基于能量收集技术的无线协作网络中继选择

针对目前能量收集技术能够收集到的可用能量受限,导致无线协作网络中继节点处易出现能量短板的问题,为了避免整个网络因中继节点大量死亡而瘫痪,提出了一种基于能量收集技术的无线协作网络中继选择方案,即联合最大能量和最大数据传输链路的中继选择方案。首先,基于节点的能量收集状况,选出每跳中能量最大的节点进行解码转发;然后,结合每连续两跳的链路传输状态,选出与源节点和目的节点之间的数据传输信道最优者作为中继节点。结合Nakagami-m信道衰落模型,将该方案与随机选择方案、最大数据链路信道增益(MaDs)方案和基于中继-窃听链路最小信道增益(BNBF)方案进行对比分析,结果表明:在满足收集的能量足够用于下一时隙能量收集和数据传输的前提下,用于能量收集的比例越小,网络中断概率越小;联合最大能量和最大数据传输链路的中继选择方案在网络中断性能方面优于其他方案,其中断概率随信噪比的增大而减小,特别是当平均信噪比为38dB时,网络中断概率降到10^-5。     

一种面向电池供电中继节点的中继选择方法

在协作通信网络中,信道条件较好的电池供电中继节点可能被频繁选择用于数据转发,导致电量快速消耗,甚至缩短网络生命周期。针对该问题,提出一种兼顾电池能耗、电池余量和信道状态信息的中继选择方法。根据节点电池能耗与电池余量的比值对链路的信噪比加权,选择加权后中继链路信噪比最大中继链路的源节点或中继节点发送数据。推导系统的平均转发信道容量和中断概率表达式,在此基础上的仿真结果表明,该方法在保证转发信道容量和中断性能的同时,能有效降低中继节点的电池能耗,延长协作通信网络的生命周期。     

干扰影响下无线携能通信双向中继系统中断性能分析

在无线携能通信双向中继系统中,大量无线信息发射源会导致系统性能受到同频干扰的影响。以基于射频能量收集的双向中继网络为研究对象,结合功率分离能量收集和解码转发信息转发方式,建立中继和接收端分别受到多个干扰源影响下的无线携能通信双向中继通信系统传输模型,在3个时隙信息能量同传的传输帧结构下,得到系统端到端信干噪比,并分析该传输模型下的中断性能。利用数学推导得出该系统在瑞利信道环境下的端到端信干噪比的累积分布函数闭式解,在此基础上求解中断概率闭式值,并通过数值仿真探讨干扰源个数、干扰功率以及功率分割比对系统中断概率的影响。仿真结果表明,所求中断概率闭式表达式与蒙特卡洛仿真中断概率曲线完全吻合,双向中继传输能有效降低系统中断概率,其中干扰源个数越多、干扰功率越大对系统的中断性能影响越大,但不影响系统的分集度,并且存在一个最优功率分割比值可使系统的中断性能达到最优,从而提升整个系统的传输性能。     

无线能量收集协作系统的节能中继选择方法

在无线能量收集协作通信系统中,针对中继处可能出现的能量瓶颈,提出优化源节点和中继的传输功率的节能中继选择方法。利用源节点与中继之间发射功率的比例关系计算源节点的发射功率,选择信道容量最大的中继链路进行数据转发,并考虑源节点与中继的发射功率约束。在此基础上,推导系统的平均信道容量和中断性能。仿真结果表明,该方法可显著提高系统能量效率,节约源节点的能量消耗。     

无线传感器网络节能探索与研究

无线传感器节点往往由电池供电,由于电池只能存储有限的能量,使得无线传感器网络注定寿命很短,因此,最大限度延长传感器设备的使用寿命是一个重要的研究方向和课题.在本次无线传感器网络节能探索研究中,分析了能量收集与管理策略,能量收集主要收集环境能源,如太阳能,通过超级电容实现能量的存储.能量管理主要通过能量预算让传感器节点处...     

多中继混合转发协作传输策略研究

为了优化多中继协作通信系统的性能,提出了一种多中继混合转发协作传输策略(Multiple-Relay Hybrid-Forwarding Cooperative Transmission Scheme,MRHF-CTS)。该策略考虑多中继协作通信系统中的译码转发与放大转发以及两种转发方式带来的性能缺陷,根据协作中继节点接收信号的译码结果选择转发方式,同时引入协作中继节点之间数据来传输对系统性能的增益。对系统中断概率性能进行了推导与分析,结果表明,该策略在消除放大转发策略噪声累积的基础上,能够有效抑制协作中继节点错误检测译码转发给系统带来的不利影响,明显提升系统性能;在大信噪比情况下,可获得多中继译码转发协作通信系统的最佳性能。     

多节点协同传输无线传感器网络数据收集协议

为了使无线传感器网络在执行数据收集任务时付出更小的能量代价,并延长网络的生命周期,提出一种多节点协同传输的无线传感器网络数据收集协议(MCTP).协议通过考虑节点在覆盖问题上的能量优化问题,采取节点交替协作的模式来使覆盖重叠面积较大的节点之间进行睡眠模式切换,节省能量消耗.在数据转发过程中,采用簇头间协同传输的方法来最小化路由损耗并均衡簇头能量负载.仿真结果表明,MCTP算法在降低簇头节点的平均能量损耗,延长簇头节点平均生命周期上具有较好效果.     

