无线传感器网络中一种新型的混合型数据收集协议

无线传感器网络节点数量庞大,单个节点资源极其有限,其数据收集协议设计的首要目标是有效节约能源、延长网络生命周期.分析和比较了现有几种典型的数据收集协议,立足于实际应用需求,设计出一种基于分簇结构的混合型数据收集协议(MDGP). MDGP是一种具备区分服务机制和网内数据融合的数据收集协议,适合于矿井安全监测等大规模检测应用.提出了一个能平衡负载、减少簇头节点的簇头产生算法.采用反向汇聚树结构传输处理数据流,同时对一些紧急数据的处理也进行了详细的讨论.仿真实验表明,MDGP比传统的数据收集协议能获得更长的生命期,达到了较好的预期效果.     

基于高斯隶属度的融合算法在改进Leach中的应用

无线传感器网络中节点采集的数据具有较高的冗余度,对数据进行融合处理后再传送到汇聚节点,能有效地降低能量消耗,延长网络生命周期.设计了一种基于高斯隶属函数的数据融合算法,并改进无线传感网络Leach协议,对传感器节点进行二级分簇,多跳通信延长网络生命周期.在一级簇头节点依据分布图法剔除疏失数据,进而利用高斯隶属函数求得权...     

无线传感器网络中基于数据融合的移动代理曲线动态路由算法研究

和传统的C/S模型相比,移动代理模型在数据融合方面更适合无线传感器网络.在基于移动代理的数据融合算法中,移动代理访问传感节点的顺序以及总数对算法的效率、网络寿命等有着重大影响.为此提出了一种基于数据融合的移动代理曲线动态路由算法设计方案.通过构造特定数据结构的数据报文和数据表,给出了目标节点基本信息收集算法获取目标节点到处理节点的最优路径;将移动代理路由归结为一个优化问题,由静态路由算法求出移动代理迁移的静态最优路由节点序列,进而获得了移动代理基于曲线的动态路由算法.理论分析和模拟实验表明,随着传感器网络规模的增大和传感数据量的增加,和其它算法相比,该算法有更小的网络耗能和延时.     

An improved transport layer protocol for wireless sensor networks

Wireless sensor networks (WSNs) are a kind of communication networks having independent sensor nodes that form multi-hop ad hoc network to transfer data. In the past few years, various transport control protocols in wireless sensor networks (WSNs) have been developed and proposed in the literature. In this paper, we have analyzed pump slowly, fetch quickly (PSFQ) protocol and presented an improved transport layer protocol for wireless sensor networks. The improved protocol has been analyzed based on various factors such as average latency and average error tolerance and it is found that the proposed protocol is better than PSFQ in terms of these factors.     

能量捕获无线传感器网络中速率自适应路由算法

能量捕获无线传感器网络是无源感知技术中非常重要的一类,它能够有效解决节点能量受限的问题,保持网络运行的持续性.现有的路由方法并未充分利用节点的能量捕获特性,也没有考虑到链路的成功收包率和节点的传输速率.为进一步提高网络的性能,提出了一种结合链路成功收包率的速率自适应路由算法.通过对节点的剩余能量和链路的成功收包率进行建模,给出了一个节点可作为路由中继节点所需要满足的两个条件;基于优化方程,为传输路径上的每一跳节点自适应配置时延最小化的传输速率;提出路由发现步骤来找出端到端传输时延最小的传输路径.实验结果表明,相比于固定传输速率的路由算法,所提算法所得到的传输路径具有较低的端到端传输时延和较高的吞吐率.     

一种低延时的无线传感器网络MAC协议

针对典型无线传感器网络X-MAC协议在多跳环境下累积延迟问题,提出一种具有低时延的Ex-MAC协议。利用管理邻居节点工作周期和虚通道算法,使得虚通道中的所有节点近似于同步,从而减少数据传输延迟,而且不需要交换同步控制帧。仿真结果与X-MAC协议相比,减少了端到端的延迟和数据包冲突的几率,提高了网络的吞吐量。     

SEEL:无线传感器网络下自适应、低延迟的节能媒质接入控制协议

无线传感器网络有着广泛的应用前景,然而由于传感器节点能量有限,因此传感器网络上运行的协议必须具备能量有效性以获得较长的生命周期.而媒质接入控制子层是节点能量消耗的主要所在,因此无线传感器网络设计的关键问题之一是媒质的接入控制.提出了一种自适应低延迟的节能MAC协议——SEEL协议,根据当前的网络负载自适应地调节竞争窗口的大小,从而减小节点数据传送的碰撞几率和由于碰撞而导致的能量消耗;采用了快速退避机制,减少了节点在退避过程中的空闲监听时间;扩展了RTS/CTS消息机制,可减少节点在每帧活动阶段的时间以及减小数据的延迟,两者都能节约能量的使用.实验结果显示,SEEL协议具有比S-MAC和TEEM协议更好的性能.     

