面向物联网传感器事件监测的双向反馈系统

针对一般无线传感器网络事件监测算法没有考虑物联网数据的动态不确定性问题,提出面向物联网多维动态不确定数据的事件监测双向反馈系统.该系统分为基站和无线传感器节点2个子系统,其中基站子系统(Base Station Subsystem,BS)采用BS动态容错训练策略,利用因子分析法计算容错阈值并将其反馈到无线传感器节点子系统(Wireless Sensor Nodes Subsystem,NS),以调整无线传感器节点子系统的动态不确定数据事件监测参数;其中无线传感器节点子系统采用NS动态容错训练策略,在利用人工神经网络的动态容错能力减少事件监测通信损耗的同时,通过所建立的以容错阈值为参数的人工神经网络事件监测模型进行事件监测,并将监测结果反馈到基站子系统,以驱动基站子系统计算新的容错阈值,实现基站与无线传感器节点子系统的双向反馈循环,完成面向物联网的多维动态不确定数据的事件监测,最后通过实验验证了算法的有效性与可行性.     

一种无线传感器网络中事件区域检测的容错算法

特殊环境中的事件区域检测是无线传感器网络的一种重要应用.由于传感器的错误会导致事件区域检测的不准确,所以相关的容错算法成为近年来的研究热点.已有研究工作都仅考虑了事件的空间相关性,通过相邻传感器之间的数据交换实现容错.文中从事件的空间相关性和时间相关性入手,提出了一种以局部检测为主的分布式事件区域检测算法.该算法通过检验传感器本地采样值构成的时间序列与事件随机过程统计特征的符合程度实现容错.算法分析的结果表明,该算法可以减少传感器之间的数据交换,从而有效地利用传感器的能量.模拟实验表明,当有10%的传感器发生错误时,该算法可以检测到93%的事件区域和88%的错误传感器.     

一种虚拟传感器网络中事件监测的容错机制

事件监测是无线传感器网络中的重要应用之一,而准确检测出故障节点是提高事件监测效率的前提。为了实现多应用目标传感器网络中较高的节点故障识别率,在基于簇状树的虚拟传感网架构上,提出一种基于节点邻域中值的事件监测容错算法。该算法充分利用了无线传感网节点之间的空间相关性,融合邻域各节点的测量值,通过节点的数值与邻域中值之间的差值来判断节点状态。仿真实验结果表明,即使是在节点故障概率比较高的情况下,该算法依然具有优越的容错性能。     

一种基于语义的无线传感器网络路由算法

在无线传感器网络中,为了监测多个事件,监测区域可能需要布置多种不同类别的传感器节点以监测不同的事件属性,通过对每个传感器节点感知属性信息的融合处理,来判别事件是否发生。如何快速地将生成的事件路由到sink节点是个重要的研究课题。文中将传统的路由算法与分布式事件存储和语义思想相结合,提出了一种基于语义的无线传感器网络路由算法。在该算法中,一个传感器节点只需要关心自己通信范围内的邻居节点,不需要知道整个网络的状况,算法具有冗余数据少,节能性好,网络生存周期比较理想,实现简单等特点。该算法也可以为无线传感器网络的时空查询算法的研究提供一定基础。     

分布式无线传感器网络容错事件边界检测

事件监测是无线传感器网络的一种重要应用。针对该应用中软故障节点提供的错误数据会降低监测的准确性的问题,提出了一种分布式的容错事件边界检测算法。节点只需与邻节点交换一次传感数据,通过简单地计算识别故障;正常的事件节点利用统计比较的方法判断其是否处于事件边界,边界宽度可根据网络用户的要求调节。该算法执行时所需的通信量小,计算复杂度低,时延小,对大规模网络具有很好的可扩展性。仿真结果表明即使节点故障率很高,应用该算法仍可以获得很好的检测效果。     

一种基于语义的无线传感器网络路由算法

在无线传感器网络中，为了监测多个事件，监测区域可能需要布置多种不同类别的传感器节点以监测不同的事件属性，通过对每个传感器节点感知属性信息的融合处理，来判别事件是否发生。如何快速地将生成的事件路由到sink节点是个重要的研究课题。文中将传统的路由算法与分布式事件存储和语义思想相结合，提出了一种基于语义的无线传感器网络路由算法。在该算法中，一个传感器节点只需要关心自己通信范围内的邻居节点，不需要知道整个网络的状况，算法具有冗余数据少，节能性好，网络生存周期比较理想，实现简单等特点。该算法也可以为无线传感器网络的时空查询算法的研究提供一定基础。     

