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。     

适合不同节点密度的水下传感器网络路由算法

针对水下网络通信环境的特点,提出了一种适合不同节点密度的水下传感器网络路由算法,每个节点利用邻居节点相对sink节点的位置关系确定满足最优条件的中继节点。在节点密度较大时,节点在网络初始化时确定其一跳中继节点;节点密度较少时,节点通过相互通信动态确定其中继节点。仿真结果表明,算法生成的路由具有节点能耗低、成功传递率高,平均时延小等优点。     

无线协作网络中的能量有效性中继选择算法

研究了无线协作网络中的中继选择问题,允许中继具有缓存数据的能力,提出了一种带有buffer的能量有效性中继选择算法,以延长网络生命周期并提高系统吞吐量。该算法综合考虑链路信息,中继的队列状态以及节点的剩余能量信息,通过加权效用公式选择最优接收数据中继与最优发送数据中继。考虑源节点与中继节点间的功率分配,以降低因源节点到中继节点以及中继节点到目的节点间的信道速率不一致所引起的系统丢包率。仿真实验结果表明,该算法有效地延长了网络的生命周期,随着中继个数的增加网络吞吐量有明显的提高,考虑功率分配后,有效降低了系统丢包率。     

基于P2P网络的匿名通讯技术的研究与实现

P2P网络的应用给匿名通讯系统带来了可扩展性等优点,但同时P2P网络中节点的动态上下线又使得匿名通道缺乏稳定性.设计并实现了一种基于非结构化P2P网络的匿名通讯系统,称之为LeafageMix.与传统基于Mix网络的匿名通讯系统不同,该系统采用中继组的方式来建立匿名通道,使得匿名通道具有较强的抵抗节点失效能力,并提高了匿名通讯系统的实用性.     

实现能量均衡消耗的传感器网络节点摆放策略

在传感器网络技术应用的民用领域中,采集信息的传感器节点位置固定,并且有些距离汇聚节点太远,需要加入中继节点转发数据。一些中继节点由于承担了过多的数据量而过早耗尽能量,影响了网络的生存周期。该文针对该种情况,提出了一种实现各节点能量均衡消耗的中继节点多级摆放策略,研究了如何通过调整中继节点的摆放位置和转发数据量,使传感器节点和中继节点在每一轮的数据传输中消耗相同的能量。基于该策略,还研究了中继节点数目与网络生存周期之间的关系,为延长网络生命周期和减小中继节点数目的折中提供了一种参考。     

基于粒子群算法的无线传感网络中继节点选择策略

针对无线传感网络中继节点没有固定的能量供应,导致无线传感网络数据传输速率较低、吞吐量较小的问题,提出基于粒子群算法的无线传感网络中继节点选择策略方法。构建无线传感网络系统模型,根据模型得出网络中每个位置中继节点的作用,同时收集所有中继节点构成中继节点集,保证中继节点的选择策略具有多样性;根据节点能量和信噪比加权得出中继节点的选取准则,并在粒子群算法的帮助下不断更新中继节点的选取结果,得出全局最优中继节点策略,实现无线传感网络中继节点选择。仿真结果表明,所提方法的数据传输延时平均为1.81ms,均方根误差平均值为1.29,及吞吐量最大值为260op/s。     

一种协作和中继混合的传感网寿命最大化路由算法

周期性监控、多对一数据传输是无线传感网的典型场景之一.其中存在固有的能耗不均问题,即与sink 节点距离不同的节点能耗差异大,严重缩短了网络寿命.提出了一种基于协作和中继混合传输模式的路由方法,利用协作和中继在远、近距离传输时能耗的互补性,通过调整节点采用中继模式传输的负载比例(称为中继率),均衡节点间的能耗,延长网络寿命.定量地描述了节点能耗和中继率的关系,将网络寿命最大化建模为关于中继率矢量的高阶非线性优化问题.为了求解该问题,深入分析了寿命最大化时节点间能耗的关系,得到的结论是：若以中继模式传输单比特的能耗小于sink 一跳邻节点的协作模式能耗,则寿命最大化时所有节点能耗相等;否则,寿命最大化时节点中仅满足协作模式能耗大于中继模式的部分节点能耗相等.由此将多元非线性的网络寿命最大化问题转化为关于单变量的优化问题,求得了最优中继率.利用理论分析结果设计了分布式路由算法DORRCR.仿真结果表明,该算法能够有效延长网络寿命,显著提高全网的能耗均衡性.     

