无线传感器网络链路统计特性研究与应用

无线传感器网络通信的动态、易损耗特性为可靠自组多跳的网络设计带来了很大的挑战。路由决策需要动态获取链路连通统计特性以获取传输可靠性。提出了一种无线传感器网络传输模型，以及—种实时链路质量预测机制；扩展NS2的功能，设计实现了一种无线传感器网络模拟平台；利用该软件提出了一种基于链路状态的定向扩散路由协议（LSBDD）；仿真实验运行结果评价了提出的链路质量预测机制的性能，证明了该网络模拟软件的有效可行性，并且验证了LSBDD的可靠性、能源有效性、以及可扩展性能。     

基于蚁群优化算法的无线传感器网络路由协议

提出了一种基于蚁群优化算法的无线传感器网络路由协议RPBAA.该协议通过修改蚁群优化算法以适应无线传感器网络无全局标识、节点较少移动、资源受限等特性,提供了一种智能、动态、可扩展的多径选路传输方法来获取有效且健壮的通信,并通过全网能量均衡使用以最大化网络生命期,另外引入了数据分片机制来进一步优化选路效率.最后通过仿真验证了RPBAA协议的有效性和数据分片机制带来的好处.     

基于蚁群策略的无线传感器网络能量有效路由算法

从无线传感器网络自身的特点出发,提出了一种基于蚁群策略的无线传感器网络能量有效路由算法(energy efficient routing algorithm based on ant colony optimization for wireless sensor network,EEAWSN).该算法设计了一个新的能够均衡传输能量消耗和节点剩余能量的蚂蚁前向移动的选择概率模型,并给出路径最优度的概念来评价路径的最优性.仿真结果表明,与其他蚁群策略的路由算法相比,该算法找到了一条路径最优度最优的路径,在此路径上传输能量消耗最小,并且兼顾了节点的剩余能量,从而延长了整个网络的生存时间.     

基于事件驱动的无线传感器网络动态分簇路由算法

为了降低应用于突发事件监测的无线传感器网络的能量消耗,设计实现了一种基于事件驱动的动态分簇路由算法.在人体神经系统工作机制和传感器网络分簇路由协议的基础上,建立了基于人体神经系统的传感器节点模型,提出簇的生存时间和覆盖范围依据事件情况而动态调整,以有效提高数据融合性能,避免冗余分簇.仿真实验结果表明,该算法与TEEN相比消耗的能量更少,可以有效延长网络的生存时间.     

能量有效的无线传感器网络可信路由协议

如何更有效地利用节点有限的资源是无线传感器网络研究的热点之一。提出的能量有效的可信路由协议(energy efficient reliable routing protocol, EERRP),采用了一种能量均衡策略,使网络中的能量均衡消耗,将网络生命周期最大化。同时,EERRP引入了信誉评价机制,通过节点在数据传输过程中对其他节点行为的监测以及信誉传播,使数据在通信过程中能够尽可能地避开问题节点到达目的节点,达到可信数据传输的目的。通过在NS仿真平台对EERRP进行测试与验证,并将其与传统路由协议进行比较,证明EERRP在网络能量有效性和数据可信传输方面具有明显优势。     

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.     

传感器网络中基于链路层服务的最短路由算法

无线传感器网络中,链路通信质量随时空变化很大,并且有5%-15%的非对称链路存在。链路层服务不但可以发现邻居传感器节点,测量和预测邻居节点间的链路通信质量,而且还提供链路数据转发机制来减轻单向链路对其它协议的影响。利用链路层服务,采用分布式最短路由路径建立算法,为每个传感器节点建立了到汇聚节点的最短路由路径,然后从理论上分析了该算法的性能,最后在无线传感器网络模拟器TOSSIM上进行了模拟。实验结果表明,基于链路层服务的最短路由路径建立算法,不仅可以有效地避免建立断路由路径,还可以充分利用单向链路来建立更短的路由路径,有多于15%的传感器节点建立了更短的路由路径,路由跳数也减少了14%-100%。     

RLINK：一种真实的无线传感器网络链路仿真模型

在网络仿真中,链路模型的精确性对仿真结果的真实性有着重要影响。基于在无线传感器网络实验中观察到的链路的核心特殊性质——不等向连通性,提出了一个真实的链路仿真模型RLINK.通过对不等向连通性的三个因素进行分析建模,即由遮蔽效应引起的路径衰减的差异、节点硬件的校准差异和天线的方向性差异,该模型实现了无线传感器网络链路的精确模拟。以链路不对称性的累积分布和算数平均值为指标,对比实验和仿真中获得的有关链路特性的统计数据,两者的一致性验证了RLINK的精确性。

Abstract：

In network simulation,the accuracy of the link model has significant impacts on the credibility of the simulation results.Based on the core feature of links obtained from the recent empirical studies,a realistic link model,named RLINK,was proposed for a more credible simulation of wireless sensor networks （WSNs）.RLINK captured the essential non-isotropic feature of the wireless links in WSNs by modeling three main causes： variance of path loss due to shadowing effect,difference in hardware calibration and radio directionality.The accuracy of RLINK model was verified by the high agreement of the statistical results obtained from simulations with those obtained from experiments,in terms of cumulative distribution of link asymmetry and arithmetic average of link asymmetry.     

