无线传感器网络中一种基于虚拟MIMO多播的多跳传输策略

虚拟MIMO技术能够有效减少信道衰落对无线链路的影响,节省无线传输时的能耗.结合MIMO多播和LEACH协议,提出新的虚拟MIMO多跳传输策略(VMMM),由于该策略避免了多跳数据转发时的簇内广播过程,从而提高整个网络的能量有效性.为优化该传输策略的性能,本文对VMMM策略的能耗进行建模分析,并在此基础上通过联合优化以确定满足最小能耗时的网络参数.仿真结果表明,与已有的虚拟MIMO多跳传输策略—vMISO协议相比,VMMM策略能够显著提高网络的能量有效性,有效延长网络生存时间达50%以上.     

虚拟MIMO无线传感器网络的传输模式

无线传感器网络(wirelesssensor networks,WSN)是由大量低成本、低功耗、具备感知能力、计算能力和无线通信能力的微型传感器节点通过自组织方式构成的网络。多入多出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术是指在发送端和接收端采用多天线,MIMO技术可在不增加频谱资源和天线发送功率的情况下,成倍地提高信道容量,是新一代移动通信系统采用的关键技术。将虚拟MIMO技术引入无线传感器网络,可以利用MIMO技术带来的分集增益,增加接收端信号的信号强度,通过分集来克服信道衰落的影响;也可以利用MIMO技术提供的复用增益,提高信息速率,大大改善网络的能耗特性。本文介绍了虚拟MIMO技术在无线传感器网络中的应用,针对中小规模传感器网络,设计了一种基于分簇的能量高效协作式虚拟MIMO传输模式。并对虚拟MIMO无线传感器网络的能效性进行了分析,最后总结了研究的关键问题以及未来的发展趋势和研究方向。     

无线传感器网络中基于链的虚拟MIMO策略

无线传感器网络能量受限,策略应尽可能地减少能量消耗,以延长网络寿命。提出一种基于链的能量高效的虚拟MIMO传输策略,对该传输策略进行能耗和时延建模,确定最优的虚拟MIMO链的个数、协作节点个数以及传输速率等网络通信参数。仿真结果表明,即使考虑到电路能耗和信道训练开销,该传输策略也能有效节省能量,提高网络生命期,同时降低时延。     

协作MIMO无线传感器网络中多目标进化算法分析

现有的基于协作MIMO的无线传感器网络(WSN)传输策略设计往往只注重节能方面,追求网络生存时间的最大化,而忽略了网络数据速率在大部分实际工程应用中的重要性.基于线性多跳协作MIMO传输模型,分析了该模型的数据速率、平均功耗及生存时间并提出基于多目标进化算法——NSGA-Ⅱ的WSN优化算法.在NSGA-Ⅱ中,通过对种群进行初始化,利用二元锦标赛法选择,单点交叉,动态变异等操作进行进化,并采取利用最小生成树的权值表示拥挤度的方法保证种群的分布性.仿真结果表明:相比于聚集函数法,NSGA-Ⅱ所获得的网络生存时间更长.更重要的是,仿真给出一些能达到网络数据速率与生存时间两者同时最大且使网络功耗处于较小水平的参数值,能有效地指导于WSN工程应用.     

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。     

一种新的传感器网络能量收集优化技术

针对无线传感器网络能量严格受限和节点间能量不均衡的问题,建立无线信息和功率同时传输的协作MIMO通信模型;针对如何获取系统的最佳能量效率的问题,提出一种新的有效资源分配算法。仿真分析和原型实验结果表明,新的有效资源分配算法在迭代次数达到12时收敛,能量效率随发射功率额度的增加而迅速增加,当最大发射功率额度达到3dBm时能量效率趋向平稳;与SISO传输的能耗相比,采用协作MIMO信息和功率同时传输的技术能节省1个以上的能量级,并能得到较高的网络效用。     

无线传感器网络中一种基于簇的混合路由算法

利用分簇技术可以有效延长无线传感器网络的生存时间。当簇头以多跳通信的方式将数据传输至基站时,靠近基站的簇头由于转发大量数据而负载过重,可能过早耗尽能量而失效;而当采用单跳方式时,远离基站的簇头因传送数据能耗太高而很快死亡。为了均衡簇头的能耗,提出一种基于簇的分时使用单跳和多跳的混合路由算法。仿真实验表明,算法能均衡簇头的能量消耗,有效延长网络的生存时间。     

无线传感器网络虚MIMO技术研究

在无线传感器网络(WSNs)中,由于节点资源受限,一般不具备多天线,为了充分利用多人多出(MIMO)技术的优点,组成虚MIMO结构成为现实可行的技术.分析了MIMO技术特点,在给出的虚MI-MO结构的基础上,提出了WSNs虚MIMO技术要解决的主要问题,并给出了解决方案.     