Nakagami-[m]信道的TSR非可信中继网络安全性能分析

针对中继可能窃听转发的私密信号，研究了Nakagami-[m]信道中时间切换中继协议的非可信中继网络安全传输性能，该网络中源节点与目的节点均配置了多根天线，而能量受限的非可信中继仅有一根天线。为分析网络的安全传输，考虑了两种安全传输方案，即发送天线选择/最大比合并方案和最大比传输/最大比合并方案。为研究非可信中继网络的安全性和可靠性，依次推导出两种方案安全中断概率、连接中断概率、安全吞吐量的闭式表达式，并分析了高信噪比下安全吞吐量的渐进性能。利用蒙特卡洛仿真验证了理论分析的正确性，仿真结果揭示了信噪比、发送功率分配因子、时间切换系数、天线数对安全吞吐量的影响。     

基于网络编码的定向扩散路由协议

提出一种新的基于网络编码的无线传感器网络定向扩散路由协议。在定向扩散路由建立的过程中利用随机线性网络编码,使中继节点对收到的分组进行网络编码后再转发,以减少网络中分组传输的次数,优化网络带宽利用率。基于网络仿真平台NS2的仿真结果表明,新协议的网络性能得到有效改善,节点的平均剩余能量和网络吞吐量有显著提高。     

多媒体传感器网络中基于两跳簇结构的图像传输方案

与传统无线传感器网络节点能量绝大部分消耗在无线收发上不同,无线多媒体传感器网络中数据处理与传输能耗具有“均匀“分布的特点.通过分析表明,传统无线传感器网络簇结构下的数据传输策略并不适合于无线多媒体传感器网络.因此提出了一种基于两跳簇结构的图像传输方案,通过增加中继节点负责图像的压缩编码和转发,在减小相机节点图像传输能耗的同时,大大缓解了相机节点和簇头的图像处理能耗压力.仿真结果表明,该图像传输方案极大的延长了网络的生命周期,非常适合于能量有限的无线多媒体传感器网络.     

簇中基于最小跳数的路由方法

由于无线传感器网络节点能量有限和存储能力有限,因此节能高效的实现路由转发是其路由设计的一个关键点.它首先总结了目前已有的无线传感器网络的传输路由模式,在已有的基于簇的分层路由机制的基础上,结合平面路由基于最小跳数的思想,提出了一种新的路由转发模式,即在建立的簇中采用最小跳数路由法.节点只要记忆自己的转发节点集,就可以沿着最短路径向簇头发送数据.仿真结果显示新模式有更好的节能效果,延长了网络的生存时间.     

有限马尔可夫链的水声传感器网络协作中继算法

针对水下传感器网络误码率高,能量效率低等问题,基于有限马尔可夫链状态空间分析,提出一种水声传感器网络协作中继算法。该算法采用马尔可夫链状态空间获取协作节点的误码率和能量的状态转移概率。基于能量策略对中转节点进行判定,使网络优先保障对已采集的数据进行传输,提升传输效率。提出基于最佳中继选择的协作节点状态评价函数,使网络优先选择评价结果最高的协作节点作为转发节点,减少数据传输过程中的误码率和能量损耗。实验仿真结果表明,该算法相比基于增强型能源平衡数据传输的水声网络协议及水下网络自适应路由协议,数据包平均成功投递率分别提升了2.3%和3.1%,网络能量效率分别提升了10.6%和5.8%,在提升数据传输效率和减少网络能耗上具有较好效果。     

基于Q-Learning的无线传感器网络生命周期平衡路由

无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)由于容易部署和安装成本低等优势,受到学术界和工业界的广泛关注。然而无线传感器网络的节点在能量、计算能力、存储能力和带宽等方面都存在很大的局限性,复杂的传统网络路由协议无法直接应用到该网络中,因而简单高效的路由协议成为无线传感器网络的研究重点。为了延长传感器的工作时间,文章基于增强学习算法提出一种平衡无线传感器网络生命周期的路由协议Q-WRP。该协议综合考虑了节点的能量、到汇聚节点的跳数、传输时延等信息,为每个转发节点分配计算一个转发质量(即Q值),最终根据各转发节点Q值的大小选择出最优的转发路径。NS2仿真结果表明,该算法延迟了网络第一个死亡节点的出现时间,可以有效平衡网络节点的生命周期。     

