无线传感器网络中一种基于分簇的能量高效虚拟MIMO传输策略

协作式MIMO技术被认为是传感器网络中有效的节能解决方案之一.针对中小规模传感器网络设计了一种基于分簇的能量高效的协作式虚拟MIMO传输策略(ECCM).在考虑了分布式STBC编码信道训练开销的情况下,分析了该传输策略的系统总体能耗.基于该能耗模型,建立了一种基于端到端的全网能耗最优化模型,并用该模型来求解最优的虚拟MIMO域(分簇)个数、协作节点(虚拟天线)个数以及传输速率等网络通信参数.仿真结果表明,通过选取最优协议参数,即使考虑到电路能耗和信道训练开销,ECCM策略也能显著降低节点传输能耗,延长网络寿命.     

多源分布式协作空时网络编码系统的设计

为改善传统空时编码协作方案中节点功率消耗过高和传输效率较低的问题,在多信源、单中继协作网络中提出一种新的空时网络编码方案。该方案利用中继节点的多天线优势实现接收分集,并在中继节点设计空时网络编码,再按照编码矩阵特点转发信号到目的节点。仿真验证了信源数、中继天线数不同时的系统性能,并分析了传统空时编码协作方案与提出方案的性能差距和传输效率,得出该方案是一种易于实现,性能良好的高效无线数据传输方式的结论。     

LEACH无线传感器网络中增加协作传输的能耗研究

针对LEACH分簇路由协议存在簇间能耗不均的不足,利用分集增益消除多径衰落的特点,将协同通信的思想应用于无线传感器网络,解决无线传感器网络中LEACH协议下的簇间能耗不均衡问题。仿真结果证明:当节点间距离大于阈值距离时,协作传输可以有效地降低节点的能耗,从而均衡了整个网络的能耗。     

—种基于V-BLAST技术的多跳协作式传感网络节能MAC跨层设计

协作式(虚拟)MIMO技术被认为是新兴有效的传感器网络节能解决方案之一.本文在考虑网络电路能耗的情况下,采用跨层设计方法提出了一种能量高效的多跳协作式V-BLAST传输策略.为了达到网络寿命最大化的目标,本文建立并分析了系统能耗模型,在此基础上对传输速率、传输跳数、分簇个数和协作式天线节点个数等网络参数进行了联合优化.仿真结果表明,通过选取最优网络参数,本文所提出的策略相比传统的多跳路由协议和LEACH协议能显著降低节点传输能耗和延长网络寿命.     

基于协作网络编码的高效媒体访问控制协议

针对Ad Hoc网络中现有的编码感知的协作MAC协议（NCAC-MAC）在选择协作中继节点时未考虑节点的传输能耗以及候选协作中继节点发送的控制消息不能使其他不在彼此通信范围内的候选节点放弃竞争而产生碰撞的问题,提出一种基于协作网络编码的高效媒体访问控制协议（HECNC-MAC）。该协议主要提出以下三个优化思路：首先,候选协作中继节点对其目的节点能否解码进行解码预判,减少参与竞争节点的同时保证其目的节点能成功解码;其次,在选择协作中继节点时综合考虑节点所需的传输能耗;最后,取消ETH（Eager To Help）控制消息,且目的节点通过伪广播的方式通告确认消息。理论分析与仿真结果表明,与载波侦听多路访问（CSMA）、Phoenix和NCAC-MAC相比,HECNC-MAC能够有效减少节点的能耗,降低数据包端到端时延,提高网络吞吐量。     

基于重传的协作多跳水声网络能耗优化研究

针对水声网络的低能耗远距离传输问题,建立了具有反馈重传机制的协作多跳网络能耗模型,基于水声传播衰减和噪声特性通过曲线拟合的方式获得了最优衰减噪声因子的近似函数关系式,以简化能耗模型。仿真分析给出端到端总误包率要求下协作多跳水声网络每比特传输能耗与协作节点数、跳距、最大传输次数之间的关系。结果表明,多跳可以节省大量能耗。允许一次重传就足以对网络全局最小能耗带来较大节能增益,并有效减少最优协作节点数及提高最优跳距,从而能降低网络能耗对网络节点密度的要求,特别适合水声传感器网络应用。     

无源感知网络中采用动态分片的IPv6数据包传递方案

在无源感知网络(PSN)中,基于网络编码的IPv6包传递方案大多采用固定的分片个数,传输时延较高。为此,考虑到无源传感器节点的特性,提出一种适用于PSN的IPv6包传递方案IPDS-DF。基于偏移正交相移键控调制方式的误码率模型,推导出无线链路的成功传输概率,进而得出每跳的平均传输时延、平均能耗和端到端数据包递交率。以最小化每跳的传输时延为目标,对传输路径上每个节点所采用的分片个数进行动态优化。实验结果表明,IPDS-DF的平均传输时延和能耗均低于现有IPv6包传递方案。     