无线传感器网络的自组织可靠性研究

在大量研究关于复杂网络鲁棒性和客错性等理论的基础上，针对网络自身失效和外界有针对性攻击两种情况，对各种情况的无线传感器网络拓扑结构进行了分析，得到了优化的网络自组织模型，并提出了传感器网络的修正路由算法。仿真结果表明，该算法使得传感器网络的生存能力大幅度提高。     

无线传感器网络的系统建模与仿真实现

无线传感器网络是集分布式信息采集、信息传输和信息处理技术于一体的网络信息系统,能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集信息,并通过自组织网络将所感知信息传送到用户终端,具有十分广阔的应用前景。通过对无线传感器网络特点及协议栈的分析,在OPNET网络仿真平台上,搭建了基于多跳分簇网络的仿真模型,最后分析了相关仿真结果。     

基于链路层重传的传感器网络可靠传输模型

无线传感器网络的通信链路是极其不可靠的。提出了路径效率这一新的链路质量度量参数,以路径效率为主要指标分析了传统的数据链路层可靠传输模型,并提出了一种以效率为中心的组确认模型,该模型通过减少反向链路数据重传请求包的个数,有效地降低数据传输中的冗余信息,极大地提高网络的路径效率,从而节约能耗。通过NS-2仿真工具对组确认模型的性能进行了测试,结果表明该模型更适合于资源受限的传感器网络的应用。     

传感器网络中基于最小覆盖重叠的移动部署

为了优化随机部署的传感器网络的覆盖率,提出了基于最小覆盖重叠(MCO,Minimum Coverage Overlap)的分布式移动部署算法.算法执行时,每个节点根据获得的邻居节点位置信息,计算节点覆盖圆周上覆盖重叠的分布情况,并沿着最大程度减小覆盖重叠的方向移动.通过算法的迭代运行,使网络覆盖重叠程度尽量减小,从而最大限度的优化了网络的覆盖率.仿真结果表明,与基于Voronoi图的算法相比,MCO算法在覆盖率、移动效率、移动距离和部署时间等方面具有更高的性能.     

传感器网络中一种基于时分的路由算法

针对采用多跳传输数据时靠近基站的节点易耗尽能量而失效、单跳传输数据时距离基站较远的节点很快失效的问题,提出了"2跳"的概念和基于时分的路由算法,其基本思想是在不同时间段分别采用单跳、多跳和"2跳"路由。仿真实验表明,算法使节点能量消耗比较均匀,能延长网络的生命周期。     

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.     

无线传感器网络的自适应分簇组网算法研究

针对经典算法LEACH和HEED的不足,提出了一种能自适应分簇组网的优化算法。构建了节点信息权重模型,并借鉴邻节点信息交换的思想,在成簇过程中与探测范围内的节点交换权重信息,自适应完成分布式网络的簇首选举,并根据最小距离原则成簇。理论分析和仿真实验表明,该算法比LEACH和HEED算法选取的簇首及形成的簇结构更加合理,同时更有效地降低与均衡了网络的能耗,提高了传感器网络的生命周期。

Abstract：

A self-adaptive and optimized clustering algorithm was put forward according to the shortage of LEACH and HEED. The Heavy-weight model about nodes＇ messages was created,and the idea that neighbor nodes exchanged messages each other was used for reference. The nodes which were able to communicate with each other exchanged the Heavy-weight during making clusters,elect self-adaptively the cluster head in distributing networks,and made some clusters based on the minimum distance principle. The theoretic analysis and simulation results prove that the elected cluster head and cluster structure are more reasonable,the energy expenditure in networks is less,the longevity of networks is longer by the optimized algorithm compared to LEACH and HEED.     

PowerTOSSIM无线传感网仿真器剖析

对具备能量意识的无线传感器网络仿真器PoweTOSSIM进行深入剖析,详细分析PowerTOSSIM的仿真原理、体系结构、并发模型,描述仿真运行过程,最后指出PowerTOSSIM存在的几个不足,并从应用程序和仿真器设计两个角度提出改进方案。经验证,改进后的PowerTOSSIM是一个更合理的仿真器。     

基于软约束模式的加权最小二乘节点定位算法

当节点初始坐标精度较差时,大多数基于负梯度搜索的最小二乘类迭代定位算法容易陷入局部最优,产生较大的定位误差.作者通过引入网络部署时先验的限制性条件,提出了一种基于软约束模式的加权最小二乘节点定位算法(SCLS).该算法根据2跳邻居节点问必须满足的最小和最大测距限制性条件,在加权最小二乘优化代价函数中引入惩罚项,迫使负梯度搜索往节点真实位置方向前进,从而提高定位算法精度.仿真实验结果显示,SCLS定位算法精度明显优于经典加权最小二乘定位算法.在测距误差较大或节点初始坐标精度较低情况下,SCLS算法具有良好鲁棒性.     

无线传感器网络移动Agent路由算法的研究与仿真

提出一种新的基于虚拟连通拓扑子图的优化模型用于无线传感器网络移动Agent路由．建立包含有效节点的虚扭连通拓扑子图，将Agent访问路径分解为采集子路径和返回子路径，提出一种基于GA与离散PSO的混合算法GAPSO用于求解该问题。该算法可大大降低解空间复杂度，提高搜索效率。仿真结果表明随着网络规模增大，该优化模型优势明显，GAPSO表现出比GA更好的性能。