无线传感器网络的能耗分析

针对无线传感器网络能量有限的问题,基于瑞利衰落信道及无线链路,建立了一种跨越物理层与媒质接入层的能耗模型,并针对IEEE 802.11 DCF和时隙ALOHA协议进行了具体的能耗分析.考虑到无线信道的多变特点与信道饱和度的情况,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理论分析,并对节点平均功耗、净荷能耗率及发送功率与传输速率的变化对能耗的影响进行了仿真.结果表明:给出的能耗模型的理论分析结果与仿真值吻合良好;发送功率与传输速率过大、过小都不利于节约能耗;联合控制更易于降低能耗.     

适用于无线传感器网络的能耗上限估算模型

为了从系统层面提高网络能效,需要计算网络整体能耗,分析影响能耗的关键因素,从而进行网络优化。为此,从分析全网数据流转时的节点状态出发,提出了一种基于网络容量估算无线传感器网络能耗上限的能量模型,并利用此模型进行了链式结构的路由优化设计。研究结果表明,该模型对于无分级的宽放型网络结构具有普遍适用性。     

基于裁剪超宽带MAC协议的无线传感器网络

无线传感器网络集成无线网络通信,嵌入式处理,微型传感器制造等多项技术,是传感器发展的一个趋势。文章对现有应用于无线传感器网络的各类型的介质访问控制协议进行了简要分析,进而提出把裁剪超宽带介质访问协议应用于无线传感器网络并对这种协议进行了可行性分析。     

基于裁剪超宽带MAC协议的无线传感器网络

无线传感器网络集成无线网络通信,嵌入式处理,微型传感器制造等多项技术,是传感器发展的一个趋势.文章对现有应用于无线传感器网络的各类型的介质访问控制协议进行了简要分析,进而提出把裁剪超宽带介质访问协议应用于无线传感器网络并对这种协议进行了可行性分析.     

基于裁剪超宽带MAC协议的无线传感器网络

无线传感器网络集成无线网络通信,嵌入式处理,微型传感器制造等多项技术,是传感器发展的一个趋势。文章对现有应用于无线传感器网络的各类型的介质访问控制协议进行了简要分析,进而提出把裁剪超宽带介质访问协议应用于无线传感器网络并对这种协议进行了可行性分析。     

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。     

无线传感器网络的能耗均衡性能与寿命分析

为了改善网络的能耗均衡性能和延长网络的稳态寿命,在最小代价路由协议的基础上,对无线传感器网络的数据流量分布、能耗均衡性能和寿命等进行建模分析。首先确立研究的能耗模型和网络模型,采用网络寿命方程及其寿命终止条件的方法,对网络节点的能耗期望、流量、能耗均衡性能、寿命等进行推导和分析,以动态监测和发现区域中导致网络能量空洞的热点关键节点,为无线传感器网络的能耗均衡策略和路由优化机制提供一种新的识别可时变性强和能耗率高的热点节点,以及评价分析网络能耗均衡性能与寿命的方法。仿真结果表明,该方法可以实现网络能耗、数据流量、能耗均衡和网络寿命的准确评估。     

无线传感器网络中FSK的电池能耗分析

基于无线传感器网络中周期性数据传输的通信任务,本文探讨采用FSK调制技术时两传感器节点之间通信链路上的电池能耗问题,针对不同的电池耗能模型、不同电路操作模式和不同传输信道情况下的电池能耗进行理论评估和数值仿真比较。结果表明,实际电池能耗总比理想化电池能耗要大;多模式比单模式电路操作节能;在相同的系统参数下,Rayleigh衰落信道环境中的能耗比路径损耗信道中的能耗大得多。     

