一种无线传感器网络覆盖能耗平衡优化策略

在无线传感器网络中,对目标区域的覆盖程度以及网络能耗是衡量其性能的重要指标,通过对节点的合理配置,有利于保证网络覆盖,平衡网络能耗。针对节点感知距离可调的无线传感器网络,提出了一种无线传感器网络覆盖能耗平衡优化策略,该策略以满足一定的网络区域覆盖质量为前提,以覆盖能耗平衡为优化目标,采用粒子群算法,首先对网络中的节点布局进行动态优化,在此基础上通过合理调整节点感知距离,使得网络覆盖能耗性能最优。仿真结果表明,与传统节能覆盖方案相比,该策略能够有效减少感知重叠区和感知盲区,提高网络区域覆盖质量,降低网络能耗。     

遗传算法在无线传感器网络覆盖中仿真研究

在无线传感器覆盖问题的研究中,传统覆盖算法存在节点覆盖区域间重复率高、能耗浪费从而导致网络覆盖效率低、网络寿命短的难题.为了提高无线传感器网络的覆盖率、延长网络生存时间,提出一种遗传算法优化的无线传感网络覆盖方法.首先把拓扑控制思想引入到网络节能覆盖中,无线传感器最大覆盖率为目标,建立一个感知半径之和最小的数学模型,然后利用遗传算法对模型进行求解,从而得到最优网络覆盖.最后进行仿真实验,仿真结果表明,相对于传统算法,不仅节能而且可以用较少的传感器节点获得较高覆盖率、有效地降低信道通讯干扰、提高网络的抗毁性.     

基于免疫克隆选择机制的WSN节点调度算法

由于无线传感器网络节点分布不均匀,监测环境复杂等特点,远离Sink的节点由于能耗较大,并且容易导致网络覆盖面积不足.提出一种启发式的利用人工免疫克隆选择机制的节点调度优化算法(AICSO),将网络生命期划分为具体数量的迭代周期并生成中心节点的覆盖位图,利用节点间冗余进行有效地拓扑控制合理调度节点,以获得网络的最优连通性和最大面积的覆盖.仿真结果表明,上述算法能够有效利用网络节点的能量满足感知覆盖和连通性要求,延长了网络生命周期,降低了网络整体能耗,为网络优化节点调试提供了依据.     

无线传感器网络中带粒子群优化的分簇节点睡眠调度算法

为延长无线传感器网络的生命周期,提高节点能量利用率,将分簇算法与睡眠调度算法相结合,提出一种无线传感器网络中带粒子群优化的分簇节点睡眠调度算法.该算法采用二进制编码机制,引入遗传算法的变异和交叉算子,同时考虑网络覆盖保持和能量消耗减少优化目标,构造一个相应的离散粒子群优化方法.仿真实验结果表明,文中算法能较好地减少能耗和保持网络覆盖,有效延长网络的生命周期.     

分布式无线传感器网络度覆盖算法

传感器节点在高密度部署和满足一定覆盖条件下,有效地进行覆盖控制和减少能量消耗以及延长网络生命周期是无线传感器网络研究的重点课题,为此,提出一种分布式的度覆盖算法。该算法利用贪心算法和几何图形学相关理论知识对覆盖区域关键节点进行优化覆盖,通过节点状态调度机制转换,可以有效地降低网络能耗,提高了节点覆盖性能的同时优化了节点的数量。仿真实验结果表明,该算法能够以较小的代价提高整个网络的生存周期,有更好地适应性和稳定性。     

无线传感器网络覆盖优化算法的仿真研究

关于优化网络生命周期,研究无线传感器覆盖问题,针对无线传感器网络节点存在严重冗余问题,影响网络覆盖优化机制,导致传统算法网络覆盖率低,能量大量消耗,网络生存时间短等难题.为了提高无线传感器网络的覆盖率,有效延长网络生存时间,提出一种基于蚁群算法的无线传感网络覆盖优化机制.首先把网络监测区域划离散化成若干个网格点,将网络有效覆盖率和节点最小利用率作为优化目标,建立一个组合优化数学模型,然后利用蚁群算法对优化模型进行求解,从而得到最优网络覆盖率.仿真结果表明,不仅很好地降低了节点的冗余,减少了网络的能量消耗,而且有效地提高了网络的覆盖率,从而达到了延长网络的生存周期的目的.     

基于加权的无线传感器网络优化覆盖算法

针对无线传感器网络探测网络环境的自适应休眠算法(Probing Environment and Adaptive Sleeping,PEAS)在节点调度过程中,存在节点能耗不均衡、网络的生命周期较短的问题,提出一种基于加权的优化覆盖算法。该算法对最小频繁项的目标所对应的传感节点按能量高低进行划分集合,使各集合能够独立覆盖最小频繁项的目标,以达到局部的优化。考虑到传感节点覆盖目标数和剩余能量对无线传感网络生存周期的影响,对边缘未覆盖的目标节点采用加权的方式进行覆盖。仿真结果表明:该算法能够均衡网络节点的能耗,有效地延长了网络的生命周期。     

