无线传感器网络密钥分配方案改进与仿真研究

研究无线传感器网络安全中的密钥分配问题.由于传感器网络规模大、节点能源非常受限等特点,传统网络中使用的密钥分配策略并不适用于无线传感器网络.为了提高网络的安全性能,在预共享密钥和随机密钥分发方案的基础上,提出一种改进的随机密分配方案.首先通过传感节点的能量大小建立源传感节点到目的传感节点的多条传感节点不相交路径,然后根据传感节点的最小最大能量原理选择一条合适的传感节点不相交路径作为源传感节点和目的传感节点协商路径密钥的通道.仿真结果表明,改进后的方案保留了原方案的网络高安全性等优点,而且进一步节省了节点通信能量,延长了网络的生存周期,更加适用于能量非常受限的无线传感器网络.     

无线传感器网络单跳与多跳路由的选择性

针对无线传感器网络选择恰当的路由路径对节省节点能量的重要性,分析无线传感器网络单跳与多跳路由路径的能量消耗情况,发现数据压缩或融合时,对于给定的不同压缩或融合比存在一个不同的临界距离,当大于这个临界距离时,选择多跳路由比单跳路由更节省能量,反之则选择单跳路由比多跳路由更节省能量。仿真结果显示该文的分析是正确的,这对无线传感器网络选择路由路径具有实际的指导意义。     

无线传感器网络中d—BIP算法的改进

无线传感器网络的广播问题中,能量有效是其重要目标和首要难题。如果对广播算法进行优化就可以极大地节省节点能量、提高传输效率。所以在d-BIP算法的基础上,通过改进自适应定向天线模型调整波束宽度的方式,提出了性能更加优越的c-d-BIP算法。在建立支撑树时,每加入一个新节点,首先判断是否符合以增大波束宽度的方式来传输消息给新节点的条件,如果符合则以增大波束宽度的方式来传输消息,否则重新建立一个波束来传输。仿真结果表明c-d-BIP能有效地节约能量,特别在网络节点密度较大时性能更加优越。     

无线传感器网络中 d-BIP 算法的改进

无线传感器网络的广播问题中,能量有效是其重要目标和首要难题.如果对广播算法进行优化就可以极大地节省节点能量、提高传输效率.所以在 d-BIP 算法的基础上,通过改进自适应定向天线模型调整波束宽度的方式,提出了性能更加优越的 c-d-BIP 算法.在建立支撑树时,每加入一个新节点,首先判断是否符合以增大波束宽度的方式来传输消息给新节点的条件,如果符合则以增大波束宽度的方式来传输消息,否则重新建立一个波束来传输.仿真结果表明 c-d-BIP 能有效地节约能量,特别在网络节点密度较大时性能更加优越.     

无线可充电传感器网络混合移动充电调度研究

能量约束是无线传感器网络应用的重要限制.无线能量传输技术因为在效率和可靠性方面的突破,已成为无线传感器网络极具潜力的能量补给方案.目前已有的移动无线充电调度方案可分为周期性调度和在线调度方案,虽然各种方案有不同的适用场景,但是难以同时兼顾周期性调度的高充电效率和动态调度的实时性.本文提出一种按需的无线传感器能量补给调度方案,首先每个周期对所有请求充电的全局优化节点充电路径,接着对实时性请求结合动态插入法安排紧急需求节点充电.通过仿真实验比较,本文提出的混合方案相对于周期性调度方案和按需方案在充电效率、移动路径代价和节点饥饿率上具有显著优势.     

