基于约束策略的WSN低能耗粒子滤波跟踪算法

目标跟踪是无线传感器网络研究的关键技术之一,如何在保证较低能量消耗的前提下,实现监测场景中运动目标准确跟踪是需要解决的问题。在深入研究分析传感器网络目标跟踪算法的基础上,提出了基于约束策略的WSN低能耗粒子滤波跟踪算法。该算法采用动态分簇,既减少网络的能量消耗,又保证监测目标节点的数量;在跟踪过程中,采用约束策略得出目标估计区域,对粒子采样结果进行优化,同时对状态空间模型进行改进,增强粒子对目标的跟踪能力。仿真结果表明,提出的跟踪算法有效的实现目标的跟踪,在保证低能耗的同时提高了跟踪精度。     

采用半贪心优化的节点非均匀分布路由协议

为避免无线传感器网络中因节点能耗不均衡而产生的能量空洞现象,延长网络生命周期,提出采用半贪心优化的节点非均匀分布路由协议。首先在网络监测区域分层的基础上,计算各层感知数据转发能耗,根据各层网络能耗比例和监测区域覆盖要求,设计了密度递减的节点部署模型;然后基于两跳通信的贪心范围,提出两跳能耗代价估计函数,改进半贪心算法;在簇间多跳通信阶段,利用优化的半贪心算法求解簇头到基站的最优转发路径。仿真实验表明,与现有的几种路由协议相比,新协议能够均衡各层网络节点能耗,延长网络生命周期,有效避免能量空洞现象。     

一种无线传感器网络节点的研制

无线传感器网络系统中,每个传感器节点都具有无线通信功能,各个测点的传感器单元,对此处的参数进行测量,并组成一个无线网络,将测量数据通过该网络以无线方式传送到监控中心。无线传感器网络系统与传统的有线传感器网络相比,具有耗资小、安装方便、维护和更新费用低等优势,非常适合用于对布线困难的区域、人员不能到达的区域和一些临时的场合的状况进行远程监测,如大型建筑的健康状态监测,空间探索,灾害预测,获取敌方战场信息等,也因此成为国际上的前沿热点研究领域。针对环境及结构状态监测,我们设计了一种无线传感器网络,该网络由若干传感器节点,一个无线接收功能的网络控制节点及一台计算机构成。无线传感器节点分布于需要监测的区域内,执行数据采集、处理和无线通信等工作,网络控制节点接收各传感器的数据并以有线的方式将数据传送给计算机。结构如图1所示。本文详细介绍了该无线传感器网络中无线传感器节点的设计,并给出实验测试结果。     

WSNs能量异构节点部署与区域覆盖优化

针对无线传感器网络（WSNs）的热点区域问题所导致的节点能量异构、能量空洞等问题,对网络进行重新部署以满足区域覆盖的要求。建立WSNs能量异构节点区域覆盖优化模型,以网络覆盖率为目标函数,节点位置作为决策变量,采用差分进化算法优化该目标,同时获得各节点的最佳位置。仿真实验表明：该模型能充分调度各节点的剩余能量,对热区问题导致的能量空洞进行重新部署,该策略能够延长网络的生命周期,提高网络的可靠性。     

基于改进蚁群算法的无线传感器网络节点部署

为了降低无线传感器网络的总体能耗,保证信息的有效采集,针对无线传感器网络节点分布部署问题进行了研究,将其形式化为一个组合优化问题,以网络覆盖率为目标函数;提出了一种基于改进蚁群算法的节点优化部署方法,并对信息素扩散源搜索策略以及信息素更新方式进行改进;仿真结果表明,算法能够在监测目标区域内以相对较小的代价完成传感器网络节点的分布优化,并能降低网络的能耗,提高网络的整体覆盖率.     

一种虚拟传感器网络中事件监测的容错机制

事件监测是无线传感器网络中的重要应用之一,而准确检测出故障节点是提高事件监测效率的前提。为了实现多应用目标传感器网络中较高的节点故障识别率,在基于簇状树的虚拟传感网架构上,提出一种基于节点邻域中值的事件监测容错算法。该算法充分利用了无线传感网节点之间的空间相关性,融合邻域各节点的测量值,通过节点的数值与邻域中值之间的差值来判断节点状态。仿真实验结果表明,即使是在节点故障概率比较高的情况下,该算法依然具有优越的容错性能。     

基于二进制粒子群算法的异构传感器网络成本最优节点部署机制

节点部署作为无线传感器网络应用的一个核心问题,是保证网络服务质量的重要手段。针对异构传感器网络节点的高密度部署和监测目标的非均匀分布的情况,提出一种基于二进制粒子群算法的异构节点成本优化部署方法。该算法在满足区域节点部署要求的条件下以最小化传感器节点的部署成本为目标函数进行优化操作,以达到降低网络冗余、提高网络服务质量的效果。仿真结果表明,该算法能快速收敛于最优解,能够降低网络部署的成本,提高网络中目标监测的质量。     

