衰落信道下的无线传感器网络虚拟MIMO传输优化设计

针对基于虚拟多进多出技术的无线传感器网络系统,分析了在信道衰落下的平均误码率,并提出了使用各协作节点最优传输功率的新方案,推导出基于Nt×1虚拟多进多出系统的最优传输功率表达式.理论分析和仿真表明：与等功率传输相比,传输功率优化方案可获得更低的误码率.同时,对协作节点数与传输效能的折中设计进行了探讨.仿真结果表明：低功率传输时,应适当降低协作节点数,以降低有效传输能耗.     

基于定价策略的无线网络节点能耗控制

针对无线网络控制系统中由于节点能量消耗速度不同造成整个网络寿命变短的现象,引入经济理论,提出了一种基于定价策略的传输任务分配协议.高能耗的节点通过协议将传输任务外包给低能耗的节点,从而在增加低能耗节点的传输能量消耗的基础上,减少高能耗节点的传输能量消耗,平衡节点间的能量消耗,达到延长网络寿命的目的.利用Truetime1.5建立了该协议下无线网络控制系统的仿真模型,仿真结果表明提出的能耗控制协议能够有效地提高无线网络的寿命.     

移动自组织网络中一种能量有效的跨层协议

提出了一种移动自组织网络中能量有效的跨层协议,将网络层的能量感知路由协议与MAC层的功率控制协议相结合,以提高节点的能量利用效率.在路由协议中根据节点剩余能量决定节点接入路由的延迟时间,从而使剩余能量较多的节点能够更快地接入路由,以使网络中的能量消耗更公平.在MAC层中实现功率控制,减少节点的实际能量消耗.仿真结果表明,在移动自组织网络中,该能量有效的跨层协议不但能延长网络的生存时间,减少端到端延迟,而且可以提高网络吞吐率.     

基于RSSI的分层定向扩散路由协议

针对传统的定向扩散路由协议网络中节点耗能大、网络中兴趣消息冗余严重及时延大等不足。本文提出了一种基于RSSI的分层定向扩散路由协议。该协议在兴趣扩散的过程中,将网络中的节点进行分层,实现兴趣消息在层与层间传输,大大减少了兴趣重复传播。与此同时,记录每个节点各传播路径上的RSSI值,这样在找到匹配的数据源节点的同时,就能确定一条最优路径来进行数据的传输。仿真实验结果表明,与传统的定向扩散路由协议相比,该协议减少了参与兴趣扩散的节点数量、降低了节点的平均能耗同时减少了时延,使网络性能得到显著的改善。     

大型火力发电厂发电设备监测的WSN协议研究

为了将无线传感器网络应用于大型火力发电厂中的设备监测,根据电厂现场的特殊环境,笔者提出了一种低功耗的分时机制（TDMA）网络协议.该协议采用了簇头轮换的能量均衡策略,在保证有效采样率的条件下使更多节点进入休眠状态以节省能量.实验表明：该协议有效地延长了无线传感器监测网络的生存时间,并且具有可靠的数据查询报告功能.     

一种基于发射功率控制的无线自组织网MAC协议

在无线自组织网数据链路层中,采用传统的功率控制机制会引起不同发射功率节点间的分组冲突。为了减少这种冲突和提高网络性能,提出了一种基于发射功率控制的无线自组织网MAC协议。通过引入交互发射功率等级信息和目的节点发送两次CTS帧的方法来缓解隐藏终端问题。网络仿真表明,在静止网络中CTPL协议与802.11 DCF协议相比可有效提高网络吞吐率,并减少部分能量消耗。通过仿真分析可知,该协议在无线自组织网络静止场景中可提高吞吐率,降低传输时延以及延长网络使用寿命。     

一种基于能量控制并支持实时业务传输的AODV路由协议

AODV协议在建立路径时没有考虑节点能量,会导致网络中某些节点能量消耗过快而失效。本文提出一种改进的路由协议ERT-AODV,选择平均能量最大且节点最小残余能量高于门限值的路径进行通信,以平衡网络中的节点能量消耗、降低节点失效率,延长网络的生存时间;同时考虑到实时业务对延时的敏感性,通过设置定时器和扩大传输半径,可以有效的降低延时,仿真结果表明ERT-AODV在节点失效率和平均端到端延时方面比AODV更具优势。     

小型光伏电池在ZigBee传感网络中的应用

针对工业测控现场需要进行测量信号无线传输问题,提出了一种基于CC2530片上系统,集成了符合ZigBee 2007/PRO规范的Z-Stack协议栈的无线传感节点实现方案,使得网络拓扑结构灵活、路由快速可靠.系统用单晶硅太阳能电池,并特别设计了超低功耗电源管理电路为储能元件法拉电容充电,节点设置为休眠-激活-休眠循环工作模式,解决了太阳能电池在长达10 d无光照情况下传感节点仍能正常工作.实际测试及应用结果表明,系统运行稳定可靠.     

