WSN中故障诊断性能与平均节点度研究

在基于无线传感器网络的结构健康监测中,故障节点产生并传输的错误数据将消耗节点的能量和带宽,同时会形成结构健康监测的错误决策。针对该问题,提出一种节点故障诊断算法,利用节点感知传感数据的空间相似性,通过对邻节点所感知的传感数据进行比较,确定检测节点的状态,将测试状态向网络中其他相邻节点进行扩散,实现网络中全部节点的故障检测。同时介绍在不同平均节点度下改善故障诊断率的方法。实验结果表明,该算法能够获得较好的性能。     

适用于大规模无线传感器网的流量优化系统设计

针对大规模无线传感器网络(WSN)流量随访问者数量增加而上升的问题,设计并实现了一种适用于构建大型WSN并降低系统流量的应用系统框架。系统采用IPv6和低功耗无线个域网的IPv6技术(6LoWPAN)搭建大规模WSN,使用消息队列遥测传输(MQTT)协议和针对WSN设计的消息队列遥测传输(MQTT-SN)协议在应用层搭建了连接WSN和传统互联网的发布/订阅结构。实验结果显示,当系统中存在5个传感器节点时,与受限应用协议(CoAP)构建的WSN应用系统相比,提出的系统框架的数据流量仅为前者的18%左右。这表明该系统框架可有效地控制访问者增加对WSN流量造成的影响。     

基于网络编码的分簇传感器网络链路容错策略

许多紧急事件的应用对无线传感器网络的数据传输的可靠性有比较高的要求, 因此对传感器网络数据传输的容错性研究十分重要。传统的1+1数据保护的容错模式带来的额外负载较大地增加了传感器节点的能耗。提出了基于网络编码的分簇结构传感器网络链路容错策略,不仅可以实现对链路的容错,而且可以降低网络中转发的数据包数量,从而降低传感器节点的能耗。     

Using mobile data collectors to improve network lifetime of wireless sensor networks with reliability constraints

In this paper, we focus on maximizing network lifetime of a Wireless Sensor Network (WSN) using mobile Data Collectors (DCs) without compromising on the reliability requirements. We consider a heterogeneous WSN which consists of a large number of sensor nodes, a few DCs, and a static Base Station (BS). The sensor nodes are static and are deployed uniformly in the terrain. The DCs have locomotion capabilities and their movement can be controlled. Each sensor node periodically sends sensed event packets to its nearest DC. The DCs aggregate the event packets received from the sensor nodes and send these aggregate event packets to the static BS. We address the following problem: the DCs should send the aggregate event packets to the BS with a given reliability while avoiding the hotspot regions such that the network lifetime is improved. Reliability is achieved by sending each aggregate event packet via multiple paths to the BS. The network lifetime is maximized by moving the DCs in such a way that the forwarding load is distributed among the sensor nodes. We propose both centralized and distributed approaches for finding a movement strategy of the DCs. We show via simulations that the proposed approaches achieve the required reliability and also maximize the network lifetime compared to the existing approaches.     

可靠广播/组播的确认冗余度消除算法

为了提高无线传感器网络中可靠广播/组播MAC协议的效率,提出一种基于地理位置信息的确认冗余度消除算法。该算法利用节点的地理位置信息,建立广播/组播分组的最小等价冲突域,消除接收节点集合中对确认而言非必要的冗余节点。仿真结果表明,该算法能在保证可靠性的前提下有效减少参与确认的节点个数,降低分组的发送开销,更高效地保证分组传输质量。     

基于SIP架构的远程分布式无线测控系统

在异构网络环境中构建远程分布式无线测控系统,节点设备的在线管理、数据采集和协调控制行为会导致复杂的通信问题。为此,提出一种基于SIP架构的远程分布式无线测控系统,通过下一代网络核心控制协议SIP及其相关扩展的运用,实现Internet和短距离ZigBee无线传感器网络的融合。应用结果表明,该系统能够统一和简化系统中分布式测控节点的各种远程通信控制操作。     

一种能耗均衡的无线传感器网络覆盖协议

在随机部署的无线传感器网络中,现有的节点调度算法不能同时保证工作节点均匀分布,使网络能耗不均衡.针对该问题,提出一种分布式、能耗均衡、与节点位置无关的无线传感器网络覆盖协议(EBLCP).EBLCP在虚拟坐标的基础上建立临时集,节点只需与邻居中少量节点通信,比较这些节点的剩余能量从而竞选工作节点.实验结果表明,与NSV...     

