无线传感器网络中的优先级数据转发攻击检测方法

优先级队列是一种先进先出的数据结构，在优先级数据转发过程中，一旦其遭受攻击，整个队列中的数据将都会受到影响。为保证无线传感网络中优先级数据转发的安全性，提出一种优先级数据转发攻击检测方法。首先采用监督判别算法对传感网络中的优先级数据做降维处理；其次采用主成分分析法提取优先级网络数据中的特征；最后将提取的特征输入到构建的攻击检测模型中，通过设立的攻击检测阈值判定被攻击的数据，完成无线传感器网络中的优先级数据转发攻击检测。仿真结果显示：所提方法的数据包传输率为0.95bps，网络吞吐量均高于90，路由开销小于19，能量消耗约500J，攻击检测误报率低于4.76%。因此所提方法具有较好的优先级数据转发效果，能准确检测攻击。     

实时监测的混合式无线传感器网络多路径路由研究*

在考虑节点从环境获取能量的基础上,提出了一种用于实时监测的混合无线传感器网络的多路径路由算法。分析了货运列车脱轨车载式无线监测这类实时监测的混合式无线传感器网络系统的应用需求,在设计路由协议时根据节能和传输延时来选择路由。节点通过环境振动采集能量的同时对其能量水平进行等级划分,将传输的数据划分为不同的优先级,每个节点根据自身的能量水平对不同优先级的数据包采用不同的路由策略。仿真实验表明,该路由算法在满足了网络应用需求的基础上具有节能特性,并缩短了传输延时。     

无线传感网中基于优先级的节点休眠调度机制

当前，无线传感网的广泛应用给人们带来便捷的同时，与日俱增的能耗也对全球环境造成了重大影响。因此，无线传感网的节能问题始终是业界关注的焦点。节点休眠调度策略有助于合理组织网络中传感器节点的工作状态，从而有效均衡网络中节点负载和降低网络整体能耗。首先，对现存的休眠调度策略进行了调研分析，并指出了存在的边界效应问题。然后，针对现有节点休眠调度策略存在的不足，面向无线传感网目标监测应用场景的需求，综合考量网络覆盖度和节点剩余能量，构造了节点进行休眠决策的优先级，并据此设计了基于优先级的分布式节点休眠调度机制（Priority Based Distributed Sleep Scheduling, PBDSS）。仿真实验结果表明，与典型的贪心休眠调度策略相比，PBDSS能够降低信息交互带来的能量开销，有效解决了边界效应问题，均衡了网络节点能耗，提高了节点能量效率，延长了网络寿命。     

基于802.11ah井下监测传感网的RAW重分组研究

现有的ZigBee、超宽带、WiFi等井下无线传感网通信技术或传输距离短,或传输速率较低,或覆盖范围与接入设备数量受限,而IEEE 802.11ah协议满足井下无线传感网对传输范围、功耗、网络容量、传输速率等的要求,可用于井下监测传感网传输周期性监测数据。针对802.11ah协议中MAC层标准限制接入窗口(RAW)机制在进行传感节点分组时不灵活、易导致组间负载不平衡的问题,提出了一种基于时延优化的RAW重分组方法:根据数据包预计传输时间对所有传感节点重新分组,通过3次分组来减少RAW组内节点碰撞、降低传输时延。为实现RAW重分组,提出了关联标识符(AID)分组重分配方法:采用部分传感节点断开关联的方式,按重分组后的RAW组分批次为节点重新分配AID,并将AID与节点MAC映射,从而减小RAW重分组时间开销,避免AID重分配过程中因数据无法传输而导致网络性能下降。仿真结果表明,随着井下监测传感网中传感节点增多,RAW重分组方法较标准RAW机制的网络时延更小、吞吐量更大、丢包率更低,且重分组过程对网络性能影响较小。     

一种基于优先级的无线传感器网络实时MAC协议

MAC(Medium access control)协议直接影响着无线传感器网络能量的有效性和实时性,对此,提出一种基于公平优先级的MAC(FP-MAC)协议.该协议对不同类型的网络数据流设置不同的优先级,以保证较高优先级的数据能够实时传输;根据网络负载自适应地调节占空比,实现了低能耗与低时延.分析及实验表明,协议给出了时延上限,提供了实时性及可扩展性,同时保证了不同优先级之间的公平性,能够很好地适应具有实时性要求的无线传感器网络应用.     