一种无线浮标传感器网络覆盖优化算法的研究

无线浮标传感器网络是无线传感器网络应用于海洋监测领域的典型方式,而网络覆盖问题是衡量无线浮标传感器网络工作性能的重要指标之一。文中主要研究了一种适用于无线浮标传感器网络的覆盖优化算法。该算法的基本思想是在节点密集部署的监测区域中让每个节点与邻居节点交换信息以确定所要激活的最终候选节点,并将其他冗余节点设为休眠状态,以达到在所需的期望值下降低能量消耗的作用。不同网络规模的Matlab仿真结果分析可知该算法可以适当减少能耗,延长网络的寿命。     

一种无线浮标传感器网络覆盖优化算法的研究

无线浮标传感器网络是无线传感器网络应用于海洋监测领域的典型方式,而网络覆盖问题是衡量无线浮标传感器网络工作性能的重要指标之一。文中主要研究了一种适用于无线浮标传感器网络的覆盖优化算法。该算法的基本思想是在节点密集部署的监测区域中让每个节点与邻居节点交换信息以确定所要激活的最终候选节点,并将其他冗余节点设为休眠状态,以达到在所需的期望值下降低能量消耗的作用。不同网络规模的Matlab仿真结果分析可知该算法可以适当减少能耗,延长网络的寿命。     

无线传感器网络覆盖优化算法研究

无线传感器网络覆盖控制是研究高密度部署的无线传感器节点集选问题.针对网络严重的冗余问题,影响网络的优化机制.为了有效控制网络节点能量、提高感知质量、大大延长网络的生存时间,采用覆盖优化算法.以网络有效覆盖率和节点最小利用率为优化目标,提出一种混合杂交算法的优化覆盖机制,在算法中扩展杂交算子可增强混合算术杂交算子局部搜索能力.采用改进方法进行仿真,结果表明混合杂交方法能快速收敛到更精确的解,从而更好地降低了网络冗余,延长网络的生存时间.     

Topology control algorithm for underwater wireless sensor networks using GPS-free mobile sensor nodes

Underwater wireless sensor networks (UWSNs) have been developed for underwater applications, such as resource exploration, pollution monitoring, and tactical surveillance. The topology control techniques of UWSNs and terrestrial wireless sensor networks are significantly different because of the particularity of underwater environments and acoustic communication, such as mobility pattern, propagation delay and energy consumption. Due to multifarious factors of underwater environments, node mobility becomes a non-negligible issue. However, GPS may not be feasible because of the limitations of satellite coverage or obstructions in adverse underwater environments. In particular, anchored sensor nodes towed by wires are prone to offset around their static positions, causing each node to move within a spherical crown surface (spherical crown mobility pattern). Nevertheless, most previous studies have not focused on this specific mobility pattern. In the current paper, a mobility model for UWSNs nodes is constructed, and three representative topology control objectives are attained. A distributed radius determination algorithm is designed for the mobility-based topology control problem. Results of theoretic analysis prove that the proposed algorithm is convergent, and it has preferable approximate ratios and polynomial complexity. Performance of the algorithm is analyzed through simulation experiments, which indicate a well-constructed topology. Every objective can still be upgraded without the dynamic location information of mobile nodes.     

基于潜艇深度的水下传感器网络部署

针对三维水下无线传感器网络在反潜方面的应用,利用潜艇出现深度信息的先验概率模型,提出一种基于潜艇深度的部署算法。节点采用均匀部署,依据潜艇可能出现的深度信息,对潜艇出现概率较大的区域,休眠较少的节点,增大活跃节点的密度,提高覆盖率;对其它区域,增加休眠节点的数目,以减小活跃节点的密度,降低覆盖率。仿真结果表明,本算法可以在保证较高覆盖质量的前提下,降低网络的整体能耗,延长网络生存时间。     

UCUBG:基于等级划分的水下传感器网络非均匀分簇算法

随着海洋经济发展,水下无线传感器网络已成为研究热点.针对水下传感器网络中集中式分簇困难,能耗不均和水声时延长问题,提出一种基于等级划分的分布式非均匀分簇算法.该算法首先利用平均能量与节点密度相结合的阈值函数以及综合考虑节点深度和节点密度的簇首竞争半径函数,选择簇首节点,使簇首分布更加合理和均匀;然后划分簇首等级,优化入簇过程,均衡具有不同簇间传输任务的簇内负载;最后结合簇首等级和贪心算法,构建簇间多跳传输路由,降低整体通信能耗和时延.仿真结果表明,所提出的算法不仅能均衡能耗,延长网络寿命,而且能够有效降低网络通信时延.     

一种可调节转发区域的水下传感器路由

水下无线传感器网络路由是水下物联网重要组成部分,可靠高效节能是水下无线传感器网络路由最关心的问题;针对水下无线传感器网络节点路由中能量消耗不均衡和过多冗余转发增加能耗而导致水下无线传感器网络生存周期缩短的问题,提出一种可调节转发区域的水下传感器路由协议(ESAFDBR);ESAFDBR路由协议考虑了当前节点深度和剩余能量,还考虑节点两跳邻域内信息,以这种方式有效减少网络遇到空洞的可能性,平衡网络能量;此外,为抑制冗余节点参与转发,设计划分转发区域,并可根据节点密集程度自适应调整划分区域,有效地提高网络性能.     