VSR:多sink机会移动传感器网络的数据收集

机会移动传感器网络可应用在野生动物监控,或利用手持设备嵌入的传感器收集城市信息等场景,往往需要将数据从源节点传输到多个基站中的任一个.提出了一个基于虚拟空间的路由机制VSR(virtual space-based routing),采用"存储-携带-转发"的传输模式实现数据收集.每个传感器节点根据与多个sink节点的期望传输延迟映射成高维空间中的一个坐标点,消息传输对应于从源节点移动到空间原点的过程.细粒度的转发决策特性,使VSR自适应于网络的动态变化,具有很好的鲁棒性.此外,VSR机制具有很低的计算和存储开销,非常适合资源受限的传感器节点.两种不同随机特性场景下的模拟实验验证了VSR机制比ZebraNet的基于历史的转发机制和随机转发机制的性能更好.     

重叠传输数字网络编码方案及其性能分析

重叠传输模拟网络编码（ANC-OT）方案中,中继节点采用放大转发（AF）协议,不能避免噪声传播效应。针对此问题,提出了中继节点采用校验译码转发（DF）协议的重叠传输网络编码方案,中继节点根据其译码结果决定是否转发源节点的信号。理论分析表明所提方案的平均互信息和可靠性都优于ANC-OT方案,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

能量收集中继网络的中继选择算法研究

从周围环境收集能量是解决能量受限无线网络中能量补给问题的一种有效方法。为了提高中继网络信息传输的可靠性,提出了一种能量意识的分布式中继选择算法(MHE)。首先,算法通过比较所有能量受限中继节点收集的能量来实现协作中继的选择。而后,协作中继使用从源节点射频信号收集的能量将放大的源节点信息转发到目的节点。最后,推导出采用本算法时系统吞吐量的解析表达式,并通过理论和仿真证明所提出的选择协议确实可以提高系统性能。仿真结果验证了分析和定理的正确性。     

流内编码中考虑链路相关性的机会路由机制

现存的结合网络编码的机会路由协议假设无线链路传输是相互独立的,但是相关研究表明无线链路传输具有相关性。链路相关性会影响节点转发编码包的次数以及转发节点的选取,进而降低协议的性能表现。对此,提出了一种流内编码中考虑链路相关性的机会路由机制。在该机制中,节点周期性收集邻居节点的反馈信息以衡量链路相关性,并由此准确计算节点期望转发次数进而选取总转发次数更少的转发节点集合。仿真实验表明,该机制能显著降低网络中的发送冗余,提高网络的整体吞吐量。     

基于均匀分布的机会网络消息转发策略

为了筛选出转发性能更优的中继节点,提高机会网络的消息投递成功率并减少消息传输时间,提出一种基于均匀分布的机会网络消息转发策略。该策略将携带消息的节点尽可能均匀地分布在网络中,使相同大小的空间内具有相同节点密度和携带消息节点个数,增大携带消息节点同目标节点相遇的概率。实验结果表明,与现有的消息转发策略相比,基于均匀分布的消息转发策略所需历史相遇数据较简单,算法复杂度低,对节点的缓存和能量要求不高,能有效改善机会网络的消息传输性能。     

无线多跳通信网络中基于贝叶斯概率模型的消息转发机制研究

无线多跳通信网络依赖多节点中继实现信息传输,因不需要依赖预先架设的基础设施而成为军用及民用领域等特殊应用场景下的重要通信方式。为了能在复杂及恶劣环境下组网,信源节点往往采用全网广播路由请求分组RREQ的泛洪方法,以提高多跳转发路径构建成功率。然而,全网泛洪广播产生消息的冗余转发和重叠效应引起节点能耗的上升和信道利用率的下降,导致分组碰撞与网络拥塞概率的上升,严重时可能造成网络瘫痪而失去效用。本文基于贝叶斯概率论设计了无线多跳通信网络的消息转发模型,通过计算节点密度和后验概率在保证网络连通性的条件下减少不必要的消息转发。基于NS2的仿真结果表明,本文所提出的基于贝叶斯概率模型的消息转发机制能够有效减小广播分组的重播次数。相比于同类算法,在基本保证网络吞吐量的前提下,可以有效降低能量消耗、路由开销,并提高分组成功交付率,从而为未来广域大规模动态多跳网络部署提供技术支撑。     

一种延长无线传感器网络生存时间的机会路由

为了使无线传感器网络节点的能量均衡消耗,防止某些节点的能量过早耗尽,提出了一种延长网络生存时间的机会路由(PLOR)。针对机会路由的传输机制,根据节点的能量模型,综合考虑了节点的期望传输次数(ETX)和剩余能量(RE),提出了一种路由测度EC和基于它的候选转发节点集的选择策略。在候选转发节点的协调转发上,采用数据包序列表(PSL)的方式来增加传输协调的成功率。仿真实验表明:相比于ExOR,PLOR进一步提高了吞吐量,降低了能耗,尤其网络的生存时间有了明显的提高。