BaGASN：一个传感器网络生存时间优化算法

无线传感器网络受制于有限的能量。在给定能量、感知数据和传输代价的情况下，寻求最佳传输方案使网络生存时问最大，是传感器网络研究中的一个重要问题。目前已经有多种启发式算法提供近似解。它们的一个共同问题是不能同时考虑发送功耗和接收功耗。而在真实的传感器网络中，接收功耗是不能被忽略的。为此，我们提出了一个遗传算
算法来解决这一问题。     

求解无线微传感器网络生存时间的上限

求解生存时间的上限是无线微传感器网络生存时间优化过程中的重要环节。它与既可以作为最大生存时间的粗略估计,又直接应用于部分近似算法的优化过程。本文介绍我们对该问题的研究。     

最大化WSN寿命的电量分配与路由联合优化策略

为了尽量延长无线传感器网络的工作寿命,提出了一种对网络路由和电池电量分配方案进行联合优化的策略,在连续和离散两种电池电量分配场景中分别建立优化问题模型,并给出求解算法。在连续电量分配情况下,通过转换成线性规划问题,可同时解出最优的路由和电量分配方案。在离散电量分配场景中,通过将组合优化问题松弛为连续优化问题,并提出一种最优的电池离散化算法,得到一组次优的路由和相应的离散电量分配方案。仿真显示该联合优化策略可以显著地延长网络寿命。     

An Approach of Distributed Joint Optimization for Cluster-based Wireless Sensor Networks

Wireless sensor networks (WSNs) are energyconstrained, so energy saving is one of the most important issues in typical applications. The clustered WSN topology is considered in this paper. To achieve the balance of energy consumption and utility of network resources, we explicitly model and factor the effect of power and rate. A novel joint optimization model is proposed with the protection for cluster head. By the mean of a choice of two appropriate sub-utility functions, the distributed iterative algorithm is obtained. The convergence of the proposed iterative algorithm is proved analytically. We consider general dual decomposition method to realize variable separation and distributed computation, which is practical in large-scale sensor networks. Numerical results show that the proposed joint optimal algorithm converges to the optimal power allocation and rate transmission, and validate the performance in terms of prolonging of network lifetime and improvement of throughput.      

无线传感网络中速率效用与链路能耗的联合优化

针对能量受限的无线传感网络,提出了一种基于功率相关链路容量约束的源节点速率效用与链路能耗联合优化模型。针对传统对偶次梯度算法在分布式求解时存在收敛速度慢的缺点,提出了多步加权加速梯度方法,利用过去迭代计算历史信息来加快拉格朗日乘子的更新速率,从而快速取得速率效用与链路能耗的联合优化解。仿真实验表明,所提出的加速梯度方法取得了比对偶次梯度算法更快的收敛性。     

基于效用优化的网络编码拥塞控制模型

描述一类多编码组播情形下的网络效用最大化问题,引入用于稳定发送节点窗口和中间节点队列的约束。基于问题的原始及原 始-对偶形式,分别提出2种网络编码拥塞控制模型,并通过Lyapunov判据证明了模型的全局渐近稳定性。该模型是完全分布式的反馈控制系统,所描述的算法只要求端到端的信息交换,能应对网络的动态变化,且具有类TCP拥塞控制的形式,从而显示其与现行网络架构的兼容性。     

无线传感网优化生存时间的分布式功率控制

为延长无线传感网的生存时间,提出优化生存时间的分布式功率控制算法(DPCOL).该算法分析节点发送功率变化下的链路流量平衡约束,链路最大传输速率约束,节点能耗约束等条件,建立最大化生存时间的网络模型.采用分布式功率迭代和次梯度算法求解该模型.节点获知与各邻居节点通信所需要的最低发送功率集,随机选择发送功率集中的功率作为...     

WSN中考虑节点磨损的分布式自稳定网络寿命优化算法

针对无法预估的节点故障影响无线传感器网络寿命的问题,本文提出了一种考虑节点磨损的分布式自稳定优化算法。首先,利用韦伯函数拟合网络生命周期的分布,定期唤醒睡眠节点进行故障检测;然后,采用分布式调度,无需知道传感节点的位置信息,使用多个节点同时工作,从而提高效率;最后,通过较低的网络通信代价,及时使用空闲节点替代故障节点,保持网络的连通性。理论分析和仿真实验验证了本文算法的有效性及可靠性,仿真结果表明,当传感器节点的可靠性随着使用时间与磨损下降时,本文算法可以更好地延长无线传感器网络寿命,相比分布式多目标概率覆盖协议,本文算法在寿命延长、覆盖率、节点唤醒次数等方面均取得更好的性能。