基于移动基站和路由策略WSN寿命的算法

针对无线传感器网络的特点,提出了一种基于移动基站和路由策略优化无线传感器网络寿命的方法.首先给出场景中传感器传输相同信息能耗最小的最佳基站位置,进一步分析了不同基站位置对传感器节点能耗的影响,证明网络中传感器节点传输相同信息的总能耗越小则网络寿命越大.为降低移动基站计算的复杂度以提高采集信息的实时性,应用拉格朗日对偶分解和牛顿法简化均衡节点能量过程中的线性规划问题.当场景中有节点因能量耗尽而无法向基站继续传输信息时,根据场景中的拓扑结构自适应调整基站位置以减少节点的能耗,然后采用简化的线性规划最大最小节点寿命,以提高基站收集信息的有效性.理论分析和仿真研究表明:应用拉格朗日-牛顿法简化线性规划问题能够在保证算法快速收敛的同时大幅度地降低计算量.提出的移动基站策略能够大幅度的延长网络寿命,从而实现增加基站接收信息的数量和提高节点能量使用效率的目的.     

基于遗传算法的无线传感器网络巡航覆盖最小移动节点数研究

被监测环境的状态可以使用无线传感器网络的有效感知.本文使用无线传感器网络巡航覆盖模型实现了建筑能效监测过程.为降低基于无线传感器网络巡航覆盖模型的数据采集系统构造和维护成本并降低系统复杂度,采用MTSP问题对无线感器网络巡航覆盖最小移动节点数问题建模,提出了无线感器网络巡航覆盖最小移动节点数快速求解算法并使用遗传算法实现了快速求解算法.实验结果表明,本文提出的方法快速有效,而基于遗传算法的快速求解算法的实现可以快速确定无线感器网络巡航覆盖最小移动节点数上界.     

WSN中基于线性规划的多类别目标覆盖算法

多类别目标覆盖问题是目前无线传感器网络中的研究热点。针对现有目标覆盖算法在时间效率、网络生命周期等方面的不足,将多类别目标覆盖问题建模为基于线性规划的网络生命周期最大化问题,提出一种基于分簇的目标覆盖算法。该算法依据节点的剩余能量和感应能力,在每个簇结构内求解最优覆盖集的基础上得到接近于最优解的全局覆盖集,进而调度节点相应的感应模块去覆盖其感知范围内同属性的目标。实验结果表明,该算法是有效的,在网络生命周期和时间效率等方面均优于CWGC方案,接近于线性规划最优值。     

面向射频能量捕获传感网的高吞吐量负载均衡的节点接入方案

由于传统无线传感器网络更换传感器电池较为麻烦或不具可行性,其实际应用范围受到很大的限制。考虑具有射频能量捕获能力的无线传感器网络,已知能量源、节点、基站(即汇聚节点)的部署位置,研究如何安排各个节点的接入基站,在满足基站负载平衡约束的情况下最大化整个网络节点的总吞吐量。首先,建立能量捕获传感网的能量捕获模型和信息传输模型,并将该节点接入问题建模为0-1整数规划问题;然后,针对该问题提出一种复杂度较低的算法和一种复杂度略高的贪婪式算法。仿真结果表明,与低复杂度算法相比,贪婪式算法所得到的节点接入方案具有更高的网络总吞吐量,但其复杂度略高,因此可用于节点数目较少的场景,而低复杂度算法可用于节点数目较多的场景。     

WSN中一种基于能量的层次型拓扑生成算法

通过考虑无线传感器网络节点的能量问题确定了单层拓扑结构中簇头节点的最优个数,结合WCA算法提出了一种基于能量的无线传感器网络的层次型拓扑结构生成算法,并评估了该算法的各项性能指标。经过算法复杂度分析得出该算法的时间复杂度和网络节点的个数相关,适合生成中小型规模的网络。仿真结果表明,使用该算法可以生成具有最优簇头个数的网络拓扑结构,能大大节省网络节点能量的消耗,且延长了网络的生存周期。     

