基于节点能量控制的无线网络安全通信算法

关于网络安全通信问题,针对无线传感网络通讯带宽限制,传感器自身所能承受的能量有限,容易被入侵,提出了一种采用网络节点能量控制的无线网络安全通信算法.首先采用布尔传感模型,根据泊松点过程建立起一个传感器节点密度与覆盖率间的函数关系,通过函数求出满足区域覆盖要求的节点数;然后依据节点分布特性,采用分布式遗传模拟退火算法选出能耗最小的网络节点,并将分布状态拟合成高斯混合模型,在节点间信息传递时只将模型参数传输给下一个节点,从而大大减少传感器之间的通信量,达到降低节点能量消耗的目的,保证节点安全性.仿真结果表明,改进算法在降低节点能耗的同时,大大提高了无线传感网络能量的有效性,保证了通信安全.     

与位置无关的无线传感器网络连通性覆盖协议

解决在没有节点位置信息的情况下,如何能量有效地保证网络连通性覆盖的问题.分析了节点覆盖与区域覆盖之间的关系,并给出了节点覆盖等于区域覆盖的充分必要条件.根据分析结果,基于构建连通支配集CDS(connected dominating set)的Rule K算法,提出了一种与节点位置无关网络连通性覆盖协议LICCP(location-independent connected coverage protocol).在LICCP协议中,每个节点根据本地节点密度选择合适的通信范围,利用Rule K算法选出的工作节点提供高质量的网络连通性覆盖.模拟实验结果表明,LICCP协议能够在较长时间内能量有效地提供高质量的网络覆盖,并保证网络的连通性.     

基于CDS的水下声音无线传感器网络节点部署方案研究

由于难以访问三维水下环境,所以要实现水下声音无线传感器网络(UAWSNs)最大覆盖且传感器自主部署,难度很大。如果还要保证最终网络的连通性,则问题更为复杂。提出一种只需把传感器随机部署到水面上的UWASNs完全分布式节点部署算法,目的是使初始网络成为可和水面基站进行通信的三维网络同时实现最大覆盖。具体思路是确定初始网络的连通支配集,然后调整具体支配节点所有相邻支配节点和被支配节点的深度,以尽量降低节点覆盖重叠现象,同时保证与支配节点的连通性。仿真结果表明:无论传输和传感范围比如何,网络连通性均可保证,且覆盖范围性能与覆盖感知部署算法相近。     

无线传感器网络能量有效成簇算法研究

分析当网络覆盖范围变大时LEACH协议存在的问题,针对传感网络中簇头采用单跳通信时距离基站较远的簇头能量消耗太大而过早死亡,采用多跳通信时距离基站较近的节点过多参与数据会转发而过快死亡,提出一种综合考虑节点位置、节点能量状况的多跳改进算法LEACH-L,同时,LEACH-L还通过限制簇头的最短转发距离,避免网络过多的进行数据转发使网络开销增大.仿真结果显示,当网络范围变大时,LEACH-L能有效的减少网络中节点和基站通信时的能量消耗,均衡传感网络节点负载,较大幅度的延长传感器网络的生命周期.     

基于改进鲸鱼优化算法的传感网络节点移动策略

针对传感网络监测区域难以完全覆盖,导致节点移动能耗较大、网络寿命较差的问题,提出一种基于改进鲸鱼优化算法的传感网络节点移动策略。建立传感器节点模型,确立通信范围,计算网络节点覆盖率。为满足通信信噪比要求,结合信息增益构建信道模型,制定通信协议。分析传统鲸鱼算法中个体捕食过程,探究螺旋式与收缩包围两种位置更新方式。引入自适应步长参数,根据节点总数量、覆盖半径与区域边长等参数,计算个体适应度值,选取初始种群,以覆盖率最大为目标,确定当前最优解的位置,经过不断更新,当迭代次数最大时输出全局最优解,即节点移动位置。仿真结果表明,当节点数量为180个时,所提方法的传感网络节点寿命为28 min;当节点数量为10时,所提方法的总路程理想值和解空间之比为0.120,降低了节点移动能耗。     

基于改进粒子群的无线传感网络覆盖优化方法

常规的无线传感网络覆盖方法一般采用三角划分策略,存在覆盖节点分布不均匀、覆盖范围有限、覆盖率较低等不足,具有较大的局限性。针对此问题,引入改进粒子群算法,提出一种全新的覆盖优化方法。首先,设计无线传感网络区域覆盖,使传感器节点均匀覆盖在整个待监测物体所在区域;其次,建立节点感知模型,实时反映像素点与无线传感器节点距离的动态变化;最后,设计基于改进粒子群的覆盖优化算法,实现无线传感网络覆盖率最大化的目标。实验结果表明,所提方法能够显著提高网络区域覆盖率,覆盖率均在96%以上,全局覆盖优化能力较强。     

