异构无线传感器网络中异构节点的部署与优化

在无线传感器网络中适当地部署少量的异构传感器节点能够有效地延长网络寿命,提高网络的可靠性.本文主要研究无线传感器网络中异构节点的部署问题,提出了基于选址问题的异构节点部署算法,以优化无线传感器网络中异构节点的数量和位置.与其它算法相比,该算法对无线传感器网络的拓扑结构没有特定的要求,可以支持随机部署或人工部署的各种传感器网络,最后还给出了该算法的仿真测试结果.     

分布式融合算法在WSANs中的性能分析

在无线传感器执行器中,执行器节点接收传感器节点传来的信息并执行相应的动作。为了满足执行器节点及时地采取行动,无线传感器执行器网络对时延有严格的限制。构建了一种一般性的分布式融合算法并与集中式融合算法比较。通过从网络传输时延、节点能量消耗、网络寿命、有效传输次数等方面分析了这种算法在无线传感器执行器网络中的特性。在三种典型拓扑结构下的仿真实验表明,在相同条件下,分布式融合算法比集中式融合算法具有更小的网络传输时延,更长的网络寿命,同时节点的能量消耗更加均匀。     

无线传感器网络的连通成簇算法

在大规模无线传感器网络中,层次型拓扑可有效地提高节点的能量效率,延长网络的生存时间.本文提出一种基于连通支配集的分布式分簇算法,利用剩余能量较优的节点来担任簇头的角色,使整个网络的能量均衡消耗;在簇内与簇间通信能力相同情况下,使所有的簇头节点构成一个连通子网,以简化簇间通信的约束条件,提高簇间通信的能量效率;模拟实验表明算法的可行性以及有效性,能进一步延长网络的生存时间,可应用于无线传感器网络的层次型拓扑控制.     

WSN中层次型拓扑控制与网络资源配置联合设计方法

综合考虑异构无线传感器网络中节点速率分配、簇的划分规则和链路层网络频带资源占用情况, 提出一种基于拓扑控制与资源优化分配的层次型路由算法. 在网络层, 该算法根据成员节点和簇首节点的速率分配机制建立节点流量平衡模型. 在链路层, 分析无线传感器网络频谱共享行为, 研究邻近用户间访问冲突的规避抑制模型, 重构网络频带资源. 通过引入带宽比例因子将可用频带划分成若干子带, 提高网络频带资源的利用效率. 本文基于跨层联合设计思路, 建立一个混合整数非线性规划问题,对异构无线传感器网络中拓扑控制和网络资源分配问题联合设计, 得到最优的分簇结果和资源分配方案. 最后, 在设定网络拓扑中评估性能, 仿真结果证实该算法在网络频带资源充分利用的同时, 可实现最优的簇首匹配和路由建立结果.     

基于节点增益不同的无线网络拓扑控制技术

无线网络拓扑控制通过调节网络节点的传输功率等措施,从而提升网络性能。无线异构网络因为其网络节点的不同特性,使得适用于无线同构网络的拓扑控制技术无法获得理想的网络性能。以无线网络的图论模型为基础,将信号的能量域指标引入图论模型,从而有效地解决了无线异构网络节点接收增益不同所带来的网络干扰等问题。采用异构无线网络层次类聚等算法,获得接收增益不同条件下的拓扑控制策略。仿真表明,该拓扑控制算法对无线异构网络性能有较大改善。     

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。     

异构传感器网络的一种可调节的拓扑控制算法

在无线传感器网络(WSN)的拓扑控制问题中,良好的拓扑结构能够提高路由协议和MAC协议的效率,但是WSN易受外界环境的影响,所以需要设计拓扑结构也能随着环境的变化而变化.而以前的拓扑结构大部分都是固定的,它们的缺点是不能适合环境的变化,并且已有的可调的拓扑结构都是针对同构WSN.针对该问题,提出了一种适用于异构WSN的可调的拓扑控制结构ATCH,该算法使得节点可以独立地调节拓扑结构,并且允许节点有不同的信道损失指数.通过证明和仿真实验显示,算法构造的拓扑图在保证网络连通的同时,能够很好的在能耗最低路径和低节点度之间进行调节.     

