无线传感器网络能耗均衡路由模型及算法

在综合考虑传感器网络中节点链路接入、数据包传输能耗及节点剩余能量的基础上,提出了一种自适应能耗均衡路由策略,并给出了相应的数学最优化模型及求解算法.优化的目标是均衡网络能耗,进而最大化网络寿命.首先采用跨层分析的方法设计了符合传感器节点计算能力的分布式动态路由树生成算法及各节点的路由选择策略函数;然后通过构造一个双层规划模型使传感器网络的整体能耗趋向均衡,尽可能地延长网络寿命.一个数值例子说明,提出的路由选择策略、双层规划模型及求解算法是可行且有效的.     

延迟容忍传感器网络中基于网络编码的可靠传输

针对延迟容忍移动传感器网络(DTMSN)的随机移动特性和连通的间歇性等问题,提出了基于网络编码的可靠传输机制。基于DTMSN传感器节点的移动性和网络编码技术,综合考虑了影响DTMSN服务质量保障的各种因素,将数据包以簇为单位映射到网络中,基于误码率机会选择中继转发节点确定最佳传输方案。仿真实验分析结果表明,所提可靠传输机制在误码率、实时性和能效方面与直接传递和泛洪算法相比具有更优越的性能。     

无线传感器网络中基于时效的最优数据包长

在移动无线传感器网络中,MAC协议采用包分割的方法进行数据传输。当分割的数据包较大时,数据包传输出错的概率较大;当分割的数据包较小时,会增加控制开销和传输总时间,影响移动节点间的通信。通过构造基于数据包传输时间效率的最优化模型来说明数据传输时间与最优数据包长之间的关系。通过仿真验证了这种关系。     

无线传感器网络中能量最优传输半径调整

在无线传感器网络中,为有效节省能量的消耗,一般将多跳路由上的冗余节点设置成休眠状态.针对节点均匀分布的线性网络,在候选路由节点随机确定,且各节点可有不同传输半径的情况下,利用动态规划算法选择合适的活动路由节点及其传输半径,达到总体最优能量消耗.数值结果证实算法的有效性.     

基于无线携能通信的传感云系统Sink节点最优能效策略

无线携能通信能够提升传感器网络的能量效率和资源复用率,然而当前研究均优化无线携能通信参数以实现系统增益,忽略了信道质量变化对系统能量效率的影响.为了解决该问题,针对无线携能通信的传感云系统,提出基于最优停止理论的Sink节点能效优化策略.首先设计下行无线携能通信、上行信息传输的工作时序,其中下行阶段Sink节点采用机会调度策略,选择信道质量较好时刻开始下行链路传输.Sink节点能效定义为系统所实现的上行吞吐量与下行能耗之比.继而基于最优停止理论,建立Sink节点能效最优化问题并证明该问题存在最优停止规则.最后设计最优能效算法求解Sink节点最优下行无线携能传输时刻,从而制定相应的能效优化策略.通过仿真实验验证最优能效算法的有效性与性能,同时通过不同策略的对比验证所提策略在提升Sink节点能效方面的优势.     

蓝牙Mesh网络AODV路由改进算法

蓝牙Mesh网络使用泛洪进行多跳通信,在没有路由机制的情况下,由于消息的连续广播,原有泛洪机制会导致网络开销增大和通信延迟。本文基于能量有效的AODV改进算法E-AODV使用MATLAB进行仿真,根据跳数、节点剩余能量、链路质量来选择最优节点进行数据包的转发。仿真结果表明,E-AODV算法可减小蓝牙Mesh网络中RREQ数据包传输数量,通过与传统泛洪、AODV算法比较,该算法能够有效降低数据包传输时延,降低网络能耗,提高网络性能。     

灾难场景下基于分组策略的机会网络路由算法

在灾难场景下能量成为稀缺资源,为在高效转发数据包的同时尽可能减少节点能量消耗,提出基于分组策略的机会网络路由算法.对网络中的节点进行分组,根据角色的特点,采用不同的路由策略.该算法基于泛洪策略,使用p、k、t参数控制泛洪程度.仿真结果表明,在不同的网络规模下,该算法的网络开销均可以接近最优的水平,获得较高的传输成动率,...     

MPE2S: 基于多路径纠删编码的无线传感器网络可靠传输策略

传输可靠性是衡量无线传感器(Wireless sensor networks, WSN)网络性能的一个重要指标. 针对节点故障会影响网络传输稳定性和可靠性的问题, 提出了基于多路径纠删编码的 无线传感器网络可靠传输策略(Multi-paths and erasure encoding strategy, MPE2S). 根据反映链路质量的最优最差蚂蚁系统的信息素归一化值, 在相邻等级节点间建立多条互不交叉的传输路径, 将源数据包经纠删编码的 数据片沿多条路径分配和传输以实现负载均衡和故障容错. 理论分析和仿真结果表明,MPE2S具有较高数据包接收率、数据准确率和能效性, 体现了良好的故障容错性、数据传输稳定性和可靠性.     

