基于蜂拥控制的移动传感器网络目标跟踪算法

针对移动传感器网络中的目标跟踪问题, 以及现有控制策略在保持网络拓扑结构连通性和降低能量消耗方面存在的不足, 提出一种基于蜂拥控制的移动传感器网络目标跟踪算法. 首先, 利用网络中部分节点检测目标, 并使用卡尔曼一致性滤波算法估计目标的状态, 在获得比较精确的估计状态的同时降低能量消耗; 然后, 在蜂拥控制下传感器网络始终保持拓扑结构连通性和目标对网络可见, 同时避免节点之间发生碰撞. 仿真结果验证了所提出算法的有效性.

     

无线传感器网络拓扑三级分簇优化算法

针对大规模分布式传感器网络提出一种拓扑三级分簇结构优化算法. 通过引入传感器休眠模式, 并考虑到分簇数目较多的情况, 对多个簇头节点采用生成最小刚性图的方法进行拓扑优化, 以实现传感器网络整体能量均衡,使传感器网络具有较好的连通性和鲁棒性. 仿真实验表明, 与已有相关算法相比, 采用所提出的算法可使网络延缓出现节点死亡现象, 有利于实现网络负载均衡, 并且网络中节点整体存活时间较长, 从而延长网络的生命周期.

     

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.

     

一种信任和能量意识的WSN补救路由算法

在ARRIVE 算法的基础上, 提出一种信任和能量意识的补救路由算法(TeaRR). 在选择下一跳节点时, TeaRR 综合考虑候选节点的信任值和剩余能量, 选择信任值和剩余能量最优的节点转发数据. 为了防御链路不稳定和On-Off 攻击造成的丢包问题, TeaRR 采用发送节点主动推荐和邻居节点被动参与相结合的补救策略, 快速恢复对 可能丢失包的转发. 实验结果表明, TeaRR 更加适用于延时敏感的应用, 可在接收率与能耗间平衡.

     

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.

     

分布式离散多智能体系统在固定和切换拓扑下的编队控制

研究多智能体系统在分布式采样控制下固定拓扑和时变通信拓扑时的追踪和编队问题. 首先分析目标系统 在没有输入时的稳定性; 然后分别给出在固定和时变通信拓扑下使各智能体完成追踪和编队的控制协议, 并给出了系统稳定时采样间隔需满足条件的充分性和必要性证明; 最后通过仿真研究验证了所提出算法的有效性.

     

基于敏感度方差重要性的RBF 神经网络结构优化算法

针对RBF 神经网络的结构设计问题, 提出一种基于输出敏感度方差重要性的结构优化算法. 首先, 检验网络隐层节点的输出敏感度在样本集上的方差是否与零有显著差异, 以此作为依据增加或删除相应的隐层节点; 然后,对调整后的网络参数进行修正, 使网络具有更好的拟合精度和收敛性; 最后, 对所提出的优化算法进行仿真实验, 结果表明, 所提出的算法可根据研究对象自适应地调整RBF 的网络结构, 具有良好的逼近能力和泛化能力.

     

基于ISM 特性的检测器生成算法及模型

针对现有检测器生成算法存在效率低、自适应性差、生成的检测器集庞大且冗余等问题, 借鉴生物免疫系统中抗体的克隆机制和亲和度变异机制, 并融合小生境策略以及检测器的变异和优化等, 构建基于免疫软件人(ISM) 特性的检测器生成算法及模型. 与传统算法相比, 该算法能够降低检测器的冗余度, 减少检测器集的规模, 保持检测器的多样性; 通过合理地改变其匹配阈值, 能够实现以较小的检测器集检测出更多的异常行为的目的. 实验结果表明, 所提出的算法具有较强的自适应性, 且拥有较高的检测效率和性能.

     

求解大规模系统可靠性问题的修正和声搜索算法

针对大规模系统可靠性问题, 提出一种修正和声搜索(MHS) 算法. 该算法修改了和声搜索(HS) 算法的搜索机制, 以当前最优解为研究对象, 随机选取不同维数进行即兴创作, 并修正步长(BW) 的调整方式, 均衡算法的全局搜索和局部搜索. 对经典的大规模系统可靠性问题进行求解, 数值结果表明, 所提出算法优于其他文献中的6 种和声搜索算法. 与最近提出的求解此类问题的各种算法进行实验对比, 实验结果表明所提出算法在整体上具有良好的优化性能.