无线传感器网络中一种分布式冗余检测算法

无线传感器网络覆盖控制中现有的大部分冗余检测算法都是针对节点感知半径相同的同构网络的,无法应用于异构网络.提出一种保持网络k级覆盖的适应异构传感器网络的分布式冗余检测算法.该算法根据节点的冗余分布特性设计了有效覆盖邻居选取,通过有效覆盖邻居感知半径关系及交点处的覆盖程度判断检测冗余.仿真表明:算法中有效覆盖邻居选取的设计,大大降低了节点执行冗余计算的时间,算法的运行效率较高;算法在异构WSN中性能优异,冗余检测彻底、充分,有益于节省节点能量,延长网络生存时间.     

一种适用于无线传感器网络的拓扑控制算法

无线传感器网络拓扑控制算法对于延长网络的生存时间、减小通信干扰、提高路由协议和MAC协议的效率等具有重要的意义.在分析XTC(eXemplary Topology Control)算法的基础上,提出一种改进的基于局部网络信息的分布式拓扑控制算法M-XTC(M0dIfied-XTC).改进算法保持了XTC算法简单、实用,不需要节点位置信息,适用于普通节点、异构网络和三维空间等优点,并且更有利于延长网络的生存时间,具有更好的实时性和鲁棒性.     

一种基于执行器控制域的分布式数据收集协议

针对无线传感器/执行器网络(Wireless Sensor and Actuator Networks,WSANs)中执行器控制域的数据收集问题,提出了一种基于执行器控制域的分布式数据收集协议(DG-ACD协议).DG-ACD协议从能量有效性和数据融合的角度,提出了执行器控制域内传感器节点的中继代价函数,并以执行器节点为中心,采用发射功率分级递进的路由建立方式,为控制域内的每个传感器节点寻找其到达执行器节点的中继节点,从而实现对执行器控制域内传感器节点的聚集和数据收集.实验仿真结果表明,网络中节点(包括执行器节点)部署完成后,DG-ACD协议能有效地将网络中的传感器节点聚集到相应的执行器节点,并在数据收集的能量有效性、实时性和稳定性上均有良好表现.     

自适应异构传感网节能优化拓扑控制研究

针对传统的节能优化算法没有充分考虑节点间的通信距离和节点失效后重新分簇等问题,为了延长网络的生存期,提出一种自适应优化异构无线传感器网络拓扑结构控制算法.提出的算法首先基于传输数据跳数和相邻传感器之间通信距离,依据相似三角形几何原理,结合具体应用场景对传感器节点的分簇、成簇等操作进行自适应优化控制.仿真实验表明:改进的...     

基于最短路径的异类传感器网络分布式拓扑控制

针对异类传感器网络提出了一种基于最短路径的分布式拓扑控制（SPD/TC）算法。该算法利用网络中所有节点的局部信息保持网络的连通性,同时,利用最短路径算法计算链接权值的大小来进行拓扑结构的调整。将该算法与DRNG算法的节点度和平均链接长度进行仿真分析,仿真结果表明：该算法能更有效降低干扰,节省网络能量,提高了网络的性能。     

基于分簇的无线传感器网络节能路由算法

针对传感器网络能量有限的特点，提出一种基于分簇的节能路由算法—CESR算法，算法采用逐步求解的方式，将整个网络分成若干个交叠簇，整个网络有簇间和簇内两级拓扑。节点在选择路由时先根据簇间拓扑选择簇路由，当数据经过某个簇进行转发时，边界节点根据簇内拓扑产生簇内路由，算法尽量选择消耗能量值最小的路径转发数据，并且能够避免低能量节点，算法存储开销和控制消息相对较少。     

Energy-aware self-organisation algorithms with heterogeneous connectivity in wireless sensor networks

Heterogeneity of node energy is a common phenomenon in wireless sensor networks. In such node energy heterogeneous sensor network, how to balance the energy consumption is the key problem on extending the lifetime of the sensor network system. An energy-efficient self-organisation algorithm with heterogeneous connectivity based on energy-awareness is proposed. Each sensor node in the network adjusts its own transmission radius based on the local energy information during the constructing and operating phase. Thus heterogeneous network topology, in which the nodes can choose different transmission radius, is formed. In contrast to the homogeneous network model, in which the node carries the same radius, simulation and analysis are conducted to explore the topology characteristics and robustness with different node energy distribution. The degree distribution shows the scale-free property in the heterogeneous model. The proposed network model enjoys higher efficiency of transmitting data, less clustering, higher robustness under node random failures and longer network lifetime than those in the homogeneous ones.     

