无线传感器网络中一种基于分簇的节点调度算法

本文研究m覆盖与连通的无线传感器网络中的节点调度问题,提出了一种两跳簇的概念,并在此基础上提出了一种新的节点调度算法.该算法可在不知道节点位置信息的情况下,将无线传感器网络中的所有节点较为均匀地指派到k(km)个不同的分组{0,1,...,k1}之中,且可同时保证每个分组中的节点具有全局连通性与较高的网络覆盖率.理论分析与实验结果表明,该算法具有比传统随机调度方法更好的节点调度性能,可更加有效地延长无线传感器网络的生命周期.     

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.     

一种基于长链竞争机制的传感器网络能量空洞研究算法

在无线传感器网络中,越靠近Sink的节点由于承担更多子孙节点的数据转发,能量消耗越快,极易形成“能量空洞”,大大缩短了网络生命周期。针对能量空洞的问题,提出一种基于长链竞争机制的k-leader算法以延长网络生命周期。k-leader竞争算法将Sink一跳范围内节点的一部分数据量交给距离Sink一跳距离以外两跳范围以内的节点,通过长链直接发送给Sink节点,从而减轻Sink周围节点的负载。同时,k-leader的置换算法又保证了节点能够根据能量损耗的情况轮换担任leader节点和通过长链发送数据的节点,达到能量消耗均衡的目的。分析了leader节点的数量k的优化取值,并通过仿真验证了k-leader算法在网络生命周期、网络能耗均衡等指标上的性能。     

无线传感器网络中的动态电压调节算法

无线传感器节点一般由电池供电,且电池不易更换,所以传感器网络最关注的问题是如何高效地利用有限的能量.动态电压调节技术允许软件在运行时动态的改变处理器的频率和电压,以减少它的能量消耗.分析了现有的一些动态电压调节算法,根据无线传感器网络多跳路由和拓扑易变化的特点,提出了一种针对中继节点的动态电压调节算法,并在NS2平台上对算法进行了仿真.通过对仿真结果的分析,表明改进的算法能够很好地减少系统能量消耗,延长无线传感器网络的使用寿命.     

基于动态规划的无线传感器网络的路由算法

路由问题是无线传感器网络中的核心问题之一,其数据传送的多跳特点使得非常适合用动态规划的原理来设计传感器网络的路由算法.基于动态规划,通过节点跳数生成算法为传感器网络中的每个节点赋一个表示到Sink点跳数的节点跳数值,并分析了传感器网络的拓扑结构特点,然后给出了无线传感器网络中寻找从源到汇满足不同设计目标的最小跳数(MinH)、最小跳数最大剩余能量(MinHMaxRE)和最小跳数最小费用(MinHMinC)3种路由算法.探讨了最小跳数最小费用路由与最小费用路由之间的关系,并给出了判断最小跳数最小费用路径就是最小费用路径的一个充要条件.算法的能量消耗分析表明,所给路由算法能实现大幅度的能量节省.     

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.     

基于贪婪算法无线传感器网络中继节点布局的研究

为实现远距离的无线通信, 在网络中添加中继节点, 采用多跳路由传输数据。对于中继节点的布局问题, 依据线性结构使网络整体能量消耗最小的特征, 提出一种中继节点贪婪布局算法。该算法通过最近贪婪策略、中继节点通信容量、传感器节点数据转发跳数等约束方法限制中继节点的布局位置。理论分析和实验验证了该算法能够有效减少能量消耗, 延长网络寿命。     

基于能量水平的多Sink节点传感器网络路由算法

单Sink节点传感器网络存在着部分关键路径上节点能量消耗过快、路由选择算法单一以及Sink节点失效等问题.首先提出了多Sink节点传感器网络数据收集的系统框架;给出了拓扑发现和维护策略;然后提出了基于最小能量消耗路由算法.在分析了该算法的不足后提出了基于能量水平的路由算法,按照计算得到的能量水平选择最优的路径进行数据传送.实验证明,基于能量水平的路由算法比基于最小能量消耗路由算法能更有效提高传感器网络的使用寿命.     

