水声通信网络设计与OPNET平台下仿真

水声通信网络是当代海洋研究、海洋资源勘探和开发、海洋环境立体监测、地震海啸监测和战术监测等水下系统无线信息传输的主要手段,但其性能受水声信道特性影响严重。采用OPNET对水声通信网络节点模型与分层协议进行设计与实现,包括基于MC-CDMA的多用户检测以及基本CSMA/CA机制的信道握手流程与网络分配向量（NAV）帧冲突处理机制等。同时建立并测试了一个包含1个主节点与4个传感器节点的水声通信网络,仿真结果表明设计的水声通信网络能够更好的克服冲突,减少数据包重发,从而获得更高水声通信网络的吞吐量,减少端对端传输延时与能量消耗。     

水声传感器网络基于深度信息的安全路由协议

水声传感器网络（Underwater Acoustic Sensor Networks,UASNs）具有开放共享、低带宽、长时延等特性,为保证水下节点的通信安全,提出了基于水下节点深度信息的一种新的水声传感器网络安全路由协议。与其他算法相比,所提出的安全路由协议相对较为节能,安全性分析表明该算法能够有效保证节点身份、路由和数据等关键信息的私密性,利用NS2网络仿真软件对路由协议的时延、能耗和数据包交付率进行了仿真,仿真结果表明该安全路由协议能适用于水声传感器网络中。     

基于链接预测的水下WSN消息转发算法

随着移动自组织网络的发展以及为了更加便捷地监测和探索水下环境,水下无线传感器网络开始出现并逐渐受到研究人员的重视.水下无线传感器网络可广泛应用于海洋环境监测、资源开采、水下生物研究、海难搜救等诸多水下场景.与传统的无线传感器网络不同,通常,水下无线传感器网络中存在锚定节点和移动节点两种类型的节点,并且由于水声通信的不规...     

基于NS2的水声通信信道的扩展与仿真

研究水下信道通信优化问题,由于水下传感器网络在海洋数据采集有广泛的应用。水声信道具有高延迟、低带宽等复杂特点,影响信道通信质量。传统信道模型对网络仿真的效果比较差。为解决上述问题,对水声信道进行了建模,考虑了实际环境中各类噪声以及水温、盐度等因素对声信号传播的影响,并结合NS2进行了水声通信信道的扩展,最后在水声通信信道的基础上建立了一个多节点环境,对水声信道模型与实际水下环境的相似程度采用上述模型进行了仿真。仿真结果验证了信道模型的合理性,并反映出了水下环境中网络通信效果良好。     

水下移动无线传感器网络拓扑

水下移动无线传感器网络是当今世界各国的研究热点之一. 水下复杂环境以及传感器节点移动特性使得水 下移动无线传感器网络拓扑具备了动态演化性, 同时, 水声通信也对水下移动无线传感器网络的可靠性产生了一定 影响. 首先归纳分析水下移动无线传感器网络国内外的研究现状及进展, 并剖析了水声通信对水下移动无线传感器 网络拓扑的影响; 然后凝炼出3 个科学问题, 重点论述了拓扑生成、拓扑愈合及拓扑优化; 最后对未来研究方向进行 了展望, 以期为该领域的深入研究提供清晰的思路.

     

三维网络拓扑结构的水声传感器网络MAC协议

水声传感器网络Underwater Acoustic Sensor Network(UWASN)由于其广阔的应用前景,近年来逐渐被人们关注。然而由于水下环境的限制性,水声传感器网络具有其一些独特性。例如,与二维的陆地传感器网络不同,水声传感器网络是三维的。如今,现有的介质访问控制Medium Access Control(MAC)协议大多是针对二维无线传感网络,很少有基于三维水声传感器网络的 MAC 协议。针对水下三维网络,提出了基于三维网络拓扑结构的水声传感器网络 MAC 协议。该协议将网络中的节点生成树结构,并利用子节点与父节点之间的关系,通过动态节点算法实现三维动态的水声传感器网络。此外,详细分析了节点间的碰撞并有效解决各种碰撞,从而大大提高了信道利用率。通过仿真软件对比不同协议在同一网络拓扑中的实验结果,证实文中协议能够有效节约大量能源。     

基于随机行走的无线传感器网络簇间拓扑演化

无线传感器网络中的容错机制可防止节点出现因能量的耗尽而失效或链路因网络的入侵而失灵的现象.目前无线传感器网络中的一些容错机制被相继提出,这些方法的主要思想是采用冗余策略.文中借助于复杂网络理论,提出了一个基于随机行走的无线传感器网络簇间拓扑演化模型.拓扑生长的动态特性分析表明:由该模型演化成的网络拓扑具有无标度(scale-free)网络的性质.许多研究工作已经表明,容错能力不仅仅存在于有冗余的系统中,而且同样也存在于无标度网络中.     