一种能耗均衡的WSN分布式拓扑博弈算法

无线传感器网络（wireless sensor network,WSN）中通常节点能量受限,节点间能耗不均衡会导致网络生命周期缩短.针对该问题,综合考虑节点的能量效率和能耗均衡,通过引入阿特金森指数设计了一种改进优化的综合效用函数;基于此,建立了一种能耗均衡的拓扑博弈模型,并证明了该拓扑博弈模型是序数势博弈且存在帕累托最优;提出了一种能耗均衡的WSN分布式拓扑博弈算法（DTCG）.通过仿真实验及对比分析表明,相较于其它基于博弈理论的拓扑控制算法,DTCG算法能在保证网络连通性和鲁棒性的前提下,降低节点发射功率,拥有更好的能量均衡性和能量效率,可以有效延长网络生命周期.     

跨层优化的WSN能耗均衡拓扑博弈算法

由于无线传感器网络承载服务的多样性和工作环境的复杂性，使得基于单层信息设计的拓扑控制方法面临挑战。针对该问题，通过引入博弈理论和超模博弈的概念，将节点度、网络连通性和MAC层干扰程度等跨层信息融入到效用函数的设计中，构建了一种新的拓扑博弈模型，并证明了该模型属于超模博弈且存在纯策略纳什均衡，进而提出了一种跨层优化的WSN能耗均衡拓扑博弈算法（COETG）。通过仿真实验与对比分析表明，COETG算法能在保证网络连通性和鲁棒性的前提下，降低节点发射功率，拥有良好的能耗均衡性和能量效率，有效延长了网络生存时间，提升了网络性能。     

一种基于区域分裂与合并的势博弈网络拓扑控制算法

现有无线传感器网络拓扑控制算法在传感器节点部署密集或稀疏区域存在网络拓扑链路冗余、个别节点负载过重、瓶颈节点和网络生命周期短等问题。针对这些问题,提出一种基于区域分裂与合并的势博弈网络拓扑控制算法,该算法首先划分目标区域并随机抛洒传感器节点,在每个子区域内进行博弈并选出簇首节点,利用区域分裂与合并思想,在节点密集区域进行分割再博弈,防止部分节点负载过大,在节点稀疏区域利用权重链路进行合并,防止出现瓶颈节点以保障网络连通;然后对所有簇首节点实施二次势博弈生成簇首拓扑结构连接各子区域。仿真结果表明,该算法能够有效缓解节点负载,均衡节点能耗,延长网络生命周期。     

无线传感器网络中基于Voronoi覆盖及Delaunay三角剖分图的最小刚性拓扑控制算法

为同时满足覆盖与节能应用需求,本文提出了无线传感器网络中一种最小刚性拓扑控制算法MRTc（Minimal rigid topology control algorithm based on Voronoi coverage and Delaunay triangulation）.该算法基于Voronoi覆盖机制,准确控制节点工作状态,实现活动节点对目标区域的完全覆盖.在此基础上,MRTc利用Delaunay三角剖分图的特点,构建出适用于无线传感器网络的最小刚性拓扑结构.该结构有效约束了网络平均节点度,且同时具有容错性、覆盖性和稀疏性.此外,MRTc引入节点功率控制策略,在维持网络完全覆盖的基础上最小化节点能耗.仿真结果进一步验证了本文提出的MRTc算法的有效性.     

无线传感器网络的一种可调节的拓扑控制算法

在无线传感器网络的拓扑控制问题中,保持节点能耗最低路径和低节点度之间存在一种平衡.最佳的平衡点与具体的应用和网络状态有关.文中提出一种新的拓扑控制算法,使所构造的拓扑能在这两个不一致的目标之间进行调节.该算法所构造的拓扑结构在一极能保持所有能耗最低路径,另一极能使平均节点度逼近理论最小值.仿真结果证实新算法在比已有方案更真实的能量消耗模型下可以保持所有能耗最低路径,同时也显示新算法对节点度有更大的调节范围.     

基于路径损耗的WSN拓扑控制算法

现有无线传感器网络拓扑控制算法大多基于理想网络模型,且需要节点位置信息。为此,提出一种基于路径损耗的拓扑控制算法。该算法无需任何节点位置信息,通过计算两节点间小于或等于3跳的前向与后向路径损耗,构建网络拓扑。仿真结果表明,该算法能降低网络能耗及节点间的通信干扰,保证网络连通性,延长网络生命周期。