基于k匿名假包注入的汇聚节点位置隐私保护

无线传感器网络已经被广泛应用于日常生活中,隐私问题成为其应用的一大阻碍。汇聚节点是无线传感器网络中的关键节点,一旦汇聚节点遭到攻击被恶意破坏后,那么整个无线传感器网络将有可能面临瘫痪的危险。针对汇聚节点的位置隐私保护问题,提出了基于k匿名假包注入策略的汇聚节点位置隐私保护方案,并分析了方案的安全时间和能量消耗两个方面的性能,最后通过GA算法给出了匿名节点的部署方案。方案对于全局流量攻击者和逐跳追踪攻击者具有一定的抵御能力。     

基于节点状态的多类型传感器调度算法

针对无线传感器网络（WSN）中能量效率问题,提出一种基于簇结构中节点健康状态的多类型传感器调度算法. 该算法基于节点的健康状态、节点传输的信息质量,根据簇中节点的健康状态进行自适应选取任务节点;通过对传感器的合理调度,均衡了网络中能量消耗以及任务的分配,保证网络的顺利运行. 实验仿真结果表明了算法的有效性.     

基于应用任务的无线传感器网络MAC协议

本文将WSN中所有节点都看作处于不同层次的sink节点,通过对网络应用语义性描述得到任务模型,将其作为传感器节点传输及处理的基本单位,就此提出了一种基于任务(Task-based,TB)的混合MAC协议。TB-MAC中簇头(上层sink)首先广播任务,接收到广播且能部分或全部完成任务的节点采用竞争方式发送应答,簇头确定参与任务执行的节点及子任务要求并确定各节点的TDMA发送时序。由于簇头进行了任务协商,使得参与任务的节点能够有效地去除节点数据间的冗余性,提高网络的性能。仿真结果显示,TB-MAC的能耗和时延性能较典型的S-MAC、Z-MAC以及ECR-MAC均有较大改善。     

基于节点密度与TDMA的无线传感器网络集簇协议

无线传感器网络（WSN）具有节点成本低、易于布置等优点,已广泛应用于国防军事、医疗健康、环境监测等领域。针对WSN中存在的节点能量有限,簇间干扰严重的问题,结合大多应用中WSN具有节点密度分布不均匀的特性,提出一种基于节点密度与时分多址（TDMA）的WSN自适应集簇分层（DT-LEACH）协议。DT-LEACH协议通过在簇首选举阶段考虑节点剩余能量,保证簇首的均匀分布,延长了网络生存周期;其次,DT-LEACH协议引入TDMA时隙分配阶段,根据节点密度选择节点进入休眠模式,有效地避免了簇间干扰,降低了数据冗余性,减少了网络能耗。仿真实现表明,DT-LEACH协议能有效避免簇间干扰,延长WSN网络生存周期。     

无线传感器网络时钟同步技术

在无线传感器网络中,时钟同步是一项重要的支撑技术;诸如数据融合、TDMA调度、休眠唤醒节能模式和移动节点定位等应用均需要传感器节点本地时钟保持同步;由于传感器网络一些独特的内在特性,NTP等传统同步技术无法适用于这种新型网络;因此,越来越多的研究者开始关注传感器网络时钟同步协议的研究与设计;通过回顾时钟同步的问题及传感器网络对时钟同步的需求,介绍了时钟的数学模型,并基于该模型讨论了时钟同步的3个重要概念:时钟漂移、时钟偏移和分组的传输延迟;之后简要阐述了3种专门为传感器网络设计和提出的典型传感器网络时钟同步协议.     

TDMA scheduling for event-triggered data aggregation in irregular wireless sensor networks

Multi-hop wireless sensor networks often use a TDMA schedule to collect data periodically from multiple locations within a large area. If the measurements from neighboring sensors are cross-correlated, they can be aggregated and compressed as they travel to the data sink. In order for data aggregation to occur quickly, the TDMA schedule must arrange time slot assignments in a certain order. The existing scheduling protocols cannot quickly obtain a schedule with this order, high concurrency, and no collisions. We propose a distributed TDMA scheduling protocol for data aggregation called DATP. In DATP, the sensor nodes transmit dummy packets in order to determine whether they can tolerate the interference from the other nodes that are assigned the same time slot. In this way, time slot allocations are empirically verified to be collision-free. In contrast, the existing protocols obtain schedules with collisions because they use unrealistic interference models such as neglecting interference generated more than two hops away. Furthermore, our simulations reveal that DATP achieves similar concurrency and lower execution time than comparable protocols. These simulations are executed for different network sizes, node densities, and data compression models. In addition, we show that, in networks with fluctuating links, DATP’s main advantage is its execution speed.     

