面向低概率事件场景的传感器网络分簇控制算法

为了延长网络生命期,无线传感器网络必须高效地消耗电池能量,而网络拓扑作为上层协议的重要平台,是实现这一目标的支撑基础.WSN的一个显著特征即具有应用多样性,为了研究符合低概率事件场景的传感器网络拓扑控制方案,建立并分析了传感器网络模型.由于在低概率事件场景下节点侦听能耗占据主导地位,经研究发现此时生命期目标与k 中心问题本质上具有密切联系,可视为k 中心问题的对偶问题,因此针对分簇机制分别设计了3个阶段执行：邻居信息获取阶段、簇头确定阶段和节点归属阶段,从而引入了一种基于k 中心问题的周期性分簇控制算法PCA,PCA算法体现了负载均衡的思想,同时尽可能减少了簇头数目.模型理论分析和仿真实验结果都表明,PCA算法能得到快速部署,并且PCA算法能获得较优的拓扑结构,有效地延长了WSN的生命期.     

基于事件概率的无线传感器网络K覆盖算法

无线传感器网络在对目标区域进行K覆盖过程中易产生大量冗余节点,消耗网络中大量节点能量,并受外界环境因素制约。为此,提出一种基于事件概率的K覆盖算法。根据对监测目标区域节点关注程度的大小赋予不同概率值,通过节点之间信息交换和关联属性确定最小节点集和最大目标集,从而完成对目标区域节点K覆盖,优化网络资源,减少节点能量的消耗。仿真实验表明,该算法能够以较小的代价完成对目标区域节点K覆盖,延长网络生存周期,具有较好的实效性和稳定性。     

无线传感器网络中基于概率触发的负载均衡拓扑控制算法

多跳无线传感器网络中,部分节点由于担当数据转发任务,能量消耗较快,缩短了网络的生命期。充分考虑节点承担数据转发任务时负载过大的特点,用剩余能量和发射功率构建综合权值来决定节点担当数据转发任务的可能性,并通过设计的拓扑维护概率周期性的对网络拓扑进行局部调整,形成了基于概率触发的负载均衡拓扑控制算法,有效地解决了节点由于担当转发任务而造成能量过早耗尽的问题在一定程度上均衡了节点负载,延长了网络生命期。     

基于热点区域场景的传感器网络拓扑控制算法

无线传感器网络具有应用多样性特点,文中基于热点区域场景研究其拓扑控制问题.建立了无线传感器网络拓扑控制通用模型,进行了形式化描述和定义,分析了面向热点区域场景的拓扑控制目标和需求,提出了一种融合功率控制技术和分簇控制技术的混合式拓扑控制近似算法HTCA.HTCA能区分热点区域与非热点区域,在热点区域形成树结构并进行适当的剪接,而在非热点区域形成簇结构,该混合式拓扑结构能有效地降低全局能耗.仿真实验结果表明,HTCA能获得较优的拓扑结构,有效地延长了基于热点区域场景的无线传感器网络生命期.     

基于送达率约束的无线传感器网络低时延拓扑控制算法研究

基于数据紧迫采集应用场景(如地震、火灾预警),分析了其拓扑控制的目标和需求,建立了网络模型并且进行了形式化描述和数学分析,提出了一种基于送达率约束的低时延拓扑控制算法(LDBDC)。该算法可以根据给定的送达率约束计算给定区域的近似最优平均跳数,从而得到虚拟网格的边长。仿真实验表明,LDBDC能够获得近似最优的拓扑结构,在满足送达率约束的前提下使得网络的平均时延最小。     

无线传感器网络低占空比 MAC协议研究

无线传感器网络因其巨大的应用前景,已成为计算机与通信领域一个活跃的研究分支.恰当的通信协议对降低无线通信能耗、延长网络寿命具有重要的意义.低占空比MAC(媒体接入控制)协议通过节点的休眠机制,大大降低了通信模块的空闲监听能耗.本文对其中的典型协议进行了分析比较,给出了进一步的研究方向.     

