一种负载均衡且能量高效的水下传感网络分簇协议

针对水下无线传感网络能量效率低、生命周期短的问题,提出了一种负载均衡且能量高效的水下分簇（load balanced and energy efficient underwater clustering,LBEEUC）协议。该算法在分簇过程中首先根据节点的经验负载来确定节点所在区域簇头的比例,使经验负载大的区域分布较多的簇头,分担数据转发的任务,均衡网络的能耗;其次在节点入簇时,在簇内设置中继节点,用于均衡远离簇头节点的传输能耗,并提前进行数据融合,减少数据冗余;最后在建立簇间路由时,利用Q 学习算法根据路径消耗的总能量最小的原则选择最优传输路径。仿真结果表明,本算法有效地均衡了网络的能耗,提高了能量利用效率,进而提高了网络的生存时间。     

一种水下信息网络教学实验系统设计

本文结合陆上无线网络原理,提出了一种水下信息网络教学实验系统设计方案。该实验系统分为水下和陆上两部分,基于水声通信机的水下声学网络通过浮标网关节点实现了与陆上无线传感器网络信息的交互,进而构成立体式水下信息网络教学实验平台。该系统不仅能够进行相关学科的教学演示,同时也能够作为该方向的基础科研平台。     

一种无线传感器网络节点故障的检测方法

To reduce excessive computing and communication loads of traditional fault detection methods, a neighbor-data analysis based node fault detection method is proposed. First, historical data is analyzed to confirm the confidence level of sensor nodes. Then a nodes reading data is compared with neighbor nodes which are of good confidence level. Decision can be made whether this node is a failure or not. Simulation shows this method has good effect on fault detection accuracy and transient fault tolerance, and never transfers communication and computing overloading to sensor nodes.     

基于簇的无线传感器网络入侵检测系统

基于无线传感器网络的分簇结构,运用Agent技术设计了一个入侵检测系统.在网络中的每个节点部署IDS代理,其中包括本地检测Agent和全局检测Agent两个不同代理,分别完成不同的检测任务.提出采用蓝牙通信技术,引用蓝牙散射网形成算法TPSF构建传感器网络的簇节点层,完成簇的划分,进而对不同的Agent进行任务分配.通过限制节点的角色对算法进行改进,减轻节点的复杂度,从而使IDS代理能有效地工作,提高节点的安全系数.     

网络分层的水下传感器网络覆盖保持路由算法

在以监测为目的的水下传感器网络中,较好的网络覆盖率和连通率是完成监测任务的重要保证.以改善覆盖效果为目标的水下覆盖保持路由算法NCPR算法相对比LEACH-Coverage-U算法有效的延长了网络覆盖时间,但是该算法连通性表现较差,同时存在靠近SINK节点的簇首由于需要转发大量数据而过早死亡的问题.本文提出一种分布式的网络不均匀分层的覆盖保持路由(Network Unevenly Layered Coverage Preserving Routing,NULCPR)算法,由SINK节点开始逐层向下建立网络,同时每层网络节点通信半径也随层号增加而逐渐增大.每层网络独立运行NCPR算法以使该层节点成簇,并通过簇首向上建立连通链路以保证网络连通.仿真结果表明,与NCPR算法相比,NULCPR算法提高了网络连通率以及覆盖率,并且降低了网络能耗,证明了该算法的有效性.     

适用于固定节点的水下传感器网络物理层设计

时间反转法利用声学互易原理,应用于节点位置固定的水下传感器网络物理层中,可在没有任何先验知识情况下具有自适应匹配声学信道的作用,使声信号能量在空间和时间上得到聚焦,提高接收端信噪比从而获得一个高速的网络链路。通过计算机仿真研究,验证了水平阵列的时间反转法在水平方向上的聚焦性能,并在此基础上扩展到时反法用于任意阵型的时反阵,为水下传感器网络实现高数据率、低功耗的网络物理层链路提供了支持。     

水下传感器网络路由协议研究

现有水下传感器网络路由协议都属于地理路由协议,需要知道各个节点的水下三维位置信息,从而导致大量水下通信,难以有效延长网络生存时间。本文深入分析了现有研究的不足,提出一种基于深度信息与能量均衡的水下路由协议,只需要节点深度信息,节点间通信量极少;设计了协议的算法,并提出了空洞处理对策。     