一种新的传感器网络混合广播调度方法

由于传感器网络所使用无线信道的共享性和相互干扰, 节点间数据广播会产生资源冲突, 广播调度要解决的即是为每个节点分配到一个无冲突传输时隙, 其目标是找到最优时分复用(TDMA: time division multiple access)调度解, 使得帧长度最短而信道利用率最大. 提出基于神经网络的两阶段混合广播调度算法. 在阶段一, 使用改进的顶点着色算法来获得调度所需最短时隙数目; 在阶段二, 使用模糊Hopfield网络将节点模糊聚类为M类, 同类 节点可以在同一时隙被调度, 不同类节点必须在不同时     

面向最小延迟的无线mesh网络时隙分配问题研究

在基于IEEE802.15.4的工业无线传感器网络中,通过时分复用技术来实现节点间并行通信,以提高网络的吞吐量.通常,网络中的管理器根据全网拓扑对网络中的每个连接分配一个超帧中相应的时隙.不同的时隙分配方案中,连接在超帧中活动的顺序也不同,对网络性能的影响也不同.本文研究了不同时隙分配方案在网络吞吐量和数据延迟方面对网络的影响,定性分析了时隙分配方案与数据延迟的关系,并根据mesh结构的特点提出一种使用粒子群优化的算法,用于在网络管理器上对时隙分配进行优化,使得数据延迟最小化,以满足工业无线网络实时性应用的要求.     

WSN中利用蚁群路径优化的时隙选择重排算法

针对无线传感器网络(WSN)汇聚传输中的数据传输时间和功耗问题,提出了考虑时间同步和唤醒延迟的汇聚传输时隙选择重排算法。将时分多址接入(TDMA)用作介质访问协议,并允许每个节点在传输时隙期间可以发送或接收数据;设计新的WSN数据收集树模型,将传感器节点生成的数据通过无线链路形成的多跳网络发送到汇聚节点,在数据收集树的每条链路上分析时隙顺序,优化时隙选择,并基于蚁群算法优化路径选择,减少传输能量消耗和均衡簇头能量。实验结果表明,提出的算法可以实现显著的数据传输性能提高和功耗节约。     

基于nRF9E5的无线温湿度传感器网络节点设计

针对实验场所和装备弹药仓库等地点需及时监测环境温湿度的需求,基于无线传感器网络设计实现了以nRF9E5芯片为核心的微型低功耗无线温湿度传感器网络节点。本文详细阐述了该节点的通信与处理模块和温湿度数据采集模块的设计,并给出了时分多址点到多点的节点之间无线通信的软件流程。     

短波地空网中一种动态TDMA协议设计与仿真*

针对传统TDMA网络节点间业务量不均匀时,会造成信道资源严重浪费的问题,设计了一种基于邻居时隙调动的短波地空网动态TDMA协议(TDMA protocol based on neighbour timeslot remove,NTR-TDMA),以可靠性较高的地面节点作为控制中心,实现时隙分配可控下的动态利用。提出了邻居时隙调动算法(neighbour timeslot remove algorithm,NTR-ALG),地面节点根据时隙估计过程后生成的节点时隙请求数,调动相邻业务时隙节点间的空闲时隙,重新划分节点业务时隙界限。利用OPNET平台进行性能仿真,并与HFTP协议和TDMA协议作了对比分析。仿真结果表明,NTR-TDMA相比HFTP协议和TDMA协议,在消息投递率、平均时延和吞吐量方面具有更优异的性能。     

事件驱动型无线传感器网络MAC协议研究

提出一种应用于事件驱动型无线传感器网络的ED-MAC协议。该协议定义了网络的2种状态(常规态和事件态),为常规态的簇内数据采集和簇头汇报设计了不同的TDMA机制,事件态时采用预约机制对中继转发链路节点进行逐跳预约。实验结果表明:ED-MAC协议相比S-MAC协议具有能耗低、传输延时短的特点。