多基站可充电无线传感器网络建模及优化研究

研究问题为引入无线能量补给设备后,多基站无线传感器网络的跨层优化问题。以设计无线传感器网络中的数据路由、传感器节点的功率控制及无线能量补给设备的工作策略为研究目标,通过提出无线传感器网络中传感器节点活跃度的概念,分析无线传感器网络物理层与网络层需要满足的约束条件,结合无线能量补给设备需要满足的约束条件,提出可充电无线传感器动态网络跨层优化问题,并将其转化为易于求解的线性规划问题。根据求得的最优解获得无线传感器网络中传感器节点动态且周期的数据路由及功率控制策略,并得到无线能量补给设备周期性工作策略,且无线能量补给设备驻站时间比较之前研究成果提升在100%以上。     

基于能量均衡的无线传感器在配电网的部署算法

为了提高配电通信网的可靠性,针对宽带无线网络覆盖配电网存在信号盲区等问题,给出一种无线传感器延伸覆盖网络模型。考虑到能量、通信距离受限的无线传感器在配电网中采用多跳通信方式,致使与sink相邻的节点能量消耗大,易出现能量空洞问题,提出一种基于能量均衡的无线传感在配电网的部署算法。该算法以网络效率作为优化目标,在已知采集节点数和节点之间距离的前提下,求解出最优中继节点部署方案和各采集节点的传输距离。仿真结果表明,该算法符合配电网中的无线传感器的网络部署要求,能够延长网络生命周期、提高网络效率。     

高压输电监测无线传感网功率控制算法

为了延长网络生命周期,解决高压输电监测的无线传感器网络中节点能量受限问题,结合应用背景的实际特点,提出一种基于节点动态聚类的功率控制算法。该算法以高压输电监测的网络架构为基础,分析传感器节点间的空间几何位置关系,综合考虑空间几何信息与节点剩余能量,利用聚类分析方法对网络内具有相似性的节点进行动态聚类,使数据转发在类区域代表节点之间传递。同时,采用可变的功率调制技术进行数据传输。仿真结果表明,该算法能够有效地降低网络能量消耗,并延长网络的生命周期。     

无线充电设备能量受限的WRSNs周期性充电规划

研究无线充电设备(wireless charging equipment,WCE)的充电能量和行驶能量均有限的情况下使用WCE为传感器节点周期性充电问题。对于每一个充电周期,旨在最大化充电周期时间的同时最小化WCE充电和行驶能量的总消耗值,以最小的WCE能量消耗功率保证无线可充电传感器网络(wireless recharging sensors networks,WRSNs)永久性工作下去。通过分析传感器节点能量约束和WCE行驶及充电约束,建立以最小化WCE能量消耗功率为优化目标的优化模型。充电问题为NP-Complete问题,使用混沌粒子群算法(chaos particle swarm optimization,CPSO)求解优化问题得到WCE充电路径和节点充电时间,并设计了由2种数据路由和3种节点分布类型组合成的6种WRSNs仿真场景,与基本遗传算法(genetic algorithm,GA)对比,其收敛速度至少提升了1倍。     

WRSNs中无线充电和辅助移动数据收集算法

研究在无线充电设备(WCE)辅助基站进行数据收集情况下,无线可充电传感器网络(WRSNs)中充电和数据收集问题,旨在减少网络中长距离无线传输造成的能量浪费,缓解能量空洞问题。对充电及数据收集过程建模分析,设置用于计算WCE辅助收集数据量的节能系数,利用拉格朗日对偶分解和次梯度算法设计一种WRSNs中无线充电和辅助移动数据收集算法(Wc AMDG),优化节点充电量和路由。仿真实验表明,算法能够有效延长网络寿命、均衡节点能耗、提高网络能量利用率。     

单相配电网多用户通信中的频谱优化

提高配电网信道利用率、改善网络服务质量是配电网多用户通信系统的重要目标。讨论了在单相电力线条件下实现下行广播信道多用户频谱优化的方案,以及电力线多用户频谱优化问题的数学模型。给出了解决信号功率谱限制条件下的多用户频谱优化快速算法。在典型电力线信道环境下,比较了单用户和多用户传输性能。仿真结果表明,利用频谱优化的多用户传输能明显提高通信传输速率,对提高配电网通信性能具有重要的实际意义。     

无线传感器网络的SMAC协议跨层优化

针对无线传感器网络中,由于个别节点因能量消耗大而加快网络消亡问题。本文采用能量均衡思想对SMAC协议进行跨层优化,提出了b-SMAC协议,节点可根据路径能耗来更新路由表,有效优化选择下一跳的节点,达到无线传感器网络中节点能耗均衡的目的。NS-2软件仿真结果表明,b-SMAC比SMAC协议更有效解决能量非均衡消耗问题,减少了网络消耗,延长了网络生存周期。     

