无线传感器网络节点能量平衡优化方法

在无线传感器网络中,传感器节点中有限的能量供给限制了每个节点无线传输的距离。多跳传输通过将数据包转发给中继节点的方式可将数据包发送至远端接收器。在用于数据汇聚的无线传感器网络中,离数据汇聚站较近的无线传感器节点通常要转发比其他节点更多的数据包,从而消耗更多的能量。文章将整个网络的生命定义为直到第一个无线传感器节点能量耗尽从而失效的时间。提出一种基于无线传感器网络的能量平衡优化方案,该方案所采用的能量模型是基于对ChipconCC2420无线传感器射频收发器的测量数据推导得出的。根据这个方案,通过优化网络中数据流转发的分布来平衡节点的能量消耗。从而延长整个网络的使用生命。     

电力线通信信道下协作非正交多址接入系统的分布式机会中继选择

该文将非正交多址接入(NOMA)技术应用于下行多中继协作电力线通信(PLC)网络,考虑对数正态信道衰落和伯努利-高斯信道噪声,设计机会式中继选择方案。首先,根据电力线信道的瞬时信道状态信息(ICSI)进行目的节点排序,同时自适应调整功率分配系数。其次,以满足目的节点服务质量(QoS)要求和最小化系统功耗为目标,分别针对译码转发(DF)和放大转发(AF)协议设计基于加权调和平均的分布式机会中继选择方案。然后,分别分析两协议下的系统性能并进行Monte-Carlo仿真分析。结果表明,所设计方案可获得比基准方案更优的系统性能;该文DF方案能够进行两次功率分配系数动态调整,并可获得比AF方案更高的吐量性能;此外,该方案分布式进行,能够节约用于ICSI反馈的信令开销。     

基于故障感知容错路由算法的可重构架构设计

当路由器发生永久性故障时会影响网络的通信性能,现有的容错方法大多都是采用重路由策略,绕行路径的不确定性不仅会带来较长的绕行延迟甚至故障节点周围形成热点导致死锁。针对二维网状网络中的各种故障情况,设计了一种新的路由器架构——DRRA,通过添加的组件将不同的输入端口和输出端口连接起来,并定义了3种不同的具体连接方式,当数据包遇到故障节点时,会根据具体故障位置及路由信息选择合适方式直接绕过该故障节点,保证网络的连接性。实验结果表明,本文所提出的方案与其他容错方案性比不会产生过多的硬件开销,并且在网络存在多个故障节点的情况下保持良好的性能和可靠性。在热点流量模式下,本文提出的方案与ReRS方案相比可以降低57.4%的平均数据包传输延迟,与MiCoF相比可以降低38.9%的平均数据包传输延迟。     

提高传输效率的新型编码方法

网络编码在均衡网络负载、节省网络负载,提高网络鲁棒性等方面都有其独特的优势。经典的完全网络编码方案能够提高系统传输的可靠性,却造成了无线链路带宽资源的浪费。在分析研究完全网络编码的基础上提出了一种邻居节点辅助编码方案,基于NS2的仿真结果表明该编码方法能够明显提高网络吞吐量,减小传输方案设计复杂度。并且节点能够通过邻居节点的发送通知快速停止发送无效数据包,从而可以节约信道资源。     

网络编码协作中继系统的功率优化分配研究

研究了基于网络编码的协作中继功率分配问题.在系统的总能量一定的前提下,使用传统的两用户单中继模型对源节点和中继节点的功率进行优化分配.假设模型中源节点与中继节点之间能进行无误传输,其他链路存在噪声,最后用系统中断概率来衡量系统的性能.分析得出当能量分配比例取某一固定值时,系统的中断概率达到最小,系统的性能也最好.     

无线传感器网络中分布式网络信道编码性能研究

智能电网的无线传感器网络中,多个源节点通过中继协作与一个目的节点进行通信,这种场景称为多址接入中继信道（MARC）。针对多个中继节点的MARC,分析了基于Turbo乘积码（TPC）的自适应分布式网络信道编码（ADNCC）。ADNCC中,每个源节点采用相同的线性系统分组码对自己的信息独立编码,广播发送到中继和目的节点。中继节点将所有源节点的码字作为行码,采用第二个线性系统分组码进行列编码,只将新产生的列校验元传送目的节点。目的节点接收到来自源节点的码字和中继节点的列校验元构成一个完整的乘积码,目的节点进行Turbo译码。研究了源-中继链路（S-R链路）对ADNCC性能的影响,提出了选择式编码协作（S-CC）和估计式编码协作（E-CC）2种解决方案,仿真结果表明,E-CC方案的性能比S-CC方案好,在加性高斯白噪声（AWGN）信道下,有超过3dB的编码增益。     

