无线传感器网络几类拓扑控制及其抗毁性应用简述

无线传感器网络的拓扑结构随着网络中节点的增加、减少和移动实时变化,为保证网络的连通性和覆盖性不被影响,拓扑控制技术所要解决的问题正是传感器节点如何更好地自组织构建全局网络拓扑．本文首先概述了四类拓扑控制算法的理论基础及算法步骤．然后,对提高网络抗毁性的两类拓扑演化算法进行了详细叙述,即无标度网络生长与构建$k$连通网络,分别构建了基于节点位置偏好的移动网络拓扑模型和基于$k$连通的节点调度优化模型．最后,分别从移动节点的引入、折中控制算法的探索、复杂网络理论的应用和传统算法与智能算法的结合这四方面对拓扑控制算法的前景进行了阐述．     

无线传感器网络分簇算法研究综述

由于无线传感器网络存在能量约束问题,因此如何利用现有能量资源,延长网络的生命周期是无线传感器网络技术迫切需要解决的问题。分簇算法(ClusterAlgorith m)是无线传感器网络在分层路由中的重要算法。本文在简单介绍当前几个典型分簇算法的基础上,重点分析了簇首的形成过程,最后给出了结论和展望。     

一种低计算复杂度的无线传感器网络分簇定位算法

针对已有的集中式定位算法定位精度低,而分布式定位算法计算复杂度高、通信量大的问题,提出了一种适用于无线传感器网络的计算复杂度低的节点分簇定位算法.首先,提出满足最大连通度的多边界节点分簇算法,采用此算法把网络划分为若干个簇,各簇分别进行簇内节点定位;其次,各簇进行融合,最终实现全网节点的定位.仿真结果表明,这种分簇定位算法比分布式定位算法计算复杂度低、通信量小、定位精度相当或略差,比集中式定位算法计算复杂度低、通信量小、定位精度高.采用该算法可以降低传感器网络节点定位过程中的能耗,提高计算效率,延长网络寿命.     

一种传感器网络的非均匀节能分簇模型

针对无线传感器网络中节点能耗不平衡导致系统生存时间缩短的问题,提出了一种无线传感器网络的非均匀节能分簇(UEEC)模型.UEEC通过自组织的方式和对簇头的动态选择,在靠近sink点(基站)的地方形成较小的簇,在远离sink点的地方形成较大的簇,从而使簇头能够对信息收集能耗与信息转发能耗进行平衡.同时,簇头的动态选举又能够把能耗平均分散在各个节点上.仿真结果表明,UEEC在减少与平衡无线传感器网络的节点能耗上有较好的性能,从而能够延长无线传感器网络的生存时间.     

基于能量优化模型的无线传感器网络分簇算法

考虑到无线传感器分簇网络中簇的规模、簇头数量和节点剩余能量是能量有效型分簇路由算法关注的重要指标,提出了一种基于能量优化模型(EOM)的分布式分簇算法——EOMC,该算法通过建立网络能耗优化模型,以最优簇头数构建分簇通信规模,并结合功率控制将候选簇头限制在一定宽度的选举环带,使得簇头分布均衡,同时兼顾到节点剩余能量进行分簇,以达到均衡节点能耗,延长网络生存期的目的。与低能耗自适应分簇分层(LEACH)协议的对比仿真的结果表明,该算法能够达到预期指标,算法的开销相对较小。     

一种基于协同MIMO的无线传感器网络传输方案

针对无线传感器网络中能量有限和能耗不均衡问题,提出了一种基于协同多输入多输出(MIMO)的无线传感器网络传输方案,此方案利用有限比特的反馈信息实时调整簇头节点(CH)和协同簇头节点(CCHs)的发射功率并动态地更新协同簇头节点,减少协同簇头节点的能耗.在给定误比特率条件下,为使网络总能耗最小,对传输速率和协同簇头节点数进行联合优化,给出了均衡簇内节点能耗的算法.理论分析和仿真结果表明,此方案既能有效降低网络的总能耗,又能均衡网络中节点的能耗.     

