无线传感器网络最小连通覆盖集问题求解算法

降低能耗以延长网络生存时间是无线传感器网络设计中的一个重要挑战.在传感器节点高密度部署的环境中,在保证网络性能的前提下,仅将最少量的节点投入活跃工作状态,而将其余节点投入低功耗的睡眠状态,是一种节约系统能量的有效方法.如何计算同时满足"覆盖要求"(工作节点必须能够完全覆盖目标区域)和"连通性要求"(工作节点组成的通信网络必须是连通的)的最小节点集合,是一个NP难问题.设计了一种基于目标区域Voronoi划分的集中式近似算法(centralized Voronoi tessellation,简称CVT),用于计算完全覆盖目标区域所需要的近似最小节点集.当节点通信半径大于等于2倍感知半径时,CVT算法构造的节点集是连通的;当节点通信半径小于2倍感知半径时,设计了一种基于最小生成树(minimum spanning tree,简称MST)的连通算法来计算确保CVT算法构造的覆盖集连通所需的辅助节点.理论分析和实验数据表明,CVT(+MST)算法的性能在时间复杂性和连通覆盖集大小方面都优于已有的贪婪算法.     

基于改进的Voronoi划分的集中式算法的无线传感器网络覆盖问题研究

设计了一种基于目标区域Voronoi划分的改进的集中式近似算法,用于计算完伞覆盖目标区域所需要的近似最小节点集.仿真结果表明,该算法能够有效地找到更少的连通覆盖节点,降低能耗,延长网络的生命周期.     

基于Voronoi图的无线传感器网络K覆盖算法

针对无线传感器网络(WSN)在随机高密度部署节点情况下的多重覆盖问题,提出一个基于Voronoi图的K覆盖算法。该算法利用邻居节点信息计算Voronoi覆盖邻居节点集,构建有向Voronoi覆盖关系图,通过调整关系图中的节点状态实现K覆盖。仿真结果表明,该算法能正确判断网络覆盖率,连通K覆盖的近似最小活动节点集数目少于CCP算法。     

Ad Hoc网络区域最小覆盖方法研究

覆盖控制作为无线传感器网络中的一个基本问题,反映了网络所能提供的“感知”服务质量,可以使无线传感器网络的空间资源得到优化分配,进而更好地完成环境感知、信息获取和有效传输的任务.如何计算同时满足“覆盖要求”（工作节点必须能够完全覆盖目标区域）和“连通性要求”（工作节点组成的通信网络必须是连通的）的最小节点集合,是一个NP难问题.本文设计了一种基于目标区域Voronoi划分的改进集中式近似算法,用于计算完全覆盖目标区域所需要的近似最小节点集.     

基于链路交点相对位置信息的轻量级覆盖空洞检测算法

针对无线传感器网络（WSN）覆盖空洞导致网络性能和服务质量下降的问题,提出了一种基于链路交点相对位置信息的覆盖空洞检测算法（CHDARPI）。首先,定义空洞边界节点并计算相邻边界节点间链路的交点相对位置（RPI）值;然后,采用基于未完全覆盖交点数量（NICI）优先的策略选择空洞检测的发起节点,保证了连通覆盖空洞的并发检测。最后,在空洞检测过程中,将空洞检测消息局限于空洞边界节点之内,并根据转发节点方向角的大小制定不同场景下的转发策略,保证了空洞检测的效率。仿真结果表明：与现有基于边界节点的分布式覆盖空洞检测算法（DCHD）和基于分布式最小极角的覆盖空洞检测算法（DLPA）相比,CHDARPI在平均空洞检测时间和检测能耗方面分别至少下降了15.2%和16.7%。     

无线传感器网络中基于异构节点的覆盖控制算法

研究了无线传感器网络中基于异构节点的优化覆盖控制问题.异构无线传感器网络由两类能力不同的节点组成,包括普通节点和超级节点.对普通节点采用基于状态轮转的覆盖控制算法,对超级节点采用基于路由表的转发策略.通过两类节点的协作使得网络达到覆盖与连通的目的.模拟结果表明,在具有相同初始能量的情况下,该算法与SHHN-HS算法相比能够延长网络生命期.     