联合机器学习的D2D通信多中继选择机制

在D2D通信中,当源节点与目的节点间的距离过大时,可以通过引入中继节点来改善通信质量。当通信衰落严重时,单中继无法有效改善通信质量,此时可以引入多中继参与通信。针对D2D网络多中继通信,提出一种基于机器学习中Q-learning算法的多中继选择机制。首先,判断源节点与目的节点之间通信是否需要合作中继;其次,通过考虑D2D网络中通信能量消耗来对Q-learning算法中的Q函数的回报值进行定义;最后,通过计算D2D通信传输距离和通信接收端信噪比得出满意度函数。综合考虑回报值和满意度,获得协作中继集。仿真结果表明,基于Q-learning算法的多中继协作可以显著减少传输延迟,平衡网络负载。     

基于节点-链路评估模型的移动物联网数据传输稳定算法

为解决移动物联网数据传输过程中存在的数据传输质量不高、网络传输带宽较低等不足,提出了基于节点-链路评估 模型的移动物联网数据传输稳定算法。 考虑节点移动特性,设计了一种新的基于节点-链路评估模型,实现数据传输过程的多 维度评估。 随后,根据节点-链路评估模型,提出了数据传输依序度、中继链路控制度、传输能量可控度 3 个指标;并通过匹配节 点的传输功率,设计了基于数据传输依序度的移动物联网链路稳定方法,采用泊松分布模型来构建基于中继链路控制度的节点 稳定方法,并通过预估节点受限性能,提出了基于传输能量可控度的节点失效态传输节能方案,分别从节点、链路、能量 3 个层 次优化了移动物联网数据传输性能,有效提高较网络传输的稳定性。 仿真实验表明,与基于似然估计补偿机制的移动无线传感 网数据控制同步传输算法和基于预发射-精度提升机制的 LTE-5G 数据传输算法相比,所提算法具有更低的网络拥塞水平和节 点受限概率,以及更高的网络传输带宽。     

面向协作通信的忙音信道接入机制

与传统无线传输相比,虽然协作中继节点的参与可以大大提高无线网络性能,然而协作中继会带来严重的信道竞争问题,这给协作通信环境中的信道访问控制带来挑战。为了解决这个问题,提出一种RTS/CTS(Request To Send/Clear To Send)与忙音结合的MAC(media access control)信道接入方案。该方案使用3个忙音来标识信道的使用状态,并解决协作通信中的隐藏终端和暴露终端问题。基于忙音信号,还提出了一种带宽节俭的协作节点选择算法。通过侦听忙音信号,源节点可分布式地选择最优的协作节点。理论分析和仿真实验表明所提方案能有效地提高协作通信中的信道利用率,很好地解决了协作通信中的隐藏终端暴露终端问题。在数据包大小超过3 500 B时,本协议中暴露终端受传输节点阻塞的时间不到整个传输时间的10%。     

基于人工神经网络的联合中继和干扰选择策略研究

针对多中继通信网络,中继选择算法效率低及潜在窃听节点的安全威胁问题。提出一种基于人工神经网络的联合中继和干扰节点选择策略。首先,采用解码转发(decode-and-forward, DF)中继协议,构建存在窃听节点的多中继协作通信网络,结合协作干扰策略,推导得到系统安全中断概率的闭合表达式;然后,对神经网络进行训练,将相关节点的信道状态信息(channel state information, CSI)作为输入对模型进行训练,获得最优模型参数;最后,利用部分数据集验证模型,仿真结果表明对最优节点选择的正确率能够达到93%以上。与传统选择方案相比,所提方案实现复杂度降低且计算时间明显减少,并且有效改善了系统的安全性能。     

线性WSNs能耗均衡的非均匀网络部署方案

针对线性无线传感器网络中存在能量空洞的问题，给出一种线性无线传感器网络能耗均衡的非均匀网络部署方案。该方案证明了除距离Sink节点最远的子监测区域之外，剩余子监测区域从远到近使其传感器节点数量呈等比递增时可实现网络能耗均衡，同时需随机部署足够数量的中继传感器节点用于转发数据。经实测数据仿真表明，所提方案能有效地解决能量空洞问题，使得线性无线传感器网络可以实现均衡能耗的目的，且能够大大延长网络的寿命，对于提高实际线性无线传感网络的性能具有重要意义。     

高压输电监测无线传感网功率控制算法

为了延长网络生命周期,解决高压输电监测的无线传感器网络中节点能量受限问题,结合应用背景的实际特点,提出一种基于节点动态聚类的功率控制算法。该算法以高压输电监测的网络架构为基础,分析传感器节点间的空间几何位置关系,综合考虑空间几何信息与节点剩余能量,利用聚类分析方法对网络内具有相似性的节点进行动态聚类,使数据转发在类区域代表节点之间传递。同时,采用可变的功率调制技术进行数据传输。仿真结果表明,该算法能够有效地降低网络能量消耗,并延长网络的生命周期。     