基于能量感知的无线传感器网络Sink节点移动方案

节点能量直接影响无线传感器网络的寿命。为此,从保存节点能量角度入手,结合最大容量路径路由协议,提出基于能量感知的Sink节点移动方案EASM-INL,以最大化提高网络寿命。在EASM-INL方案中,传感节点依据电量水平调整传输范围,当电量下降时缩短传输范围,从而保存电量。 Sink节点收集传感节点的电量数据,计算最大容量路径。只要有一条路径容量值小于门限值, Sink节点就计算正东、南、北、西4个方向上的最大容量值,并沿最小值所在方向移动。仿真结果表明,与同类节点移动方案相比,EASM-INL方案可有效延长网络寿命。     

基于距离和节点能量的源位置隐私保护方案

针对无线传感器网络源节点位置隐私保护中源节点安全时间较短这一问题,提出了一种基于距离和节点能量的无线传感器网络源节点位置隐私保护方案(SLPDNE:source-location privacy protection scheme based on distance and node energy)。该方案通过在网络中源节点可视区外随机选择幻影节点的方式,避免了失效路径产生且使得幻影节点分布具有地理位置的多样性。随后在源节点至幻影节点路由路径中,以节点能量和距离信息作为计算依据,选择能量充足且与幻影节点距离较近的节点作为下一跳路由节点,在源节点和幻影节点之间形成分散路由,避免了能量较少节点被选择的情况,增加了路由路径的多样性和动态性。理论分析和实验结果表明,该方案能够在不明显增加网络能耗的情况下,有效地延长源节点安全时间,增强网络中源节点的位置隐私保护能力。     

无线传感器网络中数据分发方案的研究

无线传感器网络是由大量具有感知、计算和通信能力的能量有限的微型传感器节点组成。为了建立有效的数据传输路径,节约能耗和带宽,延长网络生存期,设计能量有效的数据分发方案是至关重要的。针对无线传感器网络中节点是否可移动的三种情况,分析了目前提出的主要数据分发方案。     

蚁群算法在无线传感器网络中的应用研究

使用无线传感器节点有限的能量保证网络的寿命是无线传感器网络研究的重要问题,网络能量是否均衡消耗对网络寿命有着决定性的影响.为了促使网络节点能量消耗相对均衡,将蚁群优化算法应用于无线传感器网络的路径选择,提出一种蚁群优化的无线传感器网络能量均衡路由算法.利用蚁群的自组织、自适应和动态寻优能力,通过蚂蚁并行地寻找从源节点到达目的节点的最优路径,使网络最优路径和能量均衡消耗之间进行平衡,以达到网络能量的优化均衡消耗,进而延长整个网络的寿命.进行了仿真实验,实验结果表明,与经典路由定向扩散算法相比,算法能有效地均衡网络节点的能量消耗为设计提供了有效的方法.     

基于蚁群优化的WSN功率自适应路由算法

为节省节点能量开销,延长无线传感器网络(WSN)的生命周期,在研究蚁群优化算法的基础上,提出一种基于蚁群优化的功率自适应路由算法。在蚂蚁寻路时考虑节点的传输方向、剩余能量和节点间距离。寻找到一条最优路径后,根据相邻两节点间的距离调整节点的发射功率,避免功率过大造成能量浪费。仿真实验结果表明,在节点非均匀分布的情况下,该算法能够有效节省网络开销,延长网络生命周期。     

Proportional Fairness Based Energy Efficient Routing in Wireless Sensor Network

Wireless Sensor Network (WSN) is an independent device that comprises a discrete collection of Sensor Nodes (SN) to sense environmental positions, device monitoring, and collection of information. Due to limited energy resources available at SN, the primary issue is to present an energy-efficient framework and conserve the energy while constructing a route path along with each sensor node. However, many energy-efficient techniques focused drastically on energy harvesting and reduced energy consumption but failed to support energy-efficient routing with minimal energy consumption in WSN. This paper presents an energy-efficient routing system called Energy-aware Proportional Fairness Multi-user Routing (EPFMR) framework in WSN. EPFMR is deployed in the WSN environment using the instance time. The request time sent for the route discovery is the foremost step designed in the EPFMR framework to reduce the energy consumption rate. The proportional fairness routing in WSN selects the best route path for the packet flow based on the relationship between the periods of requests between different SN. Route path discovered for packet flow also measure energy on multi-user route path using the Greedy Instance Fair Method (GIFM). The GIFM in EPFMR develops node dependent energy-efficient localized route path, improving the throughput. The energy-aware framework maximizes the throughput rate and performs experimental evaluation on factors such as energy consumption rate during routing, Throughput, RST, node density and average energy per packet in WSN. The Route Searching Time (RST) is reduced using the Boltzmann Distribution (BD), and as a result, the energy is minimized on multi-user WSN. Finally, GIFM applies an instance time difference-based route searching on WSN to attain an optimal energy minimization system. Experimental analysis shows that the EPFMR framework can reduce the RST by 23.47% and improve the throughput by 6.79% compared with the state-of-the-art works.     