UWSP：水下无线传感器网络节点休眠协议

休眠机制是传感器网络节点节约能量、延长工作寿命的重要手段之一。现存的水下传感器网络MAC协议主要考虑提高网络传输性能,对休眠机制的研究和涉及较少,并且仅有的一些休眠策略存在着因节点工作时间较为分散而导致的节点休眠-唤醒频繁的问题。节点频繁唤醒不仅会浪费额外的能量来启动电路,折损硬件寿命,还会增加数据传输冲突的概率。针对水声网络信道的独特性质,提出了一个基于树形拓扑结构的水下传感器网络节点休眠算法,该算法能够有效缩短节点唤醒次数,延长休眠时间,并保证端到端的传播延迟不受休眠时间的影响。该算法无冲突也无需预约信道,保证了较高的网络流量。最后,通过仿真实验验证了算法的可用性和效能。     

基于网格结构无线传感网络故障诊断算法

无线传感网中节点的数据信息具有空间相关性,可以通过邻居节点数据的比较来完成网络的故障诊断。网络中有时会出现瞬时故障,影响网络的诊断精确度。文中提出了一种基于网格结构的无线传感网络故障诊断算法,算法通过相邻节点历史数据信息之间的比较来确定节点最终状态,有效地避免了瞬时故障对节点诊断的影响。仿真结果表明,文中算法可保证较高地诊断精确度并能节省一定的能量。     

Distributed estimation of sensors position in underwater wireless sensor network

In this paper, a localisation method for determining the position of fixed sensor nodes in an underwater wireless sensor network (UWSN) is introduced. In this simple and range-free scheme, the node localisation is achieved by utilising an autonomous underwater vehicle (AUV) that transverses through the network deployment area, and that periodically emits a message block via four directional acoustic beams. A message block contains the actual known AUV position as well as a directional dependent marker that allows a node to identify the respective transmit beam. The beams form a fixed angle with the AUV body. If a node passively receives message blocks, it could calculate the arithmetic mean of the coordinates existing in each messages sequence, to find coordinates at two different time instants via two different successive beams. The node position can be derived from the two computed positions of the AUV. The major advantage of the proposed localisation algorithm is that it is silent, which leads to energy efficiency for sensor nodes. The proposed method does not require any synchronisation among the nodes owing to being silent. Simulation results, using MATLAB, demonstrated that the proposed method had better performance than other similar AUV-based localisation methods in terms of the rates of well-localised sensor nodes and positional root mean square error.     

一种基于分簇的无线传感器网络路由协议的设计

在典型分簇协议LEACH的基础上,设计了一种新的路由协议LACHS。与LEACH不同,协议LACHS根据网络中节点的剩余能量动态选择集中式或分布式分簇算法。将协议LACHS与LEACH相比较,模拟实验结果表明:LACHS优于LEACH,能有效延长网络的生命周期;还考虑了拓扑结构的变化,从而保证了网络的稳定性。     

水下无线传感器网络中一种安全定位算法

提出一种基于阵列传输结构的无线传感器网络安全定位算法（USA）。该算法主要解决水下无线传感器网络（UWSN）面临的一些安全威胁问题。以提高无线传感器网络安全性,特别是位置信息的安全性为设计目标。利用节点协作形成的阵列作为天线阵列进行相互通信,在不增加额外硬件成本的同时,还获得阵列天线给无线传感器网络带来的优势,如减小多径效应、提高接收端的信噪比、增加系统容量等。USA算法基于这种阵列结构使网络得到很高安全特性,特别是,对Wormhole攻击具有非常好的抵御性能。仿真实验证明该算法的有效性。     

面向频谱感知的传感器网络设计

针对认知无线电网络、频谱监测等领域对宽频段频谱感知的需求,基于无线传感器网络的特点。提出了一种面向频谱感知的传感器网络设计方案,包括分簇的网络结构、分频段的协作感知机制以及感知结果的协作处理机制．分析了实现这种方案的关键技术,为利用传感器网络进行宽频带协作频谱感知提供了一种可选的方案。     

一种基于分簇的无线传感器网络路由协议的设计

在典型分簇协议LEACH的基础上，设计了一种新的路由协议LACHS。与LEACH不同，协议LACHS根据网络中节点的剩余能量动态选择集中式或分布式分簇算法。将协议LACHS与LEACH相比较，模拟实验结果表明：LACHS优于LEACH，能有效延长网络的生命周期；还考虑了拓扑结构的变化，从而保证了网络的稳定性。     

无线传感器网络中簇首选择算法研究

传统的低功耗自适应集簇分层型协议（LEACH）算法在选择簇首时未能考虑到节点剩余能量对网络寿命的影响,使得簇首分布不够合理。为了克服该问题,在完全分布式成簇算法（HEED）协议的基础上,设计了一种根据节点剩余能量选择簇首的算法。在该算法中,剩余能量越大的节点越有可能成为簇首,进而承担更多数据传输责任,能量消耗更加平均,增强了算法的健壮性。仿真结果证实,提出的算法可以有效提高网络能量的使用效率,减少功耗,延长网络生存时间。