自适应人工免疫网络算法的无线传感网络拓扑结构优化

无线传感器网络(MWSN)具有动态拓扑的特性,因而节点移动、能量消耗等影响因素会导致传感器网络的寿命。在现有层次型拓扑控制算法的基础上,借鉴adhoc网络层次拓扑生成算法WCA的设计原理,提出一种应用于无线传感器网络的新型层次型拓扑结构优化算法。该算法综合考虑节点的能量和位置状况,为每个节点定义不同的权值,从中选出性能优越的节点担任簇首,同时通过设置节点度参数来确保最优的拓扑结构。同时依托自适应人工免疫网络算法,用于实现MWSNs的目标。仿真结果表明,改进的人工免疫网络算法(KC-AAINA)有助于找到良好的聚类配置和簇头数量,限制了节点能耗,改善了MWSN的网络寿命、能量消耗和分组传输,从而提高网络生命周期。     

A maximum neural network algorithm for route selection problems in multihop radio networks

In a multihop radio network, packets are transmitted from course nodes to destination nodes by activating several links between nodes. Each node can either send a packet to, or receive a packet from, at most one of its adjacent nodes simultaneously. To minimize the transmission time for given requests, the problems must be solved by selecting a transmission route for each request (the routing problem) and by finding a link activation schedule (the link activation problem). The routing problem is decomposed into two subproblems: the candidate extraction problem and the route selection problem. In this paper, we propose a neural network algorithm using the maximum neuron model for the route selection problem. We verify through simulations that our algorithm finds better solutions in a shorter time than the existing algorithms. We also probe the NP‐hardness of this problem. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 129(2): 78–86, 1999     

基于无线携能的协作NOMA系统安全性能研究

针对中继能量受限的多用户无线窃听场景,提出了一种基于无线携能的协作非正交多址接入(NOMA)安全传输机制并进行了性能分析。该传输机制首先对多天线基站进行最优发射天线选择,引入协作NOMA的全双工技术提高传输可靠性与频谱利用率,采用无线携能技术克服中继节点由于功耗过大引起的能量不足问题。为进一步衡量所提传输机制的系统性能,推导了用户的中断概率和安全中断概率并进行了系统性能分析。数值结果表明,通过合理设置NOMA功率分配比以及无线携能功率分割比有利于提高系统的性能,所提传输机制相对于协作NOMA和传统NOMA传输机制安全中断性能分别提高了33%与59%。     

基于反馈裁决机制的无线传感网节点失效自愈修复

为解决移动条件下无线传感网节点失效时所导致的节点自愈困难,网络拓扑变动较大以及数据传输性能受限等不足,提出了一种基于反馈裁决机制的无线传感网节点失效自愈修复算法。首先,依据网络节点同一性及传输链路交叉特性,通过流量分析来构建节点失效裁决方法,通过排除失效节点的同级割点,避免割点对网络拓扑造成的分离影响,显著降低节点失效误判现象;再结合初级节点与次级节点具有的流量传递特性,设计节点失效评估机制,通过割点裁决与次级节点自愈重构,改善自愈过程中存在的拓扑变动,有效规避节点失效过程中存在的流量受限;随后,考虑到备用修复节点选取过程存在的节点自愈困难,结合割点可对网络拓扑进行切割的特性,定义备用修复节点优化选取准则,采用流量反馈机制来优化备用修复节点的选取,提高网络流量重定向能力,降低修复失败的概率。实验测试结果表明,与基于时变负载的复杂网络级联故障负荷再分配策略(TVL-LRS),网络级联故障自愈算法(PFO)相比,所提算法具有更低的节点自愈总数和节点拓扑移动距离,以及更高的网络出口带宽。     

基于无线通信和光通信的高压输电线路监测系统

提出一种高压输电线路监测系统方案,该系统由安装在输电线路铁塔上的无线监测节点、光通信节点以及电力特种光缆中的空闲纤芯组成。这些无线节点和光节点通过AdHoc组网方式构成具有自适应功能的基础通信网络,通过无线接力传输和光信号接力传输相结合的方式,实现监控中心与任意监测节点之间的双向信息交互。该系统可以对复杂地形条件下的长距离输电线路进行全程、逐塔的实时监测,还可以支持工作人员在输电线路延线的邻近区域内,利用专用无线终端接入监测网络,进行语音、数据、视频的双向通信,为线路检修和抢险救灾等特殊场合提供应急通信手段。     

无线传感器网络中LEPS路由协议性能分析

LEPS是无线传感器网络中的多跳路由协议.它建立1个以汇聚节点为根节点的树型拓扑结构.节点向自己的父节点发送数据,并沿最短路径传送到汇聚节点.利用TinyOS的仿真软件TOSSIM对LEPS协议进行了研究,统计了控制包发送间隔取不同值时网络的路由建立时间、控制开销和数据包发送时延,分析了控制包的发送间隔对该协议性能的影...