放置中继节点解决无线传感器网络能量空洞问题

在无线传感器网络中,传感器节点往往采用多跳的方式进行数据传输,造成了基站sink周围节点能量消耗过快,易形成能量空洞问题。针对这个问题,提出了一种改变中继节点能量的能耗均衡策略,即将中继节点的能量加大为原传感器节点能量的数倍,同时减少中继节点的数量。理论分析和仿真结果表明,这种方法有效地解决了能量空洞问题。考虑到成本和数据冗余问题,在中继节点数为理想数目的3/5时,网络能耗没有太大的提高,即放置少量的中继节点也能达到能耗均衡的目的。     

一种面向电池供电中继节点的中继选择方法

在协作通信网络中,信道条件较好的电池供电中继节点可能被频繁选择用于数据转发,导致电量快速消耗,甚至缩短网络生命周期。针对该问题,提出一种兼顾电池能耗、电池余量和信道状态信息的中继选择方法。根据节点电池能耗与电池余量的比值对链路的信噪比加权,选择加权后中继链路信噪比最大中继链路的源节点或中继节点发送数据。推导系统的平均转发信道容量和中断概率表达式,在此基础上的仿真结果表明,该方法在保证转发信道容量和中断性能的同时,能有效降低中继节点的电池能耗,延长协作通信网络的生命周期。     

基于语音时隙机制的车载自组网MAC协议

在节点高速运动的车载组网多跳通信中,如何快速选择下一跳中继节点是目前无线自组网亟待解决的问题。为此,提出一种基于类语音时隙划分信道竞争机制的时分复用协议,采用类似语音优先权接入的语音突发方式解决多跳中继选择问题。仿真结果表明,在不同节点分布的运动场景下,使用语音突发方式的MAC协议较传统的时分复用随机接入方式具有更短的接入延时与更低的网络开销。     

一种正交混合空时网络编码的中继通信算法

针对无线通信网络中频谱利用效率较低以及网络吞吐量不足等问题,提出一种正交混合空时网络编码的中继通信算法(QHNR)。该算法通过系统模型分析了在传输周期中的MAC阶段和BC阶段中的中继通信方式以及节点发送数据的出错率,采用分级增益的方法来提高信道利用效率,提升系统性能,并通过中继概率来选择较好的中继节点。通过网络吞吐量和网络功率分配情况来分析QHNR算法的性能。实验仿真结果表明,QHNR算法在提高网络吞吐量,提升信道利用效率上,相比采用TWR通信方案和MWR通信方案具有更好的效果。     

基于能量收集技术的无线协作网络中继选择

针对目前能量收集技术能够收集到的可用能量受限,导致无线协作网络中继节点处易出现能量短板的问题,为了避免整个网络因中继节点大量死亡而瘫痪,提出了一种基于能量收集技术的无线协作网络中继选择方案,即联合最大能量和最大数据传输链路的中继选择方案。首先,基于节点的能量收集状况,选出每跳中能量最大的节点进行解码转发;然后,结合每连续两跳的链路传输状态,选出与源节点和目的节点之间的数据传输信道最优者作为中继节点。结合Nakagami-m信道衰落模型,将该方案与随机选择方案、最大数据链路信道增益(MaDs)方案和基于中继-窃听链路最小信道增益(BNBF)方案进行对比分析,结果表明:在满足收集的能量足够用于下一时隙能量收集和数据传输的前提下,用于能量收集的比例越小,网络中断概率越小;联合最大能量和最大数据传输链路的中继选择方案在网络中断性能方面优于其他方案,其中断概率随信噪比的增大而减小,特别是当平均信噪比为38dB时,网络中断概率降到10^-5。     

Relay node placement under budget constraint

The relay node placement problem in the wireless sensor network domain has been studied extensively. But under a fixed budget, it may be impossible to procure the minimum number of relay nodes needed to design a connected network of sensor and relay nodes. Nevertheless, one would still like to design a network with high level of connectedness, or low disconnectedness. In this paper, we introduce the notion of a measure of the “connectedness” of a disconnected graph. We study a family of problems whose goal is to design a network with “maximal connectedness” subject to a fixed budget constraint.     

Optimal power allocation for cognitive relay networks: amplify-and-forward versus selection relay

We consider a cognitive relay network which is defined by a source,a destination,and cognitive relay nodes and primary user nodes.In this network,a source is assisted by cognitive relay nodes which allow coexisting with primary user nodes by imposing severe constraints on the transmission power so that they operate below the noise floor of primary user nodes.In this paper,we mainly study the power allocation strategies of this system to minimize the outage probability subject to total and individual power c...     

