面向无线认知网络的冗余感知数据消除

在无线认知网络的协作式频谱感知方案中,非授权用户（次要用户）将各自感知到的可用频谱信息转发给邻居节点,作为频谱分配的依据.而实际上,仅有部分数据影响着频谱分配的结果.无用信息的传递不仅产生了大量额外的通信开销,而且在频谱分配过程中浪费了计算资源.这种情况对于频谱资源稀缺的无线认知网络和能量有限的认知终端来说是无法接受的.因此,如何减少无用信息的传递是一个具有重大实际意义的问题.基于skyline查询处理,提出了多目标约束下skychannel查询处理方法,以减少冗余感知信息传递.其基本思想是：将数据空间划分为控制区域、被控区域和自由区域,按照信道的性能参数,将要查询的信道放入相应区域.传输时,直接忽略被控信道的信息而仅传输非被控信道的数据.在保证不影响频谱分配结果的前提下,可以大量降低网络开销,节约用户的计算资源.仿真结果显示,skychannel查询方法在节约查询时间、降低通信开销和计算开销等方面具有优势.     

网络编码下不可靠自组织网络高效路由算法

无线自组织网络(wireless ad hoc network)中链路的不可靠性与高丢包率是影响网络性能和应用的主要缺陷.为了优化多跳的不可靠无线网络中完成数据传输所需的数据分组发送次数,提出了融合路径切换思想的基于网络编码的路由协议(network coding routing with path switching,简称NCPS).为了发现潜在的适合网络编码的路径,首先分析并提出了网络中路径可编码与可解码条件;其次对比于传统的最优路径,分析得出了在网络编码下路径切换所能获取的编码收益;最后以优化网络中数据分组发送次数为目标,设计了网络编码下结合路径切换的路由协议.实验结果表明,在不同的网络环境参数下,NCPS能够有效减少网络中的数据发送次数,获取稳定的编码收益.     

无线传感器网络中基于QR分解的分布式波束形成算法

无线传感器网络(WSN)中的传感器节点相互协作构成天线阵列,通过使用波束形成技术建立一个与无人机的通信连接。为了分散节点之间的处理和通信负载,提出了基于QR分解的分布式波束形成算法。建立MATLAB仿真模型对算法的性能进行分析,然后与集中式算法进行比较。分散处理负载的代价是增加了通信成本,从而导致网络总功耗的增加。然而,每个节点的平均功率仍低于集中式算法中的簇头,这样就延长了节点的寿命。因此,该算法增强了网络的鲁棒性。     

基于无线传感器网络的水质监测系统设计

使用传统的有线水质监测系统进行水环境污染检测时,存在监测点数量多、监测时间长等问题。为此,提出一种基于无线传感器网络的水质监测系统。通过无线传感器节点对被监测水域进行水质参数的数据采集,将采集到的数据经过Zigbee网络进行汇总及处理,并经过GPRS网络及时地远程传送给监管部门,从而实现对河流水质情况的实时、有效的监督和管理。对水质监测系统的软硬件电路设计进行介绍,并实现对系统的软硬件连调。实验结果证明,该系统能够满足组网要求,可较好地应用于水质监测领域。     

基于支持向量机的无线传感器网络节点定位算法

机器学习是利用经验来改善自身性能的一种学习方法,而支持向量机(support vector machine,SVM)作为机器学习中的一种新模式,在解决小样本、非线性及高维模式识别等方面有着其特有的优势.基于支持向量机的节点定位算法利用机器学习算法的特性,实现无线传感网络节点定位.其基本思路是将网络区域划分为若干个等分的小格,每一小格代表机器学习算法中一个确定的类别,机器学习算法在学习了已知的信标节点对应的类别后,对未知节点所处位置进行分类,从而进一步确定未知节点的位置坐标.仿真实验表明,"一对一"节点定位算法有较高的定位精度,对测距误差的容忍性较好,同时对信标节点的比例要求并不高,比较适合用于信标节点稀疏的网络环境中;而"决策树"节点定位算法受覆盖空洞的影响并不大,比较适合应用于节点分布不均匀或者存在覆盖空洞的网络环境中.     