基于链接预测的水下WSN消息转发算法

随着移动自组织网络的发展以及为了更加便捷地监测和探索水下环境,水下无线传感器网络开始出现并逐渐受到研究人员的重视.水下无线传感器网络可广泛应用于海洋环境监测、资源开采、水下生物研究、海难搜救等诸多水下场景.与传统的无线传感器网络不同,通常,水下无线传感器网络中存在锚定节点和移动节点两种类型的节点,并且由于水声通信的不规则性和水下环境的复杂性,这些给水下无线传感器网络数据传输带来了很多挑战,如节点移动规律复杂、未来链接不确定等.因此,设计合理的水下无线传感器网络消息转发算法,将有助于提高水下数据的传输效率.针对水下无线传感器网络的网络结构特性,利用链接预测方法来预测未来链接情况,特别引入了时空共同邻居指标来分析节点间链接在时空双重维度上的关联.此外,还针对锚定节点通信范围大、计算能力强的特点,使其扮演边缘计算节点角色,来进一步改善链接预测结果.最后,依据链接预测结果为待转发消息选择合适的下一跳节点.仿真实验结果表明:在消息转发副本数限定的情况下,所提算法能够提高消息投递率,缩短消息转发时延.     

Energy-aware routing for delay-sensitive underwater wireless sensor networks

The energy reduction is a challenging problem in the applications of underwater wireless sensor networks （UWSNs）. The embedded battery is difficult to be replaced and it has an upper bound on its lifetime. Multihop relay is a popular method to reduce energy consumption in data transmission. The energy minimum path from source to destination in the sensor networks can be obtained through the shortest path algorithm. However, because of the node mobility, the global path planning approach is not suitable for the routing in UWSNs. It calls for an energy-efficient routing protocol for the high dynamic UWSNs. In this paper, we propose the modified energy weight routing （MEWR） protocol to deal with the energy-efficient routing of delay- sensitive UWSNs. MEWR is a low flooding routing protocol. It can tolerate the node mobility in UWSNs and achieve a low end-to-end packet delay. MEWR can provide lower energy consumption than the existing low delay routing protocols through the dynamic sending power adjustment. The simulation results demonstrate the effectiveness of MEWR.     

一种通过剩余能量过滤进行簇头选举的低能耗无线路由算法

基于LEACH协议提出一种改进的无线传感器网络的自组织路由算法。该算法在原LEACH协议的簇头产生环节做了较大改进,在簇头产生过程中,将当前节点剩余能量与全无线传感器网络节点平均剩余能量进行比较,防止剩余能量小于全网平均剩余能量的节点当选簇头,进一步优化了全网络节点能量消耗的均衡性,有效推迟了节点的死亡时间。通过在簇头选举阶段使用有目的性的筛选取代LEACH的随机选取,实现降低无线传感器网络能耗、延长网络生命周期的目的。通过MATLAB仿真软件进行试验测试,结果表明,改进的算法可以提高无线网络的生命周期,均衡无线网络能量消耗,增加网络吞吐量,有效延迟无线网络节点的死亡时间。     

基于水平集的围猎式水下传感器节点布置研究

水下传感器网络作为一种探索和开发海洋的新方法,在人类不易接触的水下区域的探测和监测中发挥着重要作用,是无线传感器网络领域研究的热点.在水下空间中传感器节点如何自主调整位置实现对“兴趣域”的覆盖和监视是一个重要课题.该文引入水平集理论LSM,提出了一种基于水平集的围猎式水下传感器节点布置方法.在该方法中网关节点根据传感器节点的位置信息和可能感知到的兴趣域信息,以能量泛函计算兴趣域边缘参数,传感器节点以此参数为根据,完成趋向兴趣域边缘的迁移;大量节点的迁移可逐步演化成对兴趣域的围猎式布置.同时,该文建立了结构相似度SSIM和网络能耗均衡度两个性能评价指标,以评估该文方法在实现兴趣域驱动的水下节点布置的综合性能.大量仿真实验结果表明,该方法在不同节点规模、节点密度和兴趣域形状情况下均可实现对兴趣域边缘的动态地、围猎式地覆盖,从而达到对兴趣域的有效跟踪和监视.     

Ergodic secrecy rate of two-user MISO interference channels with statistical CSI

This paper considers a two-user multiple-input single-output （MISO） interference channel with confidential messages （IFC-CM）, where the beamforming vectors at the two transmitters are jointly optimized using the closed-form Pareto-optimal parameterization. We prove that artificial noise cannot improve the secrecy rate performance, and coordinated beamforming is secrecy-rate optimal which is achieved by agreeing on the parameters between the two transmitters. We analyze the feasible set of the beamforming parameters that guarantees positiveness of the secrecy rates when the transmitters know only statistical CSI, and then analysis in the ergodic secrecy rate region is discussed. More importantly, we derive the closed form of the ergodic secrecy rates and illustrate the Pareto-optimal structure of the beamforming vectors.