基于无线传感器网络的事件触发监测系统设计

针对无线传感器网络在事件触发类监测中的应用,提出了在该类应用中的解决方案.分析归纳了无线传感器网络在事件触发类监测中的应用需求,提出了满足该需求的无线传感器网络布设方法及采取的路由协议与数据聚合算法.分析了两种布设方式的优缺点,确定了事件触发监测系统采用非冗余布设方式;路由协议采用改进的APTEEN算法,改进了阈值和休眠策略;数据聚合在簇头节点进行,将来自簇内节点的多个数据包在网络层聚合为一个数据包后传送给基站.实验结果表明了该解决方案的有效性.     

具有能量效率的容错多事件簇

在无线传感器网络中,容错性和高效性是衡量网络性能的重要指标,在应用中如何同时兼顾这两个因素一直是算法研究的关键问题。针对多事件的监测和感知处理的应用,特别是当事件的感知区域发生重叠情况时,提出了具有能量效率的容错事件簇算法AECA。算法中首先给出了既考虑节点剩余能量又考虑节点容错性的分布式的簇头选举方法;然后研究了事件簇之间具有重叠区域的情况下节点处理的策略。通过仿真实验表明,算法AECA能有效地提高传感器网络的容错性和生存周期,并具有可靠性和可扩展性的特点。     

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.     

基于神经网络的无人机传感器故障诊断技术研究

无人机传感器的故障诊断和容错控制是一项关键技术,为了能够实时监测传感器的运行状态、快速定位故障和控制重构,文章采用BP神经网络设计了一种由主、从神经网络构成的无人机传感器故障诊断算法,其中主网络用于传感器的故障检测,从网络完成对故障的识别;该算法减少了故障诊断运算量,提高了故障诊断的实时性;通过仿真研究表明了该算法可以有效地检测、识别出故障,并能给出故障传感器估计值用于容错控制.     

高效容错的无线传感网事件及其边界检测算法

事件检测与事件边界检测是无线传感器网络的重要应用之一,节点故障的准确检测是提高事件与事件边界检测效率的前提.然而,目前的故障检测机制对节点故障类型分析不够明晰,导致系统可能将事件边界节点误判为故障节点,且常需要传感器节点间进行频繁通信,导致网络系统容错性能和节点利用率低下,并带来额外的能耗开销.为了达到较高的检测精度与能源利用率,提出了一种新的高效容错的无线传感网事件及其边界检测算法：利用时间相关性实现无线传感器网络事件检测,利用空间相关性实现故障检测与事件边界检测;提出了节点的信息可靠度恢复机制,使得节点能够根据网络环境的变化,自动调整节点的信息可靠度.实验结果表明,即使在故障概率较高的情况下,该策略仍然具有良好的性能表现.     

Rule-based inference and decomposition for distributed in-network processing in wireless sensor networks

Wireless sensor networks are application specific and necessitate the development of specific network and information processing architectures that can meet the requirements of the applications involved. A common type of application for wireless sensor networks is the event-driven reactive application, which requires reactive actions to be taken in response to events. In such applications, the interest is in the higher-level information described by complex event patterns, not in the raw sensory data of individual nodes. Although the central processing of information produces the most accurate results, it is not an energy-efficient method because it requires a continuous flow of raw sensor readings over the network. As communication operations are the most expensive in terms of energy usage, the distributed processing of information is indispensable for viable deployments of applications in wireless sensor networks. This method not only helps in reducing the total amount of packets transmitted in the network and the total energy consumed by the sensor nodes, but also produces scalable and fault-tolerant networks. For this purpose, we present two schemes that distribute information processing to appropriate nodes in the network. These schemes use reactive rules, which express relations between event patterns and actions, in order to capture reactive behavior. We also share the results of the performance of our algorithms and the simulations based on our approach that show the success of our methods in decreasing network traffic while still realizing the desired functionality.     

