无线传感网移动数据收集路径规划算法

针对无线传感网中能源高效的实时数据收集问题,提出了包含节点聚簇、路径规划、合并路径和数据收集4个阶段的移动数据收集协议和节省开销及近邻2个启发式路径规划算法,构建了满足时延且移动开销最小的数据收集路径.仿真结果表明,提出的路径规划算法在节约网络能耗、保证时延要求和减少移动开销等方面都更具优势.     

无线传感网的移动与静态sink相结合的节能策略

针对无线传感器网络WSNs(wireless sensor networks)存在的"sink邻居问题",提出移动与静态sink相结合的节能策略(ESCMS).该策略使静态sink节点位于检测区域的中心,移动sink位于距离静态sink节点一定距离处做快速移动,到达固定站点后停留并采集数据.区域外围节点将感知的数据发送给移动sink,而区域中心处的节点将感知的数据发送给静态sink,整个监控区域大部分数据由于采用单跳传输方式从而减小节点的能耗.相比于其他的只使用移动sink策略,ESCMS由于静态sink节点的存在可以减小传输距离,从而延长网络生命期并提高了数据吞吐量.在理论分析的基础上证明了ESCMS可以有效地使得网络生命期延长至6倍多.设计并实施了一系列仿真实验,结果表明:使用ESCMS策略与使用静态sink相比,可以将网络生命期延长至6倍,与仅采用移动sink的GMRE策略相比,可以提升50%.     

移动Sink环境下的无线传感器网络数据收集节能算法

针对存在汇聚节点和移动sink场景下的数据收集问题,提出了一种联合考虑汇聚节点选取、普通节点到汇聚节点路由以及移动sink路径的启发式数据收集算法.应用图论对网络进行建模,采用最小连通支配集作为初始种子汇聚节点集,通过迭代确定最终的汇聚节点集、对汇聚节点集的最短遍历路径和普通节点到汇聚节点的最短路由.该算法在保证数据时延要求的条件下,减少了传感器节点到汇聚节点的数据传输,从而节省能耗.     

采用压缩感知与智能优化的大规模WSNs移动稀疏数据收集

针对大规模无线传感网数据处理网络流量大、任务时延高的缺陷,提出了一种基于自适应块压缩感知与离散弹性碰撞优化算法的移动节点数据收集方案。首先,通过分析网络分块与节点部署之间的关系,提出自适应块压缩感知数据采集策略,实现传感器节点基于自适应网络块压缩感知数据采集;设计移动节点数据采集路径规划策略和多移动节点协同计算机制,通过采用适应度值约束变换处理技术和并行离散弹性碰撞优化算法,达到均衡网络节点能耗和降低数据处理任务时延的目的。最后,仿真结果表明,该数据收集方案能够有效实现大规模传感网数据高效处理,而且降低了网络流量和网络任务时延,更好均衡了网络节点能耗。     

一种基于移动无线传感器网络结构的数据采集协议

移动无线传感器网络(MWSN)体系结构在解决传统的网络能量消耗不均衡的问题上有显著效果,但移动sink节点的加入会增大网络的传输延迟。通过分析无线传感网络数据采集机制的耗能情况,提出一种联合动态和静态sink节点的数据收集策略HMS,在节能的同时改善网络的延迟问题,并且结合最短路径最大传输量算法优化MWSN在一个圆形监测区域的数据采集情况。系统仿真证明HMS算法在提高网络能源利用效率上的有效性。     

无线传感网中基于定向游走的压缩感知数据收集算法

对于大规模无线传感网的工程应用,降低网络能耗、延长网络寿命和克服链路丢包成为设计传感网数据收集算法的关键因素。提出一种基于定向游走的稀疏压缩感知数据收集算法,网络节点以环状部署的方式非均匀分布在以Sink为中心的圆形区域内,每次数据收集过程由最外环内的随机唤醒节点发起,逐跳向内环定向游走,直至游走至CS数据缓冲区内结束收集过程。仿真结果表明,采用稀疏定向游走机制对全网数据进行投影采样,可以有效降低网络能耗,延长网络寿命。同时在有损链路环境下,该算法依然具有高精度的重构性能,克服了链路丢包对CS数据收集的影响。     