无线传感器网络路由评测工具的设计与实现

无线传感器的路由评测很难通过实验获得,实践中上百个节点的实验已经难以管理和维护,包含大量节点的无线传感器网络更是难以通过实验进行评测。通过计算机对无线传感器网络进行模拟,并对路由协议的性能进行评价成为一个无线网络研究中的一个难题。在分析现有无线网络模拟平台的基础上,设计了一个针对无线传感器网络路由协议的评测工具,并用该工具成功对LEACH协议算法进行了评测。     

基于SNMP的IPv6无线传感器网络信息管理平台的设计与实现

无线传感器网络(Wireless sensor networks)是随机分布的传感器节点通过分布式协议自组织方式形成的网络,网络管理是保障无线传感器网络稳定、可靠、高效运行的重要条件。讨论研究了现有无线传感器网络管理技术,并结合无线传感器网络的特点和实际需求,在已有IPv6无线传感器网络底层协议及SNMP(简单网络管理协议)的基础上,设计和实现了一个切实可行的符合无线传感器网络特点的节点信息管理平台,以实现用户对无线传感器网络的远程有效管理。     

Reaching Agreement among Virtual Subnets in Hybrid Failure Mode

Fault-tolerance is an important research topic in the study of distributed systems. To cope with the influence of faulty components, reaching a common agreement in the presence of faults before performing certain tasks is essential. However, the Byzantine Agreement (BA) problem is a fundamental problem in fault-tolerant distributed systems. In previous studies, protocols dealing with the BA problem focused on static networks; however, these do not perform well in dynamically changing mobile networks. The most well known mobile network is the Mobile Ad-hoc Network (MANET). To enhance fault-tolerance and MANET reliability, the BA problem in virtual subnets of MANET is revisited in this paper. The proposed protocol is called the Hybrid Agreement Protocol (HAP). It achieves agreement on a common value among all functional mobile processors in a minimal number of message exchange rounds, and can tolerate a maximal number of allowable faulty components in the virtual subnet of MANET.     

面向无线传感网的物理层安全性能分析

无线传感器网络（Wireless Sensor Network,WSN）在实现万物互联的同时,无线通信安全面临挑战。WSN网络节点随机分散部署,网络结构动态变化,使得现有安全通信方案无法直接应用。针对该问题,应用随机泊松点过程对网络节点进行位置建模,以安全中断概率、连接中断概率为指标,应用随机几何工具对无线传感网系统的物理层安全性能展开分析。仿真验证了理论分析的正确性,仿真结果表明通过合理布置传感器节点密度可使系统安全可靠性能达到最佳。     

一种ZigBee无线传感器网络拓扑发现算法

ZigBee无线传感器网络(WSN)不同于有线网络,由于无法直接观察到其网络结构和设备部署情况,因此不利于对ZigBee WSN进行管理和控制。为解决该问题,提出一种针对ZigBee WSN的拓扑发现算法(ZigBeeTopo),确定网络中的活跃节点以及节点之间的相互关系,设计WSN拓扑管理模块,实现ZigBee网络拓扑的可视化。测试结果表明,该算法能正确发现多种WSN拓扑。     

基于簇的分布式传感器故障检测算法

针对大规模无线传感器网络(WSN)中故障检测准确率降低,并产生较大通信负载的问题,根据传感器节点的时空相关性特点,提出一种基于簇的分布式传感器故障检测算法。通过邻居节点间的数据交换和互相测试检测簇首节点,并以正常簇首节点作为参照诊断故障节点。性能分析与实验结果表明,在大规模WSN中,该算法具有良好的故障检测能力和较低的通信负载,在邻居节点数较少、节点故障率较高的情况下,能达到98%以上的故障检测准确率,并保持较低的能耗水平。     

传感器节点相互协作的广播认证

针对无线传感器网络（WSN）中基于数字签名的公钥加密体制的广播认证需要耗费大量的能量,以及传感器节点资源有限的问题,为了减少传感器节点的能量耗费和加快传感器节点的认证,提出一种传感器节点相互协作的广播认证方案。首先,用户向无线传感器网络的组网络广播其签名信息,但不广播签名信息中点的纵坐标;然后,组网络中的高能量节点依据点的横坐标和椭圆曲线方程计算得出纵坐标,并将其广播给组内的一般节点,同时利用vBNN-IBS数字签名对用户广播的签名信息进行认证,并转播有效的签名信息;最后,组网络内的一般节点收到纵坐标后,利用椭圆曲线方程验证其有效性和正确性,同时执行和高能节点相同的签名认证过程,并转播有效的签名信息。此外,该方案通过整合立即撤销和自动撤销以最大限度地减小授权撤销列表（ARL）的长度。仿真实验表明,当认证节点收到来自邻居节点的数据包达到一定数目时,该方案的能量耗费和认证总时间比利用WSN中传感器节点间的相互协作来加速vBNN-IBS的签名方案分别减少了41%和66%。     

