WIA—PA中自适应心跳协议的研究与设计

该文以WIA-PA网络中簇首的双机温备份冗余系统为研究对象,提出一种自适应心跳协议.该协议基于拉模型,根据主簇首的健康状态和当前簇内通信任务的繁重程度,利用时隙冗余技术动态调整心跳周期,提高心跳协议的网络环境适应性和可靠性.实验表明,该协议通过改变心跳周期能在系统通信压力、故障检测延迟与误检率三方面达到较好平衡.最终实现心跳检测的准确性和系统的高可用性.     

无线传感器网络分簇拓扑的覆盖区域节点调度优化算法研究

利用区域分割的方法建立了一种覆盖区域冗余节点的优化调度机制,实现对完全覆盖区域内冗余节点的休眠调度,并将该机制引入无线传感器网络的分簇结构中,提出一种基于分簇拓扑的节点调度优化算法。算法通过控制簇内冗余节点进行休眠,减少簇首的数据通信量和簇成员中工作的冗余节点个数,降低了网络能耗。仿真结果表明,与未考虑冗余节点休眠调度的分簇算法相比,该算法有效提高了网络能量利用率,延长了网络生命期。     

基于狮群优化极限学习机的数据融合算法

为降低异构无线传感器网络中冗余数据传输数量，设计一种基于狮群算法改进的极限学习机数据融合算法。针对草莓种植园实时监测数据的时间相关性，将双簇首分簇机制与LSO-ELM时间序列预测模型结合，对初始数据序列进行三次指数平滑和归一化的预处理，使用输出的预测值代替真实值，避免冗余数据的传输。仿真结果表明，双簇首机制可以均衡网络的通信负担，算法能够有效地降低网络中冗余数据的发送，保证数据准确性，延长网络生命周期。     

基于自适应动态均匀分簇的WSN数据融合算法

针对LEACH算法无法进行数据融合以及簇首分布不均匀引起的局部网络能耗过多、失效过快等问题,提出一种基于自适应动态均匀分簇的数据融合算法ADUC.ADUC算法在簇结构生成阶段引入逻辑区域划分机制和簇首能量优选机制,保证了簇首分布的均匀性和网络的能量均衡性;在数据融合阶段使用自适应加权融合机制来减小冗余和误差,并减少报文数据的数量.仿真结果证明,ADUC算法可以在提高监测数据精度的同时减少网络中43.1％的总体能耗.     

WIA-PA网络安全机制的设计与实现

WIA-PA是我国具有自主知识产权的工业无线标准,是工业无线领域三大主流国际标准之一。该文针对WIA-PA网络的特点,以WIA-PA安全标准为依据,提出了网络密钥管理机制保证密钥的安全性、安全入网机制鉴别加入节点身份的合法性和安全数据流传输机制能保障数据的机密性和完整性。经搭建测试平台验证:安全机制提高了网络的安全性,增强了WIA-PA网络抵抗威胁和攻击的能力,而且分析表明在节点资源开销方面合理,具有较好的性能。     

无线传感器网络簇首备份机制研究

提出一种基于综合指标的无线传感器网络簇首备份机制。通过节点剩余能量、节点度数、通信代价三者构建一种有效的综合指标,通过对簇内成员节点的综合指标排序,选取具有最优综合指标值的成员节点作为备份簇首。对该备份机制的仿真结果表明,采用该机制的分簇无线传感器网络可有效地降低簇首故障所带来的损失,加强了分簇的稳定性,延长了网络的生命周期,提升了网络的整体性能。     

基于分簇机制的ZigBee混合路由能量优化算法

针对ZigBee路由协议没有很好结合AODVjr(Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing Junior)和Cluster-Tree算法的问题,从网络能量优化的角度出发,文中设计了一种基于分簇机制的ZigBee混合路由算法——CLZBR算法,簇间采用AODVjr算法,簇内采用Cluster-Tree算法,并通过计算目的节点的父节点地址等方法,减少网络中冗余的RREQ(Route Request)分组,降低能量消耗;同时为了避免簇首由于能量过度消耗而成为失效节点,该算法提出备用节点的概念,当簇首能量过低时代替簇首以保证网络的稳定性.仿真结果表明,CLZBR算法相对ZigBee混合路由算法在包投递率、路由开销百分比和网络剩余能量百分比方面都有明显改善.     