基于混合拓扑的机械无线传感器网络多信道数据传输方法

针对机械振动无线传感器网络节点因信道带宽窄导致网络传输速率过低,在大量原始数据传输需求下实时性较差的问题,提出一种基于簇树星型混合拓扑的多信道数据传输方法。对各传感器网络节点进行树间通信干扰最小化信道分配,避免邻频干扰影响树间并行通信,在数据同步采集结束后,各节点以分配信道组建簇树星型混合拓扑网络进行数据传输;采用树间通信握手机制和树间通信优先级抢占机制解决簇树星型混合拓扑带来的树间互盲问题;将各采集节点短地址作为调度信息载入信标进行广播,各采集节点根据调度信息决定进行数据传输或者休眠,实现树内通信能耗最小化时序调度。将提出的多信道数据传输方法与载波侦听多路访问/冲突避免机制进行对比,实验结果表明该方法能有效提高机械振动无线传感器网络数据传输速率。     

基于遗传算法的传感器网络拓扑控制研究

无线传感器网络的首要设计目标是延长网络生命期,网络的拓扑控制是实现这一目标的支撑 基础。针对传统拓扑控制方案所获拓扑的连通冗余度高或结构健壮性低等弊端,将问题转化 为多判据最小生成树模型,提出了一种基于遗传算法的拓扑控制方案。仿真实验结果 表明,该方案可获得具有网络整体功耗低、结构健壮性高和节点间通信干扰小等特点的拓扑 结构,因而能够有效地延长传感器网络生命期。     

基于ZigBee技术的农用无线传感器网络体系架构研究

针对精准农业对农作物生长环境监测应具备实时性、可靠性及可持续性的要求,对无线传感器网络体系架构及路由策略进行了研究.详细描述了基于ZigBee技术的农用无线传感器网络体系架构,并在LEACH算法基础上提出了适用于长时间监测的路由策略,实现了网络簇首节点的建立、广播、选择和调度,并根据能量耗费确定是加入某个簇还是作为一个...     

基于模糊图论的多跳WSN冗余节点部署算法

针对多跳无线传感器网络(WSN)的漏斗效应问题,提出了基于簇负载平衡的冗余节点部署算法(RNDA).RNDA采用分簇结构平衡簇内能耗,并根据各簇负载情况配置一定数量的冗余节点以平衡簇际能耗.该算法把节点下一跳选路概率作为边模糊权值引入模糊图论,提出了用于计算数据从源节点经m跳到达目的节点概率的到达率定理,为研究网络数据...     

无线传感器网络的流量自适应分簇算法协议

在分析LEACH路由协议算法的缺点的基础上,提出了一种用于无线传感器网络的基于流量自适应的TDMA分簇算法协议.该协议根据当前节点数据流量的变化,自适应地调整该节点在其簇内通信的时隙长度,减少节点空闲时消耗的能量和节点从睡眠到活跃状态来回切换的能量.仿真实验结果表明,与LEACH协议簇内时隙分配算法相比,运用这种新的时隙分配算法,可以节省节点的能量,提高网络的生存时间,改善网络性能.     

卡尔曼滤波在无线传感器网络节点定位中的应用

为了减小无线传感器网络节点定位中节点测距误差和定位算法自身引入误差的积累对定位精度的影响,建立了适用于无线传感器网络的卡尔曼滤波模型.采用渐消自适应卡尔曼滤波对基于距离的初始定位算法进行求精,通过一跳节点间的相互制约,在全局范围对未知节点进行定位;基于卡尔曼滤波模型,对无线传感器网络的分布式算法和集中式算法的计算量进行了研究,得出计算量与节点数目的关系.研究结果表明,卡尔曼滤波能够有效提高节点的定位精度,尤其适用于网络节点密度小、信标节点比例低的情况.     