无线传感器网络中一种环状空间相关性模型

无线传感器网络特点之一是监测事件的节点分布稠密,相互邻近的节点获得的事件观测值具有很高的相关性。因此,如何消除这种空间相关性以改善网络性能是一个重要的研究课题。提出一种适合无线传感器网络中的事件监测应用的环状空间相关性模型。该模型依据离事件源距离相等节点采样数据空间相关性更高的事实,针对能量衰减模型,采用最小二乘估计对事件源进行更精确的估计。基于新模型,进一步讨论了节点间采样值的空间相关性。模拟实验表明,对传感器网络异常事件监测应用选取适当规模的代表性节点,新模型比现有模型的精确度提高两个数量级以上。新模型能更精确地挖掘传感器网络中的空间相关性,为开发基于空间相关性的传感器网络MAC协议提供了更好的理论框架。     

无线传感器网络中一种环状空间相关性模型*

无线传感器网络特点之一是监测事件的节点分布稠密,相互邻近的节点获得的事件观测值具有很高的相关性。因此,如何消除这种空间相关性以改善网络性能是一个重要的研究课题。提出一种适合无线传感器网络中的事件监测应用的环状空间相关性模型。该模型依据离事件源距离相等节点采样数据空间相关性更高的事实,针对能量衰减模型,采用最小二乘估计对事件源进行更精确的估计。基于新模型,进一步讨论了节点间采样值的空间相关性。模拟实验表明,对传感器网络异常事件监测应用选取适当规模的代表性节点,新模型比现有模型的精确度提高两个数量级以上。新模型能更精确地挖掘传感器网络中的空间相关性,为开发基于空间相关性的传感器网络MAC协议提供了更好的理论框架。     

Ad Hoc网络区域最小覆盖方法研究

覆盖控制作为无线传感器网络中的一个基本问题,反映了网络所能提供的“感知”服务质量,可以使无线传感器网络的空间资源得到优化分配,进而更好地完成环境感知、信息获取和有效传输的任务.如何计算同时满足“覆盖要求”（工作节点必须能够完全覆盖目标区域）和“连通性要求”（工作节点组成的通信网络必须是连通的）的最小节点集合,是一个NP难问题.本文设计了一种基于目标区域Voronoi划分的改进集中式近似算法,用于计算完全覆盖目标区域所需要的近似最小节点集.     

大型电机转子表面温度的网络系统测量

针对大型电机转子表面温度的非接触光纤测温方法和网络化传感器的基本特点,研究了大型电机转子表面温度的网络系统测量;提出了采用CAN总线作为TII接口协议完成STIM和NCAP的长距离连接方法,实现了大型电机转子表面温度的远程在线监测与控制,其测量精度达到0.2%。     

三维曲面多移动节点的传感器网络部署算法

目前大多数传感器网络部署研究主要集中在二维平面和三维全空间区域,然而,许多现实世界的应用领域是一个复杂的三维空间曲面,现有的覆盖方法不能取得较好的结果。本文研究三维空间曲面传感器网络部署方法,提出一种三维曲面多移动节点的传感器网络部署算法,采用静态节点和动态节点组成的混合传感器网络,由静态节点估算覆盖空洞的位置和面积,再通过移动节点对覆盖空洞进行依次修复。仿真结果表明,该算法的最终网络覆盖率达到了99%,比3DGA算法提高了6个百分点,比Delaunay算法提高了8.5个百分点,同时降低了网络整体能耗。     

Energy-aware self-organisation algorithms with heterogeneous connectivity in wireless sensor networks

Heterogeneity of node energy is a common phenomenon in wireless sensor networks. In such node energy heterogeneous sensor network, how to balance the energy consumption is the key problem on extending the lifetime of the sensor network system. An energy-efficient self-organisation algorithm with heterogeneous connectivity based on energy-awareness is proposed. Each sensor node in the network adjusts its own transmission radius based on the local energy information during the constructing and operating phase. Thus heterogeneous network topology, in which the nodes can choose different transmission radius, is formed. In contrast to the homogeneous network model, in which the node carries the same radius, simulation and analysis are conducted to explore the topology characteristics and robustness with different node energy distribution. The degree distribution shows the scale-free property in the heterogeneous model. The proposed network model enjoys higher efficiency of transmitting data, less clustering, higher robustness under node random failures and longer network lifetime than those in the homogeneous ones.     

无线传感器网络中一种分布式冗余检测算法

无线传感器网络覆盖控制中现有的大部分冗余检测算法都是针对节点感知半径相同的同构网络的,无法应用于异构网络.提出一种保持网络k级覆盖的适应异构传感器网络的分布式冗余检测算法.该算法根据节点的冗余分布特性设计了有效覆盖邻居选取,通过有效覆盖邻居感知半径关系及交点处的覆盖程度判断检测冗余.仿真表明:算法中有效覆盖邻居选取的设计,大大降低了节点执行冗余计算的时间,算法的运行效率较高;算法在异构WSN中性能优异,冗余检测彻底、充分,有益于节省节点能量,延长网络生存时间.     