无线传感器网络分布式定位算法研究

定位技术是传感器网络中的关键技术之一。重点介绍DV-Hop,ROCRSSI两种分布式非测距定位算法及具体实现过程,DV-Hop算法以增加网络通信开销为代价获得了较高的容错性和覆盖率;ROCRSSI算法简单、部署成本低,但对周围环境和锚节点密度依赖性较大。从开销、容错性、定位精度、覆盖率等方面对两种算法的具体性能做了评价比较。     

Fault-tolerant cluster-wise clock synchronization for wireless sensor networks

Wireless sensor networks have received a lot of attention recently due to their wide applications, such as target tracking, environment monitoring, and scientific exploration in dangerous environments. It is usually necessary to have a cluster of sensor nodes share a common view of a local clock time, so that all these nodes can coordinate in some important applications, such as time slotted MAC protocols, power-saving protocols with sleep/listen modes, etc. However, all the clock synchronization techniques proposed for sensor networks assume benign environments; they cannot survive malicious attacks in hostile environments. Fault-tolerant clock synchronization techniques are potential candidates to address this problem. However, existing approaches are all resource consuming and suffer from message collisions in most of cases. This paper presents a novel fault-tolerant clock synchronization scheme for clusters of nodes in sensor networks, where the nodes in each cluster can communicate through broadcast. The proposed scheme guarantees an upper bound of clock difference between any nonfaulty nodes in a cluster, provided that the malicious nodes are no more than one third of the cluster. Unlike the traditional fault-tolerant clock synchronization approaches, the proposed technique does not introduce collisions between synchronization messages, nor does it require costly digital signatures.     

无线自组织网络中构造2-连通k-支配虚拟主干网的近似算法

在无线自组织网络中,经常选取一些节点形成虚拟主干网,用以支持路由和区域监视等任务。由于无线网络自身存在误码率高、易受干扰等弱点,虚拟主干网需要具有一定的容错性。已经有研究者提出使用k-连通k-支配集合在无线自组织网络中构造容错虚拟主干网,并通过模拟实验评估了算法的性能。近年来,Wang Feng等人设计了常数近似算法用来构造2-连通虚拟主干网。本文将设计一个常数近似算法用以在无线自组织网络中构造一个2-连通k-支配虚拟主干网。     

无线传感网中混合业务下的触发式流控制算法

无线传感器网络中,节点所具有的能量和通信能力等都十分有限,如何设计有效的协议及算法,利用有限的资源高效地完成诸多任务,成为无线传感器网络设计所面临的一大挑战.考虑接收容量模型,研究了无线传感器网络在节点接收容量和能量联合受限情况下,面向混合业务时的效用公平流控制问题,并针对传统对偶分解算法存在着收敛速度慢、步长不易调节、通信负荷大等缺陷,进一步提出了基于事件触发的分布式求解算法.理论分析与仿真验证均表明:使用事件触发算法时,传感节点的平均广播周期比使用对偶分解算法时大很多,大幅度降低了无线传感器网络节点间的通信量,减少了网络的通信开销.仿真结果显示:与对偶分解算法相比,分布式事件触发算法具有收敛速度快、对网络规模扩展的适应性强等优势;与传统的速率公平流控制机制相比,所提的效用公平流控制模型能够更加适应弹性与非弹性业务共存的网络场景.     

基于传感器网络的智能环境监控系统的实现

针对传统监控系统构架的弊端,提出了基于无线传感器网络的分布式智能环境监控系统的方案和实现。监控节点除了与中心节点通信外,各监控节点之间也可进行通信,并设计了通信协议,实现了无线传感器网络的路由算法—低功耗自适应聚类路由（LEACH）协议和门限敏感的高效能传感器网络（TEEN）协议。同时,在通信失效的情况下,监控节点能启动智能自处理机制,使异常情况的灾难损失达到最小。实验证明：本系统相比传统监控系统具有更好的灵活性与稳定性。     

A testbed for coverage control using mixed wireless sensor networks

Wireless sensor networks (WSNs) is a relatively new technology that has been proposed for several applications including wide area monitoring. Such applications may include stationary or mobile sensor platforms or they may include several stationary and some mobile-robotic sensor nodes that can move in the area in order to achieve certain objectives, e.g., monitor areas that are not adequately covered or assist in the transfer of data to prevent the energy depletion of certain critical nodes. Such networks that consist of both stationary and mobile nodes are referred to as mixed WSNs. This paper presents the development of an experimental testbed for mixed WSNs consisting of stationary and mobile sensor nodes that collaborate to improve the sensing coverage and event detection of the network in a given deployment area. The paper describes the hardware and infrastructure of the testbed as well as a case study for coverage control that was investigated using the testbed. We point out that the developed testbed can be used for the evaluation and validation of different algorithms for coverage control that involve collaboration between stationary and mobile sensors to improve the WSN's monitoring capabilities. In addition, it can also be used to investigate other objectives as well as other concepts (e.g., network control).