无线传感器网络最大生命期通信模型研究*

提出一种新的无线传感器网络最大生命期通信模型,研究了无线传感器网络中多源多链路多基站的最大生命期问题.为均衡数据流量分布,源节点产生的数据可以通过多条链路转发到多个基站.针对无线传感器网络能量和带宽受限等多约束条件,建立以网络最大生命期为最优目标和以降低节点处的数据量为次优目标的线性规划模型,依靠现有的分布式算法解决该模型.通过仿真实验验证了通信模型在多基站环境中的性能,并表明所提出的模型能够有效地延长网络生命期.     

入侵轨迹建模与WSN栅栏覆盖分段调度算法研究

无线传感器网络栅栏覆盖在入侵检测方面发挥着重要作用,如何调度栅栏并延长网络的生存时间已成为重点研究问题.在无线传感器网络中设计合理的调度算法,分时激活传感器节点从而延长网络生存时间是大多数研究的方向,然而仅仅通过分时调度传感器节点已很难大幅度提高网络的生存时间.因此设计了一种分时与分段相结合的无线传感器网络栅栏调度算法,该算法通过分析入侵目标穿越传感器网络部署区域的行为特征,建立入侵目标的轨迹模型,该模型在保证栅栏对入侵目标具有较高检测率的情况下预测入侵目标可能穿越栅栏的区域并分段激活栅栏从而大大减少了传感器节点的能量消耗.最后仿真实验验证了本文算法与传统的分时调度算法相比能大幅度提高网络的生存时间.     

无线传感网中一种基于支持向量机的异常事件检测方案

异常事件检测问题是无线传感器网络中的研究热点之一。针对现有检测方案的不足,设计一种新的时间-空间-属性单类超球面支持向量机来建模异常事件检测问题,然后提出无线传感器网络在线和部分在线离群点检测算法。该算法根据节点间的时间-空间和属性关联度确定超球面的半径,最后以在线方式鉴别到达节点的每一个新的测量值是正常数据还是异常数据。仿真实验结果表明,与基于时空关联度的超球面支持向量机相比,新算法的检测率大大上升,虚警率明显下降。同时,部分在线算法与在线算法的效率相当,大大降低了计算和通信复杂度。     

改进的无线传感器网络覆盖区域节点调度算法

节能覆盖对于提高无线传感器网络的性能有着重要的意义.针对当前传感器网络的算法中存在的热区问题,提出一种在传感器网络非均匀分布部署下的基于能量预测的节点覆盖调度算法.该算法首先对网络中的节点进行非均匀部署,离基站距离较近区域部署的节点密度较大,而较远的密度小,然后综合考虑节点覆盖效率和能量消耗进行节点调度,从而使能量消耗更加均衡,最后对该算法进行了仿真实验和性能分析.仿真结果表明与当前经典的覆盖节点调度算法相比,该算法提高网络覆盖率、降低了网络能耗,且网络生命周期也相应的延长,能够保证网络内大多数节点达到能耗均衡.     

基于改进蚁群算法的无线传感器网络栅栏覆盖优化研究

在无线传感器网络栅栏覆盖研究中,如何调度已部署的传感器节点构建栅栏并延长网络生存时间已成为热点问题。研究了满足Poisson分布的静态无线传感器网络强K-栅栏覆盖问题。将部署区域划分为a个子区域,相邻子区域之间形成一定的缓冲区域,在每个子区域利用偏离角蚁群算法构建多重栅栏。最后通过调度算法延长栅栏生存时间。仿真实验结果验证了算法的收敛速度快且栅栏生存时间长等特点。     

Minimum-Time Aggregation Scheduling in Duty-Cycled Wireless Sensor Networks

Aggregation is an important and commonplace operation in wireless sensor networks. Due to wireless interferences, aggregation in wireless sensor networks often suffers from packet collisions. In order to solve the collision problem, aggregation scheduling is extensively researched in recent years. In many sensor network applications such as real-time monitoring, aggregation time is the most concerned performance. This paper considers the minimum-time aggregation scheduling problem in duty-cycled wireless sensor networks for the first time. We show that this problem is NP-hard and present an approximation algorithm based on connected dominating set. The theoretical analysis shows that the proposed algorithm is a nearly-constant approximation. Simulation shows that the scheduling algorithm has a good performance.     