基于能耗信任值的无线传感网络克隆攻击检测方法

为避免无线传感网络信息传输时被黑客克隆攻击，导致数据传输质量下降，在能耗信任值的基础上，提出一种无线传感网络克隆攻击检测方法。根据无线传感网络节点拓扑图，建立无线传感网络节点能耗模型，计算接收端和发送端在信息传输时所消耗的能耗。以簇内成员节点信息路由表为依据，利用簇头节点对每个成员节点的ID、Postion和剩余能量值展开初期检测、能耗信任值计算和数据融合。基站端通过对簇头节点路由信息和融合后的信息进行检测的方式，完成对整个无线传感网络的克隆攻击检测。仿真分析结果表明，所提方法具有较高的检出率、数据包投递率以及较低的时延和能耗，取得了较理想的攻击检测结果。     

一种服务区分的多媒体传感器网络MAC协议

为在资源受限的无线传感器网络中传输具有不同业务要求的多媒体信息,提出一种基于服务质量感知和优先级的无线多媒体传感器网络MAC协议——QA-MAC。协议通过有效的服务区分机制,对不同优先级的数据流采用不同的自适应竞争窗口调节方法和占空比调整方法,以保障不同优先级业务的实时传输要求。仿真实验结果表明,与S-MAC协议相比,QA-MAC协议在网络延迟性和数据包传输率方面都有明显提高,随着网络负载的增大,数据包传输率平均可以提高30%以上,能够较好地满足无线多媒体传感器网络应用的需求。     

基于改进Adaboost算法的无线传感网络入侵检测方法

为降低无线传感网络节点入侵误检率，引进改进Adaboost算法，设计一种针对无线传感网络的全新入侵检测方法。参照无线传感网络在传输数据过程中的电能量消耗模型，设定网络连续传输节点之间的距离，计算无线传感网络节点传输消耗能量；引进改进Adaboost算法，对节点进行权值的初始化处理，计算入侵样本初始权值，设计入侵数据的分类。入侵检测一般分为探测与应答两个步骤，通过对无线传感网络流量异常的感知，实现对无线传感网络入侵的检测。对比实验结果证明：设计的检测方法可以在提高无线传感网络节点攻击样本数量检测结果精度的同时，降低网络节点入侵误检率。     

基于概率传输的无线传感网数据汇聚方案

针对传统无线传感网数据汇聚中通信开销较大的问题,提出了基于概率传输的无线传感网数据汇聚方案。由于簇内节点有限,汇聚误差难以避免,在可容忍汇聚误差下,簇内节点按概率进行数据发送,可有效减少簇内消息传输量,降低通信开销。同时,采取狄克逊准则对小样本中的粗大误差进行剔除提供高的簇内汇聚可靠性。实验结果表明,在可容忍误差下进行概率发送可有效降低簇内消息传输量,所提方案的簇内数据汇聚通信开销约为传统方案的27.5%;概率发送的汇聚误差与所有节点进行数据发送的汇聚误差基本在同一水平,都是传感器网络可接受的。     

智能配电网通信多信道调度策略

为了有效提高基于无线传感网的配电网服务质量,进一步增强配电网中数据实时性,减少延迟,提出了一种基于优先级的多信道调度策略。首先,根据实时的信道链路状态信息,提出了基于最小跳数生成树的链路路由算法（LB-MHST）,克服了无线射频干扰,保证智能电网的服务质量;然后,针对配电网中不同数据包对于延迟要求的不同,考虑了数据优先级传输,有效地提高了感知节点的数据传输效率,进一步满足了配电网中的QoS性能要求。实验结果表明,与最小跳数生成树（MHST）算法相比,尤其是在多信道延迟感知传输中,提出算法在单信道、8信道和16信道时分别将高负载流量延迟性能提高了12%,15.2%和18%。     