无标度网络上的动态局部路由策略设计

如何针对无标度网络的物理特性进行路由策略设计和优化是一个值得深入研究的问题。提出了一种参数可调的动态局部路由策略,该策略基于网络节点的转发能力及节点处数据包队列长度设计,能够通过调整参数来优化路由策略,使网络容量及平均网络数据包路由时间达到最优。通过仿真确定了最优参数[α]近似等于0.5,该参数使得网络节点处的数据包数与节点处理能力基本成正比关系。应用平均场方法证明了最优参数的理论值与实验值吻合。与经典的局部路由算法进行了仿真比较,结果显示该算法更有优势。     

无线传感器网络最优搜索泛洪协议研究

泛洪是无线传感器网络中一种基本的方法,像拓扑形成、路由建立、目标探测或者数据查询等经常使用泛洪策略来实现。在泛洪策略的研究上,以前的研究大多关注于如何产生最优的广播树,同时假定节点之间的通讯是可靠的。然而,在实际的无线传感器网络环境中,这一目标并不是最有效的,而其假设更是不成立的。将最优搜索理论与分簇方法相结合,提出一种高效率的泛洪协议——最优搜索泛洪协议(OSFP),应用于无线传感器网络的目标探测。该泛洪协议既可应用于可靠的数据传输网络,也可应用于不可靠的数据传输网络。仿真结果表明,与其他泛洪协议相比,OSFP可以最大化发现目标的概率而不增加其搜索代价。     

IEEE802.16中基于非实时业务的节能算法

IEEE802.16系统中采用节能机制（PSM）来延长移动设备的电池使用寿命。针对非实时业务,IEEE802.16e和IEEE802.16m中的节能机制,通过令睡眠窗口指数倍增长来进行休眠,牺牲了大量的数据包响应时间来换取节能效果。为此,根据数据包到达的平均时间间隔,提出了一种动态设定移动终端（MS）睡眠周期的休眠算法nPSM。由基站（BS）在数据包到达时计算数据包平均到达间隔,并在下一次与移动终端通信过程中,通过下行数据包以捎带的方式将该信息传递给移动终端,作为后续休眠周期的长度。结合数学分析和仿真实验,验证了所提休眠算法相比现有针对非实时业务的节能算法,在低通信负载下,在减少数据包响应延时的同时提高了节能效果。     

Optimal control of polymer flooding based on mixed-integer iterative dynamic programming

Polymer flooding is one of the most important technologies for enhanced oil recovery. In this article, a mixed-integer optimal control model of distributed parameter systems (DPS) for the injection strategies is established, which involves the performance index as maximum of the profit, the governing equations as the fluid flow equations of polymer flooding and some inequalities constraints, such as polymer concentration and injection amount limitation. The control variables are the volume size, the injection concentration of each slug and the terminal flooding time. For the constant injection rate, the slug size is determined by the integer time stage length, and thus the integer variables are introduced in the DPS. To cope with the optimal control problem (OCP) of this DPS, a mixed-integer iterative dynamic programming incorporating a special truncation procedure to handle integer restrictions on stage lengths is proposed. First, the OCP with variable time stage lengths is transformed into a fixed time stage problem by introducing a normalised time variable. Then, the optimisation procedure is carried out at each stage and preceded backwards in a systematic way. Finally, the numerical results of an example illustrate the effectiveness of the proposed method.     

聚合物驱最优控制问题求解算法的设计与实现

为了获得聚合物驱油的最大利润,通过最优控制来确定聚合物的最佳注入策略是一种有效的方法。该最优控制问题的数值解涉及到油藏数值模拟、伴随方程和非线性规划问题。给出了基于面向对象的算法设计方案及其实现细节。利用全隐式差分格式离散化聚合物驱模型,并采用Newton-Raphson求解所得到非线性方程组,在求解前向模型的同时构造了伴随方程。对一个三维聚合物驱注入问题进行了实例求解,表明了所实现算法的实用性和有效性。     

网络控制系统发送功率分配问题研究

以网络控制系统为研究对象,讨论传感器发送功率对系统性能和通信能耗的影响.首先,针对无线通信系统中存在的丢包问题,根据发送功率的大小,建立系统切换模型,其中,发送功率越大,丢包率越低,系统性能越好.然后,利用平均驻留时间技术,得到系统指数均方稳定的充分条件以及发送功率的可调度条件.最后,根据以上结果,给出系统功率分配和控制器增益的协同设计算法,该算法不仅能保证系统具有理想的控制性能,同时能够使得通信能耗最优.     

