SNAP: 无线传感器网络研发测试平台

作为一种新颖实用的传感器网络研发测试辅助平台SNAP,为传感器网络研发人员提供了详细的网络通信拓扑结构、节点通信和内部数据等采集信息;支持实时采集数据观测与数据历史回放;支持数据自定义分析与数据筛选;支持节点程序的远程批量更新,同时SNAP平台对节点传输数据采样不影响传感器网络的正常运行,确保采集数据的真实性.SNAP自主创新性强,减少对昂贵设备的依赖,面向大规模部署的传感器网络,具有很强的通用性和实用性.     

无线传感器网络测试平台研究

由于无线传感器网络与物理世界的紧密耦合以及物理世界本身的不确定性,导致人们在实际部署应用前必须通过无线传感器网络测试平台才能更加有效地验证程序与系统的正确性,从而尽早地在实际部署前发现软件中的问题。分析了无线传感器网络测试平台出现的背景,介绍了通用的无线传感器网络测试平台设计要求和原则;着重研究了当前具有代表性的无线传感器网络测试平台并分析其主要特点,最后给出了总结和展望,指出了需要进一步研究的方向。     

能量异构的无线传感器网络分簇协议

无线传感器网络分簇协议通常假定网络是同构的,即网络中所有节点具有相同的初始能量,这些协议不能充分利用异构网的特点。提出了一种适合于异构网的分布式分簇协议（EHCP）,该协议优先选择剩余能量较多的节点作为簇首以平衡节点的能量,并在簇间采用多跳通信以节省能量。仿真实验结果表明：与同类协议相比,EHCP协议能显著地延长网络稳定工作的时间,具有良好的性能。     

无线传感器网络测试技术与测试平台研究

随着无线传感器网络应用研究的不断深入,通过实际传感器节点建立网络平台进行网络测试越来越受到人们的重视。本文对无线传感器网络测试技术和测试平台进行了探讨,并分别对搭建测试平台中的三个关键问题：量化评估节点度网络的状态信息、监视控制节点网络行为、反映大规模网络应用环境,以度解决这三个问题的技术方案进行了介绍和讨论。为无线传感器网络平台的实际设计工作提供了指导和借鉴。     

基于Sun SPOT平台的无线传感器网络多跳路由协议设计

多跳路由协议是无线传感器网络中的关键技术之一,针对传统多跳传输协议在无线传感器网络的实际应用中存在部署过程过于复杂等问题,设计了一种灵活实用的基于Sink节点控制的无线传感器网络多跳传输协议(Sink Controlling Multi-hop Protocol,SCMP)。Sink节点通过发送命令信息实现对传感器节点的控制,并收集各个节点的路由信息从而获得全局路由,然后对传感器节点的数据传输进行进一步控制。在Sun SPOT平台上对SCMP进行了部署实验,结果表明,基于Sink节点控制的多跳传输协议更加方便灵活,在实际的无线传感器网络应用中具有一定的有效性和可行性。     

无线多跳网络性能与安全性测试平台

无线多跳网络的分布式工作特点和无线传播介质的特性导致其面临着严峻的性能和安全性挑战,而为弥补以往研究过分依赖仿真分析的不足,基于路由代数与统一路由模型,设计并实现了多种设备的试验测试平台（testbed for high‐level analysis of wireless ad‐hoc routing design ,TH‐award）。该平台采用模块化架构设计了协议库、参数库和测试库,便于用户扩展无线路由协议,有效实现在同一平台上对协议性能与安全性的综合测试,保证了测试平台的可扩展性与兼容性;能以仿真、测试、试验等不同应用模式实现其测试功能,具有良好的适用性与开放性;平台具有分布式管理架构、路由测试引擎等相关设计,能有效实现配置管理、运行分析的自动化,具有很高的可管理性。基于该平台,实现了多种路由协议的快速设置与部署,基于多种场景测试验证了平台的有效性,该平台为研究各种无线路由协议的性能及安全性提供了一种重要手段。     

异构无线传感器网络中异构节点的部署与优化

在无线传感器网络中适当地部署少量的异构传感器节点能够有效地延长网络寿命,提高网络的可靠性.本文主要研究无线传感器网络中异构节点的部署问题,提出了基于选址问题的异构节点部署算法,以优化无线传感器网络中异构节点的数量和位置.与其它算法相比,该算法对无线传感器网络的拓扑结构没有特定的要求,可以支持随机部署或人工部署的各种传感器网络,最后还给出了该算法的仿真测试结果.     