     

一种基于互信息变量选择的极端学习机算法

针对回归问题中存在的变量选择和网络结构设计问题, 提出一种基于互信息的极端学习机(ELM) 训练算法, 同时实现输入变量的选择和隐含层的结构优化. 该算法将互信息输入变量选择嵌入到ELM网络的学习过程之中, 以网络的学习性能作为衡量输入变量与输出变量相关与否的指标, 并以增量式的方法确定隐含层节点的规模.在Lorenz、Gas Furnace 和10 组标杆数据上的仿真结果表明了所提出算法的有效性. 该算法不仅可以简化网络结构, 还可以提高网络的泛化性能.

     

传感器网络中一种基于链路稳定性和多路径的拓扑控制算法

通过压缩邻居节点集合的势,进而调整网络拓扑结构的拓扑控制方法,可以提高传感器网络的能量效率 .然而现有的拓扑控制方法尚没有充分地考虑链路不稳定性因素,以及如何在提高能量效率的同时改善负载均衡 .在对链路损失模型进行分析的基础上,考察了能量效率、负载均衡和邻居节点集的势之间的关系 .发现在同时改善能量效率和负载均衡之间有一对矛盾 .提出了一个分层的拓扑控制算法LELB(layered energy-efficient and load balance algorithm),可以在链路不稳定的情况下进一步改善能量效率,同时获得更好的负载均衡 .仿真结果表明,LELB算法对网络性能有很好的改善 .     

移动场景下的节点高效寻路RPL路由算法优化

在低功耗有损网络(low power and lossy networks)中,现有的移动性支持路由算法存在控制消息冗余,应用场景不具有普适应,网络丢包率和移动节点能耗较高等问题.针对这些问题,提出一种移动场景下的节点高效寻路RPL路由算法(efficient pathfinding RPL routing algorithm for nodes in mobile scenarios,MSE-RPL).该算法提出的优化思路如下:首先,精简了移动节点的控制消息,并采用自适应黑名单机制建立备选父节点集,从而降低了移动节点的能耗;其次,基于移动节点的移动速度和方向,从备选父节点集中选择移出通信范围预估时间最短的节点作为最优父节点,不但适用于随机移动场景,还降低了平均端到端时延;最后,在链路中断前,利用DIS计时器及时通告DIS消息以快速重构拓扑,降低了丢包率.仿真结果表明,MSE-RPL算法在平均端到端时延、移动节点能耗、丢包率等性能指标方面均有明显改善.     

ILP formulation and heuristic method for energy-aware application mapping on 3D-NoCs

The rapid increase in the number of cores on chips forced the designers to invent new communication methods such as Network-on-Chip (NoC) paradigm. Advances in integrated circuit fabrications even allowed three-dimensional NoC (3D-NoC) implementations. 3D-NoCs have more advantages than their 2D counterparts such as lower area, higher throughput, better performance, and less energy consumption. However, they lack the design automation algorithms. An important design problem for a given application is mapping it on a 3D-NoC topology. In this paper, we present an integer linear programming (ILP) formulation and a novel heuristic algorithm, called CastNet3D, for application mapping onto mesh-based 3D-NoCs with energy minimization being the objective. The algorithm tries to utilize vertical links for communicating nodes as much as possible. Vertical links are shorter than horizontal ones; therefore, they are faster and consume less energy. We compared CastNet3D against ILP in terms of energy consumption and execution time on several benchmarks. Our results show that CastNet3D obtains close to optimum results in much shorter time frames.

     

Reliable spatial window aggregation query processing algorithm in wireless sensor networks

After wireless sensor network is deployed, users often submit spatial window aggregation queries to obtain statistical information of the regions of interest, such as maximum temperature, average humidity etc. Existing spatial window aggregation query processing algorithms are based on the assumption that the communication links are ideal which means there are perfect communication links within a given communication range, and none beyond. However, it is not valid in realistic sensor networks, which leads to high retransmissions of data frames. In order to address this problem, a reliable spatial window aggregation query processing algorithm called RESA is proposed in this paper. RESA only requires each node to maintain locations and residual energy of its neighbors and link qualities between them. According to the information, it divides the query area into several sub-regions, followed by collection of sensor readings in each sub-region. RESA traverses all the sub-regions within the query area to ensure the correctness of query result. Based on RESA's energy consumption formula derived, two highly efficient methods for sub-regional division are proposed to reduce packet loss rate during data communication and balance the load of nodes, hence saving energy consumption and extending lifetime. Experimental results show that in most cases RESA outperforms the existing algorithms in terms of energy consumption, quality of query results and lifetime.     