无线传感器网络虚拟力覆盖控制及节能优化研究

综合考虑无线传感器网络的能量约束、覆盖要求,结合天线理论,将无线传感器网络的覆盖控制问题归结于一个多目标非线性规划问题,从而推导并建立了一个多目标非线性规划问题的数学模型。解决方法上,提出了一种基于节能的虚拟力优化算法。将传感器节点与目标覆盖区域的虚拟力操作和节点之间的虚拟力操作按节约能耗的约束同时进行,从而达到覆盖控制技术的优化目的。仿真实验表明,该策略对解决多目标非线性规划问题有着良好的收敛性与普适性,可以满足无线传感器网络的覆盖控制要求,并可以将网络的生命周期最大化,提高了系统的性能。     

具有小世界效应的无线传感器网络构造方法研究

本文提出一种具有小世界效应的异构无线传感器网络的构造新方法,引入具有更高能量、存储容量和数据处理能力的超级节点,组成的超级链路是与汇聚节点直接通信的可靠捷径.采用路由策略和网格模型分析配置超级链路对路径长度减小量和节能的影响,通过利用遗传算法优化超级链路的配置以达到最佳的能量高效性.仿真表明,在无线传感器网络中适当增加少量的超级链路可以减少节点的平均能量消耗,明显减小平均路径长度并改善网络的能量高效性.     

面向输电线路监测的无线传感网络可靠路由方法研究

针对输电线路监测系统对于无线传感器网络路由部署可靠性要求高的问题,分析了输电线路监测系统中的无线传感器网络拓扑结构,提出了一种面向输电线路监测的无线传感器网络可靠路由方法。方法首先根据输电线路监测系统中上层网络的通信质量以及双向链路的链路质量,为节点选择数据上传的Sink节点;然后通过综合考虑节点可靠性、节点剩余能量和邻节点跳数3个因素,实现路由路径的最优下一跳节点选择。仿真实验结果表明,所提方法与长链状蚁群路由算法以及传统LEACH算法相比,在降低节点能耗前提下能够降低丢包率,适应于输电线路监测系统应用场景。     

无线认知传感器网络中基于时空相关性的协作频谱感知算法

无线应用的快速扩张使得未授权的工业、科学和医疗(ISM)频段十分拥挤,频谱资源稀缺已成为无线传感器网络发展的瓶颈。无线认知传感器网络允许传感器节点感知主用户的频谱空洞,并利用空闲频段进行通信而改善网络的通信能力。提出了一种基于时空相关性的协作频谱感知算法,该算法建立基于自回归模型的超采样序贯能量检测器以快速获得单节点的局部判决结果,然后为各节点分配时空相关的权重因子以进行加权序贯协作频谱感知,并给出精确的全局判决结果。仿真结果说明,相比于传统的序贯协作频谱感知算法,该算法可使用更少的采样数据量获得更优的频谱检测性能,从而以能量有效的方式提高网络的频谱利用率和数据传输效率。     

无线传感器网络节点能量平衡优化方法

在无线传感器网络中,传感器节点中有限的能量供给限制了每个节点无线传输的距离。多跳传输通过将数据包转发给中继节点的方式可将数据包发送至远端接收器。在用于数据汇聚的无线传感器网络中,离数据汇聚站较近的无线传感器节点通常要转发比其他节点更多的数据包,从而消耗更多的能量。文章将整个网络的生命定义为直到第一个无线传感器节点能量耗尽从而失效的时间。提出一种基于无线传感器网络的能量平衡优化方案,该方案所采用的能量模型是基于对ChipconCC2420无线传感器射频收发器的测量数据推导得出的。根据这个方案,通过优化网络中数据流转发的分布来平衡节点的能量消耗。从而延长整个网络的使用生命。     

自适应人工免疫网络算法的无线传感网络拓扑结构优化

无线传感器网络(MWSN)具有动态拓扑的特性,因而节点移动、能量消耗等影响因素会导致传感器网络的寿命。在现有层次型拓扑控制算法的基础上,借鉴adhoc网络层次拓扑生成算法WCA的设计原理,提出一种应用于无线传感器网络的新型层次型拓扑结构优化算法。该算法综合考虑节点的能量和位置状况,为每个节点定义不同的权值,从中选出性能优越的节点担任簇首,同时通过设置节点度参数来确保最优的拓扑结构。同时依托自适应人工免疫网络算法,用于实现MWSNs的目标。仿真结果表明,改进的人工免疫网络算法(KC-AAINA)有助于找到良好的聚类配置和簇头数量,限制了节点能耗,改善了MWSN的网络寿命、能量消耗和分组传输,从而提高网络生命周期。     