基于二次栅格划分的移动sink最小路径构建算法

在无线传感器网络中引入移动sink能够有效解决能量空洞问题,从而提高无线传感器网络的生存时间。但是移动sink的移动速度限制通常会影响数据收集的时延特性,文章的研究重点即如何为移动sink构建最佳巡航路径,从而减小信息收集时延。充分利用传感器节点的通信范围,将构建最佳路径问题转化为求解带邻域的旅行商问题TSPN(traveling salesman problem with neighborhoods),并提出了一种基于二次栅格划分的可变长编码单亲遗传算法的最佳路径构建方法。该算法首先在网络区域中使用粗粒度栅格进行划分,并利用可变长度编码的单亲遗传算法获得最佳途经栅格,从而构造出初始最佳路径。然后对于每一个途经栅格再次使用细粒度栅格进行划分以优化收集路径。仿真结果表明,新算法能够获得更短的数据收集路径,大幅度减低了网络信息收集时延,有效地拓展了网络的生存时间。     

基于数据融合的无线传感网定位技术研究

阐述了无线传感网定位技术分类、定位技术常用术语的基础上,分析了无线传感网常用的测距方法及基于测距的定位方法,重点剖析了多边定位法,解析了该方法的利弊,并提出了基于数据融合的多边定位方法,经试验,该方法能降低节点能耗,延长节点寿命.     

基于安全与低能耗的传感云边缘协同优化策略

多传感器传感网数据采集效率低下,且大量数据在传感云处理存在数据泄露风险。基于此,首先设计了一种安全、节能及高效的分布式边缘协同传感网资源选择架构,提出了一种边缘协同分析节点选择(ECANS)方案。通过对用户请求的分析,获取传感网节点的选择策略,以降低传感节点数据采集的时延和能耗。其次,构建了一种最大化隐私熵的边缘协同传感网隐私保护数据卸载模型,并通过智能启发式算法得到隐私熵最大的边缘资源选择策略。实验结果表明,与ENS数据采集方案相比,ECANS方案使节点时延与能耗分别降低了56.71%和57.66%;在边缘资源选择阶段,与GA资源选择方案和PSO资源选择方案相比,最大化隐私熵模型使系统隐私熵分别提高32.07%及15.36%;与不引入no-EC相比,传感网节点时延和能耗平均降低了46.92%与11.26%。     

WSN中基于虚拟静电场的多sink路由算法

根据无线传感器网络(WSN)中数据转发与静电场中电荷移动的相似性,将sink节点和传感器节点的监测数据分别抽象成正、负电荷,无线传感器网络被抽象成由sink激发的虚拟静电场.以最大化网络生存时间为目标,以虚拟静电场中的静电引力作为路由选择标准,提出了多sink无线传感器网络路由算法.算法综合考虑传感器节点能耗的有效性和均衡性,以及sink的负载平衡,根据sink的邻居节点和传感器节点的剩余能量,为sink和传感器节点的数据分配相当电量的正、负电荷,依据电荷间的静电引力进行路由选择.理论分析与仿真实验结果表明:该路由算法具有较低的时间复杂性,能够有效的均衡节点的能量消耗,延长网络生存时间.     

一种改进无线传感器网络的环境监测系统设计

为了解决环境监测中远程采集数据的实时传输和对监测数据进行管理分析的问题,设计了一种基于无线传感器网络的远程环境监测系统,通过GPRS技术实现了监测中心与监测终端之间的实时命令控制及数据传输,系统采用了移动汇聚节点的方法,解决节点能量更换频繁且容易产生的“能量空洞”问题,系统测试表明,基于移动汇聚节点的环境监测系统能够延长网络的生命周期,确保各个节点的能量消耗均衡,并且网络整体数据包丢失率和时延与固定汇聚节点的监测系统接近,实现了远程监控数据的实时传输。     

移动性受限物联网应用中基于图论的高效数据采集策略

针对物联网数据采集应用,研究移动性受到限制的汇聚节点对数据采集性能和能量有效性造成的影响,提出能量有效的数据采集策略.基于图论基本原理对系统进行分析,建立借助方格的网络分层描述方法.提出数据采集中的能量分层优化HOEE问题,采用基于启发式算法的匹配算法来匹配节点方格,制定能耗均衡的数据包上报策略.NS-3仿真实验结果表明,HOEE数据采集策略具有优越性,与最短路径树、最大数据量最小路径以及随机采集策略相比,网络寿命能够有效提高约30%,维持较高的数据采集性能.在具有移动性受限的汇聚节点的物联网应用中使用HOEE数据采集策略,能够提高网络寿命,保证数据采集性能.     