一种基于信任度的MANET生成簇算法

大规模的MANET网络必须以层次化的形式来组织,以便减小冗余路由信息的传播.簇是MANET网络层次化结构的主要方式,保持簇首的稳定性是恒量生成簇算法优劣的重要指标.现有的研究忽略了簇首自身的安全性,本文将节点的可信度作为选举簇首的重要参考因素,从而弥补了现有生成簇算法安全性的不足.     

一种新的无线传感器网络冗余节点融合树算法

针对某些特定场合无线传感器网络中存在大量冗余节点造成网络资源浪费的问题,提出一种新的冗余节点融合树算法(简称RNAT)。基于分簇网络结构,采用探测区域完全覆盖的冗余节点标识方法,并综合利用节点剩余能量和距离等参数选择树上节点,以洪泛广播方式构建冗余节点融合树。算法让簇内冗余节点承担簇头的一部分工作,降低了分簇网络结构中簇头的能耗,均衡了网络能量分布。仿真实验结果表明,RNAT机制的引入可以有效提高HEED-M算法的性能,使网络生命期延长20%左右。     

WS N中利用双重接收器结合自适应加权数据融合的簇首优化聚类算法

针对无线传感器网络(WSN)中很多传统聚类算法在选择簇首时较少考虑簇首间平均距离而导致能耗较大、网络寿命较短的问题,提出一种利用双重接收器结合自适应加权数据融合的WSN簇首优化聚类算法.使用双重接收器(静态接收器和移动接收器),通过移动接收器弥补静态接收器附近聚类快速消亡的问题;利用自适应加权数据融合技术对节点收集的数据进行有效信息提取;根据能量的计时器、冗余能量、节点ID和信任值来选择临时簇首,并结合竞争范围、节点度和簇首数量选择最终的簇首.仿真结果表明,相比较新的EEUC和MRRCE技术,该方法显著降低了连续监测无线传感器网络的能耗,从而提高了网络寿命.     

基于WIA-PA安全标准的网络密钥管理机制设计分析

WIA-PA安全标准隶属于过程自动化领域,是由我国工业无线联盟制定的基于IEEE802.15.4标准的无线网络系统,属于WIA的子标准,主要用于工业过程中无线短程网的控制、测量以及监视。基于WIA-PA安全标准网络密钥管理机制设计的内容主要包括基于WIA-PA安全标准的密钥基本管理设计、基于WIA-PA安全标准的入网安全性设计、基于WIA-PA安全标准的数据流安全传输设计、基于WIA-PA安全标准的系统实用性研究设计、基于WIA-PA安全标准的系统性能研究设计。     

基于簇头优化的自供能无线传感网络路由算法

针对能耗均衡的自供能无线传感器网络分簇算法（EBCS）节点在选举簇头时没有能量的阈值限制,导致能量较低的节点可能当选簇头,并且簇头节点只能担任一轮次,致使能量充足的节点无法继续连任,同时EBCS没有基于自供能这一特点考虑死亡节点复活后的选举机制的问题,提出了一种基于簇头优化的自供能无线传感器网络分簇路由算法（CCOS）。首先,对簇头选举时的能量阈值进行优化,限制了能量不能胜任簇头的节点参选;其次,引入并改进了簇头连任机制,使簇头节点结合自己的能量补给水平来决定自己能否在下一轮连任簇头;然后,提出了阈值敏感的节点复活机制,通过设置软、硬复活阈值让死亡节点在积累达到相应能量阈值时复活。实验结果表明,在不同的能量补给场景下,CCOS与EBCS相比,当前网络中的可用节点数提高了约8%,数据传输成功率提高了约5%。CCOS可以更合理地利用再生能源,有助于自供能传感网络的部署。     

WIA-PA网络密钥管理体系

WIA-PA是基于IEEE 802.15.4标准的用于工业过程测量、监视与控制的无线网络系统.作为一种新型的无线网络系统,其安全问题尤为重要,为保证WIA-PA网络的安全性,设计了WIA-PA网络的密钥管理体系,建立了集中式密钥管理模式,保证了WIA-PA网络安全通信服务,通过安全密钥管理测试,验证了设计的密钥管理体系具备良好的安全性.     