Performance modeling of beaconless forwarding strategies in multi-hop wireless networks

Recently, routing protocols for mobile ad hoc networks (MANETs), which use position information to improve their efficiency, have been actively studied. In this paper, we develop a mathematical model to evaluate the performance of the beaconless routing algorithm (BLR). We also propose a new forwarding strategy named distance-aware forwarding (DAF) and compare the performance of DAF with that of the traditional strategy referred to as most forwarding within radius (MFR).BLR can efficiently reduce redundancy in its transmissions for flooding. When a node receives a packet, a time variable referred to as deferring time is calculated using the positions of the sender, receiver, and final destination of the packet. Each node forwards the packet after this deferring time unless it notices that another node forwards the same packet during the deferring time. As a result, only the node that is assigned the shortest deferring time forwards the packet. It is important to make this deferring time as short as possible to reduce the total deferring time in a multi-hop transmission.Numerical results demonstrate that the proposed strategy reduces the total deferring time in a multi-hop transmission, although the number of hops slightly increases. We also make a performance analysis considering packet collisions and suggest an implementation guideline of the transmission range.     

基于小波包变换的指纹图像分级压缩算法

针对指纹图像中频分量丰富,高频和低频分量相对较少的特点,利用小波包分析提出了一种指纹图像分级压缩算法。将小波包变换后的指纹图像按能量多少进行分级,对包含能量较多的中频子图像,采用无损差分脉冲编码调制（DPCM）,对包含能量较少的低频和高频子图像,采用嵌入式零数编码（EZW）算法;并将压缩图像码流与特征点信息相结合进行图像重建。仿真实验表明,该算法在保证重建质量的前提下,比传统的小波零树编码算法压缩比平均提高了约1.832,信噪比平均提高了约4.07,平均运算时间减少了约26%。     

Ad Hoc网络链路质量QoS多路径按需路由协议

传统的MANET路由协议是基于最小跳数的路由,没有考虑链路质量,不能适应网络拓扑的动态变化。针对这一问题,提出了一种Ad Hoc网络链路质量QoS多路径按需路由协议（QMORP）。QMORP采用移动预测来计算链路的生存时间,应用能量模型获得链路的剩余能量,综合链路生存时间和剩余能量两种因素来计算链路质量。选择链路质量大的路径转发分组。仿真实验表明,相比AOMDV协议,QMORP协议提高了网络的生命周期,降低了网络的平均端对端延迟、提高了网络的发包率和吞吐率。     

On-demand multicast routing protocol with efficient route discovery

In this paper, we introduce an efficient route discovery mechanism to enhance the performance and multicast efficiency of On-Demand Multicast Routing Protocol (ODMRP). Our framework, called limited flooding ODMRP, improves multicasting mechanism by efficiently managing flooding mechanism based on delay characteristics of the contributing nodes. In our model, only the nodes that satisfy the delay requirements can flood the Join-Query messages. We model the contributing nodes as M/M/1 queuing systems. Our framework considers the significant parameters in delay analysis, including random packet arrival, service process, and random channel access in the relying nodes, and exhibits its best performance results under high traffic load. Simulation results reveal that limited flooding ODMRP drastically reduces the packet overhead under various simulation scenarios as compared to original ODMRP.     

具有范围选择的传感网络再编程协议算法研究

已有的传感网络再编程协议大多假定网络中所有节点是同类的,运行同一版本的应用程序,而实际网络节点是异类的。提出了一种新的具有范围选择的再编程协议,该协议变传统的ADV-REQ-DATA三次握手该协议为路由形成、代码传送、请求丢失包三个阶段协议,有效地降低了参与代码转发的中间节点数;中间转发节点通过获取一跳范围内希望接收更新代码数据的节点序列,采取单播或组播方式有针对性传送更新代码,而不是泛洪式的广播,减少了REQ确认信息包,并能统计出参与代码更新的同类节点数和参与代码转发的异类中间节点数。性能分析与模拟实验表明:该协议在平均延时、能量消耗等方面优于传统的Aqueduct。     

基于连通支配集的无线传感器网络洪泛协议

无线传感器网络WSNs在医疗、工业等诸多领域有着重要的应用。WSNs通常由大量的传感器节点组成,这些节点在许多应用中依赖于有限的电源,因此提高无线传感器网络的能效成为研究领域一项重要课题。网络洪泛作为无线传感器网络中的一项基本服务,具有信息可以在整个网络中快速、可靠地分布的优点。然而,由于网络中存在大量冗余传输,网络洪泛的能量效率较低。利用连接支配集CDS,通过减少传输量来提高网络洪泛的能源效率,提出了基于连通支配集的洪泛协议锥(CONE),在洪泛过程中,CONE禁止未在CDS中的节点重播数据包。通过模拟仿真实验评估了CONE的性能,并与基线协议进行了比较。实验结果表明,洪泛协议锥(CONE)提高了网络洪泛端到端的可靠性,降低了网络洪泛的占空比,能有效降低平均能耗。