感知策略下的无线传感网络保密容量问题研究

无线传感器网络(WSN)指的是由可以感知和检查外部世界的传感器组建而成的分布式无线网络。得益于硬件系统的飞速发展,无线传感网络广泛应用到了军事、智能交通、环境监控、医疗卫生等多个领域。考虑到无线传感器受限于能量,计算能力等诸多因素,其引发出来的无线传感网络通信安全问题成为了一大研究热点。本文旨在探讨如何应用压缩感知技术保证无线传感网络的安全通信,针对放大转发式压缩感知技术下的无线传感网络安全保密问题推导给出了可计算的保密容量门限值。最后分别讨论了不同数目下的活跃感知节点,中继节点以及窃听节点对无线传感网安全保密容量的影响。仿真结果进一步验证了所推导的保密容量结论。     

基于位置信息的无线网络协作路由算法

网络生命周期是评价能量受限无线网络性能的重要指标之一,如何有效延长网络生命周期是影响该类无线网络实际应用的重要问题,优化发射功率或节约能耗是比较常见的解决方法之一。针对直接和协作2种传输链路,将协作通信技术与路由机制相结合,并基于节点的位置信息,提出一种最大化网络生命周期的协作路由算法。该算法在保证一定中断率的前提下,运用非线性规划方法求解最优发射功率,进而构建由节点发射能耗、接收能耗和剩余能量组成的权值代价公式。然后,基于Dijkstra’s最短路径,依据权值代价公式建立从源节点到目的节点的协作路由。仿真实验结果表明,该算法可以降低节点的发射功率,减少节点的能量消耗,从而有效的延长网络生命周期。     

基于相长干涉的无线传感器网络数据收集

为延长无线传感器网络的生命周期,提高数据收集的可靠性,提出一种基于相长干涉的无线传感器网络低功耗可靠数据收集协议。利用时分多址技术对网络中的节点分配时隙,采用感知节点轮询发起相长干涉的网络洪泛的方式实现数据收集。针对时分多址技术需要的时间同步要求,改进现有的隐式全局时间同步算法,来保证节点轮询发起相长干涉网络洪泛的时间对齐。利用丢包重传机制来实现可靠性。仿真和测试平台实验结果均表明,能够实现几乎100%的数据收集,能量效率约为CTP的2.2倍,大幅度提高网络的生命周期、可靠性。     

基于变循环预估寿命均衡的无线传感网数据采集算法

智能电网等大型工业系统数字化转型需求逐年提升,相应的无线传感器近年来被广泛应用。然而,无线传感器的自主续航十分有限,面向对应自组网的能效优化因可显著提升其生命周期而意义重大。为此提出一种基于变循环预估寿命均衡的无线传感网(Wireless Sensor Networks,WSN)数据采集算法,首先构建面向指定区域远程感知需求的WSN系统模型,然后设计基于变循环预估寿命均衡的高能效数据采集算法,最后通过仿真分析证明所提出的算法可通过拓扑重构有效均衡节点剩余能量,进而优化网络能效,显著提升无线传感网生命周期。     

线性WSNs能耗均衡的非均匀网络部署方案

针对线性无线传感器网络中存在能量空洞的问题，给出一种线性无线传感器网络能耗均衡的非均匀网络部署方案。该方案证明了除距离Sink节点最远的子监测区域之外，剩余子监测区域从远到近使其传感器节点数量呈等比递增时可实现网络能耗均衡，同时需随机部署足够数量的中继传感器节点用于转发数据。经实测数据仿真表明，所提方案能有效地解决能量空洞问题，使得线性无线传感器网络可以实现均衡能耗的目的，且能够大大延长网络的寿命，对于提高实际线性无线传感网络的性能具有重要意义。     

电能质量监测系统中基于蚁群的WSN路由算法研究

针对变电站电能质量监测系统中无线传感器网络存在能量分布不均,消耗过大等不足之处,提出了一种基于蚁群的动态优化路径无线传感器网络路由算法,通过在信息素更新公式中引入路径能量、路由跳数等参数来平衡网络节点能量。通过仿真验证,该算法在降低网络能量消耗方面具有很好的效果。     

图论在无线传感网络路由协议中的应用研究

为降低无线传感网络节点能耗,延长网络生存时间,将图论最优选址问题用于分簇路由协议设计。依据节点剩余能量,结合图论的中心论算法进行簇头选举,以降低和平衡簇内能耗。依据下一跳簇头的能量消耗情况,使用Dijkstra算法设计最佳路由,确定最佳跳数,以降低数据传输的通信能耗,均衡全网能量。将此算法用于机场助航单灯监控系统,并与AL-CAME和ECOMP协议进行对比,仿真结果表明,此算法网络开销最小,节点剩余能量值远大于其他两种算法,网络能耗分布更为均衡,有效延长了网络的生命周期。