抵抗恶意信标的安全优化DV-Hop算法

信标节点在无线传感器网络定位算法中起着关键作用,然而信标节点的安全常常被忽视.针对恶意信标节点发送虚假位置信息这种较常见且破坏性较强的攻击方式,在DV-Hop定位算法的基础上提出了一种抵抗恶意信标的安全Dv-Hop定位算法.该算法利用信标之间的距离约束来隔离恶意信标节点,同时采用多信标校正值权衡的策略克服了信标比例下降...     

传感器网络基于移动信标改进的DV-Hop定位算法

无线传感器网络节点定位算法的精度多依赖于信标节点的密度,但信标节点成本高,约为普通节点的100倍以上,为了降低定位的成本,提出了一种基于移动信标和DV-Hop的无线传感器网络节点定位算法(MBWDV-Hop)。该算法在DV-Hop定位算法的基础上,利用一个移动的信标节点在网络中按预定的路径移动并不断地广播自己的位置信息,形成多个虚拟信标,未知节点记录到每个虚拟信标的跳数,并采用加权处理的方法计算平均跳距及其与各虚拟信标的距离,最后利用三边测量法计算未知节点的位置信息,实现节点精确定位。由于只采用一个移动信标,降低了定位的成本和布网的复杂度。最后通过仿真证明算法可以提高定位精度,降低定位成本,提高了定位的效率。     

非合作信标条件下水下无线传感网可靠定位技术

传统假设水下无线传感器网络的传感器节点和信标节点都是合作的,但是在军事应用等特殊场合下,某些节点容易被敌方捕获或入侵,因而水下无线传感网络中有时会存在一些非合作的恶意节点。针对存在若干非合作信标的水下无线传感器网络定位应用,提出了一种非合作信标节点约束下水下无线传器网的可靠节点定位算法。本文算法利用一跳邻居范围内信标节点独自投票机制实现对非合作信标的判决与剔除,从而减少由于存在非合作信标节点对定位误差的影响,同时也分析了不同比例非合作信标下的定位误差界限。仿真结果验证了本文提出的算法相比传统定位算法,在平均定位精度和定位覆盖率等方面都有所提高。     

WSNs中一种基于移动信标检测的定位算法

信标节点在无线传感器网络(WSNs)定位技术中起着重要的作用,它作为参考节点决定着被定位目标的位置。在WSNs的实际环境应用中,信标节点可能会因为各种原因发生移动成为不可靠的信标节点,此时依赖不可靠信标节点来定位的未知节点将可能产生较大的定位误差,甚至失去了利用价值。针对信标节点发生移动的问题,提出了一种定位前期的基于可用信标的移动信标检测(BAB—BMD)方案。在节点定位之前,对定位节点收到的所有信标进行检测,并对移动信标重定位计算其可靠度。然后,依据信标可靠度选择可用信标节点进行定位,即基于可用信标的信标择优(BAB—BOS)算法。实验结果表明:BABBMD具有较好的检测准确度,同时采用BAB—BOS定位算法定位准确度要高于未进行移动信标检测的定位准确度和丢弃移动信标的定位准确度。     

基于移动信标的改进DV-Hop算法

针对DV-Hop定位算法在网络节点密度减小时定位误差明显增大,定位精度严重依赖于网络的联通状况,提出一种新的基于移动信标动态选择的改进DV-Hop定位算法,利用一个移动信标在网络中漫游并广播定位分组信息,提出号位切换的思想对移动信标的位置进行优选,从而通过二次定位来提高节点定位精度.仿真显示,此算法有效的降低了定位成本,提高了定位的效率.     

基于Quorum的低占空比WSNs最优延迟可靠路由算法

在无线传感器网络中,异步低占空比技术可以极大地降低能耗,但是由于节点的低占空比唤醒会造成极大的端到端数据时延。针对这个问题提出一种基于Quorum的异步自适应低占空比路由算法ORDA(Optimal-Reliable delay routing algorithm for low duty cycle WSNs based on Quorum),将异步占空比网络和实际链路模型相结合,在异步占空比网络中节点在不同时刻的邻居发现延迟也在不断变化。首先为每个节点根据网络负载选择自身的Quorum类型,并利用Quorum特性来计算邻居节点的重叠时隙个数;然后根据链路质量进一步计算出这一跳范围内邻居节点间的成功转发预期值,并在即将唤醒的节点中选择更可靠的节点转发数据。仿真实验证明,该算法不仅能够降低端到端延迟,而且能获得很好的转发成功率。     

基于多信标的无线传感器网络节点定位算法

基于信标的节点定位算法是无线传感器网络领域的一大研究热点;对于圆周型分布的信标组,发现最优的信标个数为5,且1个位于圆心,其余4个均匀分布在圆周上;针对矩形ROI,利用信标组可定位区域为正方形的优势,将整个网络划分为栅格,采用旅行商算法获取信标的最优移动路径;基于五信标节点定位模型提出一种新颖的区域分割质心定位算法(RDCLA),通过3组RSSI值比较,将节点锁定到某个三角形区域内,采用质心算法定位节点;该算法原理简单,计算复杂度低,与网络拓扑结构无关;仿真结果表明,较之TCLA和WCLA定位精度有较大的提升,且适用于各种规模的无线传感器网络.     