A Hyper-Heuristic Framework for Lifetime Maximization in Wireless Sensor Networks With A Mobile Sink

Maximizing the lifetime of wireless sensor networks(WSNs) is an important and challenging research problem. Properly scheduling the movements of mobile sinks to balance the energy consumption of wireless sensor network is one of the most effective approaches to prolong the lifetime of wireless sensor networks. However, the existing mobile sink scheduling methods either require a great amount of computational time or lack effectiveness in finding high-quality scheduling solutions. To address the above issues, this paper proposes a novel hyperheuristic framework, which can automatically construct high-level heuristics to schedule the sink movements and prolong the network lifetime. In the proposed framework, a set of low-level heuristics are defined as building blocks to construct high-level heuristics and a set of random networks with different features are designed for training. Further, a genetic programming algorithm is adopted to automatically evolve promising high-level heuristics based on the building blocks and the training networks. By using the genetic programming to evolve more effective heuristics and applying these heuristics in a greedy scheme, our proposed hyper-heuristic framework can prolong the network lifetime competitively with other methods, with small time consumption. A series of comprehensive experiments, including both static and dynamic networks,are designed. The simulation results have demonstrated that the proposed method can offer a very promising performance in terms of network lifetime and response time.     

基于无线传感器网络汇聚传输的两阶段实时调度算法

多对一的汇聚传输是无线传感器网络,特别是工业无线传感器网络中的一个典型的数据传输模式.针对具有星形和网状两层拓扑结构的工业无线传感器网络汇聚传输的实时性要求,分析簇-线型路由下完成汇聚传输所需时隙数和信道数的下限值,并基于理论值提出一种基于紧凑搜索的两阶段实时调度算法.仿真结果表明,存在最优的两阶段实时调度算法,且相比集中式调度算法,时间开销降低了6～8倍.报文开销降低了近2倍.     

无线传感器网络中基于数据融合的移动代理曲线动态路由算法研究

和传统的C/S模型相比,移动代理模型在数据融合方面更适合无线传感器网络.在基于移动代理的数据融合算法中,移动代理访问传感节点的顺序以及总数对算法的效率、网络寿命等有着重大影响.为此提出了一种基于数据融合的移动代理曲线动态路由算法设计方案.通过构造特定数据结构的数据报文和数据表,给出了目标节点基本信息收集算法获取目标节点到处理节点的最优路径;将移动代理路由归结为一个优化问题,由静态路由算法求出移动代理迁移的静态最优路由节点序列,进而获得了移动代理基于曲线的动态路由算法.理论分析和模拟实验表明,随着传感器网络规模的增大和传感数据量的增加,和其它算法相比,该算法有更小的网络耗能和延时.     

用可分负载理论分析无线传感器网络任务调度

针对无线传感器网络的任务如何在最短时间内完成且充分利用网络资源的问题,提出了一种基于可分负载理论的无线传感器网络任务调度算法（WDTA）.该算法根据网络中各个节点的处理能力和节点间的通信能力,将总任务从SINK节点下发至网络中.通过去除节点间的通信干扰来提高资源利用率和减少总任务完成时间.算法在两种分群结构的异构网络环境下进行了分析,得到了在各个节点上最合理的任务分配方案,以及最短的任务完成所需时间.理论分析了基于可分负载理论的无线传感器网络任务调度的极限情况.实验结果表明WDTA算法能够通过合理分配任务,而减少任务完成时间及节点能耗.该方案可以作为设计大规模无线传感器网络的原则.     

