基于分簇的水下传感器网络覆盖保持路由算法

在基于分簇架构的水下传感器网络（Underwater Sensor Networks ,UWSNs）中,当簇首以单跳或多跳的通信方式将数据传输至Sink节点时,由于簇首转发大量数据而负载过重,会过早耗尽能量而死亡,这将导致提前出现对监测区域的覆盖盲区。以改善覆盖效果为目标的LEACH-Coverage-U算法由于选举簇首的分簇方法具有随机性,也无法很好解决该问题。本文提出了一种水下传感器网络单跳覆盖保持路由算法（Single-hop Coverage-Preserving Routing Algo-rithm ,SCPR）,首先定义了覆盖冗余度（Coverage Redundancy ,CR）,然后根据该度量来选举簇首,最终以单跳方式直接将数据传送至Sink节点。为减少簇首能耗并获得更高的网络覆盖率,本文还提出一种多跳覆盖保持路由算法（Multi-hop Coverage-Preserving Routing Algorithm ,MCPR ）,簇首之间通信时优先考虑父节点中CR较高的簇首作为其下一跳路由,以多跳路由将数据传送至Sink节点。仿真结果表明,与LEACH-Coverage-U算法相比,SCPR、MCPR算法避免了其选举簇首时的随机性,提高了网络覆盖率,降低了网络能耗,延长了网络生命周期。     

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。     

无线传感器网络冗余节点休眠调度算法

提出一种冗余节点休眠调度算法来延长网络生命周期。调度过程中重点考虑两方面问题：一是采取策略防止大量节点同时从工作状态转入休眠状态以防止大量盲区同时产生;二是根据邻居表中节点的工作邻居数量,判定节点是否处于网络边界,对边界节点和内部节点采用不同的调度策略,防止边界收缩。仿真结果表明,算法能有效延长无线传感器网络的生命周期。     

无线传感器网络中终端节点的休眠算法

针对无线传感器网络中节点能量有限等特点,提高能量利用效率和延长网络寿命是无线传感器网络设计的目标。由于终端节点只负责数据采集,不需要转发其它节点的数据,因此可以减少终端节点的空闲侦听时间,从而进入休眠状态。仿真结果验证了所提方案的能量消耗低于传统非休眠方案的能量消耗,该休眠算法能有效延长网络的生存时间。     

无线传感器网络多汇聚节点分簇算法

为解决大规模无线传感器网络的节点通信效率问题,提出无线传感器网络的一种多汇聚节点分簇算法,针对拥有多个汇聚节点的监控区域,对网络进行层次化管理。算法通过对多种参数的综合考虑后产生簇头,并将传感器节点分配到相应的簇,由此可以有效降低节点的非均匀能耗,减少因能耗较大节点的能量过度衰竭而造成网络可用率下降。仿真结果显示,该算法可以延缓首个死亡节点的发生时间,并能有效延长无线传感器网络的整体可用率。     

无线传感器网络的中继节点自适应选择休眠机制

针对无线传感器网络节点能量有限的问题,设计一种中继节点自适应休眠方法,对网络节点的工作时间进行优化调度。在路由链路建立中,根据网络中节点的地理位置、剩余能量选择中继节点的方法进行节点休眠调度。网络工作时通过计算下一跳最佳节点位置,选取其附近区域内剩余能量多的节点作为下一跳的转发节点,设计出中继节点自适应选择的节点休眠机制。仿真结果表明,所设计的休眠机制提高了节点能量利用效率、延长了网络工作时间。     

基于满Steiner树问题的水下无线传感器网络拓扑愈合算法研究

建立了水下无线传感器网络模型,对拓扑愈合问题进行了形式化描述,该问题最终映射到数学上的满Steiner树问题.针对满Steiner树问题设计了一种近似的拓扑愈合算法,通过把自移动节点迁移至合适位置,不仅使拓扑得以愈合,还能够改善时延和能耗指标.仿真实验结果表明,该算法能愈合通信拓扑至较优状态,降低了传输时延和能耗,并能有效地延长水下传感器网络生命期.     

基于移动节点的无线传感器网络覆盖洞修复方法

针对静态无线传感器网络中常常出现的覆盖洞问题,采用了移动节点进行修复的思路,提出了三角形贴片式的逐步增加移动节点方法。该方法利用覆盖洞边缘节点提供的辅助信息,指导移动节点移动到"最佳"位置。首先从几何理论上分析了最佳位置的存在条件,随后证明了在相关位置部署移动节点可以保证最低覆盖率大于90%,最后以仿真实验验证并分析了该算法的覆盖度、稳定性、冗余度等指标,并从移动节点覆盖能力利用率的角度,与相关工作进行了对比实验分析。     

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.     

基于运动预测的水下传感器网络MAC协议

在海洋环境的影响下,水下无线传感器网络(UWSN)节点始终处于运动状态;UWSN采用声信号通信,缓慢的节点移动也会造成UWSN现有的多址接入技术(MAC)协议冲突避免机制失效。该文建立了水下节点的运动模型,基于AR运动预测模型减小水下节点的时空不确定性对于MAC协议的影响,提高发送信息在预约时隙到达的概率。仿真结果表明,采用AR(5)预测可以减小74.8%的时延探测误差。提出了基于预测的预约MAC协议：P-MAC。NS-2仿真结果表明该协议在海浪运动场景下能提高收包成功率(PRR)10%-15%。     