基于距离分区的多级异构无线传感器网络成簇算法

为了防止无线传感器网络(WSN)节点因为通信距离过长而过早死亡,有效延长网络生命周期,提出了一种基于距离分区的高能效的多级异构无线传感器网络成簇算法(MHCADP)。此算法将监测区域分为三部分,并根据不同监测区域和基站的距离部署能量不同的三类节点,按照节点剩余能量与网络平均能量的比例来选举簇头节点,让较高初始能量和剩余能量的节点拥有更多的机会成为簇头。另外,在数据传输时,考虑节点和基站的距离以及自身剩余能量,选择单跳或多跳的传输方式。仿真实验结果表明,与现有的重要成簇算法——低能耗自适应分簇分层(LEACH)算法和稳定选举协议(SEP)算法相比,MHCADP算法能够有效减少网络能量消耗和平衡网络负载,使网络稳定周期和生命周期延长50%以上。     

基于小世界的无线传感器网络拓扑结构

将小世界理论引入无线传感器网络,提出一种基于小世界的无线传感器网络拓扑结构,并针对网络寿命与层次型拓扑结构进行仿真比较,实验表明,基于小世界的无线传感器网络拓扑结构能够减少网络能耗,延长网络生存时间。     

时间异步无线传感器网络的分布式目标跟踪

为了降低无线传感器网络在目标跟踪过程中的网络能耗,提出了一种时间异步条件下的分布式目标跟踪方法.首先,依据节点到目标的距离进行动态成簇,以跟踪簇为时间的计算单元,由簇头完成簇内跟踪时间计算及簇间贯序传递,然后引入并行粒子滤波(PPF)算法将粒子集分为多个子集,在子节点处并行采样、计算权重和重采样,最后,簇头节点收集各子节点上传的结果并完成目标的局部状态估计.仿真结果表明,PPF算法具有较好的跟踪精度,且相比于集中式粒子滤波(CPF)算法,可降低约38%的通信量.     

无线传感网络中能量和距离改良的LEACH分簇算法

LEACH算法作为经典分簇算法在无线传感器网络中有着广泛应用,但由于没有考虑簇头数量及监测区域等因素,使得网络消耗巨大,大大缩减了网络的生命周期.针对这一缺陷,在Warneke的最优覆盖定理的基础上,提出CDE-LEACH算法,通过在基站中预构建“数据表”存储最优覆盖理想簇头位置坐标,结合保证网络能量消耗最小这一目标来选取最优的簇头,改善LEACH算法随机选择簇头的弊端.在Matlab 7.0实验仿真平台下对提出的CDELEACH算法进行仿真,与LEACH算法结果对比发现,网络能量消耗大大减少,并且延长了网络生命周期.     

传感器网络应用于煤矿井下的路由协议设计

无线传感器网络就被应用于煤矿安全监测是一个发展方向,对传感器网络中的LEACH协议和PEGASIS协议进行分析,设计一种多簇头多路径的可靠路由协议,这样就能够保证信息的准确可靠到达用户。仿真结果表明,改进后的算法能提高成功接收数据包的概率,有效地提高网络通信的可靠性。     

路由算法LEACH的改进研究

在无线传感器网络路由协议的研究中,通过将现有无线传感器网络路由协议LEACH详细分析的同时,在发现算法的核心思想和优缺点的基础上对其进行改进,给出加权LEACH算法的设计思想,理论上该算法通过加权改进优化簇首的选择方法不仅具有好的能量有效性,而且能实现负荷的近似均匀分担。     

基于无线传感器网络的社区保健监测系统

以躯域传感网络技术为载体,结合无线传感器网络在社区的合理安置,研究人体生理参数的无创连续监测技术以及穿戴式医疗仪器开发,设计了一个适用于慢性病人(如糖尿病人)的社区无线医疗保健监测网络系统;同时设计出一种新的无线传感器网络低能量数据汇聚模型——集合汇聚模型,把此模型应用于本系统以期达到降低能耗延长网络生命周期目的.最后,提出了在人体生理数据处理过程中需考虑的数据分级处理和安全问题.     

时间异步无线传感器网络的目标跟踪动态成簇算法

为了解决时间异步无线传感器网络在目标跟踪时的节点协作管理和跟踪时间配准问题,提出了一种适用于时间异步条件下目标跟踪的动态成簇算法。该方法通过分析目标的无线信号强度和各节点至目标的距离来动态组建跟踪簇,然后依据目标及簇头的通信距离对簇头射频信号的覆盖区域进行功能划分,实现节点对目标的协作跟踪,同时以簇为跟踪时间的计算单元,通过簇内计时和簇间贯序传递的方法实现跟踪时间的配准。仿真实验表明,该算法进行目标跟踪时能有效均衡网络能耗,且具有较好的跟踪精度和系统鲁棒性。