面向智慧教室的无线传感网边缘节点智能部署方法

摘 要: 为降低部署后的通信时延,提高智慧教室的数据发送与网络使用效率,提出面向智慧教室的无线传感网边缘节点智能部署方法。以智慧教室场景中良好的通信、最大限度降低部署边缘节点成本为优化目标,构建边缘节点智能部署的目标函数。针对目标函数设定流量约束条件、无线传感网数据流约束条件、节点计算能力约束条件。自适应调整粒子群优化算法的惯性权重、粒子更新速度、Pareto最优解保存策略,设计多目标改进粒子群优化算法求解目标函数,实现面向智慧教室的无线传感网边缘节点智能部署。测试结果表明,该方法的时延较低,网络计算能力较高,保证了智慧教室无线传感网通信和传输质量。     

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.     

An energy-saving routing architecture with a uniform clustering algorithm for wireless body sensor networks

Wireless body sensor networks are expected to extend human-centered applications in large-scale sensing and detecting environments. Energy savings has become one of the most important features of the sensor nodes to prolong their lifetime in such networks. To provide reasonable energy consumption and to improve the network lifetime of wireless body sensor network systems, new and efficient energy-saving schemes must be developed. An energy-saving routing architecture with a uniform clustering algorithm is proposed in this paper to reduce the energy consumption in wireless body sensor networks. We adopted centralized and cluster-based techniques to create a cluster-tree routing structure for the sensor nodes. The main goal of this scheme is to reduce the data transmission distances of the sensor nodes by using the uniform cluster structure concepts. To make an ideal cluster distribution, the distances between the sensor nodes are calculated, and the residual energy of each sensor node is accounted for when selecting the appropriate cluster head nodes. On the basis of the uniform cluster location, the data transmission distances between the sensor nodes can be reduced by employing an adaptive multi-hop approach. The energy consumption is reduced, and the lifetime is extended for the sensor nodes by balancing the network load among the clusters. Simulation results show that the proposed scheme outperforms the previously known schemes in terms of the energy consumption and the network lifetime for the wireless body sensor networks.     

无线传感器网络中基于关联度的多查询优化

无线传感器网络是一种以数据为中心的网络,用户通过基站向网络提出查询请求获取所需数据。如何通过多查询的优化来减少传感器节点的能耗以延长网络生命期是无线传感器网络中需要解决的关键问题之一。提出了基于关联度的多查询优化算法,其基本思想是节点通过节点与候选父亲节点之间的关联度来选择父节点,从而被相同查询覆盖的节点聚集成一个组,多个查询间共享组中节点的数据,在网络中对查询数据进行有效的融合,充分减少了网络的数据传输量,延长了网络的生命期。理论分析和模拟实验表明该算法可以充分减少数据传输量,从而达到节能的目的。     

一种能量高效的无线传感器网络分簇路由算法

无线传感器网络中节点的能量有限,提高能量的有效性便成为无线传感器网络路由协议设计的首要目标。设计了一种能量高效的分簇路由算法,它提出让候选节点在一定的覆盖范围内以剩余能量为标准来竞选簇头,以使簇头分布均匀;处于簇类交界的节点则根据能量和距离来选择归属的簇头,以平衡网络负载;新算法还采用多跳的簇间通信方式来降低大部分簇头节点的通信负载。仿真结果表明:新算法能够有效降低网络能耗,延长网络生存时间。     