无线传感器网络概率覆盖模型研究

针对无线传感器网络中随机部署节点的网络覆盖问题,提出一个基于正方形区域的概率覆盖模型。根据一定的覆盖期望值,在考虑网络边界影响的条件下给出所需部署的节点数。模拟实验结果表明,该模型可以在不依赖节点信息的前提下,以尽可能少的节点实现网络覆盖。     

分析无线传感器网络的拓扑控制

无线传感器网络的拓扑控制可以生成能量高效的数据转发网络拓扑结构。本文从无线传感器网络拓扑控制的重要性与设计目标出发,就拓扑控制算法等方面的内容进行了分析与探讨。     

无线传感器网络自适应性拓扑控制的研究

自适应拓扑控制方法用到多跳两层无线传感器网络(WSNs),在每个簇中用两类传感器,有效且低开销的传感器节点N感知环境现象信息,并传输它们的信息到汇聚节点S,所有Ss协同工作去除随机信息并传输数据到基站BS。因为覆盖范围依赖于它的汇聚节点的工作情况,而汇聚节点的能耗在网络的生命期中是关键性因素。这个方法主要是从节点路由能量匹配角度出发,设计可控制数据流路由路径,用于尽可能有效地保持网络能量,并不是仅仅考虑路径的最优选择,而是考虑能效的最优方式选择路由,从而增加整个网络的生命期。     

用于矿井环境监测的无线传感器网络

提出了利用无线传感器网络进行矿井环境探测的方法,给出了适用于矿井环境探测的无线传感器网络的网络框架、拓扑结构和网络协议。     

LTRES: A loss-tolerant reliable event sensing protocol for wireless sensor networks

Many Wireless Sensor Network (WSN) transport protocols proposed in recent studies focus on providing end-to-end reliability as in TCP. However, traditional end-to-end reliability enforcement is energy and time consuming for common loss-tolerant applications in WSNs. In this paper, a Loss-Tolerant Reliable Event Sensing protocol (LTRES) is proposed based on the particular reliability requirements for dynamic event observation in WSNs. According to the application-specific requirements, a reliable event sensing threshold at the transport layer is determined by the sink. A distributed source rate adaptation mechanism is designed, incorporating a loss rate based lightweight congestion control mechanism, to regulate the data traffic injected into the network so that the reliability requirements can be satisfied. An equation based fair rate control algorithm is designed to improve the fairness among the traffic flows sharing the congestion path. The performance evaluations show that LTRES can provide event-based loss-tolerant reliable data transport service for multiple events with short convergence time, low loss rate and high overall bandwidth utilization.     

基于网格的无线传感器网络分簇方法

由于无线传感器网络的能量约束,所以为了延长网络寿命,对无线传感器网络的网络层路由技术的研究至关重要.网络分簇是无线传感器网络中的一个重要研究课题.主要研究传感器节点均匀分布的网络中簇的划分方法,得出了一种能量节省的分簇个数计算方法,提出了一种基于网格的分簇方法.在基于网格的网络分簇模型下给出了两条定理来保证采集的信息可以传输到基站.     

水下无线传感器网络协作式节点定位方法

针对无线传感器网络信标节点受水下条件限制不能布置很多的问题,利用非信标节点参与定位是提高定位精度的一种途径.协作式定位算法就是通过测量所有相邻节点间的信号传输往返时延来计算距离,利用信标节点和未知节点间的距离确定自身初始区域,并利用相邻2个未知节点间的距离来缩小这个区域,用迭代方式提高节点的定位精度.该算法无须额外的硬件支持,仿真结果显示:即使只有很少的信标节点,算法的定位精度也可以超过传统的只用信标节点的定位方式.     

An energy-efficient topology construction algorithm for wireless sensor networks

Topology management schemes have emerged as promising approaches for prolonging the lifetime of the wireless sensor networks (WSNs). The connected dominating set (CDS) concept has also emerged as the most popular method for energy-efficient topology control in WSNs. A sparse CDS-based network topology is highly susceptible to partitioning, while a dense CDS leads to excessive energy consumption due to overlapped sensing areas. Therefore, finding an optimal-size CDS with which a good trade-off between the network lifetime and network coverage can be made is a crucial problem in CDS-based topology control. In this paper, a degree-constrained minimum-weight version of the CDS problem, seeking for the load-balanced network topology with the maximum energy, is presented to model the energy-efficient topology control problem in WSNs. A learning automata-based heuristic is proposed for finding a near optimal solution to the proxy equivalent degree-constrained minimum-weight CDS problem in WSN. A strong theorem in presented to show the convergence of the proposed algorithm. Superiority of the proposed topology control algorithm over the prominent existing methods is shown through the simulation experiments in terms of the number of active nodes (network topology size), control message overhead, residual energy level, and network lifetime.     