MANET中基于能量的改进型AODV协议

针对移动Ad Hoc网络(MANET)中数据传输的稳定性问题,提出一种基于能量的改进型按需距离矢量(AODV)路由协议(AODV-E).在源节点广播的请求路由报文(RREQ)和回复报文(RREP)中增加了节点能量信息,使源节点能够掌握路径中各中间节点的能量,选择一条综合考虑路径长度和能量均衡的最优路径来传输数据,避免节点由于能量消耗过大导致链路断裂,从而影响数据传输的稳定性和时延.通过仿真实验,在不同节点数量和不同节点移动速度场景下,通过投递率(PRD)和整体时延来评估AODV-E和传统AODV协议的性能     

多信道节点分布式协作MAC协议的研究

当前协作通信是现实条件下实现分集增益的关键技术,单天线节点通过相互协作传输信息实现空间分集可有效提高系统的整体性能。在协作通信研究中,协作节点的选择非常重要,选中好的协作节点可以极大地提高数据传输速率与效率,但是针对完全分布式无线网络多信道数据传输情况下,考虑到系统整体性能最优的协作节点分配和选择问题,并没有得到很好的研究。由此本文提出了一种基于协作增量值（CIV）的协作MAC协议（命名为CIV-MAC）。在CIV-MAC中,备选协作节点通过侦听多路信道控制帧获得信道状态信息（CSI）,并计算自身CIV;根据节点的CIV,协议会实行协作节点分配和选择机制并选出最优的协作节点,同时通过采用最小功率控制算法来降低系统能量消耗。最后,以网络实际有效吞吐量和能量效率两个参数为网络性能指标,通过两个不同场景的仿真实验结果得到,相对于RBAR协议和CRBAR协议,CIV-MAC可以极大地提升系统性能。     

线型无线传感网低能耗协议设计和分析

为了可靠监控长输管道阴极保护设备的状态,基于线型无线传感器网络建立了远程辅助监控系统,并提出了适合线型无线传感网的低能耗、高可靠协议组.协议组包括数据上行时采用的分簇融合链式多跳协议(CMCH),以及数据下行或报警发布时采用的单步唤醒泛洪协议(SRWF).CMCH协议基于线型无线传感网的能耗特征,在可靠传输的同时控制功率、融合数据以实现节能;SRWF协议在不同频段上利用射频唤醒机制依次启动相关睡眠节点完成信息转发,保证控制或报警信息发布的实时性.在OMNet++仿真平台上模拟了CMCH协议,并且监控系统已部署在某石油长输管道运行了2个月.结果表明,协议关键参数的选择对低能耗实现有重要影响;现场运行的传输可靠性达到了99％;无线传感网节点簇能量消耗相对均衡.     

基于节点流量的低能耗无线传感器网络MAC协议

根据传感器节点的生存时间取决于节点能量消耗的特点,设计了节能的MAC协议.提出了一种基于节点流量的低能耗无线传感器网络MAC协议TBEE-MAC(traffic-based energy efficient MAC).在TBEE-MAC中,节点采用周期性休眠机制来节省能量,提出了活动时间结构和基于节点流量的同步调度方式,在时间误差允许的范围内,调整了同步调度周期,减少了能量消耗.仿真显示,TBEE-MAC在提供低延时性能的基础上,能量有效性相对于S-MAC协议有很大提高.     

异构传感网中一种能量均衡非均匀分簇算法

分簇路由协议是无线传感网中减少能量消耗、延长网络寿命的一种重要手段.大部分分簇路由协议基于均匀分簇算法,却忽略了无线传感网单跳路由协议中远离基站的簇头需要消耗更多能量,从而导致整个网络能量消耗不均匀.针对以上问题,提出异构传感网中一种能量均衡非均匀分簇算法.一方面,簇头选取阶段,在考虑节点剩余能量的同时,引入非均匀竞争机制;另一方面,簇构建阶段,为节点选取簇头时,不仅考虑簇头剩余能量、节点与簇头间距,也考虑节点与基站间距.仿真结果表明,与LEACH,SEP,DEEC分簇算法相比,该算法有效均衡了簇头的能量消耗、延长了网络寿命.     

Efficient Algorithm for Energy-Aware Virtual Network Embedding

Network virtualization is a promising approach for resource management that allows customized Virtual Networks(VNs) to be multiplexed on a shared physical infrastructure. A key function that network virtualization can provide is Virtual Network Embedding(VNE), which maps virtual networks requested by users to a shared substrate network maintained by an Internet service provider. Existing research has worked on this, but has primarily focused on maximizing the revenue of the Internet service provider. In this paper, we consider energy-aware virtual network embedding, which aims at minimizing the energy consumption for embedding virtual networks in a substrate network. In our optimization model, we consider energy consumption of both links and nodes. We propose an efficient heuristic to assign virtual nodes to appropriate substrate nodes based on priority, where existing activated nodes have higher priority for hosting newly arrived virtual nodes. In addition, our proposed algorithm can take advantage of activated links for embedding virtual links so as to minimize total energy consumption. The simulation results show that, for all the cases considered, our algorithm can improve upon previous work by an average of12.6% on acceptance rate, while the consumed energy can be reduced by 12.34% on average.     