An energy-efficient real-time scheduling scheme on dual-channel networks

The recent evolution of wireless sensor networks have yielded a demand to improve energy-efficient scheduling algorithms and energy-efficient medium access protocols. This paper proposes an energy-efficient real-time scheduling scheme that reduces power consumption and network errors on dual channel networks. The proposed scheme is based on a dynamic modulation scaling scheme which can scale the number of bits per symbol and a switching scheme which can swap the polling schedule between channels. Built on top of EDF scheduling policy, the proposed scheme enhances the power performance without violating the constraints of real-time streams. The simulation results show that the proposed scheme enhances fault-tolerance and reduces power consumption.     

基于多层虚拟拓扑节能的SDN数据中心网络流量调度算法

针对“富连接”数据中心网络在低负载时能源利用率较低的问题,提出一种节能的多层虚拟拓扑流量调度算法(EMV-SDN)。建立节能流量调度问题的整形线性规划(Integral Linear Programing,ILP)优化数学模型,使得在承载所有网络负载的前提下,网络能源消耗最小。提出节能的多层虚拟拓扑流量调度算法来求解数学优化模型,得到数据流的节能调度方案。通过休眠高层的虚拟拓扑和交换机端口实现节能,降低网络能源消耗。实验结果表明,在网络能耗和数据流平均完成时间等方面,EMV-SDN算法均优于ECMP(Equal-Cost Multi-Path Routing)以及Dijkstra最短路径算法。     

Ad Hoc网络中基于中继组的节能型路由方法

Ad Hoc网络的信息传输能耗主要与信息中继次数和每中继的距离有关,网络的维护能耗则关键取决于哪络节点的状态,该文提出了一种基于中继组的路由建立方法(RGRP),它不仅能建立一条具有最佳中继次数信息传输能耗较低的路由,而且采用的分组疗法能降低网络的维护能耗。仿真结果表明,RGRP的能耗特性和稳定性都有显著的提高。     

An energy-efficient dynamic decision model for wireless multi-sensor network

The Journal of Supercomputing - This paper proposes an energy-efficient dynamic decision model for wireless multi-sensor network, which is based on the dynamic analysis of the energy consumption...     

M ANET网络中节约能量的组播路由协议

从平衡节点能量消耗的角度出发,考虑无线广播的特性,提出了一种新的节约能量的组播路由协议。基本原理是,利用Wireselthier等提出的最小增量的思想,考虑不同节点能量消耗的不平衡,提出一种节约能量的multicast树构造算法,在使网络的总能量消耗减小的条件下实现节点能量消耗的分布平衡。协议通过区域预测机制来维护multicast树。     

一种有向传感器网络栅栏覆盖增强算法

K-栅栏覆盖是有向传感器网络覆盖控制的研究热点之一。提出一种基于邻居节点运动的有向强栅栏构建算法（NS-DBC）。在形成栅栏的节点集合中,按照从左到右的节点顺序,依次确定每一个节点的目标位置,前一个节点确定后一个邻居节点的目标位置,后一个节点的选取仅与前一个节点有关。后一个节点从前一个节点附近节点中选择能耗最少的节点运动到目标位置,从而构建有向强栅栏。仿真结果证明了该栅栏构建方法能够用较低能耗和较少节点构建有向栅栏。本文的研究对提升无线传感器网络的性能具有重要的理论与实际意义。     

