异构无线传感器网络中基于CDS树的拓扑控制方法

拓扑控制是无线传感器网络中节约能量、延长网络生命的关键技术。针对现有拓扑控制方法主要集中在同构网络中作为拓扑构建或拓扑维护单独研究的问题,提出了包含两个过程的异构网络分布式拓扑控制算法A3M。拓扑构建基于最小连通支配集构建虚拟骨干树,在保证连通性的同时关闭网络冗余节点以降低能耗;拓扑维护对网络性能进行评估,当现有网络性能严重下降时,改变拓扑以保障网络的稳定运行。理论分析和仿真实验证实算法能够以较小的时间和消息代价减少拓扑构建能耗并延长网络时间。     

异构无线传感器网络组密钥管理方案设计

为解决大规模异构无线传感器网络组密钥更新能耗大、效率低的问题,提出一种基于拓扑信息的异构无线传感器网络组密钥管理方案。利用节点拓扑信息构建αβ密钥管理树,在密钥管理树的生成与更新过程中对其进行结构优化,从而减少组密钥更新的能量消耗与更新时延。仿真实验表明,该方案是一种高效可扩展的组密钥管理方案,适合应用于异构无线传感器网络中。     

基于随机几何的网络拓扑密度控制模型研究

为同时保证无线传感器网数据的可靠传输,降低密集传感器网络中冗余的传输链路产生的节点之间的干扰对网络传输的影响,需要对网络的拓扑密度进行控制。本文基于节点的真实信道传输特性以及网络中节点的分布特征设计了基于随机几何的传感器网络拓扑密度控制模型,利用随机几何中的hard-core理论对拓扑密度控制后的节点稀释过程进行建模。最后,用蒙特卡洛仿真验证了网络中节点密度控制的结果。结果表明采用了拓扑控制后,网络中的干扰能耗更小。     

基于模拟退火算法的能耗均衡多跳路由方案

针对传感器网络聚类间能耗负载不均衡和传统拓扑方案连通冗余度过高等问题,提出一种基于模拟退火算法的聚类间的多跳路由方案。在聚类首领至基站的路由选择上,改变传统的一跳路由至多跳路由,基于首领节点的度约束和能耗代价,为每一个首领节点均衡地选择下一跳路由,避免“能量热点”问题。实验结果表明,与LEACH、EECS协议相比,该方案所获拓扑能均衡各聚类的能耗负载,降低网络整体功耗,延长传感器网络的生命周期。     

无线传感器网络拓扑控制的理论探讨

拓扑控制是无线传感器网络中重要的节能技术,并且已经形成了功率控制和睡眠调度两个主流研究方向。针对当前研究工作中存在的问题,对拓扑控制进行了基础性的研究。全面地考虑了网络的通信能耗和空闲能耗,在理想情况下给出了以最小化能耗为目标的拓扑控制问题的一个明确定义;证明了这个问题是NP-难的,同时非形式化地讨论了更实际的拓扑控制问题的计算复杂性;并且在此基础上,进一步提出了关于如何设计能量高效的拓扑控制协议的3个必要性原则。希望本研究成果有助于探索更好的拓扑控制协议。     

无线传感器网络的一种可调节的拓扑控制算法

在无线传感器网络的拓扑控制问题中,保持节点能耗最低路径和低节点度之间存在一种平衡.最佳的平衡点与具体的应用和网络状态有关.文中提出一种新的拓扑控制算法,使所构造的拓扑能在这两个不一致的目标之间进行调节.该算法所构造的拓扑结构在一极能保持所有能耗最低路径,另一极能使平均节点度逼近理论最小值.仿真结果证实新算法在比已有方案更真实的能量消耗模型下可以保持所有能耗最低路径,同时也显示新算法对节点度有更大的调节范围.     

