无线传感器网邻居发现算法研究

论文研究在节点不移动的无线传感器网络中的邻居发现,可为路由和调度算法提供邻居节点信息.提出一种邻居发现算法,具有分布式、异步的特点.该算法基于概率,每个节点可以得到一份可能不完整的邻居节点清单.并对算法进行了性能分析.     

基于能量感知的移动低占空比机会网络纠删编码算法

低占空比(low-duty-cycle,简称LDC)技术是当前延长无线传感器网络生命周期的最关键技术,为了有效延长机会网络生命周期,将低占空比技术引入机会网络,形成LDC机会网络.但是,现有机会网络路由算法不能很好地适应LDC环境,其性能会大幅度下降.为了解决该问题,提出一种基于能量感知的移动低占空比机会网络纠删编码算法E-EC.仿真实验结果表明,与现有的典型机会网络路由算法相比,E-EC算法在延长移动机会网络生命周期以及增加数据传输成功率等方面带来明显的性能提升.     

无线传感网的一种邻居搜索方法

着眼于邻居发现方法对无线传感网能效的影响,在节点移动的情况下,提出了一种不显著增加能耗和降低性能的邻居搜索方法.依托信标帧发布邻居信息,扩展了信标帧的数据格式,借助于数据域携带节点及其邻居信息,这样不增加新帧类型,减少了空闲侦听和额外信息交换.以冗余连接保持和能效优先为基本原则,设计了邻居搜索方法的详细流程,降低了网络扫描次数,提供了动态网络支持.仿真验证表明:低占空比MAC层无线传感网络中.邻居搜索方法优势明显.有实用价值.     

基于感知概率的无线传感器网络节点部署算法

研究无线传感器网络节点部署优化问题,传感器节点的部署在一定程度上决定了无线传感器网络的性能和使用寿命;针对随机部署的无线传感器节点,提出一种基于感知概率模型的节点部署方案;使用证据理论通过计算对节点周围区域的综合感知概率,将虚拟力算法进行改造,使传感器节点向感知概率低的区域移动,实现对监测区域的最大覆盖;仿真结果表明,该部署算法实现节点合理分布,提高网络的覆盖率,减少节点的移动距离,达到延长网络使用寿命的目的。     

无线传感器网络中基于虚拟力的覆盖算法

在无线传感器网络的很多应用场景中,大量的传感器节点被任意播撒在被监测区域内,形成很多覆盖空洞,对无线传感网络的感知、监测和数据采集能力造成很大影响。为了解决无线传感器网络中的覆盖问题,提出了一种基于虚拟引力的覆盖算法。首先,根据虚拟引力产生的约束条件和引力大小,一种扩大网络覆盖范围的算法被提出,算法分析证明这种算法能够减少覆盖空洞;第二,提出了维持邻居节点连通性的方法;第三,提出一种覆盖感兴趣区域的算法。仿真结果表明,这种算法既能提高网络的覆盖能力,又能减少传感器节点的移动距离。     

基于链路断开概率的自适应信标交换算法

在移动无线传感器网络中,贪婪地理路由协议采用周期性信标交换算法来构建和维护邻居节点表会导致通信暂盲现象.针对该问题,首先从理论上分析节点移动对网络连通性的影响,对节点间的链路状态进行Markov链建模,分析推导出链路断开概率的计算公式.根据链路断开概率与运动时间的一一对应关系,提出一种基于链路断开概率的自适应信标交换算法,提高邻居节点表的构建与维护的准确性与实时性,为贪婪地理转发策略提供可靠的依据,减缓节点移动带来的不利影响.仿真结果表明,该算法不但提高了数据分组传送成功率,而且还降低了控制开销,适用于对传输可靠性和能耗要求高的移动无线传感器网络.     

基于联合节点行为策略的WSN覆盖控制算法

针对无线传感器网络在对移动目标节点覆盖过程中出现网络能量快速消耗问题，提出了一种基于联合节点行为策略的覆盖算法。根据网络模型建立传感器节点与目标节点从属关系，确定覆盖关联模型；利用概率理论求解邻居节点冗余覆盖度，确定最少传感器节点数量；给出了邻居节点覆盖期望值的求解方法；仿真实验表明，该算法与其他算法在网络覆盖率和网络生存周期两个性能指标上均提升了12.39%和15.01%，从而验证了算法的有效性。     