一种针对移动全覆盖问题的节点移动策略

在传感网和物联网的大力发展过程中,覆盖问题始终是该领域关注的核心问题.目前在诸多应用中,网络部署受各类影响因素的制约以及传感设备自身条件的限制,无法实现监测区域的完全覆盖.但如果借助某些特定的移动设备并按照有针对性的移动策略实施移动覆盖,就可以实现监测区域内的补全覆盖.基于此应用提出了一类新的覆盖问题——移动全覆盖问题,即在网络稀疏覆盖的环境下,利用移动节点的移动覆盖实现监测区域的全覆盖问题.针对该问题提出了分而治之的节点移动策略.首先,按照移动节点通信半径将整个监测区域划分成多个子区域;其次,以四叉树分层遍历的策略作为移动节点在子区域间的移动方案;最后,针对每个子区域内静态节点的覆盖状况制定相应的区域内的移动策略.实验结果表明采用本文提出的移动策略可以实现在移动节点移动较小距离的前提下达到整个区域的全覆盖,从而解决了稀疏网络环境下的全覆盖问题.     

一种基于能耗均衡的分区节点部署算法

鉴于能耗问题是无线传感器网络研究的重要问题, 首先建立一种非均匀部署网络拓扑模型, 该模型中越靠近sink 的区域节点部署越密集, 节点通信距离越小; 然后针对节点初始随机部署情况, 提出一种基于节点能耗均衡的分区域节点重部署算法, 该算法利用分区域的节点移动, 减少节点移动距离, 降低移动能耗, 提高算法收敛速度; 最后通过仿真表明, 所提出的算法可以用较少数量的节点覆盖监测区域, 保证网络中各节点能量均衡消耗, 提高网络生存周期.

     

改进的无线传感器网络覆盖区域节点调度算法

节能覆盖对于提高无线传感器网络的性能有着重要的意义.针对当前传感器网络的算法中存在的热区问题,提出一种在传感器网络非均匀分布部署下的基于能量预测的节点覆盖调度算法.该算法首先对网络中的节点进行非均匀部署,离基站距离较近区域部署的节点密度较大,而较远的密度小,然后综合考虑节点覆盖效率和能量消耗进行节点调度,从而使能量消耗更加均衡,最后对该算法进行了仿真实验和性能分析.仿真结果表明与当前经典的覆盖节点调度算法相比,该算法提高网络覆盖率、降低了网络能耗,且网络生命周期也相应的延长,能够保证网络内大多数节点达到能耗均衡.     

基于模糊区域宽松距离的改进GEAR传感网络均衡算法

传感节点的有效选择对无线传感网络通信有着重要影响。在分析传统的GEAR传感节点分配算法基础上,提出基于模糊区域宽松距离的改进GEAR传感网络均衡算法。运用一种基于节点模糊区间划分,伴随节点运用一种宽松距离的方法进行逼近,依靠得到的模糊节点可靠性隶属度函数,完成对节点的最终选择,从而避免传统GEAR节点分配算法中单纯依靠地理位置与能量开销等先验知识进行节点选择的弊端。实验验证该方法的通信能量消耗曲线趋势要低于传统GEAR算法,能有效调节传感网络的拥塞。     

基于权重的目标覆盖控制算法

针对无线传感器网络中随机部署无法实现对重要性不同的目标的优化覆盖控制问题,利用目标重叠域和贪婪算法设计一种基于目标权重的最优部署算法。以概率感知模型的传感器节点作为研究对象,通过标定目标权重确定目标重叠域,采用贪婪算法选取节点的最优部署范围,根据指标函数的最小值确定节点的部署位置。实验结果表明,所提出的算法能够实现对离散目标的最优覆盖监测,而且能保证监测节点网络的连通性。     

无线传感器网络中应用鲁洛三角形的k度覆盖算法

覆盖问题是无线传感器网络中的基本问题之一。着重考虑无线传感器网络在随机部署节点情况下的多重覆盖问题,提出一种应用鲁洛三角形的k度覆盖算法RTCA(Reuleaux triangle-based k-coverage algorithm)。RTCA把每个传感器节点的覆盖圆划分成6个相同的双弧形区域,根据网络覆盖度要求,调度这些区域内的节点状态来实现k度覆盖监测区域。仿真实验结果表明,RTCA在保证网络覆盖质量要求的同时能够有效地减少活跃节点的数量,延长网络的生存时间。未来还可以对该算法做进一步推广,以较容易地判断异构无线传感器网络的多重覆盖。     

移动传感器网络基于安全连接的节点位置优化

传感器节点的合理分布并保障节点间安全通信是无线传感器网络设计中的关键问题.传统的节点分布优化算法仅以提高网络有效覆盖率为目标,极易导致网络安全连接度的降低.针对该问题,从理论上对传感器网络拓扑模型进行了建模分析.结合具有快速多目标优化能力的精锐非支配遗传算法,提出一种基于安全连接的节点位置优化算法,从而保证网络实现目标跟踪和安全通信的质量效果.分析了随机部署模型与基于预知分配坐标的高斯部署模型下算法的求解性能,仿真结果表明,所提出的算法能够快速收敛于网络覆盖率和安全连通度两者的折衷点,满足无线传感器网络的实际需求.     