基于协商机制的无线传感器网络路由协议

针对事件驱动型无线传感器网络（WSNs）中存在的次生驱动等问题,提出了一种基于分布式协商机制的WSNs路由协议。该协议通过抑制冗余节点发送数据来减少网内流量。仿真结果表明：该协议能够有效减少事件汇报的时间,减少系统能量消耗。     

Low-complexity and energy efficient image compression scheme for wireless sensor networks

Currently most energy-constrained wireless sensor networks are designed with the object of minimizing the communication power at the cost of more computation. To achieve high compression efficiency, the main image compression algorithms used in wireless sensor networks are the high-complexity, state-of-the-art image compression standards, such as JPEG2000. These algorithms require complex hardware and make the energy consumption for computation comparable to communication energy dissipation. To reduce the hardware cost and the energy consumption of the sensor network, a low-complexity and energy efficient image compression scheme is proposed. The compression algorithm in the proposed scheme greatly lowers the computational complexity and reduces the required memory, while it still achieves required PSNR. The proposed implementation scheme of the image compression algorithm overcomes the computation and energy limitation of individual nodes by sharing the processing of tasks. And, it applies transmission range adjustment to save communication energy dissipation. Performance of the proposed scheme is investigated with respect to image quality and energy consumption. Simulation results show that it greatly prolongs the lifetime of the network under a specific image quality requirement.     

SA-MAC: Self-Stabilizing Adaptive MAC Protocol for Wireless Sensor Networks

A common method of prolonging the lifetime of wireless sensor networks is to use low power duty cycling protocol. Existing protocols consist of two categories: sender-initiated and receiver-initiated. In this paper, we present SAMAC, a self-stabilizing adaptive MAC protocol for wireless sensor networks. SA-MAC dynamically adjusts the transmission time-slot, waking up time-slot, and packet detection pattern according to current network working condition, such as packet length and wake-up patterns of neighboring nodes. In the long run, every sensor node will find its own transmission phase so that the network will enter a stable stage when the network load and qualities are static. We conduct extensive experiments to evaluate the energy consumption, packet reception rate of SA-MAC in real sensor networking systems. Our results indicate that SA-MAC outperforms other existing protocols.     

无线传感器网络的路由协议研究与分析*

在简单介绍传感器网络协议框架的基础上,对现有的几类典型路由协议进行了综述,并对它们的优点及不足进行了分析、比较,从而为优化路由协议以及研究新型路由协议做了铺垫,并让无线传感器网络用户在选择路由协议时有了很好的依据。     

一种基于节点位置信息的无线传感器网络并行传输MAC协议

针对无线传感器网络多跳通信方式产生的暴露终端问题,提出了一种基于地理位置信息的高效并行传输LACT-MAC协议。该协议突破了传统基于CSMA协议对并行传输的限制,利用节点地理位置信息实现了暴露终端的并行传输,有效地提高了宝贵无线信道资源的复用效率。分析了根据节点的位置坐标并行传输暴露终端节点的可行性,并通过并行传输检测完成了传输过程。仿真结果证明,与标准的IEEE 802.11DCF协议比较,LACT-MAC协议能显著提高网络的平均吞吐量,降低数据传输延迟,有效提高无线传感器网络效率和性能。     

基于队列长度的自适应占空比MAC协议

由于无线传感器网络中设备电池能量有限,实现能量高效性是其主要考虑的问题。众所周知优秀的数据传输协议对降低能耗,延长网络生命周期有重要意义。而在基于竞争的MAC协议中,空闲监听是主要能量消耗来源,所以通常设计较低占空比的MAC协议来减少空闲监听时间。但是如果占空比过小,使得网络中所有数据传输集中在较短时间内,会导致节点无法完成所需要的通信。所以选择合适的节点占空比,对于资源受限的网络来说是一种很重要的节能方法。文中提出了一种新型的异步MAC协议QL-MAC,节点利用CSMA争用信道,发送一系列短的信标包唤醒目标节点,采用虚拟载波监听防止串听。不同于其他改变接收节点的方法,该协议从发送节点来考虑,可以根据缓冲区队列长度判断该网络负载,从而自适应调整节点的占空比,使节点及时发送数据,减少时延,并告知接收节点做出相应改变,进一步节省能量。在OMNET++上实现了QL-MAC协议,仿真结果表明QL-MAC协议展现了良好的时延和能量有效性。     

低能耗无线传感器网络路由协议研究

针对LEACH协议生成非均匀的簇造成能量损耗的问题,提出一个基于节点剩余能量和地理位置,用于分层次均匀成簇和建立备用簇头以减少反复成簇频率的路由协议LEACH-EP。仿真实验证明,该协议在节点初始能量和网络规模相同的条件下,消耗的能量要远少于LEACH协议,节点生存时间更长,更适用于大规模无线传感器网络的低能耗路由协议。     