用于道路监测改进的多重虚拟扫描算法

虚拟扫描算法不能充分利用节点数量,为了延长网络生命周期它必须建立在节点密集部署的基础上,以致平均目标发现时间延长。为此,基于低占空比无线传感器网络（WSN）,结合虚拟扫描波的思想,提出一种用于道路监测的多重虚拟扫描算法。该算法通过定点、同位置多节点部署的方式,使节点依次分批工作,以延长网络生命周期。仿真实验表明,多重虚拟扫描算法与虚拟扫描算法相比网络生命周期延长了180%,能有效提升网络性能。     

EMRPP：一种DTMSN组播路由算法

针对容迟移动传感器网络（Delay Tolerant Mobile Sensor Network,DTMSN）网络的容迟及节点的移动性特点,提出了一种新的基于概率预测的能量均衡组播路由算法（Energy-balanced Multicast Routing based Probability Probabilistic,EMRPP）。该算法采用到达概率选择路由下一跳的方式,且考虑了节点能量对算法性能的影响。仿真结果表明,EMRPP算法在数据传输率和平均传输延迟方面的性能要优于改进之前的PROPHET算法,是一种有效的容迟移动网络组播路由方案。     

无线传感网中一种负载均衡的多任务调度方案

为了节约能量,往往设计无线传感器网络工作于低占空比模式,在此模式下传感器节点只在小部分工作期间保持活跃状态。如果应用场合有多个数据率要求高、时间紧的数据传输任务,低占空比工作模式可能会导致严重的传输拥塞和数据损失。为了减轻数据拥塞和损失,需要对任务进行详细的调度,以从时间和空间两方面平衡传感器节点工作负荷。对基于负载均衡的多任务调度问题进行研究,并证明该问题在一般网络拓扑结构下是NP完全问题,提出并分析两种高效的负载均衡调度算法。仿真结果表明,该算法极大地提高了绝大多数网络场景下的网络性能。     

基于分布式邻居发现机制的ZigBee网络能耗研究

ZigBee是一种基于IEEE 802.15.4标准的适用于短距离、低功耗和低数据传输率的无线网络技术。ZigBee网络的节点电池能量的有效利用能延长其网络生命周期。采用分布式邻居发现机制研究了ZigBee网络能耗。该机制使得ZigBee网络中的节点在其可访问的区域内及时发现邻居节点,通过分析和定义3种分布式邻居发现算法下ZigBee节点在整个发现过程中所需要的平均帧数,提出了ZigBee网络能耗模型,对ZigBee网络设备在3种分布式邻居发现算法下的能耗进行了详细分析并得出能耗表达式。在仿真实验中比较了ZigBee网络节点和邻居节点在不同算法下的工作循环模式和连续模式下设备的能耗,结果表明对于基于分布式邻居发现机制算法的ZigBee网络能耗,当帧时隙数较小时,选择争用树算法能获得较好的节能效果;当帧时隙数较大时,选择无反馈帧时隙算法或有反馈帧时隙算法则可减少节点能耗以延长ZigBee网络的生命周期。     

非对称异步移动传感网中低延时邻居发现算法

邻居发现即通过一定的手段快速而有效地去感知与节点能够直接通信的一跳范围内的邻居的问题,是移动传感网（MSN）的重要部分。非对称异步MSN中,已有的算法需要大量的时间和能量去完成相互发现。针对此问题,基于信标与活动时隙分离的邻居发现模型,提出一种适用于异步对称场景的BMCS-A算法,信标在工作周期的不同时隙进行广播以保证邻居发现的确定性。其次,扩展BMCS-A,提出一种持续性广播的BMCS-B算法,节点在第一个子周期内持续性广播信标,接收到该信标的节点将自适应地调整信标的发送时刻以加快邻居发现过程。最后,实现协作式BMCS-B算法,基于已发现邻居的睡眠苏醒调度信息,节点主动发送信标去发现潜在的邻居。仿真实验结果表明,与Searchlight、G-Nihao和Disco相比,协作式BMCS-B将最坏发现时延分别降低了84.62%、85.71%和81.82%。     

自组织网络中带冲突避免的快速邻居发现机制

邻居发现的速度影响着整个网络组网和通信的效率,现有的邻居发现协议未考虑多个节点同时发送信标时,产生信标冲突的情况。针对这个问题,提出了一种有效避免信标冲突的快速邻居发现机制,即在发送信标前,采用载波侦听机制去侦听信道状态,从而减少信标冲突,提高发现效率。同时又采用动态增加唤醒时隙来减少发现时延,加快邻居发现。仿真结果表明,采用该机制无论在占空比对称还是非对称的情况下,都能有效加快现有协议发现速度。     