基于最优簇头数的无线传感器网络安全LEACH路由协议

提出一种基于最优簇头数的无线传感器网络安全LEACH路由协议,该协议模拟真实传感器网络情况建立了三维空间模型,通过理论分析和仿真实验方法得到LEACH协议的最优簇头数,使网络能耗达到最优.在能量优化的同时把增强安全性作为设计目标,根据LEACH协议的特点,采用预置共享密钥对的方法,在簇头选举和数据传输阶段采用在数据包尾部捎带加密信息的方法,实现数据加密,在只增加少量能量开销的情况下数据机密性得到了实现.仿真验证了新协议的有效性,在能量优化的同时提高了路由安全性,延长了网络生命期.     

Exploration of energy conservation MAC protocol of WSNs for ubiquitous environment

According to analyze the facade phenomenon of wire-less sensor networks（WSNs）,this paper proposes a feasible method to state clearly and improve the power control efficiency of wire-less sensor networks（WSNs）. One of the crucial problems for WSNs is the design of medium access control （MAC） protocol. Our method want to adjust the activities of the MAC protocols control to achieve the enery conservation when the wireless communication module of sensor nodes is running, which is the major consumer of energy consumed by sensors energy. The energy efficiency of MAC protocol makes a strong impact on the network performance. To some extent,our research work describes and analyze the sources of energy consumption in MAC layer and simultaneously present an optimal method for the design of MAC protocol. Then we discusses some factors impacting on the performance of MAC protocol and metrics of performance evaluation. Eventually, the coming research direction is summarized.     

面向无线传感器网络的自适应模糊神经拓扑控制算法

为有效控制无线传感器网络节点能耗,提出一种自适应模糊神经控制系统,并设计基于自适应模糊神经拓扑控制算法——AFNTC.该算法中模糊控制器参数由人工神经网络训练后获得,且通过反馈、循环的方式,不断调整节点的通信范围控制节点传输功率,从而使节点实际能耗接近预设的期望值,延长网络生命周期.实验结果表明,AFNTC算法能达到节点能耗可控的目的,相比模糊控制的拓扑控制(FCTP)算法和局部平均(LMA)算法,具有更低、更稳定的节点平均耗能.     

基于全光纤网络的电力抄表系统

为符合目前电力行业可持续、 智能化的发展趋势, 建设高效、 精准、 可靠性强的用电信息采集系统, 提出了一种将全光纤网络应用于智能电力抄表的解决方案。 在本地主干通讯网络应用塑料光纤作为信号传输 媒介, 在远程信道则采用石英光纤进行大量、 远距离的数据传输, 同时在计量设备和通信节点增设相应的光收 发模块, 使用电信息采集系统全光化。 实验结果表明, 全光集抄方案可将本地主干网络抄读成功率提升至 100% , 平均抄读耗时为 2. 1 s, 系统功耗为 50 mW, 这将给电力行业带来更多的智能化增值功能。     

一种高效节能分布式传感器网络覆盖协议

提出了一种分布式高效节能的传感器网络覆盖协议(CEP),在保证网络性能的前提下,每个节点将工作周期分为多轮,在每轮中与邻居节点协商,并根据剩余能量来调度自身的工作模式,从而保证网络在每轮中以最少的节点处于工作模式,同时保证能耗均匀地分布在工作节点之上.仿真结果表明,随机均匀部署的传感器网络在满足覆盖度要求前提下的CEP,能使网络生命周期较LEACH方法延长了200%,计算复杂性降低10%.该协议可以广泛应用于与传感器网络节点部署、拓扑控制以及目标监控等相关的领域.     

无线传感器网络的能耗性能分析

针对无线传感器网络能量有限的问题,基于瑞利衰落信道模型,建立了一种跨越物理层与媒质接入层的能耗模型,并针对IEEE802.11 DCF和时隙ALOHA协议给出了具体的能耗分析. 考虑到无线信道的多变特点与节点饱和度情况,以及用户对信道质量的要求与接入方式,对网络工作过程中的能量消耗进行了详细的分析架构. 最后给出了节点平均功耗与净荷能耗率的仿真与理论分析结果,并仿真分析了发送功率与传输速率变化对能耗的影响. 结果表明,给出的能耗模型理论分析结果与仿真值非常接近,从而验证了模型的有效性;发送功率与传输速率过大、过小都不利于能耗的节省,联合控制更易于提升能耗性能。