机场噪声监测无线传感网络最小连通覆盖集研究

针对机场噪声监测无线传感网络中的最小连通覆盖集问题,设计了一种基于目标区域Voronoi划分的集中式近似算法,用于分析完全覆盖目标区域所需的最低要求的节点集;为了更好地调整噪声监测节点的感知半径Rs与通信半径Rc的比值关系,在通信半径小于两倍感知半径时,提出了一种基于最小生成树的连通算法用以确保CVT算法构造的覆盖集连通所需的辅助节点。理论分析与仿真实验表明,与现有常用的集中式贪婪算法和DVC算法相比,CVT(+MST)算法的性能在时间复杂性和连通覆盖集大小等两方面都较优。     

基于传输范围覆盖的无线传感器网络广播算法

广播在无线传感器网络中具有广泛的应用.泛洪广播虽然简单,但极为耗能.基于概率、基于计数以及基于位置等广播算法不使用任何邻节点信息,简单但性能改善有限.MPR以及多数基于连通支配集的广播算法利用2-hop邻节点信息计算转发节点集,虽然获得了较好的性能,但需更多的通信开销以获取和维护2-hop邻节点信息.为减少转发节点并节约通信开销,较好的实现无线传感器网络广播,本文利用1-hop邻节点信息提出了一种基于传输范围覆盖的广播算法TRCB.算法的主要思想是如果发送节点U的1-hop邻节点V被U和不包括节点V的其余1-hop邻节点集S覆盖,则节点V将不参与转发.分析与仿真表明,TRCB有效减少了冗余转发节点,从而节约了无线传感器网络能耗;并且利用1-hop邻节点信息,具有通信开销小、适应网络拓扑变化的特点;且其性能优于同样利用1-hop邻节点信息的边缘转发算法EFB.     

无线传感器网络连通k覆盖问题及其解决方案综述

覆盖控制是无线传感器网络的一个基本问题,通过对网络空间资源的优化分配,来更好地完成环境感知和有效传输等任务。作为覆盖控制理论的研究热点之一,连通k覆盖问题研究如何从随机部署的大量传感器节点中选择一部分节点激活,使得任意监测目标都被至少k个不同的活跃节点同时覆盖,而且所有活跃节点都是通信连通的。本文分析了无线传感器网络中连通k覆盖问题的系统模型和算法评价指标,介绍了一些典型的近似算法并对其进行了分析和比较,最后进行了总结和展望。     

基于目标覆盖的无线传感器网络的连通性优化部署方法

覆盖控制技术研究无线传感器网络空间资源的优化分配,以满足用户的感知需求.覆盖节点的连通性是覆盖研究的关键问题,决定了感知数据能否最终传递给用户.已知的研究并未涉及目标覆盖确定部署应用的连通性问题.因此,分析了目标覆盖中的连通性问题,首次提出针对目标全覆盖与维护节点集连通性关系的连通临界条件;针对连通性条件无法满足的情况,提出了一个维护连通性的优化部署方案.该方案首先建立连通子集间的最小生成树,构造连通候选集;然后,基于连通候选集,利用遗传算法得到优化候选位集.仿真实验表明,提出的优化部署方案既实现了对目标集的全覆盖,又维护了连通性,并使候选位集的元素个数更少.     

WSN中有效的最小单位圆集覆盖算法*

针对具有不同传输半径的无线传感器网络覆盖与广播数据转发问题,提出了一种以最小单位圆覆盖集作为广播数据转发集的算法。该算法能有效计算出覆盖范围的轮廓集,具有最优的时间复杂度O(n log n)。对每个节点,该算法以其最少数量的邻居节点子集实现所有邻居节点的覆盖,并证明了该算法找到的最小单位圆覆盖集与其轮廓集是相等的。详细的仿真实验及与现有算法的比较表明,提出的覆盖算法不仅以最少数量的节点实现了网络覆盖与广播数据转发,同时延长了网络生命期。     

一种基于节点位置余弦相似度的机会网络转发算法

针对机会网络中数据送达率较低的问题,文中根据节点历史接触信息即节点相遇次数、相遇时间长度、节点关系稳定性来计算节点转发效用值。首先选择通信范围内效用值最大的邻居节点作为初始转发节点,再根据余弦相似度选择其他转发节点,使得转发节点能够尽可能均匀地分布。在此基础上,提出一种基于节点位置余弦相似度的机会网络转发算法(Opportunistic Network forwarding algorithm based on Node Cosine Similarity,ONNCS)。该算法使得转发节点能够均匀地分布,因此数据报文能够尽快地被转发到目的节点。实验结果表明,ONNCS具有较高的转发成功率和较低的转发能耗,转发成功率高出其他算法5%～8%。     

一种基于学习自动机的WSN区域覆盖算法

基于连通支配集(Connected dominating set,CDS)的区域覆盖算法大都采用休眠节点数量的最大化机制来实现节能,这将给无线传感器网络中的活动节点带来沉重的负担。活动节点电能的迅速耗尽将导致CDS失效,产生覆盖盲区。不断激活其他休眠节点,会出现频繁的网络拓扑变化,导致网络收敛性出现问题。提出了一种基于学习自动机的WSN区域覆盖算法。采用受度限制的连通支配集d-CDS来构造WSN骨干网络,利用学习自动机选择当前节点的最优邻居节点,以此实现对所构造CDS的优化,实现活动节点的负载均衡,改善区域覆盖性能。通过仿真实验对比Gossip、ST-MSN和TMPO等算法,表明本文提出的算法在网络覆盖比率、活动节点的剩余电量等方面均存在优势。     