基于远程动态可重构的WSN节点研究与实现

作为近年来的一个研究热点,无线传感网(wireless sensor network,WSN)是一项可能改变现有工作与生活方式的技术.一个无线传感网系统可能由几十个到上万个节点组成.每个节点在保证具有足够的信息处理和通信能力的前提下,还需要满足低功耗和低成本的要求.从高效能计算的角度看,以FPGA为代表的可重构硬件已经被证明是提高系统计算效能的重要方式.传统上,在嵌入式系统中,FPGA被认为并不适用于低功耗设计.然而,FPGA的可重构不仅包括静态可重构还包括远程的部分动态可重构(partial dynamic reconfiguration,PDR).通过对芯片的某一特定区域的时分复用,在所需芯片面积减小的情况下,芯片的功耗可以大大减少.除此之外,WSN部署后的维护和功能的更新也可以通过FPGA芯片的远程PDR来实现.描述了基于远程硬件PDR技术的WSN节点.通过对几个典型算法(IIR,GPSR,SHA-2,FFT)的PDR实现,得出节点的功耗、面积与存储消耗,并与软件实现方式进行了比较.实验结果表明,通过采用PDR技术,在计算时间减少的情况下,所需的芯片面积减少27%,运行时功耗最多可减少60%(829mW).     

高效容错的无线传感网事件及其边界检测算法

事件检测与事件边界检测是无线传感器网络的重要应用之一,节点故障的准确检测是提高事件与事件边界检测效率的前提.然而,目前的故障检测机制对节点故障类型分析不够明晰,导致系统可能将事件边界节点误判为故障节点,且常需要传感器节点间进行频繁通信,导致网络系统容错性能和节点利用率低下,并带来额外的能耗开销.为了达到较高的检测精度与能源利用率,提出了一种新的高效容错的无线传感网事件及其边界检测算法:利用时间相关性实现无线传感器网络事件检测,利用空间相关性实现故障检测与事件边界检测;提出了节点的信息可靠度恢复机制,使得节点能够根据网络环境的变化,自动调整节点的信息可靠度.实验结果表明,即使在故障概率较高的情况下,该策略仍然具有良好的性能表现.     

可证明安全的无双线性对无证书可信接入认证协议

提出一种无双线性对无证书的WLAN可信接入认证协议CTAPwoP.该协议以可信网络连接架构的基本思想为基础,将平台身份认证和平台完整性校验与用户身份认证过程巧妙结合,使得新协议仅需3轮交互就能实现站点(station,STA)与接入点(access point,AP)之间的双向身份认证和单播会话密钥的协商,同时实现AS对STA的平台身份认证和平台完整性校验.为进一步提高性能,该协议利用椭圆曲线上的点乘运算替换了传统无证书公钥密码体制中复杂的双线性对运算.安全性分析表明,该协议在高安全强度的eCK(extended Canetti-Krawczyk)模型下是安全的;性能分析表明:与IEEE802.11i的接入认证方案相比,该协议在计算开销和通信负载方面性能优势明显.     

无线传感器网络中的改进数据聚集调度算法

针对现有聚集数据调度近似算法具有较高延时上界的问题,提出一种改进的聚集数据调度近似算法。建立一棵根在中心结点的广度优先搜索树,分层构造一个最大独立集(MIS),使MIS中相邻的2个结点相距两跳。将MIS中的结点连接起来,形成一棵根在中心结点的数据聚集调度树,使结点按数据聚集调度树进行分层数据调度。在数据聚集调度树的构造过程中,对于任意支配点,以最小的结点连接其相距两跳的支配点。对于2个相邻支配点的公共邻居支配点,通过在距中心点最近的支配点加入数据聚集树,使其在数据调度过程中将数据发送给距中心点最近的支配点,从而降低数据的聚集延时。实验结果表明,与SAS算法、Guo’s算法和IAS算法相比,该算法的数据聚集延时更低,其延时上界为14R+△?10。