水声传感器网络节点自适应加权定位算法

对水声传感器网络节点定位进行研究,针对水声传感器网络节点间测距精度不高的问题,提出一种水声传感器网络节点自适应加权定位算法。考虑到水声传感器网络节点间的测距误差随着节点间距离的增大而增大,算法改进了锚节点选择机制,并且对不同锚节点在定位测度中的权重进行加权,改进定位测度,提高了测距信息的利用效率。仿真实验表明该算法提高了节点定位精度。     

基于k-Petersen图的超节点网络容错机制*

针对已有容错机制动态维护复杂、带宽消耗大的问题,提出一种新的容错机制。首先,利用改进后的k-Petersen图,构建了超节点层拓扑结构,使网络具有高容错的特性;同时, 给出超节点选择和超节点负载均衡方法,减少了超节点因负载过重而失效的情况;另外,给出超节点失效恢复算法和容错路由算法,解决了网络中失效超节点的恢复问题和网络路由问题。理论分析和实验结果显示,该网络具有易维护、高容错的特点。     

水声传感器网络实验平台监控软件的开发

水下实验是水声传感器网络研究的重要手段,然而进行水下实验将需要大量的人力、物力和时间。水声传感器网络实验平台是提高水下通讯实验效率的有效解决方案。本文设计开发了水声传感器网络实验平台的监控软件,作为整个实验平台的系统管理层,为整个实验平台提供友好的用户接口,对水声传感器网络水下实验的测量、调试和分析提供可靠灵活的技术支持。     

水声信道容延容断网络系统设计与实现

水声通信传感器网络是实现海洋环境监测的重要手段,但由于水声信道存在长时延、易中断特性,为传感器网络的设计和应用带来巨大挑战。设计了一个容延容断网络系统用于实现监测节点间的通信及组网功能。针对监测数据的不定时传输需求,设计的同步方式可准确实现数据帧检测;针对水声信道特点,对网络体系各层级进行设计与实现以适用于水下环境。实验结果表明,系统在1 km处误码率低于[10-3]并能够实现网络自组织,可应用于实际水下监测环境中。     

分布式系统中纠删码容错机制的研究与实现

为降低分布式系统中容错机制的存储开销,在分布式文件系统中使用纠删码容错机制。本文总结纠删码容错机制实现的几个理论基础,并分析其系统可靠性,在阐明实现该机制的具体步骤后对几个关键算法模块进行了说明,最后对该机制在分布式系统环境下进行实验。实验结果表明,该机制能够有效地恢复受损数据。在合理的缓存块大小和文件分块数策略下,该机制的编、译码率能够较好地匹配局域网中的网络传输速率,且能够节省存储空间。     

基于自适应鲸鱼优化算法和容错邻域粗糙集的特征选择算法

针对传统鲸鱼优化算法(WOA)不能有效处理连续型数据、邻域粗糙集对噪声数据的容错性较差等问题,文中提出基于自适应WOA和容错邻域粗糙集的特征选择算法.首先,为了避免WOA过早陷入局部最优,基于迭代周期构建分段式动态惯性权重,改进WOA的收缩包围和螺旋捕食行为,设计自适应WOA.然后,为了解决邻域粗糙集对噪声数据缺乏容错性的问题,引入邻域内相同决策特征所占的比例,定义容错邻域上下近似集、容错近似精度和近似粗糙度、容错依赖度及容错近似条件熵.最后,基于容错邻域粗糙集构造适应度函数,使用自适应WOA,不断迭代以获取最优子群.高维数据集上采用费雪评分算法进行初步降维,降低算法的时间复杂度.在8个低维UCI数据集和6个高维基因数据集上的实验表明,文中算法可有效选择特征个数较少且分类精度较高的特征子集.     