一个主动式路由器操作系统:AOSR

主动式网络（ａｃｔｉｖｅ ｎｅｔｗｏｒｋ）是为解决当前网络基础设施适应性及灵活性差、服务更新困难提出的一种全新的网络概念。它是一种可编程的计算机网络。用户可以通过在网络节点运行自己的定制程序,不实现对“流”经它的用户数据的“特别”处理,文中提出并设计了一个新的路由器操作系统,即主动式路由器操作系统ＡＯＳＲ。它以最大限度地满足用户服务质量和提高系统资源利用率为目标,能在高速、安全地转发数据包的同时,     

基于NIO的集群服务器设计与实现

采用非阻塞IO技术和动态负载均衡机制,将普通机群连接起来实现大规模的文献资源数据处理和网络服务.机群中的每个节点都有自主学习的功能,根据实际的转发情况不断的调整自身的转发控制表,删除多次转发失败的节点,从总服务器上读取新的转发目标节点,有效的降低了本地网络上信息查询负载,使得每个节点以最少的试探查询次数转发负载,从而在整体上提高服务器的性能.通用型的TCP服务器系统可以方便地通过系统提供的接口编写定制类型的Web服务器或者C/S服务器.     

机会路由中一种候选节点数量估计方法

针对机会路由中候选节点数量过多的问题,提出一种基于距离的候选节点数量估计方法(DBNCE)。该方法根据当前节点到目的节点的距离,结合网络密度、当前节点邻居节点的数量等因素,为参与数据包转发的每个节点设置相应数量的候选节点。仿真结果表明,在机会路由中应用该方法,能够在保证数据传输成功率的基础上,有效地减少网络中候选节点的数量,从而提升网络的性能。     

一种无线传感器网络目标的最优覆盖算法

无线传感器网络点状目标覆盖的算法中,集合分割算法虽简单,但效率低且仅适用于每个传感器节点能量都相等的网络模型.为此,我们对集合分割算法进行改进,提出一种启发式贪心最优覆盖算法.该算法适用于节点能量正态分布的网络模型,采用了关键目标优先覆盖策略和节点能效最大化策略,延长了网络覆盖生命期,提高了算法的效率.实验表明新算法网络生命期延长80%以上,有更好的适应性和稳定性.     

全覆盖需求的水下传感器网络覆盖保持算法

水下传感器网络常常需要传感器网络能满足对监测区域全覆盖的需求,这直接反映了网络的服务质量(QoS)。为尽量延长网络全覆盖时间,本文提出了一种全覆盖需求的水下传感器网络覆盖保持算法(Full-coverage Required Coverage-preserving Algorithm,FCCP)。首先,通过构建覆盖集的方法选举根节点,覆盖集的每个元素根据覆盖需求部分或完全覆盖该节点的感知区域;然后,使网络中的冗余节点休眠,节点选择其覆盖冗余度最高的父节点作为下一跳节点,形成树形路由;最后,节点通过多跳方式将采集的数据发送至Sink节点。与以全覆盖为目标的能量感知覆盖保持分层式路由协议(Energy-aware Coverage-preservingHierarchical Routing Protocol,ECHR)相比,FCCP算法减少了网络能耗,延长了实现全覆盖的网络生存期。     

RGA-D：一种无线传感器网络覆盖优化方法

研究了无线传感器网络覆盖优化问题,针对传感器节点随机部署、分布不均,传统覆盖优化算法一般只考虑网络部署后单次优化的问题,提出基于节点冗余和覆盖集冗余的计算方法,用网络的局部特征表征全局特征,改进了网络覆盖模型。并在此基础上提出RGA-D算法,利用遗传算法计算覆盖集,同时考虑节点和覆盖集冗余度,对网络整个生存期进行全局优化。仿真实验表明,RGA-D算法能在活跃节点数和网络覆盖率之间达到平衡,解决了网络生存期后期容易出现覆盖盲区的问题。     

面向分层移动IPv6 网络的动态指针推进机制

基于指针推进机制的分层移动IPv6方案因未考虑移动锚点管理域的影响,导致较高的注册和报文分发开销.提出一种面向分层移动IPv6网络的动态指针推进机制(dynamic pointer forwarding scheme for HMIPv6 networks,简称DPF-HMIPv6),移动节点可根据所选移动锚点的管理域大小,动态调整指针推进机制.若所选移动锚点的管理域大于特定阈值,则移动节点通过在接入路由器间构建指针链来避免频繁地向移动锚点注册;若所选移动锚点的管理域小于阈值,则移动节点通过在移动锚点间构建指针链来避免频繁地向家乡代理注册.数值分析和仿真实验的结果表明,该方案能够有效解决现有方案存在的问题,显著降低分层移动IPv6网络的开销.