一种基于模糊控制的无线传感器网络拓扑控制算法

在无线传感器网络乃至无线网络邻域中,拓扑控制一直是研究热点之一,是无线传感器网络中一种重要的能量节省技术。当前已有很多能量高效的拓扑控制算法,它们试图寻求一个合适的节点发射功率或者一个良好的网络拓扑结构,实际应用中两者往往都需要考虑。提出一种新的拓扑控制方法——HFLTC,该方法基于模糊控制和链路质量评估模型优化进行功率控制,并引入XTC算法思想成链。仿真结果表明,这种把拓扑结构和功率控制结合考虑的方法,更节省网络的平均能耗,提高了整个网络的生命周期。     

无线传感器网络节能关键技术及能耗一致性研究

无线传感器网络在许多领域有重要的应用价值,而能耗问题一直是其技术发展的瓶颈。基于对无线传感器网络关键技术的研究,进一步探讨了国内外节能技术的发展,总结了现有节能技术的优势和不足,并提出了能耗一致性的问题,结合拓扑控制技术给出了合成能耗控制模型,对提高系统能量利用率有一定意义。     

传感网中链路干扰优化的拓扑控制综述

拓扑控制是降低传感器网络能耗、为MAC及路由等上层协议提供支持的关键手段。对于广泛采用共享信道的传感器网络来说,并发链路的干扰严重降低了网络的传输效率、浪费了有限的网络资源。因此,降低干扰被认为是拓扑控制的最重要的目标之一。全面分析了面向链路干扰优化的传感器网络拓扑控制技术的研究进展,首先对不同的链路干扰模型进行了分析和比较,然后描述了基于不同模型的拓扑控制算法的执行流程和复杂度,分析了现有工作的特点和不足之处,同时指出了需要进一步研究的问题。     

层次拓扑结构的无线传感器网络能量模型

能耗效率是无线传感器网络中非常重要的性能指标。为了提高网络能耗效率,研究无线传感器网络中的能量模型是非常必要的。针对无线传感器网络层次拓扑结构模型,根据传感器节点工作能耗特点和在网络中承担的不同角色,推导出普通传感器节点、簇头节点能耗模型;并对单跳和多跳两种传输方式的网络能耗以及能耗最小时的最优簇头数进行理论分析和计算,对比了不同传输方式的网络能耗。通过理论分析推导出网络能耗和最优簇头数公式,将为设计能量有效的无线传感器网络拓扑结构算法和通信协议提供指导和理论基础。     

Distributed topology control algorithm on broadcasting in wireless sensor network

Topology control can enhance energy efficiency and prolong network lifetime for wireless sensor networks. Several studies that attempted to solve the topology control problem focused only on topology construction or maintenance. This work designs a novel distributed and reliable energy-efficient topology control (RETC) algorithm for topology construction and maintenance in real application environments. Particularly, many intermittent links and accidents may result in packet loss. A reliable topology can ensure connectivity and energy efficiency, prolonging network lifetime. Thus, in the topology construction phase, a reliable topology is generated to increase network reachable probability. In the topology maintenance phase, this work applies a novel dynamic topology maintenance scheme to balance energy consumption using a multi-level energy threshold. This topology maintenance scheme can trigger the topology construction algorithm to build a new network topology with high reachable probability when needed. Experimental results demonstrate the superiority of the RETC algorithm in terms of average energy consumption and network lifetime.     

移动Ad hoc网络中基于拓扑控制的节能算法

如何降低节点能耗,延长节点生存时间是移动Ad hoc网络的一个研究热点,对此提出了一种基于拓扑控制的节能算法ECA/TC（Energy Conservation Algorithm with Topology Control）。该算法在RNG图的基础上,采用邻节点消除机制,有效降低了节点的传输功率及广播消息在网络中的转发次数。仿真结果显示该算法具有较好性能,能够提高网络能效。     

An Adaptive Partitioning Scheme for Sleep Scheduling and Topology Control in Wireless Sensor Networks

This paper presents an adaptive partitioning scheme of sensor networks for node scheduling and topology control with the aim of reducing energy consumption. Our scheme partitions sensors into groups such that a connected backbone network can be maintained by keeping only one arbitrary node from each group in active status while putting others to sleep. Unlike previous approaches that partition nodes geographically, our scheme is based on the measured connectivity between pairwise nodes and does not depend on nodes' locations. In this paper, we formulate node scheduling with topology control as a constrained optimal graph partition problem, which is NP-hard, and propose a Connectivity-based Partition Approach (CPA), which is a distributed heuristic algorithm, to approximate a good solution. We also propose a probability-based CPA algorithm to further save energy. CPA can ensure K-vertex connectivity of the backbone network, which achieves the trade-off between saving energy and preserving network quality. Moreover, simulation results show that CPA outperforms other approaches in complex environments where the ideal radio propagation model does not hold.     