A link availability-based QoS-aware routing protocol for mobile ad hoc sensor networks

With more and more wireless devices being mobile, there is a constant challenge to provide reliable and high quality communication services among these devices. In this paper, we propose a link availability-based QoS-aware (LABQ) routing protocol for mobile ad hoc networks based on mobility prediction and link quality measurement, in addition to energy consumption estimate. The goal is to provide highly reliable and better communication links with energy-efficiency. The proposed routing algorithm has been verified by NS-2 simulations. The results have shown that LABQ outperforms existing algorithms by significantly reducing link breakages and thereby reducing the overheads in reconnection and retransmission. It also reduces the average end-to-end delay for data transfer and enhances the lifetime of nodes by making energy-efficient routing decisions.     

基于引力搜索算法的异构无线传感器网络路由分簇算法

针对异构无线传感器网络簇头节点能耗大、网络寿命较低等问题,提出一种路由分簇算法.以均衡簇头节点的能耗为目标,采用引力搜索算法对网络簇头的通信链路进行规划,从而降低簇头节点间通信的负载能耗.为同时兼顾普通节点和簇头节点的工作时间,根据普通节点与高能节点携带能量的差异和簇头节点的负载情况进行分簇.实验结果表明,所提出的路由分簇算法相对于目前优化性能较好的粒子群算法(PSO)、遗传算法(GA)和最小距离聚类法(LDC),在不同检测环境、不同的节点布撒比例下,能够更好地均衡节点能耗,从而获得更长的网络寿命.     

基于三角形斯坦纳树的分区连通性恢复算法

无线传感器网络中的节点由于自身能量的消耗,及外部因素影响会导致节点出现大规模的失效,从而把无线传感器网络分割成几个独立的不能相互通信的分区。为恢复网络,重建分区之间的通信链路,提出基于三角形斯坦纳树连通恢复算法。该算法首先利用传统算法实现分区连通,然后通过构建三角形斯坦纳树以减少部署的中继节点数量。与现有的一些算法相比,该方法形成的网络拓扑不仅减少了部署中继节点的数量,能够使分区重新连通,而且能够减少网络通信的能量消耗。实验结果表明,所提方法相对于传统算法在构建网络拓扑时更加有效。     

一种基于区域分裂与合并的势博弈网络拓扑控制算法

现有无线传感器网络拓扑控制算法在传感器节点部署密集或稀疏区域存在网络拓扑链路冗余、个别节点负载过重、瓶颈节点和网络生命周期短等问题。针对这些问题,提出一种基于区域分裂与合并的势博弈网络拓扑控制算法,该算法首先划分目标区域并随机抛洒传感器节点,在每个子区域内进行博弈并选出簇首节点,利用区域分裂与合并思想,在节点密集区域进行分割再博弈,防止部分节点负载过大,在节点稀疏区域利用权重链路进行合并,防止出现瓶颈节点以保障网络连通;然后对所有簇首节点实施二次势博弈生成簇首拓扑结构连接各子区域。仿真结果表明,该算法能够有效缓解节点负载,均衡节点能耗,延长网络生命周期。     

一种基于模糊控制的无线传感器网络拓扑控制算法

在无线传感器网络乃至无线网络邻域中,拓扑控制一直是研究热点之一,是无线传感器网络中一种重要的能量节省技术。当前已有很多能量高效的拓扑控制算法,它们试图寻求一个合适的节点发射功率或者一个良好的网络拓扑结构,实际应用中两者往往都需要考虑。提出一种新的拓扑控制方法——HFLTC,该方法基于模糊控制和链路质量评估模型优化进行功率控制,并引入XTC算法思想成链。仿真结果表明,这种把拓扑结构和功率控制结合考虑的方法,更节省网络的平均能耗,提高了整个网络的生命周期。