一种高效的无线传感器网络协作传输方案

针对WSN(无线传感器网络)提出一种基于虚拟MIMO的高效协作传输策略.该策略在簇内进行协作STBC编码,而在簇间采用协作V-BLAST编码,通过在能量和处理能力不受限的DGN(数据聚集节点,也即Sink节点)端配置多个接收天线来提取来自于各簇的信息.针对新的传输方案提出了一种基于Gram-Schmidt正交化块QR分解的解码策略,对分集与复用之间的折衷也进行了讨论.仿真表明,新方案能够在不降低系统传输可靠度的前提下,极大地提高WSN系统的传输效率.     

改进的遗传算法无线视频传感器网络协作路由技术研究

提出了适用于无线视频传感器网络的基于能量感知的跨层交互多路径协作路由技术.该技术首先采用了基于视频传感器节点感知距离的遗传优化算法,预测传输视频数据的能耗和剩余能量,结合无线信道质量和视频编码算法建立一种跨层协同的工作体系,优化节点传输视频数据的能耗、时延和带宽等因素;然后建立应用层、网络层和物理层跨层协同工作体系.仿真实验和数学分析表明,该技术不仅能够较好地满足视频传感器网络应用业务的多样性QoS数据传输性能需求,而且可以充分利用视频传感器网络受限的计算、存储能力和能量等资源.     

无线传感器网络协作通信技术综述

无线传感器网络的发展中存在生存周期和资源共享两大瓶颈,其重要原因之一在于缺乏射频信号级协作,通信能耗难以降低,通信资源难以虚拟化.协作通信技术通过节点间射频信号级的协作处理,使仅具单根天线的节点彼此共享天线,从而得到类似于“多入多出”系统的空间分集增益,显著地提升了通信的能量效率,它将是未来传感器网络的重要技术.综述了传感器网络中的协作通信技术,内容包括：在局部构造协作通信节点组以形成虚拟通信链路,利用协作通信组以直传或中继方式实现端到端的数据传输,协作通信与传感器网络的系统优化和资源虚拟化手段等.总结了传感器网络协作通信研究中的主要趋势、技术进展与关键问题.     

单节点的无线传感器网络数据传输优化策略

为了提高无线传感器网络（WSNs）节点能量的利用率,延长WSNs的生存时间,提出了一种单节点的WSNs数据传输优化策略.首先对WSNs结构进行分析,并建立单个传感器节点数据传输优化的数学模型;然后采用惩罚函数法对数据传输过程中的传感器节点能耗进行优化;最后在Matlab 2012平台对其进行仿真分析.结果表明：该方法可以根据环境能量的变化对传感器节点能耗进行自适应优化,提高了节点的累积数据传输总量,可以较好适应环境能量不确定性.     

无线传感器网络节能探索与研究

无线传感器节点往往由电池供电,由于电池只能存储有限的能量,使得无线传感器网络注定寿命很短,因此,最大限度延长传感器设备的使用寿命是一个重要的研究方向和课题.在本次无线传感器网络节能探索研究中,分析了能量收集与管理策略,能量收集主要收集环境能源,如太阳能,通过超级电容实现能量的存储.能量管理主要通过能量预算让传感器节点处于能量中性区间.为了降低无线传感器节点能量消耗,采用超低功耗唤醒接收器在低能耗的情况下连续侦听信道,降低与通信相关的功耗.星型异步M AC协议和超低功耗唤醒接收器可以结合使用,以提高传感器网络的能源效率.实验结果表明,与传统方案相比,该方案在能源效率、功耗和吞吐量方面都有较大的提高.     

Joint rate and cooperative MIMO scheme optimization for uniform energy distribution in Wireless Sensor Networks

An energy efficient adaptive rate cooperative MIMO selection scheme is proposed for uniform load distribution in the cluster based wireless sensor networks. The intrinsic data flow direction in multi-hop cluster based sensor networks causes uneven load distribution in the network. The transit clusters and the clusters near the base station carry more network traffic than the other clusters. Cooperative MIMO can artistically reduce the per bit energy consumption, Space–Time Block Codes are designed to achieve maximum diversity for a given number of transmit and receive antennas with very simple decoding algorithm. In radio fading channel, STBC require less transmission energy than SISO technique for the same Bit Error Rate and can be employed practically in Wireless Sensor Networks by using the cooperative MIMO scheme. Considering Alamouti and Tarokh Space–Time Block Codes, the number of antennas at both the transmission and the reception sides are selected with respect to the cluster load. The crude energy consumption per cluster then refined through adaptive rate transmission. It has been shown that the load based joint adaptive selection of rate and cooperative nodes in clusters renders uniform energy consumption in the network.     