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算法体现了负栽均衡的思想,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.     

无源控制下的动力电池多路均衡技术研究

针对当前动力电池均衡方案响应太慢、效率不高的问题,设计了一种基于反激变换器的多路均衡电路,该电路仅在常用双向均衡拓扑的基础上加上均衡电阻和旁路开关,即能实现多路能量转移.建立了带有源负载时的功率模块状态空间模型,根据非线性无源控制的相关理论,判定功率模块为线性无源,设计了无源控制器.引入无源控制后,均衡电流得到很好的控制,Matlab/Simulink仿真结果表明,无源控制下的多路均衡方案能进一步提高均衡响应速度,降低系统损耗.     

一种适用于无线传感器网络的功率控制MAC协议

功率控制技术通过减少节点的发射功率来降低能耗,但节点间不对称的发射功率会增加网络的冲突概率并降低吞吐量.根据实际环境中的节点部署情况,引入了基于Pareto分布的系统模型.研究了传感器网络中功率控制技术在节省能量方面的性能,提出了一种基于SMAC(sensor-MAC)可适用于无线传感器网络的功率控制MAC(media access control)协议.此协议使用功率控制调度算法选择最优相邻节点,使网络中节点的拓扑连接得到优化,在保证网络连通性的同时,降低通信的冲突率,扩大网络的吞吐量.信息的传递以最优功率发射,并使通信节点具有反作用冲突节点的能力,从而在降低网络能耗的同时保证了节点间通信的公平性.实验仿真结果显示,与现有的几种重要方案相比,新的功率控制MAC协议使网络具有了更大的有效吞吐量及更长的生存时间.     

Topology control based on optimally rigid graph in wireless sensor networks

This paper presents an optimization scheme of sensor networks for node scheduling and topology control, aiming to reduce energy consumption for heterogeneous Wireless Sensor Networks (WSNs) with non-uniform transmission ranges. Motivated by geographical adaptive fidelity (GAF), we partition sensors into groups based on the location of sensors, such that a connected backbone network can be maintained by keeping only one arbitrary node from each group in active status while putting others to sleep. In addition, optimally rigid geographical adaptive fidelity (ORGAF) approach is proposed to decrease the communication complexity and reduce the energy dissipation. Furthermore, we prove the topology derived under ORGAF is 2-connected; and the average degree of nodes in the topology converges to four approximately. Simulation results show that ORGAF can improve the network performance as well as reducing the energy consumption.     

无线传感器网络分簇拓扑控制算法

通过对经典的分簇算法HEED和EEUC进行研究与分析,对它们不足之处进行了改进,提出了一种新的基于双簇首节能的无线传感器网络分簇拓扑控制算法,即DCHEB算法。该算法提出了一种新的簇划分方案,通过此方案可以对无线传感器网络进行合理分簇,使得簇首节点位于合适的位置上,平均了各个簇的节点个数,可以避免簇内的边缘节点过早死亡。最后通过理论分析和仿真工具验证了该算法对减少无线传感器网络的能量消耗和延长其生存时间有很好的作用。     

基于事件触发的拓扑切换异构多智能体协同输出调节

研究切换拓扑下线性异构多智能体系统的协同输出调节问题,并设计了一个基于事件触发的输出调节控制机制.设计的控制机制不仅可以实现智能体对外部系统的渐近跟踪和干扰抑制,还可以有效减少智能体之间的信息传递数量,从而降低通信负载减少网络能耗.最后通过仿真验证结论的有效性.