面向节点失效问题的无线传感器网络拓扑自愈算法

为了解决节点失效问题,建立了无线传感器网络模型,对节点失效问题进行了形式化描述和分析,并结合传感器网络拓扑需求归纳出拓扑愈合的约束:网络连通、路径代价降低和度约束.该问题属于NP-hard问题,因此设计了一种近似的拓扑愈合算法TCS-CA,通过恢复失效节点的单跳邻居间可达性来实现拓扑的自愈.该算法包括3个执行阶段:单跳邻居的连通恢复、子集合并和全局连通恢复,依次执行这些阶段后能够逐步愈合拓扑.仿真实验结果表明,当选取合适的β,λ等参数时TCS-CA算法不仅能恢复网络拓扑的连通性,还能有效地延长WSN生命期,与TCS算法相比最高可获得约13%的生命期增率.     

无线传感器网络拓扑控制算法的改进

由于传感器节点能量有限,需要设计一个高效的拓扑控制算法来节约能量,延长整个网络生命周期。LEACH算法是典型的层次型拓扑控制算法,在深入分析LEACH算法的基础上,基于其存在的缺点,提出一种改进算法,通过计算节点综合性能权值来选举簇头,性能越好的节点越容易成为簇头;同时,当簇头节点剩余能量小于规定阈值时,才进行簇头的更新;簇头更新采用簇内局部更新的策略,以减少簇头选举带来的头开销。通过仿真分析和比较,改进算法所构建的拓扑结构在总体性能上更优于LEACH算法。     

水声传感器网络节点自定位的遗传算法优化研究

水声传感器网络节点自定位技术是传感器网络在海洋环境监测应用的基础。针对质心算法在随机分布中定位精度较低的缺点,采用信标节点与未知节点之间的距离作为约束,并对该约束采用泰勒级数方式展开;由此建立相应的数学模型,通过遗传算法对该模型进行优化;此外,根据信号传播特点,采用的是等高线传输模型。仿真结果表明,该方法能够实现水声传感器网络未知节点的有效定位。     

一种基于备份节点的无线传感器网络拓扑控制算法

无线传感器网络的特征是自组织和能量有限,为确保网络可靠的工作,组网的策略是影响网络生命周期的一个重要因素,而过于复杂的拓扑控制算法和路由算法本身又会加重网络负担。对于此问题,提出了一种基于备份节点策略的实用无线传感器组网拓扑控制算法,此算法在传统树形拓扑上通过添加备份节点和隐含连接的方式实现了快速且可靠的在拓扑形成。由于拓扑结构中的激活连接类似于传统的树形结构,故通过HRP(Hierarchical Routing Protocol)的路由方式,在拓扑建立的同时生成路由信息,减少了维护路由信息带来的额外的网络负载。此算法生成的备份节点特性具有一种可继承的自愈特性,在出现节点失效时,网络局部可根据上下层节点信息进行自动的修复,确保网络的连通性。     

煤矿井下全覆盖移动传感器网络拓扑管理机制研究

如何实现煤矿井下传感网在信息采集传输过程中的能耗均衡,一直以来是煤矿信息化领域的热点研究问题。考虑到煤矿井下环境复杂,构建的通信网络往往因为节点之间的通信距离过长,不确定时间内待检测目标的随意移动,导致数据包在传输过程中转发效率偏低,网络整体能耗较高的现象。在分析节点之间位置距离的空间的相关性基础上,提出低数据率传输信号强度辅助下的中继节点优选机制(RALDR),实现了相对稳定的网络拓扑结构的构建与全覆盖,进而减少数据包转发的次数,有效缓解汇聚节点在处理数据过程中产生的能耗,延长了网络整体的生命周期。     

分簇式无线传感器网络汇聚节点移动策略研究

研究了分簇式无线传感器网络汇聚节点自主移动机制,该机制设定汇聚节点单跳邻居节点集的数据流量发生较大变化时,汇聚节点开始移动.移动的方向为产生主要数据流量的节点集的带权质心方向,移动距离以汇聚节点覆盖最大变化率或节点和汇聚节点距离的数学期望进行限制,使得汇聚节点的移动不会导致当前网络拓扑发生很大变化.仿真实验表明,相比于固定汇聚节点和随机移动汇聚节点,该机制在不同网络规模下都可以更有效地延长网络生存周期,并且节点初始能量越高性能越好.     

基于指向性换能器水声传感器网络功率控制算法

为了实现环境友好的通信,提高信道空间复用率进而提高网络吞吐量,提出了一种采用指向性换能器的水声传感器网络功率控制算法.设计支持指向性的邻节点发现过程,使节点获取信道信息,以归一化系统容量最大化及对邻近节点的干扰最小化为目标建立效用函数.以海洋生物发声影响阈值为限定条件,通过求解最大化效用函数的最优解对节点进行功率控制.该算法既能缓解隐藏终端和暴露终端问题,又能避免干扰海洋生物.仿真结果表明:相比于全向通信,对于不同的换能器波束宽度,本算法可使网络的能耗降低,吞吐量提高2~3倍,端到端延时降低20%~30%.     