异构传感器网络的分布式能量有效成簇算法

为了延长网络的生存时间,需要设计能量有效的协议,以适应传感器网络的特点.成簇算法是传感器网络中减少能量消耗的一种关键技术,它能够增强网络的扩展性和延长网络的生存时间.研究了异构传感器网络中成簇算法在节省能量方面的性能,提出一种适应异构无线传感器网络的分布式能量有效的成簇方案.此方案基于节点剩余能量与网络节点的平均能量的比例来选举簇头节点.较高初始能量和剩余能量的节点比低能量节点拥有更多的机会成为簇头节点,从而使网络能量均匀消耗,延长网络的生存时间.模拟实验结果显示,与现有的重要成簇方案相比,新的成簇算法在异构网络下提供了更长的网络生存时间和更大的网络有效吞吐量.     

无线传感器网络中基于数据融合的移动代理曲线动态路由算法研究

和传统的C/S模型相比,移动代理模型在数据融合方面更适合无线传感器网络.在基于移动代理的数据融合算法中,移动代理访问传感节点的顺序以及总数对算法的效率、网络寿命等有着重大影响.为此提出了一种基于数据融合的移动代理曲线动态路由算法设计方案.通过构造特定数据结构的数据报文和数据表,给出了目标节点基本信息收集算法获取目标节点到处理节点的最优路径;将移动代理路由归结为一个优化问题,由静态路由算法求出移动代理迁移的静态最优路由节点序列,进而获得了移动代理基于曲线的动态路由算法.理论分析和模拟实验表明,随着传感器网络规模的增大和传感数据量的增加,和其它算法相比,该算法有更小的网络耗能和延时.     

Self-managing energy-efficient multicast support in MANETs under end-to-end reliability constraints

Dynamic networks, e.g. Mobile Ad hoc NETworks (MANETs), call for self-healing routing protocols to tolerate topological changes imposed by node mobility. Moreover, emerging time-critical MANET applications such as disaster response and rescue, and battlefield operations, require support for real-time, reliable data streaming, while maintaining energy efficiency. However, most of the energy-efficient routing protocols rely on configuration parameters which need to be estimated and specified before the deployment phase. This paper proposes a self-managing, energy-efficient multicast routing suite based on the self-stabilization paradigm. This suite uses (i) WECM, a Waste Energy Cost Metric designed for energy-efficient route selection, (ii) SS-SPST-E, a Self-Stabilizing, Shortest-Path Spanning Tree protocol for Energy efficiency based on WECM to maintain an energy-efficient, self-healing routing structure, (iii) SS-SPST-Efc, an enhanced SS-SPST-E with fault containment to decrease stabilization latency, (iv) AMO, an Analytical Model for Optimization framework to reduce the energy overhead of the route maintenance mechanism, and (v) self-configuration mechanisms that observe, estimate and disseminate the optimization parameters.The WECM’s innovation is that it considers the overhearing energy wasted. The AMO framework considers the link state change rate, application data traffic intensity, application packet delivery requirements, and the stabilization latency. Numerical evaluations show that SS-SPST-E slightly increases the energy consumption when compared with non-adaptive energy-efficient protocols such as EWMA because of its mechanism to handle mobility. Simulation results show that SS-SPST-Efc achieves the maximum balance between the energy-reliability trade-off while conforming to the end-to-end packet delivery requirement with an accuracy between 80% and 100%. The energy-reliability balance, measured in terms of the packet delivery ratio (PDR) per millijoules of energy expended, is at least 24% and 27% higher in SS-SPST-E and SS-SPST-Efc, respectively, when compared to the MAODV and ODMRP protocols.