无线传感器网络节点位置验证框架

节点定位是无线传感器网络(wireless sensor network, WSN)关键支撑技术之一,传统的定位算法均假设信标节点位置是可靠的,导致其无法应用于存在信标漂移、虚假信标和恶意信标的场景.针对上述问题,提出一种分布式轻量级的节点位置验证框架(node location verification framework, NLVF),作为底层框架为传统的2类定位算法(基于测距的定位算法与非测距定位算法)提供信标位置验证服务,以过滤位置不可靠的信标扩展传统定位算法的应用范畴.节点位置验证的核心算法UNDA(unreliable node detection algorithm)是基于节点相互距离观测结果建立位置信誉模型,在定位过程中排除位置信誉较低的信标,以提高定位结果的可靠性.实验结果表明,NLVF可服务于基于2类测距技术的定位算法,且适用于存在3种不可靠信标的场景,具有普适性;UNDA算法具有较高的检测性能,平均检测成功率在95%以上,NLVF具有较高的可用性.     

自组织网络中带冲突避免的快速邻居发现机制

邻居发现的速度影响着整个网络组网和通信的效率,现有的邻居发现协议未考虑多个节点同时发送信标时,产生信标冲突的情况。针对这个问题,提出了一种有效避免信标冲突的快速邻居发现机制,即在发送信标前,采用载波侦听机制去侦听信道状态,从而减少信标冲突,提高发现效率。同时又采用动态增加唤醒时隙来减少发现时延,加快邻居发现。仿真结果表明,采用该机制无论在占空比对称还是非对称的情况下,都能有效加快现有协议发现速度。     

基于分布式邻居发现机制的ZigBee网络能耗研究

ZigBee是一种基于IEEE 802.15.4标准的适用于短距离、低功耗和低数据传输率的无线网络技术。ZigBee网络的节点电池能量的有效利用能延长其网络生命周期。采用分布式邻居发现机制研究了ZigBee网络能耗。该机制使得ZigBee网络中的节点在其可访问的区域内及时发现邻居节点,通过分析和定义3种分布式邻居发现算法下ZigBee节点在整个发现过程中所需要的平均帧数,提出了ZigBee网络能耗模型,对ZigBee网络设备在3种分布式邻居发现算法下的能耗进行了详细分析并得出能耗表达式。在仿真实验中比较了ZigBee网络节点和邻居节点在不同算法下的工作循环模式和连续模式下设备的能耗,结果表明对于基于分布式邻居发现机制算法的ZigBee网络能耗,当帧时隙数较小时,选择争用树算法能获得较好的节能效果;当帧时隙数较大时,选择无反馈帧时隙算法或有反馈帧时隙算法则可减少节点能耗以延长ZigBee网络的生命周期。     

移动低占空比传感网邻居发现算法

低占空比技术极大地降低了传感网（即无线传感器网络）的能耗,延长了网络的生命周期,但却使邻居发现变得异常困难.尤其结合了节点移动性后,邻居发现问题将具有更大的挑战性.提出了一种基于Continuous TorusQuorum 的移动低占空比无线传感器网络的邻居发现算法,可以解决这种在对称和非对称场景下的邻居发现问题,并提出了适用于移动场景的邻居发现概率作为评估邻居发现算法的性能,项目还开发了用于测量移动场景下低占空比邻居发现算法性能的仿真平台.理论分析和仿真实验结果均表明：该算法无论在对称或者非对称场景下均取得了很好的能效、发现概率和发现延时性能,优于当前几种典型的异构邻居发现算法（比如Disco,U-Connect 等）.     

Grid-Scan算法定位误差和定位率的改进

针对Grid-Scan算法定位率及定位精度较低的问题,提出了一种基于虚拟锚节点的Grid-Scan定位算法。具体做了3个方面的工作：有邻居锚节点的未知节点只利用邻居锚节点进行定位,定位后的节点升级为虚拟锚节点;没有邻居锚节点的未知节点利用虚拟锚节点完成定位;锚节点及虚拟锚节点与未知节点采用不同的通信半径进行扫描并完成定位。仿真结果表明,相比传统算法,改进算法的定位精度和定位率分别平均提高了约6.35%和23.37%。     

无线传感网络节点定位中的导标动态移动策略

在基于移动导标的无线传感器网络节点定位中,导标的移动路径将直接影响到节点定位的效率和精度.考虑到无线传感器网络节点通信能力和计算能力有限性,着重研究一种基于网络局部拓扑信息的导标移动虚拟力修正模型.模型中,导标对邻居节点进行筛选,并进一步收集有效节点与导标的距离、有效节点拥有邻居节点数目等参数,在此基础上建立移动导标虚拟引力模型,该模型能使导标的移动具有较强的自适应性.更进一步,针对节点虚拟引力基本模型存在的导标无引力情况和冗余遍历情况,通过加入接近因子及已定位区域边界曲线拟合的方法,对基本模型进行修正.仿真实验表明,提出的路径规划算法与典型的传统路径算法相比较,导标遍历网络的路径长度缩短了20%~30%,较大程度节约了定位过程中导标节点遍历网络所需的能量开销.     