基于超宽带技术的无线传感器网络

针对超宽带(UWB)的设计复杂度低、通信距离短、平均发射功率低等特点可以适用于短距离高速无线通信这一问题,结合超宽带无线传输技术的特点,阐述了超宽带无线传感器网络的主要优势。即:脉冲发生器产生冲激脉冲,超宽带无线电经发射器将载有信息的脉冲辐射出去,再由检波接收器接收。并提出了一种新的编码方法TFS,结果表明它能在低速率数据传输的传感器网络中实现一种简单且具有功效的CMOS操作。     

无线传感器网络中信息精确度与能耗的关系综述

无线传感器网络由微小的能量有限的无线传感器节点组成。这种网络的主要目标就是采集信息。因此,能量有效性和信息精确度就是无线传感器网络应用中最主要的指标。在这个资源严重受限的网络中,任何一种数据采集的方法必然是以上两个指标的折衷处理。这就促使对这两个指标之间的关系进行调查。对涉及到能量有效性和信息精确度的研究工作进行了调查、分类和总结,并且指出了各类工作中的开放性研究点,用于启发设计既节能又精确的数据采集方法。     

节点两次抛洒的无线传感器网络能耗平衡策略

针对无线传感器网络中的“能量空洞”问题,提出了一种将传感器节点分两次抛洒的能耗平衡策略。基于圆形区域网络的多跳传输方式,分析了无线传感器网络的能耗模型,并在各圆环内对传感器节点进行不均匀抛洒。为了克服节点密度较大圆环采集数据的冗余性,首先在各圆环内等密度抛洒只具有传感功能的节点,第二次抛洒的节点仅作为中继站向相邻圆环转发数据,根据节点平均能耗相等的原则,确定各圆环内的中继节点密度。传感节点和中继节点分别进行抛洒,不仅节省了硬件成本,而且减轻了网络的传输负载。仿真结果表明,该策略能够有效平衡节点能耗,缓解能量空洞问题,从而延长无线传感器网络的生存时间。     

无线传感器网络关键区域覆盖优化算法

针对无线传感器网络中的关键区域覆盖NP完全问题,提出了一种启发式的关键区域覆盖优化算法CACOA.该算法对关键区域格点与一般区域格点,分配不同的权值创建感知区域图和终端集合,并以迭代合并方式创建加权节点Steiner树,进而形成具有最少数量的格点集合,并以格点集合中优化的格点位置来构建覆盖关键区域的传感器放置方法.理论分析证明了提出的CACOA算法一定能完全覆盖关键区域并形成一个有效的无线传感器网络,且算法的复杂度为O(n4).详细的仿真实验及与现有覆盖机制NPCC的比较表明,提出的覆盖优化算法CACOA在关键区域格点数、感知范围、发送范围和关键区域格点选择分布概率变化时放置的传感器数量明显少于NPCC覆盖机制.     

基于MIMO无线传感网络的充电优化模型

为提高无线传感器网络的应用范围、传输速率和持续时间等,文章将MIMO(multiple-input-multipleoutput)无线通信技术和无线充电技术同时整合到无线传感器网络,并根据具体问题相应地提出了离散N+1阶段非线性充电优化模型和离散N+1阶段线性充电优化模型。最后根据离散N+1阶段线性充电优化模型进行仿真实验,并对实验结果进行了分析,以确保该方案的可行性和有效性。     

可充电无线传感器网络的有向充电优化算法

目前大部分无线可充电传感器网络(WRSNs,wireless rechargeable sensor networks)的研究只考虑全向充电,在真实环境中有很大的局限性。引入带有方向可调的移动充电器(DMC,directional mobile charger)后,全向充电路径规划可转化为无线可充电有向传感网(WRDSN,wireless rechargeable directed sensor network)的有向充电路径规划。为了实现这个目标,提出启发式算法,即DMC将局部传感器节点划分为若干个局部子集,并初始化一条运动路径。随后将WRDSN中DMC的轨迹问题转化为一个充电效用最大化问题,并从全局视角优化初始路径。最后,数值结果表明,该算法的性能优于基准算法。     

无线传感器网络高效节能分簇路由协议

针对LEACH协议簇头数不总是最优值和负载不均衡的问题,该文提出了高效节能分簇路由协议(EECR);采用固定簇头数目的方式,使其始终保持或接近最优值,选择簇内剩余能量最大的节点作为下一轮的簇头,并在所有簇头和sink之间建立路由树,使得簇头收集到的数据可通过路由树多跳传送到sink节点;相比于LEACH,EECR在节点节能性、负载均衡性和适用网络范围等方面都有较大提高.     