面向海洋监测的水声传感器网络节点定位算法

为解决面向海洋监测应用的大规模水声传感器网络的节点定位问题,首先,采用整数线性规划理论,提出了多目标约束的水面网关优化部署策略;其次,针对水声传感器网络不同节点的特点,设计不同的定位方案,提出了有预测性的水声传感器网络节点部署算法。仿真实验验证了该方法的可行性与有效性,结果表明,该算法能明显提升节点的定位范围,降低通信能耗,减小定位误差,为水声传感器网络的海洋大规模部署提供相应技术指导。     

面向复杂网络存储系统的元胞自动机动力学分析方法

大规模网络存储系统中复杂的数据传输行为隐藏着一定的动力学规律性.针对基于对象的大规模网络存储系统,结合存储对象的智能性和主动性特征,分别在宏观与微观两个层次上提出了用于复杂网络存储动态行为规律分析的存储元胞自动机模型SNCA和OSDCA.在SNCA模型中,对网格拓扑结构的存储网络,结合存储对象的生命周期属性,可在宏观上分析网络存储系统的数据流动规律,确定存储网络拥塞程度,仿真结果揭示数据对象流动和存储网络中的相变具有全局相关性;在OSDCA模型中,综合热点数据的迁移和复制机制,在微观上分析I/O负载动态分布特性和存储热点迁移规律,仿真结果表明对象存储系统中的数据分布具有一定的自组织特性.     

基于复合AUVs的水声传感网拓扑优化机制

为提高网络拓扑的健壮性和自适应性, 基于拓扑重构思想提出基于复合自主式水下航行器的水声传感网拓扑智能优化机制来提高网络的连通性; 进一步, 在发现水声传感网拓扑结构形成的内在规律的基础上, 提出三角淡化关键节点网络拓扑优化方法, 该方法有助于提高网络抗毁再生能力. 最后通过仿真实验对比分析验证了所提出机制的有效性, 实验结果表明, 在牺牲约8.5\%覆盖度的条件下, 抗毁性能提高约50\%.     

无线传感器网络簇级拓扑演化模型研究

复杂网络理论研究表明,复杂系统的容错能力不仅仅存在于具有冗余组件的系统之中;而且也同样存在于具有无标度(scale-free)特征的网络之中;文章借助于复杂网络理论和偏好依附机制提出一种无线传感器网络簇级拓扑演化模型;拓扑动态分析表明,该模型能够很好地体现无线传感器簇间的拓扑生长过程,由该模型演化成的无线网络拓扑具有无标度网络的性质,所以该拓扑模型具有很强的容错性。     

特高压输电塔实时监测系统的数据传输方法研究

对特高压输电塔安全状态进行实时在线监测是保障国家电网安全的一个重要手段,而特高压输电塔处于的复杂强干扰、弱无线信号的环境对数据可靠传输提出了较高要求。以基于无线传输信道建立的远程数据传输系统为基础,在分析了特高压输电塔环境特性对无线信道的影响基础上,提出建立一种基于应答确认与自适应数据动态重传机制的数据传输方法,该方法能自动根据无线信道情况,采用"快速启动"、"线性增长"、"回归发送"的动态机制来实时调整数据包大小,从而在保证数据传输可靠性基础上实现数据的最大效率传输。该数据传输方法经过实验验证,相比传统直接发送数据方法具有很高的可靠性和抗干扰性。     

基于网络编码的分簇传感器网络链路容错策略

许多紧急事件的应用对无线传感器网络的数据传输的可靠性有比较高的要求, 因此对传感器网络数据传输的容错性研究十分重要。传统的1+1数据保护的容错模式带来的额外负载较大地增加了传感器节点的能耗。提出了基于网络编码的分簇结构传感器网络链路容错策略,不仅可以实现对链路的容错,而且可以降低网络中转发的数据包数量,从而降低传感器节点的能耗。     

基于箱线图异常检测的指数加权平滑预测模型

数据预测模型是近年来无线传感网数据传输领域的研究热点。随着监测环境日益复杂和多样化,传感节点采集的数据集常伴有异常点,当前大多数预测模型并未过滤异常点。为了有效过滤异常点,提高数据传输的精简程度和预测准确度,本文提出一种基于箱线图异常检测的指数加权平滑预测模型,同时引入短期环比机制判定突发事件。实验表明,该模型在不同数据集、平滑系数变动和不同动态阈值下都能有效过滤异常点并判定出突发事件,数据传输的精简程度提高了5.8%,预测准确度提高了8.4%,与现有的预测模型相比具有更好的鲁棒性和异常点处理能力。