无线传感网络中基于无线能量补给的能量感知路由算法

针对无线传感网络中随机分布传感器节点能量消耗不均衡的问题,提出了一种基于无线能量补给的能量感知路由算法。休眠节点不仅可以在无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)传输方式下通过功率分割方法进行无线能量补给,还可以在信息传输方式下通过无线能量收集方法进行能量补给,重新进入活跃状态,为信息传播提供更好的路由,提高传感器节点的能量利用,延长传感网络的使用寿命。在该算法中,通过优化节点间的信息和能量分配,最小化传输功率,引入能量路由度量方法,选择能耗最小的路径作为传输路径。仿真结果表明,本文提出的算法可以有效地利用节点资源,均衡多跳能量受限无线传感器网络中的能量分布。     

基于云安全模型的簇状树形无线传感器网络路由协议

由于传统的簇状树形无线传感器网络路由协议簇首能耗方差较大,导致存活节点数量和节点剩余能量较少,降低了无线传感器网络的使用寿命,为此设计一种基于云安全模型的簇状树形无线传感器网络路由协议。通过计算簇状树形无线传感器网络在接收与发送数据时的传输能耗,利用云安全模型获取云安全态势各种要素之间的不确定关系,预测节点的综合信任值,以预测结果为基础,采用蚁群算法获取分区节点的最优路径,完成簇状树形无线传感器网络路由协议。实验结果表明,本文设计的路由协议簇首能耗方差较小,存活节点数和节点剩余能量更多,接收数据包量比其他2种协议分别高出了48.1%和22.6%。由此可见,本文设计的路由协议延长了簇状树形无线传感器网络的使用寿命。     

A two-hop clustered image transmission scheme for maximizing network lifetime in wireless multimedia sensor networks

In traditional wireless sensor networks, normal sensor nodes which measure scalar physical phenomena like temperature, pressure and humidity usually compress the data before sending them out to minimize the communication energy consumption. However, this strategy may not be suitable for image transmission in wireless multimedia sensor networks. In the traditional clustering structure, when the camera-equipped node or the cluster head compresses the images, an energy hole will appear. This is a key factor that affects the lifetime of the network. To avoid the energy hole problem, a two-hop clustered image transmission scheme is proposed in this paper. In the proposed scheme, many redirectors are used to compress and forward the images for the purpose of reducing energy consumption of the camera-equipped node and the cluster head. With adaptive adjustment of the transmission radius in the camera cluster and tasks allocation based on the residual energy of the normal sensor nodes by the camera-equipped node, the energy consumption of the nodes in the network is balanced. The experimental results show that the proposed scheme can prolong the network lifetime dramatically in the case of the sensor nodes deployed densely.     

WSN中能耗均衡的非均匀分簇路由算法

针对无线传感器网络中能耗不均衡、生命周期短的问题,提出WSN中能耗均衡的非均匀分簇路由算法。通过改进的K均值算法进行非均匀分簇,引入双簇首减轻簇首通信压力;利用基尼系数衡量簇内节点的能耗均衡性,以动态权值调整影响副簇首竞选的因素;簇间采用单跳和多跳相结合的传输方式,将剩余能量、传输距离、转发次数和节点数作为中继节点选择的依据,均衡簇间传输能耗。仿真结果表明,相比LEACH和EBRAA算法,提出算法能有效均衡节点能耗,延长生命周期和提高吞吐量。     

一种无线姿态传感节点的能耗优化研究

降低姿态监测传感节点能耗,延长其服务期限是工程应用中的关键点之一。设计缓冲采样方式,以增大传感节点处在休眠状态的时间比重;针对通信中空闲监听带来的能耗损失问题,采用低频唤醒芯片实现间接监听方式以减低连续监听的能耗。采用“缓冲采样+间接监听”的解决方案,本文设计了一种用于监测姿态信息的超低能耗无线传感节点。理论分析证明连续采样的能耗是缓冲采样的115.62倍。实验表明,参照三种采样方式和两种监听方式的六组对照组合,传感节点在最优组合下的能耗仅是最劣组合下的0.42%,节省99.58%的能量,延长238倍的预计工作寿命。一个配有一节2/3AA型1.65 Ah容量锂原电池的传感节点预测能够提供3.58年的连续监测服务,为畜牧业信息化提供应用实践借鉴。