异构无线传感器网络中多目标优化节点部署策略

针对异构无线传感器网络节点高密度部署和事件发生存在"热点区域"问题,以区域覆盖率最大和网络能耗最小为优化目标,提出了一种基于多目标优化的二进制粒子群算法,对节点部署进行多目标优化。该算法采用概率感知模型,引入强支配系数使得解分布均匀,结合Pareto最优解选择排序和基于自适应权重的适应度分配,进而获得异构节点部署解。仿真结果表明:该算法能对目标空间进行广泛搜索,与NSGA—Ⅱ算法相比,算法具有良好的收敛性,能有效地提高网络的覆盖率和降低网络能耗。     

基于零打扰测试背板的无线传感器网络测试平台

精确的网络运行状态监视和性能评估对于无线传感器网络的研究和实际部署具有极为关键的意义,而现有的测试技术和测试平台对无线传感器网络的自身运行存在一定的打扰,测试数据的精度也受限于传感器节点的硬件配置.针对现有测试技术和测试平台的缺陷,提出了内部侦听的测试方式,并进一步研发了基于零打扰测试背板的无线传感器网络测试平台.测试平台首先通过由额外的测试背板直接捕获传感器节点内部互连信号,产生测试数据;然后测试数据经由额外的传输网络传送到测试服务器,进行解析和预处理;最后,远程访问客户端通过订阅机制访问测试服务器上的测试数据,并对其分析和处理.测试平台在避免对无线传感器网络正常运行产生干扰的前提下,实现对运行时刻的无线传感器网络的高精度零打扰的透明测试.实验结果表明,基于零打扰测试背板的无线传感器网络测试平台可以对无线传感器网络进行信号分析、协议验证,并对性能进行精确的评估,     

多频段无线传感器网络实验平台构建

无线传感器网络作为一种新兴的技术具有广泛的研究价值和实际应用价值。设计并实现了一个多频段的无线传感器网络实验平台。该平台包括2.4GHz和433MHz的两个子网。两个子网分别通过网关与PC机相连,PC机完成对不同子网的数据包分析和解包,并可对各子网下达指令。实验结果表明,该平台能够完成胜任一般实验的需求,对于理论研究和实际应用都具有十分重要的意义。     

A Clustering-tree Topology Control Based on the Energy Forecast for Heterogeneous Wireless Sensor Networks

How to design an energy-efficient algorithm to maximize the network lifetime in complicated scenarios is a critical problem for heterogeneous wireless sensor networks (HWSN). In this paper, a clustering-tree topology control algorithm based on the energy forecast (CTEF) is proposed for saving energy and ensuring network load balancing, while considering the link quality, packet loss rate, etc. In CTEF, the average energy of the network is accurately predicted per round (the lifetime of the network is denoted by rounds) in terms of the difference between the ideal and actual average residual energy using central limit theorem and normal distribution mechanism, simultaneously. On this basis, cluster heads are selected by cost function (including the energy, link quality and packet loss rate) and their distance. The non-cluster heads are determined to join the cluster through the energy, distance and link quality. Furthermore, several noncluster heads in each cluster are chosen as the relay nodes for transmitting data through multi-hop communication to decrease the load of each cluster-head and prolong the lifetime of the network. The simulation results show the efficiency of CTEF. Compared with low-energy adaptive clustering hierarchy (LEACH), energy dissipation forecast and clustering management (EDFCM) and efficient and dynamic clustering scheme (EDCS) protocols, CTEF has longer network lifetime and receives more data packets at base station.      

线形异构传感器的网络生命周期

无线传感器网络的能耗决定了网络的生命周期,如何有效部署传感器节点来延长网络的生命周期是一个重要的研究课题。针对由高级节点和普通节点组成的线形异构传感器网络,给出了最大化网络生命周期模型。通过分析节点的能量消耗,求解出了两种节点的分配比例,得出了最大化网络生命周期的节点部署方案。     

异构无线传感器网络的转发连通覆盖方法

提出了异构无线传感器网络的最小转发连通覆盖问题,其目标是寻找一个满足以下要求的最小转发连通覆盖集(minimum relay-connecting set cover,简称MRCSC):1) 活跃节点完全覆盖任务区域.从三角点阵排列可以获得节点数量近似最优的结论出发,给出了节点随机部署策略下的位置点优化选取原则,该原则着重考虑了当出现相邻节点间距离偏离3r_s 的情形时,能够限制不规则性的传播,最终构成近似规则的三角点阵排列.2) 所有活跃节点与转发骨干网连通.由于节点到达sink的路     

无线传感器网络中的信任管理

作为对基于密码体系的安全手段的重要补充,信任管理在解决WSNSs(wireless sensor networks)中的内部攻击,识别恶意节点、自私节点及低竞争力节点,提高系统安全性、可靠性和公平性等方面有着显著优势.综述了WSNs环境下信任管理的特点、分类方法、框架设计、脆弱性分析、攻击模型及对策,在此基础上介绍了WSNs下的典型信任管理系统.以信任计算模型为中心的WSNs环境下信任管理框架的设计是信任管理系统的核心,从信任要素、信任计算模型和信任值的应用这3个方面对其进行了深入讨论.最后,总结了WSNs环境下信任管理的研究现状,提出了值得参考的研究发展方向.     