多监控任务移动传感器网络高效数据路由协议

在多监控任务移动传感器网络中,不同的监控对象对数据传输实时性有着不同的要求。为满足监控数据不同的实时性要求,提出了既能满足软实时监控要求,也能满足硬实时监控要求的多级分层实时数据路由协议MRDR（layer-based multilevel real-time data routing protocol）。MRDR协议将分层机制引入移动传感器网络,将网络分成宽度相等的若干圆环。对具有实时性要求更低的普通事件消息,MRDR在消息失效前以尽量低的能耗将消息转发至sink节点。对于实时性要求更高的紧急事件消息,MRDR让消息以层间多跳方式实时传输到sink。同时,针对硬实时路由过程中的节点空洞问题,提出了消息回传机制,使得紧急事件消息能绕过节点空洞并最终传输至sink。最后,为降低网络中的消息冗余,设计了消息队列管理机制,给出了队列满时的消息丢弃原则。为评价算法性能,仿真实验对比了MRDR与其他3种算法在网络寿命、数据传输成功率与消息平均延迟方面的表现,结果验证了算法的有效性。在不同的网络环境下,MRDR算法能有效适应多监控任务移动传感器网络,满足具有不同实时性要求的不同消息的传输要求。     

A sink moving scheme based on local residual energy of nodes in wireless sensor networks

In the application of periodic data-gathering in sensor networks, sensor nodes located near the sink have to forward the data received from all other nodes to the sink, which depletes their energy very quickly. A moving scheme for the sink based on local residual energy was proposed. In the scheme, the sink periodically moves to a new location with the highest stay-value defined by the average residual energy and the number of neighbors. The scheme can balance energy consumption and prevent nodes around sink from draining their energy very quickly in the networks. The simulation results show that the scheme can prolong the network lifetime by 26%–65% compared with the earlier schemes where the sink is static or moves randomly. Foundation item: Project(60673164) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(20060533057) supported by the Specialized Research Foundation for the Doctoral Program of Higher Education of China     

随机预分配密钥在WSN跟踪算法中的应用

为解决当前无线传感器网络在目标定位与跟踪等领域的安全问题,提出了一种建立在自动跟踪簇基础上的动态簇密钥更新算法MCDGR.传感器节点根据事先设定的敏感度阈值可发现并定位在被监视区域中移动的物体,在被跟踪对象周围组织一定范围内的节点建立跟踪簇,并使它在逻辑上跟随目标移动,从而建立起分层的路由拓扑结构.通过簇首节点对感测数据进行数据融合后,向sink节点汇报目标位置.同时通过引入以q合成、多路增强与单向密钥序列技术为基础的随机密钥预分配协议,可以在大规模传感器跟踪网络的使用中同时达到提高跟踪精度、安全性和降低能耗的目的.     

NDN数据提供者移动支持策略能耗建模与分析

基于数据提供者的移动节点在网络中的不同位置及不同移动速度,结合命名数据网络（NDN）请求者驱动的数据传输模式,提出了3类NDN移动支持策略的网络能耗解析表达式,为NDN移动网络的研究提供了形式化的建模方法.对这3类移动支持策略在不同场景下能耗的分析与比较结果表明,数据流行度分布、移动节点所处位置及移动速度对策略的能耗影响不尽相同,为后续探求最优能效的移动支持策略提供了理论参考.     

基于Sink轨迹固定的异构延迟容忍网络数据传输机制

提出了一种基于sink简单固定轨迹的动态数据传输算法,算法由数据传输策略和队列管理机制组成,适用于异构延迟容忍移动无线传感器网络. 在每一次运动开始,首先判断节点是否可以直接传输消息给汇聚点,然后根据节点能量消耗和传输延迟计算出不同时刻各节点的传输概率,节点根据传输概率进行消息传输或转发. 队列管理则根据不同类型消息的生存时间和传输次数来决定对消息的转发和丢弃（被动或主动）. 实验结果验证了算法的有效性.     

能量有效的扇区划分LEACH改进算法

针对无线传感器网络生存期和能量有效性问题,提出了一种基于多跳传输和节点ID扇形分布的低功耗自适应集簇分层型协议(LEACH)改进算法MHS-LEACH.该算法根据节点的剩余能量调整簇头,并按虚拟扇区分配簇头节点ID,使得某簇头节点在同一扇区内寻找其父节点,经过多次迭代与基站建立树形链路,实现了簇头节点与基站间的多跳通信.仿真结果表明,与LEACH算法和ID-LEACH算法相比,MHS-LEACH算法不仅有效地延长了无线传感器网络生存时间,而且使整个网络的能量消耗更加均衡.