基于遗传算法的传感器网络拓扑控制研究

无线传感器网络的首要设计目标是延长网络生命期,网络的拓扑控制是实现这一目标的支撑 基础。针对传统拓扑控制方案所获拓扑的连通冗余度高或结构健壮性低等弊端,将问题转化 为多判据最小生成树模型,提出了一种基于遗传算法的拓扑控制方案。仿真实验结果 表明,该方案可获得具有网络整体功耗低、结构健壮性高和节点间通信干扰小等特点的拓扑 结构,因而能够有效地延长传感器网络生命期。     

基于ALOHA多址协议的水声传感器网络仿真研究

在水声信道长时延扩展、强多径干扰、强烈随机时-空-频变等恶劣传输条件下设计水声传感器网络多址协议是一项挑战性极大的任务.本文对ALOHA多址协议下水声传感器网络的性能进行仿真研究,首先利用网络仿真软件Opnet建立了ALOHA水声传感器网络模型,并分析了节点数目、数据包产生的平均间隔、数据包帧长等网络参数对网络性能的影响.仿真实验结果表明:根据负载、节点数等网络参数对数据包帧长进行适当设置,将可优化ALOHA网络的吞吐性能.     

水声传感器网络及其在海洋监测中的应用研究

针对海洋监测水声传感器网络中的基础性问题,分析和总结了近年来相关的主要研究方向和重要研究成果。同时,深入讨论了海洋监测水声传感器网络研究所面临的挑战和亟须解决的问题,为今后的研究提供了方向。     

水下传感网络拓扑部署

水下传感网络在进行水下状态监控与数据探测的过程中,需要根据不同的对象有着相应拓扑要求,本文介绍在静态下的二维结构、三维结构及混合结构的部署及移动漂移情况下的部署结构,详细描述了当前研究中相关的部署特点,并详细阐述了各个拓扑部署结构的优缺点及部署场景。     

基于遥感技术北方城市热岛效应变化定量识别

以城市人口迅速增长和城市用地迅速扩张为显著特征,随着城市化进程快速推进,城市热岛效应也愈 加显著。为快速提取城市地表温度信息,以探究城市热岛效应的时空分布,基于中等分辨率常规易得的 2000-2018时段内Landsat 影像热红外波段的辐射信息,定位于热岛效应显著的北方典型城市长春市,采用单 窗算法,分别对不同年份的影像进行地表温度计算,并生成长春市地表温度专题图。以此为基础,结合相应 时段内的地面观测温度数据识别长春市热岛效应时空变化,探究典型区内热岛效应强度变化规律和影响因 素。结果表明,研究时段内长春市热岛效应的时序变化特征表现为夜晚较白天强,秋冬较春夏强; 空间变化 表现出明显的空间差异性,但整体上为温度高值区增加; 土地类型的热岛效应强弱关系: 建筑用地＞ 绿地＞ 林地＞ 水体。     

水声网络中生物友好的网关部署优化

海洋哺乳动物与水声传感器网络共享水声信道,导致网络端到端延时增加,数据包投递率降低.针对这一问题,提出一种生物友好的水声网络多网关部署优化策略.该策略以网关作为网络的数据汇聚中心,用统计学方法确定海洋哺乳动物位置,并根据水声信道模型计算生物干扰半径,从而确定生物-网关干扰区域.以最小化网络端到端平均时延为目标,联合整数线性规划和贪婪-交换启发式算法优化网关部署.仿真结果表明:与随机部署和不考虑生物干扰的网关部署方法相比,采用本文策略使端到端时延降低62%和52%,数据包投递率提高36%和19%.     

线型拓扑无线传感器网络关键技术

线型拓扑无线传感器网络的数据传输跳数多,传输路由单一,延时大,各节点转发的信息量不均衡.针对这些特点,分析了传统无线传感器网络协议在线型拓扑网络中存在的问题,提出链式快速分簇数据传输协议.该协议采用周期性地对传感器节点进行时间基准化,并且对数据进行逐段融合与回传.实际数据传输测试结果表明,链式快速分簇数据传输协议在传输延时、低功耗方面有优越的性能.     

Attack Simulation Model and Channel Statistics in Underwater Acoustic Sensor Networks

In recent years,underwater acoustic wireless sensor networks have been used in many areas.There have been many field trials of acoustic propagation models and statistics for shallow water conditions.However,field trials are limited environmentally and,hence,not widely accepted.Simulations of the impulse response of a shallow underwater acoustic channel allows less expensive system tests that are reproducable.This paper presents a shallow water acoustic channel model based on the actual acoustic propagation ...     

适于异类传感器网络的分簇拓扑控制算法

提出一种基于异类传感器网络的分簇拓扑控制算法.该算法通过在成簇的过程中计算各个超节点的覆盖密度,控制节点的覆盖密度在合适的范围,使得各个簇的覆盖范围大致均衡.最后通过实例与传统的LEACH算法进行比较.结果表明,该算法在覆盖密度方差值和平均链路长度这2个性能指标上具有更好的优越性,可以更好地节约能耗和延长网络的生存周期.     

无线传感器网络启发式分簇拓扑控制方法研究

传统启发式分簇拓扑控制方法通信开销大、负载均衡性差,忽略剩余节点能量,导致拓扑结构连通性和骨干网健壮性差,无线传感网络生命周期短。为此,提出一种新的无线传感器网络启发式分簇拓扑控制方法。给出无线传感网络模型。利用粒子完成分簇,对簇内负载与簇间负载进行分析,保证负载均衡性。引入一种描述节点间能耗及鲁棒性的行向量,以全面分析骨干节点通信开销与剩余能量对簇头挑选的影响。将最小生成树作为网络的基础结构,引入表示网络连接状态的列向量,以描述网络通信开销情况,获取目标函数。通过粒子群法求最优解,实现簇头选择。通过簇头组成骨干网,实现无线传感器网络拓扑控制。实验结果表明,所提方法能够保证拓扑结构的连通性与骨干网健壮性,延长网络生命周期。