基于虚拟力的无线传感器与执行器网络测距定位算法

针对无线传感器与执行器网络(WSAN)的传感器节点定位问题,提出了一种基于虚拟力的无线传感器与执行器网络测距定位算法,使用移动的执行器节点替代传统无线传感器网络(WSN)定位算法中的锚节点,并将虚拟力模型引入基于信号到达时间(TOA)的定位算法。该算法在利用虚拟力驱动执行器节点逼近提出定位请求的传感器节点的同时,根据信号传输时间计算节点间的距离完成节点定位。仿真结果表明,提出的定位算法使得节点定位成功率提高20%左右,平均定位时间以及定位开销均小于传统TOA算法,适用于实时性要求高、执行器节点数量较少的场合。     

基于无线传感器网络的环境监测系统研究与设计

为了改善传统的环境监测系统因采用有线网络连接方式而导致的可靠性差、易受损、失效快等问题,引入无线传感器网络(WSN)技术,提出一种基于无线传感器网络的通用综合环境监测系统解决方案;通过对无线传感器网络特点和应用的研究,并参考环境监测系统的现状,结合无线传感器网络技术、嵌入式系统技术和网络通信技术研究和设计了一套适用于多种场合和环境的无线传感器网络环境监测系统;该系统不但有效地克服了传统系统的低可靠性问题,而且增加了新的监测功能,是一套完整、可行的系统。     

SENFIS: a Sensor Node File System for increasing the scalability and reliability of Wireless Sensor Networks applications

In the last years the Wireless Sensor Networks’ (WSN) technology has been increasingly employed in various application domains. The extensive use of WSN posed new challenges in terms of both scalability and reliability. This paper proposes Sensor Node File System (SENFIS), a novel file system for sensor nodes, which addresses both scalability and reliability concerns. SENFIS can be mainly used in two broad scenarios. First, it can transparently be employed as a permanent storage for distributed TinyDB queries, in order to increase the reliability and scalability. Second, it can be directly used by a WSN application for permanent storage of data on the WSN nodes. The experimental section shows that SENFIS implementation makes an efficient use of resources in terms of energy consumption, memory footprint, flash wear levelling, while achieving execution times similarly with existing WSN file systems.     

基于逻辑密钥树的无线传感网络密钥管理方案

针对层次型无线传感网络（HSN）中的安全通信问题，提出了一种基于逻辑密钥树（LKH++）的组密钥管理方案——W-LKH++。针对无线传感器节点的低配置特点，首先，对LKH++树的组密钥初始化计算方法进行修改，降低传感器节点的计算消耗；其次，对LKH++的组密钥持有方式进行改进，减少传感节点的存储消耗；最后，提出适用于簇头节点的动态密钥更新方法，在降低通信消耗的基础上增强簇头节点的抗捕获能力，提高无线通信网络的安全性。性能分析和仿真实验结果表明，W-LKH++在保证低计算、存储和通信消耗的基础上，进一步提高了网络安全性。     

基于多元分类的无线传感器网络恶意节点检测算法

无线传感器网络是一个暴露在开放环境中的分布式网络,各节点之间相互独立,缺乏中心节点和监控节点,极易受到恶意节点的攻击.为了对无线传感器网络中的大量传感器节点进行恶意节点检测,提出了一种基于多元分类的恶意节点检测方法.提出的检测方法是在已知少量传感器节点类型的前提下,抽取与已知恶意节点类型相关的传感器节点属性,建立关于全...     

WSN中基于分布式的覆盖洞修复算法

无线传感器网络(WSN)中存在因节点能量耗尽和移动节点撒播不均而出现的覆盖洞问题,覆盖洞的出现会降低网络的覆盖率和连通性,严重影响网络性能。为解决该问题,构造一种既有静态节点又有移动节点的混合网络模型,并提出一种WSN中基于分布式的覆盖洞修复算法。利用静态节点指导移动节点移动到最优位置,达到修复覆盖洞目的。仿真实验结果证明,该算法能在空洞覆盖率和节点代价之间取得最佳平衡。