改进的异构无线传感器网络路由能量算法

阈值稳定选举协议（Threshold-Stable Election Protocol,TSEP）没有考虑节点的剩余能量和节点到基站的距离,导致部分低能量节点当选簇头而过早死亡。而且簇头将数据直接发送给基站,也导致节点能量耗尽而过早死亡。针对以上问题,提出了一种改进的异构无线传感器网络节能路由算法。新算法通过考虑节点到基站的距离、节点的邻居节点数、节点的剩余能量以及节点与邻居节点的平均距离来改进阈值公式,通过改进的蚁群算法对双层簇头模型的数据转发路径进行优化。仿真结果表明,该算法延长了网络的生命周期,提高了整个网络的稳定性。     

基于跳数的WSN自适应链路层差错控制策略

本文提出一种用于无线传感器网络数据传输的数据链路层自适应差错控制策略,以提高无线传感器网络通信可靠性。在无线传感器网络中,主要分析传感器节点发送的数据帧,以及各种信道可靠性。由于链路层数据帧所经历的跳数不同,它们的重要性有所不同,因此我们提出一种基于链路层数据帧所经历跳数自适应差错控制策略(AECM),该策略建立了跳数与差错控制方案之间的相互对应关系。数学分析表明,该策略在提高无线传感器网络数据通信整体效率的同时保持高能效。     

异构传感器网络的分布式能量有效成簇算法

为了延长网络的生存时间,需要设计能量有效的协议,以适应传感器网络的特点.成簇算法是传感器网络中减少能量消耗的一种关键技术,它能够增强网络的扩展性和延长网络的生存时间.研究了异构传感器网络中成簇算法在节省能量方面的性能,提出一种适应异构无线传感器网络的分布式能量有效的成簇方案.此方案基于节点剩余能量与网络节点的平均能量的比例来选举簇头节点.较高初始能量和剩余能量的节点比低能量节点拥有更多的机会成为簇头节点,从而使网络能量均匀消耗,延长网络的生存时间.模拟实验结果显示,与现有的重要成簇方案相比,新的成簇算法在异构网络下提供了更长的网络生存时间和更大的网络有效吞吐量.     

基于二项分布的无线传感器网络信任管理系统

由于无线传感器网络不同于传统网络的特点,导致其很容易受到来自妥协节点的内部攻击。信任管理系统是防御无线传感器网络内部攻击的最有效方法。针对无线传感器网络节点信誉和信任的评估,我们改进了用于无线传感器网络的基于贝塔的信誉系统BRSN( Beta Reputation System for Sensor Networks),提出了基于二项分布的无线传感器网络信任评估系统BTMS( Binomial-based Trust Management System)。 BTMS基于对节点行为的监控,利用二项分布来描述节点信誉的分布,并进一步得到节点信任值,从而指导中继节点的选择,降低内部攻击的危害。实验结果表明,利用BTMS可以有效的防御来自妥协节点的内部攻击,提高网络安全性。     

基于灰色预测的分布式传感器网络故障检测方法

针对无线传感器网络节点故障原因复杂,基于灰色预测理论,提出一种故障检测方法。算法通过分析在某一采样间隔内,观测节点数据变化趋势是否与邻居节点变化趋势一致,从而确定节点是否异常。仿真实验表明,算法故障检测能力较强,且避免了节点瞬间失效情况的出现。同时该算法设计简单,易于硬件实现。     

多级异构无线传感网高效动态聚簇策略研究

针对多级异构无线传感器网络(Wireless sensor networks, WSNs)路由问题,提出一种高效动态聚簇策略(Efficient and dynamic clustering scheme, EDCS). EDCS在给定多级异构网络环境下, 结合考虑理想状态的平均能量预测和历史能耗参考值估计下轮平均网 络剩余能量, 决定节点当选簇头的概率, 以此指导整个簇头选举过程. 同时在簇形成过程中引入类万有引力思想, 以引力 大小确定非簇头节点加盟哪个簇. 仿真实验结果验证EDCS的有效性, 且比LEACH, SEP, DEEC和EDFCM更适合应用 于多级异构无线传感器网络.