基于格拉布斯准则和改进粒子滤波算法的水下传感网目标跟踪

水下无线传感网络(UWSN)执行目标跟踪时,因为各个传感器节点测量值对目标状态估计的贡献不一样以及节点能量有限,所以探索一种好的节点融合权重方法和节点规划机制能够获得更好的跟踪性能。针对上述问题,该文提出一种基于Grubbs准则和互信息熵加权融合的分布式粒子滤波(PF)目标跟踪算法(GMIEW)。首先利用Grubbs准则对传感器节点所获得的信息进行分析检验,去除干扰信息和错误信息。其次,在粒子滤波的重要性权值计算的过程中,引入动态加权因子,采用传感器节点的测量值与目标状态之间的互信息熵,来反映传感器节点提供的目标信息量,从而获得各个节点相应的加权因子。最后,采用3维场景下的簇-树型网络拓扑结构,跟踪监测区域内的目标。实验结果显示,该算法可有效提高水下传感器网络测量数据对目标跟踪预测的准确度,降低跟踪误差。     

基于Parzen窗的水下无线传感器网络目标定位方法

水声通道复杂多变,使得水下无线传感器网络中节点出现失效的情况,影响了多节点的目标定位性能。为解决这一问题,该文提出一种基于Parzen窗的方位交线定位方法。该方法利用Parzen窗分析所有交点的分布特征,估计目标可能出现在某个位置的概率,将概率最大值对应的点作为目标的估计位置。由于概率分布是非线性、多峰值的,采用带有惯性权重的粒子群算法去求解。仿真实验结果表明,所提方法能够在节点失效的情况下获得较高的目标定位性能,具有较好的鲁棒性。     

动态分层的水下传感器网络分簇路由算法

针对平面路由难以适应较大规模水下传感器网络的局限,该文提出一种能更好地适用于较大规模网络的分簇路由算法DLCR(Dynamic Layered Clustering Routing)。该算法将网络自上向下划分为多层,并选择层内与sink节点距离较近、剩余能量较高的节点作为簇头节点,从而降低簇头节点的通信能耗。为了避免同一节点连续被选举为簇头节点,提出一种动态分层机制,每一轮数据采集周期都将网络重新划分为多层。实验证明DLCR不仅具有良好的稳定性,还降低了网络的能耗,延长了网络的寿命。     

水下无线传感器网络安全研究综述

水下无线传感器网络(UWSNs)广泛应用于如灾害预警、资源勘探等各种领域,然而易受到恶意攻击,迫切需要发展能够适应其通信带宽窄、传播时延长、时空不确定性严重等特性的安全机制。首先,该文从水下无线传感器网络的特性及安全需求入手,对其面临的安全威胁进行了分析。然后,对水下无线传感器网络中的加密、认证、信任管理、入侵检测、安全定位、安全同步和安全路由各类安全机制进行了综述。最后,对水下无线传感器网络安全研究中面临的缺少实际测试及相关数据集等挑战以及利用网络特性发展安全机制的未来研究方向进行了探讨。     

改进的无线传感器节点定位算法

由于无线传感器网络具有其它网络不可比拟的各种优势,使得它在很多领域都有广泛的应用。对于无线传感器网络中的未知节点本身的定位工作是网络的各项应用的基础。本文主要分析无线传感器网络的节点定位技术,研究已有的定位算法,并根据现有算法提出一种改进的分布式的节点定位算法。该算法使用RSSI方法测距,无需增加新的硬件设备,通过分布式的算法来提高效率降低能耗,利用多次定位的平均值提高定位精度,降低了网络中的能量消耗,延长网络寿命。     

一种无线传感器网络全连通群的休眠调度算法

该文针对无线传感器网络的覆盖性和连通性问题,在假设传感器节点地理位置信息已知的条件下,设计了一种包含全连通群的建立和维护以及群内节点休眠调度的全新算法。该算法采用保证群内节点彼此一跳可达的全连通群分群方法,以及分布式节能的休眠调度策略,最大程度上减少传感器网络的能量消耗,延长了网络寿命。仿真结果表明：该算法能较好地保证无线传感器网络的覆盖性和连通性,且能耗较低。     

基于空间相关性的事件驱动无线传感器网络分簇算法

分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。针对传感器节点数据的空间相关性,该文提出了一种新的基于空间相关性的事件驱动传感器网络分簇算法。算法根据用户要求的误差门限及结合节点数据的空间相关性马尔可夫模型,将事件感知区域划分成虚拟极坐标等价层。每个等价层选取层内当前剩余能量最大的节点作为簇头,网络通过移动代理收集簇头感知信息,该方法减少了传输数据量,有效节省了网络能量。     

无线传感器网络基于多元簇首的分簇数据收集算法

为了提高数据收集可靠性和延长网络生命周期,该文提出基于多元簇首的分簇数据收集算法。算法将网络划分为大小相等的栅格,由每个栅格中的节点各自构成一个簇,根据节点失效概率从每个栅格中选出多个簇首,并由同一栅格中的多个簇首协作完成栅格中节点的数据收集任务。此外,算法还采取了一些降低能量开销的措施。仿真实验结果表明,与现有相关算法相比,该算法具有较高的数据收集可靠性,并能够显著延长网络生命周期。     

一种大规模传感器网络节点分布式定位算法

针对大规模无线传感器网络(WSN)中节点难以定位的问题,该文提出一种基于改进牛顿法的分布式定位算法。该算法包括网络划分和分布式算法。首先,根据节点位置和节点之间直接相连的距离信息,将无线传感器网络划分为若干个重叠的子区域,并将子区域的定位问题归结为无约束优化问题,每个子区域可以独立计算;然后,使用分布式算法估计子区域中的节点位置并进行局部融合。实验结果表明,与已有算法相比,该算法具有良好的扩展性,在大规模网络中定位精度更高,能满足大规模无线传感器网络中节点定位需求。