基于模糊推理的WIA-PA节点故障诊断

WIA-PA是由中国工业无线联盟推出的具有自主知识产权的面向过程自动化应用的工业无线网络协议,为了提高WIA-PA网络的可靠性和稳定性,提出了一种工业无线网络节点故障诊断方法;在设计WIA-PA节点诊断架构的基础上,针对节点硬故障和软故障分别设计了备份路由询问和基于模糊推理的时间序列分析两种方法分别进行相应故障检测I通过在实验室构建的WIA-PA网络以及Malab仿真平台的实验证明,所设计备份路由询问能够及时地发现节点的通信故障,而模糊推理时间序列分析方法较传统的IF-THEN方法具有更低的误检率.     

数据融合技术在无线传感器网络中的应用

在大规模的无线传感器网络中,传输数据量巨大,必然存在着数据传输可靠性、拥塞以及能耗等问题,高效的数据融合技术能够有效的解决这些问题。本文结合分簇路由算法的特征,采用两层融合技术,首先簇内节点与簇首节点的融合,簇内节点根据阈值来判断是否需要发送数据,簇首节点根据接收到的数据,进行数据一致性检验,剔除异常数据,第二层采用BP神经网络算法对簇首节点与基站的融合,得到所需要的结果。实验表明,进行融合后的数据可靠性高,较大减少了数据的传输量与冗余度、降低了能量的消耗,从而提高了整个网络的性能。     

基于WIA-PA的工业无线网关开发及实现

从WIA-PA工业无线网络的应用背景和意义出发,在详细分析WIA-PA无线网络的体系结构以及网络通信要求的基础上,设计了基于WIA-PA的无线网关.该网关采用集射频与微控制器于一体的无线单片机CC2431和具有体积小、功耗低、集成度高等特点的微型计算机嵌入式PC/104作为核心器件.详细介绍了WIA-PA无线网关的硬件架构,简要分析了WIA-PA无线网关的应用程序软件设计.该网关实现了无线接发数据、管理无线网络内部节点以及与外部工业网络通信的功能.     

WIA-PA网络关键技术的设计与实现*

无线网络技术在工业过程自动化的应用是工业控制领域的又一研究热点。WIA-PA (Wireless Network for Industrial Automation – Process Automation)[1]是IEC认可的工业无线国际标准。WIA-PA网络具有网状和星型混合拓扑结构、自适应调频能力、CSMA与TDMA混合访问机制等技术特点,能够适应复杂工业环境和满足苛刻工业需求,具有很好的可靠性和实时性。本文首先介绍了WIA-PA的体系结构;然后给出了我们在原型网络实现过程中显现的关键技术与目前采用的策略和技术方法,如时间管理、时间同步、网络安全和网状组网等。最后通过原型网络证明了我们设计的可行性和合理性。     

A theory of fault-tolerant routing in wormhole networks

Fault-tolerant systems aim at providing continuous operation in the presence of faults. Multicomputers rely on an interconnection network between processors to support the message-passing mechanism. Therefore, the reliability of the interconnection network is very important for the reliability of the whole system. This paper analyzes the effective redundancy available in a wormhole network by combining connectivity and deadlock freedom. Redundancy is defined at the channel level. We propose a sufficient condition for channel redundancy, also computing the set of redundant channels. The redundancy level of the network is also defined, proposing a theorem that supplies its value. This theory is developed on top of our necessary and sufficient condition for deadlock-free adaptive routing. The new theory also considers the failure of physical channels when virtual channels are used. Finally, we propose a methodology for the design of fault-tolerant routing algorithms, showing its application to n-dimensional meshes     

低开销的无线网络编码机会路由协议设计

针对基于无线Mesh网络编码的机会路由协议的节点转发冗余问题,从线性空间的角度对该类协议的信息传输过程进行建模与分析,提出一种基于动态冗余控制的无线Mesh网络编码机会路由协议。该协议利用零空间确认技术估计各节点的更新信息总量,根据更新总量动态调整节点转发冗余,通过引入转发优先级调度机制,避免不同的转发节点重复转发来自于相同线性空间的编码包。仿真实验结果显示,与经典的MORE协议相比,该协议能提高30％-100％的网络吞吐量,同时降低20％-45％的归一化开销。     

WIA-PA无线工业网络温度仪表的设计

提出了一种WIA-PA无线工业网络温度仪表的设计方案;分析了WIA-PA的技术特征,详细介绍了该温度仪表的硬件及软件设计。实际应用表明,该温度仪表运行稳定,满足WIA-PA对无线工业网络现场设备的工作要求。