Practical data compression in wireless sensor networks: A survey

Power consumption is a critical problem affecting the lifetime of wireless sensor networks. A number of techniques have been proposed to solve this issue, such as energy-efficient medium access control or routing protocols. Among those proposed techniques, the data compression scheme is one that can be used to reduce transmitted data over wireless channels. This technique leads to a reduction in the required inter-node communication, which is the main power consumer in wireless sensor networks. In this article, a comprehensive review of existing data compression approaches in wireless sensor networks is provided. First, suitable sets of criteria are defined to classify existing techniques as well as to determine what practical data compression in wireless sensor networks should be. Next, the details of each classified compression category are described. Finally, their performance, open issues, limitations and suitable applications are analyzed and compared based on the criteria of practical data compression in wireless sensor networks.     

WSN中基于中继选择的DH-MSMR-CARQ时延与吞吐量分析

为提高无线传感器网络（WSN）的时延和吞吐量性能,提出了一种两跳多源多中继协同自动重传请求（DH-MSMR-CARQ）协议。建立最大比合并（MRC）下两种不同中继选择的DH-MSMR-CARQ协议Markov链模型,分别给出状态空间。基于截短,由各自的平均分组差错率和状态转移概率矩阵推导协议的平均传输时延和吞吐量解析表达式。数值模拟结果表明,源节点数、分组长度及最佳中继节点到目的节点的分组差错率是影响平均传输时延的关键因素,采用第一种中继选择方式具有更高的吞吐量。另外,在非极端恶劣信道环境下（源节点到中继节点的分组差错率小于0.8）,DH-MSMR-CARQ协议比可直达的SSSR-CARQ、MSSR-CARQ和MSMR-CARQ协议具有更高的吞吐量。     

面向目标跟踪的混合WMSN设计与实现

设计了一个面向目标跟踪的混合无线多媒体传感器网络,主要实现了低功耗的无线图像传感器节点、无线温度传感器节点和服务器软件。对节点和单Sink下的网络性能进行了测试。结果表明：相比较于Cyclops和MeshEye,无线图像传感器节点的处理速度分别从8 MHz和55 MHz提高到240 MHz;处理器工作在188 MHz时的能耗是52.7 mA,低于Imote在104 MHz时的66 mA工作电流;当错包率接近0时,网络实际带宽约36 kb/s;基于Shape Matching的目标跟踪数据处理策略有效地降低了能量消耗。     

基于TePA的无线传感器网络安全方案

针对无线传感器网络的安全需求, 结合TePA技术提出了一种基于TePA的无线传感器网络安全方案。该方案简化了TePA技术的身份认证分组和分组字段, 解决了无线传感器网络在传感器节点接入和密钥协商的问题。采用改进的BSW逻辑验证了协议, 并从协议安全性和网络性能方面分析了方案, 结果表明方案能抵抗中间人攻击和重放攻击, 并适合无线传感器网络。     

无线传感器网络中ERARP拓扑控制算法

为了延长无线传感器网络的生命周期,进行了无线传感器网络中节能路由协议的探索性研究,提出了一种新的节能路由协议并将其具体实现.首先分析了传感器网络应用的特点以及设计和应用中的限制,综述了现有传感器网络中节能路由设计的方法,设计并实现了一种基于能量的半径自适应路由协议ERARP;然后在OPNET仿真平台上对该协议进行了仿真模拟;最后与无线传感器网络传统的两种节能路由协议基于信息协商的传感器网络协议和直接扩散协议在同等条件下针对节点能量使用、延迟、丢包率和吞吐量等四个性能评价指标进行了对比.结果表明,ERARP使得节点能够根据自身剩余能量的状况对节点的运行模式进行控制,同时对无线模块的收发半径进行动态调整,达到节能目的.     

EasiCC:一种保证带宽公平性的传感器网络拥塞控制机制

实用的传感器网络拥塞控制方案不仅需要满足多项网络性能指标,而且必须控制开销很小,提出了一种满足上述要求的拥塞控制机制EasiCC(EasiNet congestion control mechanism).在EasiCC中,数据流源节点将数据报文按比例划分到各优先等级中,各网络节点根据网络拥塞程度动态地、同步地调整报文过滤标准,结合报文过滤标准和报文优先级来调节网络流量,保证了无线信道带宽分配上的公平性;将网络准入控制和队列丢包手段相结合来调整网络流量,保证了网络综合性能指标.EasiCC控制开销很少,已在实际传感器网络平台中实现.模拟验证和实验测试结果显示,EasiCC能够公平地为各数据流分配发报速度和网络带宽,并且在报文传输成功率、传输延迟等性能指标上均有良好的表现.