Analysis of low power wireless links in smart grid environments

Recently, wireless sensor networks (WSNs) have been used in various smart grid applications, including remote power system monitoring and control, power fraud detection, wireless automatic metering, fault diagnostics, demand response, outage detection, overhead transmission line monitoring, load control, and distribution automation. However, harsh smart grid environment propagation characteristics cause great challenges in the reliability of WSN communications in smart grid applications. To this end, the analysis of wireless link reliability and channel characterizations can help network designers to foresee the performance of the deployed WSN for specific smart grid propagation environments, and guide the network engineers to make design decisions for the channel modulation, encoding schemes, output power, and frequency band. This paper presents a detailed analysis of low power wireless link reliability in different smart grid environments, such as 500 kV outdoor substation environment, indoor main power control room, and underground network transformer vaults. Specifically, the proposed analysis aims to evaluate the impact of different sensor radio parameters, such as modulation, encoding, transmission power, packet size, as well as the channel propagation characteristics of different smart grid propagation environments on the performance of the deployed sensor network in smart grid. Overall, the main objective of this paper is to help network designers quantifying the impact of the smart grid propagation environment and sensor radio characteristics on low power wireless link reliability in harsh smart grid environments.     

无线传感器网络RCF-MAC协议研究

射频充电（ RFC）技术是一种通过基站发射射频电波为传感器节点补充电量的新兴技术。但在RFC无线传感器网络中,多基站同时发射能量时产生的能量干涉衰减现象会明显降低充电效率,此外,能量传输与数据通信共享信道会降低整个网络的吞吐量。针对上述问题,提出了RFC—MAC协议,为提高充电效率,将请求充电传感器节点周围的基站按距离分为两组,两组基站分时能量传输,以避免能量干涉衰减现象;传感器网络中设双信道,分别用于能量传输与数据通信,以提高网络的吞吐量。仿真结果表明：RFC—MAC协议显著提高了传感器节点的充电效率和平均网络吞吐量。     

无线传感器网络疑误数据节点自动诊断方法

为了提高无线传感器网络疑误数据检测能力,提出基于轮换调度的无线传感器网络疑误数据节点自动诊断方法。通过采用分块区域特征匹配的方法,得到无线传感器网络疑误数据传输的梯度模型,采用资源优化分配方案,进行数据传输信道的均衡调度,得到节点部署分布模型。通过传感信息跟踪采样方法,得到采样信息分布,建立无线传感器网络疑误数据信息特征分析,通过分组特征检测方法进行无线传感器网络疑误数据的信息融合和空间融合调度,提取无线传感器网络疑误数据的关联规则特征集,通过统计信息分析和融合调度的方法,进行无线传感器网络疑误数据的聚类挖掘,采用预算估计算法,得到疑误数据节点定位优化,结合自主学习算法,实现无线传感器网络疑误数据节点的优化定位和诊断检测。仿真结果表明,采用该方法进行无线传感器网络疑误数据节点检测的自适应性较好,特征辨识能力较强。     

粒子寻优和最小生成树聚类下的WSN能量优化

为了均衡分簇无线传感器网络节点能量负载,提高网络的能量利用效率,提出了一种粒子寻优和最小生成树聚类规则的能量优化算法（OMST）。该算法为了使得簇头的能量负载能够得到均衡,采用基于粒子寻优的方法来进行适应值求解,通过适应值对比来求得最佳簇头,以减少簇内节点的传输能耗。同时,提出一种最小生成树聚类规则的簇首数量选择方法,该方法基于剩余能量和距离因素来选择最优的簇首数量,在保证数据传输质量的同时最小化网络总能量的消耗量。仿真结果表明,相比一种新型差分进化的无线传感器网络聚类算法和多层节能及距离感知的无线传感器网络聚类算法,OMST算法的节点平均能量效率分别提高了16.7%和6.4%,网络节点存活数量分别提高了24.1%和13.7%。     

WSNs中高效且适应性强的安全数据融合*

针对无线传感器网络中传感节点能量的有限性和无线链路的时变性,设计了一种高能效的、适应性强的安全数据融合算法EASDA。该算法在融合过程中基于非物理意义的模式码将传感器节点分成冗余集,在数据传输过程中利用数字喷泉码进行编码。仿真结果显示,该算法有效地减少了冗余数据的传输,使网络中能耗更加均衡,并且适应于任何删除信道。