一种低功耗的无线传感器网络MAC协议

在无线传感器网络中,为了避免不必要的能耗而达到延长网络寿命的目的,提出一种低功耗的无线传感器网络MAC协议。此协议在低功率侦听(LPL)基础上进行修改,通过前一次轮询的结果来推测这一次的流量状况,根据流量状况自适应调整侦听睡眠周期结构中相应的占空比,从而降低能耗。通过编程仿真并结合实验,对此模型进行验证,证明了此算法能降低能耗。     

基于最优刚性图的链路质量与能量的拓扑控制算法

针对目前无线传感器网络研究中网络能量利用率低和通信链路不可靠等问题, 提出一种基于最优刚性图的网络拓扑优化算法. 该算法通过建立包含链路质量和能量两方面内容的链路权值函数来构建链路可靠性强、能量利用率高的网络拓扑结构. 研究结果表明, 所构建的拓扑具有平均节点度低和链路性能好等优越特性. 仿真结果表明, 与现有拓扑控制算法相比, 所提出的算法能够更有效地减少能量消耗, 从而延长网络寿命.

     

Hadoop平台下基于优化X-means算法的大数据聚类研究

针对WSNs中现有路由算法存在的各种不足,本文提出了一种基于占空比间隔优化的延迟约束路由算法。具体来说,在提出的算法中,首先,将端到端延迟分布估计为占空比间隔和潜在转发器数量的函数,在给定的网络模型和参数下,其分布可以近似地估计。然后,选择满足延迟约束成功率(Delay-Constrained Success Ratio,DCSR)要求的占空比间隔最大值,每个节点独立地调度其休眠和唤醒时间,发送端节点将数据包转发给潜在转发器中最先唤醒的节点,从而确保数据包以要求的概率即DCSR到达接收器,同时最大化占空比间隔；仿真实验结果表明,提出的路由算法不仅能够满足要求的DSCR,并在ETE延迟、数据包交付率和实际得到的DCSR方面都优于现有的先进算法。     

能量高效的WSNs分簇数据融合算法

针对无线传感器网络(WSNs)中多跳通信造成的“热区”以及数据冗余问题,提出了一种能量高效的分簇数据融合算法(EECDA).该算法在分簇阶段综合考虑节点的剩余能量、到基站的距离和邻居节点的数目,周期性地选择簇首和划分不同规模的簇;对簇内数据进行融合,利用辛普森积分法则计算预测接收数据,在保证采集数据实时性和准确性的前提下,降低数据的冗余性,减少通信负载,提高网络的能量利用率.仿真结果表明:该算法能够对数据进行高效预测,减少网络通信量,相较已有的算法,能够有效延长网络的生存周期.     

无线传感器网络T-MAC协议的研究

自适应能量有效无线传感器网络T-MAC协议拥有一个自适应的休眠周期,动态地控制节点的活动状态时间来减少节点的空闲监听时间,有效地节约了节点的能量,同时还兼顾了网络的吞吐量。同时,由于无线传感器网络中不对称通信模式的存在,T-MAC协议存在早睡问题,很大程度上影响了网络的性能。根据中心极限定理,对T-MAC提出了一种改进设计,使其低负载时能耗更少,并一定程度上改善了早睡问题。     

基于定向天线的无线网络邻居发现算法

针对使用定向天线的无线网络邻居发现问题,为提高邻居发现效率,提出了一种忙音辅助算法。通过全向发送序列化忙音预约信道,有效缓解了无线网络通信过程中普遍存在的数据冲突问题和空闲问题,提高了信道的利用率。根据感知的忙音方向调整定向天线的波束指向,有效解决了基于定向天线的无线网络中波束方向的协调问题,提高了通信效率。实验结果表明,相对传统算法及基于反馈机制的邻居发现算法,忙音辅助算法具有更高的邻居发现效率。     

认知Ad-hoc网络中的快速邻居发现

在认知Ad-hoc网络中,邻居发现是MAC协议、拓扑管理、路由协议运行的前提,对网络性能有重要影响。针对认知Ad-hoc网络中节点的可用信道集异构和缺乏全网公共控制信道的特点,提出了基于可用频谱相似性的快速邻居发现算法。与现有同步邻居算法要求节点在全网可用信道集上切换以进行邻居发现的机制不同,所提算法要求节点在各自的可用信道集上切换,以一定的概率λ发送包含节点信息的分组。由于认知Ad-hoc网络全网可用信道集一般很大,而对于每个节点来说可能仅有几个可用信道,因此所提算法大大减小了邻居发现的时间开销。仿真分析表明,与现有算法相比,所提算法的时间开销至少降低了47%。