无线传感器网络GEAR协议的一种改进方案

无线传感器网络(W SNs)被认为是未来改变世界的十大技术之首,但有限的计算、存储和通信能力,尤其是严重受限的能量使其应用前景面临巨大挑战,W SNs在应用之前需要解决许多关键问题,能量问题即是其中之一。能量对于W SNs的生命周期具有决定意义,设计W SNs路由协议需要重点考虑能耗问题,针对W SNs的GEAR路由协议,提出一种能耗上的改进方案并进行仿真,仿真结果显示:该方案能明显降低能耗。     

一种无线传感器网络链式传输分簇路由协议

由于周围环境对无线传感器网络(WSNs)的影响,在布设到特殊环境下时会产生信号的衰减与损耗,导致通信不畅。针对此问题,提出一种以LEACH路由协议为基础适应特殊环境(长直空间)的新型路由算法。本算法采用链式传输,即从内部逐一将信号传输给距空间最外端且距基站位置较近的簇头,克服了内部节点死亡过快的问题。同时簇内采用链式传输并且改进簇头阈值与成簇半径,减小了能量消耗,提高了稳定性,克服了LEACH算法的不足。     

面向无线传感器网络能量均衡的地理位置路由方法

针对地理位置的无线传感器网络路由算法往往只注重地理信息的不足,提出了一种融合节点能量的多径路由算法。算法采用地理位置和能量信息建立三维坐标系,根据邻居节点有效向前距离和剩余能量大小来计算下一跳的概率值,进行路由选择。使能量消耗分散在有效向前推进距离较远的邻居节点之中,延长了网络生存时间,减小并推迟了路由"空洞"的出现。仿真结果显示,区域内节点死亡数、节点存活数和路由"空洞"数等相对TPGF算法均有较大改善,验证了算法的有效性。     

一种基于移动节点的无线传感器网络修复方法

传感器节点的随机部署不均匀或者由于负载不均导致有的节点能量提前耗尽,导致无线传感器网络出现覆盖空洞.针对已检测到的覆盖空洞,提出一种基于相切圆的修复算法,并从理论上证明该算法的可行性.算法的基本原理是以相邻2个边界传感器节点求它们相切圆的圆心位置,即新增加的移动节点的位置,通过反复求解相切圆的圆心位置来达到修复的目的.通过仿真实验证明:算法不仅能达到90％的修复覆盖率,而且修复后的冗余度相比其他算法也较低.     

A new spatial IP assignment method for IP-based wireless sensor networks

Wireless sensor networks (WSNs), one of the commercial wireless mesh networks (WMNs), are envisioned to provide an effective solution for sensor-based AmI (Ambient Intelligence) systems and applications. To enable the communications between AmI sensor networks and the most popular TCP/IP networks seamlessly, the best solution model is to run TCP/IP directly on WSNs (Mulligan et al. 2009; Hui and Culler 2008; Han and Mam 2007; Kim et al. 2007; Xiaohua et al. 2004; Dunkels et al. 2004; Dunkels et al. 2004; Dunkels 2001; Dunkels et al. 2004). In this case, an IP assignment method is required to assign each sensor node a unique IP address. SIPA (Dunkels et al. 2004) is the best known IP assignment method that uses spatial relations and locations of sensor nodes to assign their IP addresses. It has been applied in Contiki (Dunkels et al. 2004), a famous WSN operating system, to support the 6LowPAN protocol. In Chang et al. (2009), we proposed the SLIPA (Scan-Line IP Assignment) algorithm to improve the assignment success rate (ASR) obtained by SIPA. SLIPA can achieve a good ASR when sensor nodes are uniformly distributed. However, if sensor nodes are deployed by other distributions, the improvements would be limited. This paper proposes a new spatial IP assignment method, called SLIPA-Q (SLIPA with equal-quantity partition), to improve SLIPA. Experiments show that, by testing the proposed method 1,000 times with 1,000 randomly deployed sensor nodes, the average ASR obtained by SLIPA-Q is over two times of that obtained by SLIPA. Under the same 88% ASR, the average numbers of sensor nodes those can be successfully assigned by SLIPA-Q, SLIPA, and SIPA are 950, 850, and 135, respectively. Comparing to previous spatial IP assignment methods, SLIPA-Q can achieve dramatic improvements in ASR for assigning IP addresses to a large set of sensor nodes.     

无线传感器网络的部署

传感器节点的部署是无线传感器网络中的很重要的问题,因为它反映了传感器网络的成本和监视能力。它和定位、跟踪一样,是无线传感器网络中的一个基本的问题。尽管国外已经在这方面开展了一些相关研究,由于不同的应用有不同的部署特点和目标,仍然面临很多挑战。综合大量无线传感器网络部署相关的技术文献和最新研究结果,着重分析无线传感器网络中节点部署问题的重要性、面临的主要挑战、研究的现状以及对已有算法优缺点的剖析,指出下一步的研究方向。以环境监测中部署算法的设计为例,指出关键的考虑因素。