基于静态和移动传感器的WSN的k-覆盖研究

针对无线传感器网络的k-覆盖问题进行了研究。首先定义一个表征网络覆盖效率的过度提供因子,并在此基础上对静态传感器网络和全移动传感器网络的k-覆盖问题进行分析,得到这两种情形下的过度提供因子以及全移动传感器网络中移动传感器的最大移动距离;进而提出一种由静态传感器和少量移动传感器构成的混合网络结构,并得到了这种网络结构下不依赖于网络大小的k-覆盖以及调度移动传感器移动的分布式移动调度算法,从而实现有效覆盖。仿真结果表明,提出的混合网络结构不仅能够实现精确的k-覆盖,而且相比于其他k-覆盖算法,有更高的覆盖率。     

能量受限的单移动设备无线充电调度算法

基于磁耦合谐振的多节点充电技术为解决无线传感网络的健壮性问题提供了潜在的解决方法。为了减少充电设备的移动能耗,保证充电规划的可调度性,结合磁耦合谐振的充电效率,采用蜂窝网状结构将网络分割成若干充电区域,提出了基于移动充电设备的无线传感器网络充电调度算法。由于实际的移动设备能量通常有限,在每个充电周期内综合考虑移动设备能量、节点剩余能量等,提出了自适应动态算法以自动选择k个充电区域。规划充电路径时,采用实时性较好的弹性网络算法来满足网络节点的充电需求。仿真结果表明,充电设备能量的大小会直接影响网络的总能量与最小剩余能量,算法在设备能量有限时能够最大化网络的最小能量,延长网络的生命周期。     

基于调度集合的多播单播数据联合调度算法

首先定义和分析了IEEE802.16e无线城域网中的一个新问题,即如何在保证移动终端服务质量的前提下,通过合理地调度终端的单播业务和多播业务来降低终端能耗.针对该问题,提出一种基于调度集合的联合调度算法(scheduling set based integrated scheduling,简称SSBIS).SSBIS算法将所有移动终端划分到多播调度集合或单播调度集合中,并利用多播数据的传输特点,在多播数据传输的相邻时隙内发送多播调度集合中所有终端的单播数据,而对于单播调度集合中的终端,则通过凸优化方法求得使终端休眠时间最长的单播业务调度方案,以达到降低终端能耗的目的.仿真实验显示,SSBIS算法在满足移动终端的最小数据速率要求的同时,可以明显地降低终端能耗.     

Scheduling multimedia services in a low-power MAC for wireless andmobile ATM networks

This paper describes the design and analysis of the scheduling algorithm for energy conserving medium access control (EC-MAC), which is a low-power medium access control (MAC) protocol for wireless and mobile ATM networks. We evaluate the scheduling algorithms that have been proposed for traditional ATM networks. Based on the structure of EC-MAC and the characteristics of wireless channel, we propose a new algorithm that can deal with the burst errors and the location-dependent errors. Most scheduling algorithms proposed for either wired or wireless networks were analyzed with homogeneous traffic or multimedia services with simplified traffic models. We analyze our scheduling algorithm with more realistic multimedia traffic models based on H.263 video traces and self-similar data traffic. One of the key goals of the scheduling algorithms is simplicity and fast implementation. Unlike the time-stamped based algorithms, our algorithm does not need to sort the virtual time, and thus, the complexity of the algorithm is reduced significantly     

基于无线传感器网络的自适应交通灯控制系统

分析了现有信号灯控制系统的优缺点,提出了一种基于无线传感器网络的交通灯控制系统设计方案,利用敷设在路面上的携带超声波收发模块的传感器节点探测各方向车道上车流量,并根据车流量实时改变相应车道车辆放行时间,以提高道路利用率,减少拥堵现象。本系统可准确地获得车流量统计信息。对信号灯调度过程进行了建模分析,提出了自适应的调度算法,仿真实验结果表明,该算法能降低车辆平均等待时间,提高通行效率。