应急通信系统中协作中继选择与功率分配优化

为提高应急通信系统的信道容量和能量效率,提出一种协作中继选择与功率分配的联合优化算法。在动态的通信环境中,通过最佳期望选取参与数据传输的协作中继集,提高通信系统的信道容量。为使每个用户及整个网络的能量消耗降到最低,采用凸优化方法,合理分配源节点和多个中继节点之间合理的发射功率。理论分析与仿真实验证明,该算法能以较低的复杂度明显提高系统的信道容量和能量 效率。     

在认知中继网络中基于放大转发与最佳中继的最优功率分配算法

由于受认知无线电与中继通信技术的启发,提出了一种认知中继网络模型.该模型由源节点、目的节点、认知中继节点及主用户(primary user,PU)构成.认知中继节点以与PU共存的方式为源节点辅助传输信息到目的节点,只要保证其对PU通信造成的干扰在PU干扰门限值以下.假设源节点、目的节点和认知中继节点之间的瞬时信道边信息(channel side information,CSI)和认知中继节点到主用户之间的均值信道增益已知的前提下,研究该模型中的认知中继节点分别采用放大转发(amplify-and-forward,AF)和基于AF的中继选择(selection AF,S-AF)下的功率分配策略,该策略以最小化系统中断概率为目标,同时也满足认知中继节点的发射功率约束(包括总发射功率和个体发射功率约束)和对主用户的干扰功率约束.最后,通过数值仿真来验证推导出的功率分配策略.仿真结果表明:本文提出的最优功率分配策略,无论在AF,还是S-AF下,均能明显的改善系统的中断性能和平均吞吐量;同时在S-AF下最优分配策略可以得到更高的平均吞吐量,因此中断概率更小.     

改进的基于网络编码中继转发方案

针对双向中继网络中传统中继转发协议放大信号的同时放大了噪声、可能转发错误的解码信号、中继判决结果不可靠等问题,提出两种基于互信息转发(MIF)的网络编码中继转发方案。首先,中继节点转发来自两个源端信息的硬判决结果;同时还转发其可靠度;然后,接收端将来自中继节点转发的信号及其可靠度和源端信号合并,并对合并结果进行检测和判决。详细推导了所提出两种方案接收端信噪比(SNR)的表达式,并在加性高斯白噪声(AWGN)信道两种仿真条件下进行数值仿真;同时分别在AWGN信道和瑞利信道中对各种方案误码率进行蒙特卡罗仿真。结果表明在两种信道条件下所提出方案在误码率(BER)性能上较估计转发(EF)方案相比分别有约1 dB和1~2 dB的增益。仿真实验结果说明基于MIF的网络编码方案在双向中继网络中继转发中对系统的误码性能有显著提升效果。     

三协作节点的功率分配及其信道容量

针对多协作用户的功率分配及其信道容量问题,讨论了在三个协作用户的通信模型中,当信道增益固定情况下的功率分配。以信道容量为目标函数,给出了最优的功率分配算法。实验结果表明,当信源节点到目标节点的信道增益大于信源节点到各中继节点的信道增益时,信源节点可以直接传送给目标节点。当信源节点到各中继节点的信道增益的平方与信源节点发射功率的乘积小于相应中继节点到目标节点信道增益的平方与相应中继节点发射功率的乘积时,信源节点可以完全通过中继节点来传送给目标节点,在其它情况下,信源节点可以一部分通过中继节点传输,一部分直接传输到目标节点。     

Joint adaptive power allocation and interference suppression algorithms based on theMSER criterion for wireless sensor networks

In this study, a two-hop wireless sensor network with multiple relay nodes is considered where the amplify-and-forward （AF） scheme is employed. Two algorithms are presented to jointly consider interference suppression and power allocation （PA） based on the minimization of the symbol error rate （SER） criterion. A stochastic gradient （SG） algorithm is developed on the basis of the minimum-SER （MSER） criterion to jointly update the parameter vectors that allocate the power levels among the relay sensors subject to a total power constraint and the linear receiver. In addition, a conjugate gradient （CG） algorithm is developed on the basis of the SER criterion. A centralized algorithm is designed at the fusion center. Destination nodes transmit the quantized information of the PA vector to the relay nodes through a limited-feedback channel. The complexity and convergence analysis of the proposed algorithms are carried out. Simulation results show that the proposed two adaptive algorithms significantly outperform the other previously reported algorithms.