无线传感器网络的任意覆盖率节点配置

研究了任意覆盖率下的无线传感器网络分布式节点自动配置问题. 首先, 针对正六边形拓扑架构下的网络覆盖, 给出了节点密集分布条件下的覆盖率与相邻工作节点间距的解析关系, 从而得到了理想条件下部分覆盖的最优节点配置. 考虑到实际系统中有限的节点密度和节点的随机分布, 进一步提出了一种可以在此条件下实现任意覆盖率的部分覆盖协同优化算法(Optimized collaborative partial coverage, OCPC). OCPC通过节点间的动态协同唤醒最接近于理想配置的工作节点并使其他节点睡眠以节省能量. 以尽可能少的工作节点达到网络的覆盖和连通需求并降低网络的能耗, 进而达到网络的感知任务和能量消耗的有效折衷. 仿真表明, OCPC可以有效地实现任意期望覆盖率下的网络配置并保持网络连通, 同时, 与经典覆盖算法PEAS (Probing environment and adaptive sleeping)和OGDC (Optimal geographic density control)相比, 在网络的节能方面也具有明显的优越性.     

无线传感器网络中能耗均衡的覆盖控制算法

覆盖控制作为无线传感器网络的一个基本问题,对网络的生存时间、部署策略、通信协议和组网等问题的解决具有重要影响。在传感器节点随机冗余部署方式下,传统的方式 是在保证覆盖要求和通信连通的前提下仅将最少量的节点投入活跃工作状态,从而降低网络能耗。但是,若频繁地激活同一批节点,会造成这些节点由于能耗过快而较早失效效,使整个网络的冗余程度降低。然而,冗余度是传感器网络在单个节点性能有限的情况下提高整个网络的可靠性、容错性、精确性等的基础。为此,本文提出了一个能耗均衡ECB的覆盖问题,指出它是NP完全的,并给出了一个集中式近似算法。该算法根据节点的剩余能量赋于每个节点非负权,再基于Voronoi划分和贪心边方法,在保证覆盖要求的同时选择权和最小的节点激活。仿真实验结果表明,ECB算法求得的活跃节点集小,可以达到有效覆盖,并且可以保持网络的冗余度。     

Coverage area enhancement in wireless sensor network

In the wireless sensor network, coverage area may be enhanced after an initial deployment of sensors. Though, some research works propose how to decrease the coverage hole by increasing sensing range or movement assisted sensor deployment, these are not suitable for energy constraint wireless sensor network, as longer mobility distance or higher power level consume more energy. In this paper, we address the increasing coverage area through smaller mobility of nodes. We find out the coverage hole in the monitoring region, which is not covering by any sensing disk of sensor. Then, we address the new position of mobility nodes to increase the coverage area. The simulation result shows the mobile nodes can recover the coverage hole perfectly. The coverage holes is recovered by mobility on the existing recovery area, which cannot be lost. Moreover, hole detection time in our proposed protocol is better than existing algorithm.

     

基于线性规划的传感器节点布局模型

针对用最少的传感器节点覆盖感兴趣区域并确保传感器节点之间连通的最优化问题,提出了基于线性规划的传感器节点布局模型。该模型通过传递闭包计算连通性,将命题逻辑式转化为线性方程组,从而求得该模型的精确解。同时,设计了在不同网格规模下的全覆盖实验验证了该模型的正确性。该模型可以自行设定最大跳数、感兴趣区域和汇聚节点的位置,求得的精确解可作为传感器节点布局模型近似解的比较基准。     

与区域划分及虚拟力相关的三维覆盖算法

针对三维空间中无线传感器网络的节点覆盖问题,提出了与区域划分及虚拟力相关的三维覆盖算法,该算法依据节点间虚拟力及划分区域的算法思想,在每个子区域中心引入吸引源,各节点受到吸引源的引力及节点间作用力,并在合力的作用下重新调整节点的部署范围。通过实验仿真,证明了算法能有效提高目标区域覆盖率,降低节点部署能耗。     

井下无线传感器网络部署算法

为了更为有效地进行矿井数据监测和采集,保证安全生产,本文提出了一种基于最大通信距离的矿井无线传感器网络部署算法。进一步地,本文给出了一种通过部署备用节点优化无线传感器网络性能的策略,以克服原部署算法导致地网络健壮性不强、覆盖率偏低等缺点。实验仿真结果表明,优化后的无线传感器网络的健壮性和覆盖率都有了较大的提高。     

基于安全连接的 WSN 节点优化部署

针对目前无线传感器网络节点覆盖优化方案中,无线传感器网络节点位置移动会破坏节点间的共享密钥的问题,采用了一种基于泰森多边形形心引力和存在共享密钥节点间的安全连接虚拟力的无线传感器网络部署方案.该方案以提高节点覆盖率为优化目标,引入安全连接虚拟力,以保证节点的安全连接;采用改进泰森多边形形心引力的虚拟力方案,能够有效指导节点散布过程和实现全局优化.通过仿真实验表明,本文方案能够提高节点的覆盖率,并且能够的减小存在共享密钥的安全连接的破坏.