现节点分布不均匀、路由平衡度较差、整体开销成本较大、能耗高等问题。为此,提出了考虑节点能量消耗的无线传感网络平衡路由算法。构建节点能耗模型,建立无线传感网络梯度和传感器节点之间的信息素,结合蚁群算法求解整体能耗模型,实现无线传感网络平衡路由的算法设计。实验结果表明,所提方法可提高无线传感网络中节点的均匀分布能力,降低整体能耗开销,减少能量消耗,有效实现无线传感网络平衡路由的算法设计。     

传感器网络中节点调度的优化方法

为了研究在使用节点调度的传感器网络中,多个约束条件下如何提升网络生命周期问题,分析了覆盖率、信息感知延迟和信号冲撞率之间的关系.进一步证明在多约束条件下的节点调度问题可转化为一个凸优化问题,并利用凸优化问题求解方法获得保证网络生命周期最大化的子集分配方案和所需的节点部署密度.提出了在限定网络覆盖率和信息感知延迟以及无线信号冲撞率的前提下,达到网络生命周期最大化目标的优化问题,并使用凸优化的方法解决了该问题.给出了在不同性能指标条件下传感器网络的子集分配方案,实现了约束条件下网络生命周期的最大化.     

无线传感器网络的系统节能研究

无线传感网络为能量受限系统,我们设计了一个无线传感器网络的节能系统,硬件上采用主控芯片MSP4301611单片机和射频芯片CC1101平台,软件上MAC层采用S-MAC协议及进行优化,在网络层路由协议引入蚁群算法并进行能量均衡改进。实验结果表明,该原型能较好地降低无线传感器网络和传感器节点的能耗,延长网络生存周期。