单跳无线广播网络中能耗优化算法研究

文章针对单节点的无线网络中发送节点速率和功率均可调整的情形,研究了一种优化网络的能量消耗以及传输时间和能量消耗乘积的算法。首先利用基于机会的网络编码(completely opportunity encoding,COPE)算法来确定编码方式,在确定编码方式的前提下提出了一种启发式的速率功率选择发送算法(rate and power adjustment algorithm,RPAA),该算法的主要特点是充分考虑了网络的功率和速率变化对网络性能的影响。结果表明,与经典的COPE算法以及基于中继的编码算法(network coding with relay assistance,NCRA)相比,RPAA算法能够很大程度地减少网络的能量消耗以及传输时间和能量消耗的乘积。     

无线传感器网络低能耗树状路由安全性能

 安全可靠的无线传感器网络是现代通信系统的重要分支,是面向泛在通信的重要技术支撑.然而,大量的网络攻击导致数据安全受到威胁,严重影响网络可靠性,从而使无线传感器网络的使用价值大大降低.针对无线传感器网络的安全性问题,提出了以高效节能为前提的低能耗树状路由协议的安全模型LCTR 模型.该模型利用报文鉴别码和数字签名技术实现鉴权和数据整合.通过采用常用报文鉴别码和数字签名技术作为参考对LCTR 模型进行性能分析,仿真结果表明,LCTR 模型下信息安全传输成功率最多可提高23%,网络生存时间最多可提高5%.     

能量获取传感器网络的超级电容建模研究

随着能量获取传感器网络的快速发展,超级电容作为一种性能优越的储能元件而被广泛运用于传感器节点的能量存储和管理模块.然而,现有的关于超级电容在能量获取传感器网络系统中作用和地位的认识是比较粗略的.文章首先介绍超级电容的主要建模思路,在进行各模型性能综合分析的基础上,依据超级电容的内部结构及其工作原理,指出了现有模型不可避免的问题;接着提出一种新的建模思路,其能更精确地估计传感器网络获取的环境能量;最后针对未来超级电容建模,提出一些针对性的建议.     

无线传感器网络中的能量有效空时分集算法

为了有效利用协作分集和选择分集提高无线传感器网络的能量效率,通过结合空时编码和选择合适的发射、接收协作节点,提出了适合大量节点协作的节点选择空时编码算法。通过分析总能量消耗中发射能量消耗和电路能量消耗与发送距离之间的关系,提出了继承多种分集算法优点并适用于网络拓扑动态变化的广义节点选择算法。仿真表明,提出的两种空时分集算法能够有效地提高无线传感器网络的能量效率,从而延长无线传感器网络的寿命。     

能量有效的无线传感器网络数据收集协议

针对无线传感器网络(wireless sensor networks,WSNs)中数据收集易丢失的特点,提出了一种能量有效的数据收集协议?该协议引入链路质量门限来构造骨干投递网,提高链路可靠性?在构造算法中分配的核结点和非核节点分别采用2种不同的时隙调度表来进行数据传输,该调度算法让暂时不参与数据传输的节点进入睡眠模式,降低节点能量消耗?协议采用管道投递(pipeline delivery)模式进行数据传输,避免传输过程中的互干扰?TOSSIM实验仿真表明,与CTP(collection tree protocol)协议相比,该协议在不计算睡眠调度算法获得的能量增益情况下,仍获得较好的传输开销和更高的能量利用率,减小了网络整体能耗?