移动无线传感器网络中的两跳信标交换协议

在地理位置路由协议中,周期性信标交换协议(Hello协议)被广泛地用于构建和维护邻居节点表。然而在高度动态的网络环境中,邻居表中会存在很多过期节点,这将导致大量的重传,严重影响路由协议性能。为提高邻居表的准确性,提出一种两跳信标交换协议(T-Hello协议),通过掌握两跳范围内的节点位置信息,节点可以显式地感知邻居节点是否已移出通信范围,以便及时将过期节点从邻居表中删除,而不必等到超时。通过分析各种网络条件(节点密度、交换周期、节点移动速度、通信半径等)对新协议性能的影响,表明对于GPSR协议, T-Hello协议能够缩短过期节点50%左右的存在时间,从而有效地改善了路由效果。     

基于H运算的动态网络重要节点识别方法

传统K-shell网络重要节点识别方法迭代时需网络全局拓扑信息,而且难以应用于动态网络。为解决该问题,提出基于邻域优先异步H运算的动态网络重要节点识别方法。首先,证明该算法收敛于Ks值,其次以各节点的度作为h指数初始值;然后,通过节点h指数排序和邻居节点h指数变化选择更新节点,同时针对动态网络节点的增减数目和最大度,修改h指数适应拓扑变化,直至算法收敛并找到重要节点。仿真实验结果表明,该方法通过邻居节点局部信息且以更高效率找到动态网络的重要节点,收敛时间在静态网络中较随机选择更新节点法与变化邻居选点法分别下降77.4%和28.3%,在网络拓扑变化后分别下降84.3%和38.8%。     

Neighbor discovery for wireless networks via compressed sensing

This paper studies the problem of neighbor discovery in wireless networks, namely, each node wishes to discover and identify the network interface addresses (NIAs) of those nodes within a single hop. A novel paradigm, called compressed neighbor discovery is proposed, which enables all nodes to simultaneously discover their respective neighborhoods with a single frame of transmission, which is typically of a few thousand symbol epochs. The key technique is to assign each node a unique on–off signature and let all nodes simultaneously transmit their signatures. Despite that the radios are half-duplex, each node observes a superposition of its neighbors’ signatures (partially) through its own off-slots. To identify its neighbors out of a large network address space, each node solves a compressed sensing (or sparse recovery) problem.Two practical schemes are studied. The first employs random on–off signatures, and each node discovers its neighbors using a noncoherent detection algorithm based on group testing. The second scheme uses on–off signatures based on a deterministic second-order Reed–Muller code, and applies a chirp decoding algorithm. The second scheme needs much lower signal-to-noise ratio (SNR) to achieve the same error performance. The complexity of the chirp decoding algorithm is sub-linear, so that it is in principle scalable to networks with billions of nodes with 48-bit IEEE 802.11 MAC addresses. The compressed neighbor discovery schemes are much more efficient than conventional random-access discovery, where nodes have to retransmit over many frames with random delays to be successfully discovered.     

Duty cycle aware spatial query processing in wireless sensor networks

The recent evolution in sensor node location technology has spurred the development of a special type of in-network processing for wireless sensor networks (WSN), called spatial query processing. These queries require data from nodes within a region (called region of interest) defined by the users. The state of the art of spatial query processing considers, in general, that nodes are always on. However, nodes can go to sleep mode (turn off the radio in duty cycles) in order to save energy. This work proposes an energy-efficient in-network spatial query processing mechanism that assumes nodes having no knowledge about their neighbors. The proposed mechanism is able to process spatial queries without the necessity of periodic beacon transmissions for neighbor table updates or for synchronization. Hence, it can work properly over different types of duty cycle algorithms.     

无线传感器网络中一种改进的DV-Hop定位算法

针对无线传感器网络中DV Hop定位算法在未知节点到信标节点距离计算中的不足，提出了一种改进算法。该算法考虑了未知节点到信标节点路径中相邻三个节点A, B, C组成的夹角∠ABC对距离的影响，根据与B相邻的A, C节点的邻节点集重叠度估算夹角的大小，从而更精确计算出距离，提高定位精度。     

基于稀疏图码的物联网邻居节点发现

为了解决物联网中发现新节点的传统蜂窝随机接入方案不能适用于大规模节点的传感器网络的问题,首先基于组测试框架将邻居发现问题转换为压缩感知理论模型中的单向量测量问题,然后对测量矩阵进行精心构造,最后提出一种新颖的基于稀疏图码理论的逐步剥离恢复算法来解决物联网邻居节点发现问题。实验结果表明,该算法在低样本和时间复杂度下显著提高了大规模无线传感器网络活动邻居节点发现的有效性和准确性。