Comparison of spatial sampling strategies for ground sampling and validation of MODIS LAI products

The development of an efficient ground sampling strategy is critical to assess uncertainties associated with moderate- or coarse-resolution remote-sensing products. This work presents a comparison of estimating spatial means from fine spatial resolution images using spatial random sampling (SRS), Block Kriging (BK), and Means of Surface with Nonhomogeneity (MSN) at 1 km² spatial scale. Towards this goal, we focus on the sampling strategies for ground data measurements and provide an assessment of the MODIS LAI product validated by the spatial means estimated by the above-mentioned three methods. The results of this study indicate that: (1) for its effective stratification strategies and its criteria of minimum mean square estimation error, MSN demonstrates the lowest mean squared estimation error for estimating the means of stratified nonhomogeneous surface; (2) BK is efficient in estimating the means of homogeneous surfaces without bias and with minimum mean squared estimation errors. The MODIS LAI product is assessed using the means estimated by SRS, BK, and MSN based on Landsat 8 OLI and SPOT HRV fine-resolution LAI maps. For heterogeneous surfaces, MSN results in low RMSE and high accuracy of MODIS LAI product compared with BK and SRS, whereas for homogeneous surfaces, the statistical parameters outputted by these three methods are similar. These results reveal that MSN is an effective method for estimating the spatial means for heterogeneous surfaces. There are differences in the accuracies of MODIS LAI product assessed by these three methods.     

概率模型下异构传感器网络部署算法的研究

目前采用虚拟力方法解决传感器节点部署问题的算法均基于同构传感器网络,面向异构传感器网络的部署需求,提出扩展的虚拟力算法.该算法采用概率感知模型,部署时根据感知半径的悬殊采用静态部署与动态部署相结合的策略,根据节点感知半径差异度决定最佳距离的取值,节点移动时采用接替移动法.仿真结果表明该算法能够根据应用需要将异构传感器节点合理地部署于目标区域内,同时能有效地均衡网络节点的能耗,延长网络的生存时间.     

运用异质传感器信息融合的移动机器人自定位

采用单类、单一传感器很难获得移动机器人的准确定位.为此,运用异质传感器信息融合来提高定位精度.首先,建立机器人运动方程和CCD摄像机观测模型.然后,利用扩展卡尔曼滤波器进行状态估计,选择Q,R矩阵抑制系统的模型噪声和量测噪声,并实现移动机器人的自定位.接着,建立超声波传感器的观测模型,获得机器人的自定位信息.最后,运用BP神经网络,将两种自定位信息进行融合,实现两类传感器的优缺点互补.仿真实验表明,运用异质传感器信息融合能明显地提高移动机器人的自定位精度.     

多传感器测量中的方差估计

在多传感器加权融合算法中，各传感器的权值仅由传感器的测量方差决定。假设各传感器噪声为平稳过程且相互独立，本文提出了待测状态未知且时变情况下．多传感器测量方差的估计算法，并讨论了估计方差的统计特性，证明了估计的无偏性。针对工程中环境噪声的变化，进一步提出了加窗方差估计方法，并给出了窗口宽度和估计精度的关系．使算法能有效地跟踪环境噪声的变化。该算法无需设置依赖于环境的初始值，并给出了递推公式．使其可用于对多传感器测量方差的实时自适应估计。仿真结果直观地说明了估计方法的有效性。     

沿参数曲面的均匀变形方法

基于参数曲面控制的物体自由变形是一项实用的技术，在已有的方法中，待变形物体被直接主控制曲面的参数空间，由于映射的非线性，导致物体变形同扭曲现象，本提出了一种基于参数曲面控制的均匀变形方法，新方法中，变形控制曲面首先以等距或局部等怕方式展开为平面，然后经由平面的线性映射，将待为形物体嵌入控制曲面的参数空间中，从而产生符合控制曲面形状的局部均匀变形，实验结果表明，本方法所产生的结果是令人满意的。     

HDEEC：面向异构网络的一种基于簇路由协议

有效地使用传感节点的能量进而延长网络寿命成为设计无线传感网路由协议的一项挑战性的工作.为了延长网络,现存的多数簇方案是面向同构网络.为此,面向异构网络,提出基于簇的分布式能量有效路由HDEEC(heterogeneous WSN distributed energy-efficient clustering)协议.HDEEC协议首先提出异构网络模型,考虑了普通节点、特优节点和超特优节点三级能量节点;然后,提出能量消耗模型;最后依据这两个模型,提出了簇头选择方案.HDEEC协议以平衡、有效方式动态改变节点被选为簇头的概率.仿真结果表明,提出的HDEEC协议能够有效延长网络寿命,比DEEC、DDEEC的网络寿命分别提高了72％、68％.