无线传感器网络的容错问题与研究进展

在简要介绍无线传感器网络研究现状的基础上,本文重点展开了对无线传感器网络容错特征、需求与解决方法的论述;从整体的角度对无线传感器网络物理层、链路层、网络层、传输层、应用层等不同抽象级别的容错问题进行了归纳;同时,对各种容错技术的细节进行了深入的剖析,并综述了相关研究的当前进展;总结了各种容错技术的关键,为进一步研究提供了新思路。     

无线传感器网络中网络层故障容错技术研究进展

故障容错能提高无线传感器网络的稳定性和可靠性, 是无线传感器网络的一项关键技术。网络层容错及跨层协同优化设计是网络故障容错的重要研究内容, 主要对网络层容错技术研究进行了归纳和总结。网络层容错控制技术主要分为多路由传输、纠删编码/网络编码、数据重传机制、跨层协同优化与复合容错和仿生智能容错等, 并对网络层容错控制技术研究趋势作了探讨。     

列车辅助系统传感器故障诊断与容错控制

针对机车、动车组辅助系统辅变电压传感器故障后导致系统失效,无法进行容错控制的问题,提出了一种有效的故障诊断与容错控制方法。基于三相测量系统的特点,以单相二阶广义积分锁相环(SOGI-PLL)算法为基础,实现三相线电压测量值的冗余估计。利用残差生成单元和修正的贝叶斯分类算法对故障传感器进行实时检测与定位,并在传感器故障工况下用相关预估器估计值代替电压传感器信号,实现系统的容错控制。半实物仿真与现场故障案例的测试结果表明,所提算法能快速诊断出故障传感器并具有容错控制功能,可有效提升列车可靠性和运行效率,具有广阔的工程应用前景。     

物联网无线传感器的网络分簇拓扑容错算法

无线传感网络是物联网的核心技术,其由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成.节点除了感测特定的对象,还需要维持互相之间的网络连接.在传感器节点能量受限制情况下,良好的网络拓扑控制方法能够提升传感器网络的生存时间.因此合理地控制网络拓扑结构是当前无线传感器网络研究领域的热点和难点.提出了一种无线传感器网络分簇拓扑容错算法,利用主从簇头方式分摊簇头能量消耗,并采用候选簇头机制解决簇头失败.仿真实验证明该算法不仅具有较低的复杂度和较低的节点平均通信半径,而且具有较好的容错性能和较长的网络生命周期,可显著提高物联网的整体性能.     

无线传感器网络无标度容错拓扑的连锁故障诊断算法

针对随机节点故障所引发的连锁故障问题,为了尽可能地降低连锁故障对无线传感器网络所造成的损害,提出了一种无线传感器网络无标度容错拓扑的连锁故障诊断算法,该算法基于单一节点故障时负载重新分配给相邻节点的情况,提出一种连锁故障下的负载再分配模型,分析了单一节点故障时所产生的连锁故障规模。采用相邻节点的连锁故障诊断算法来研究传感器网络的负载参数和连锁故障规模之间的关系,尽可能地减少连锁故障所带来的节点损失。仿真结果表明,该算法有效地抑制了由于负载过大所引发的连锁负载效应,在减少网络节点的损失上起到了较好的效果。     

一种容错的无线传感器网络聚类路由协议

本文给出一种新的容错的无线传感器网络聚类路由协议FTCRP （Fault-Tolerant Cluster-Based Routing Protocol）,新协议首先使用LEACH中的方法对节点进行分簇,再利用握手（Handshake）机制监测簇头CH（Cluster-Head）节点和非簇头NCH（Non-Cluster-Head）节点的工作状态--若CH节点失效,则NCH节点休眠;若NCH节点失效,则剩余的NCH节点等分帧内时间以增加数据发送量.与已有的容错协议相比,新协议具有简单、容易实现及高效等优点.仿真实验表明,当节点失效概率在0.1到0.2之间时,新协议与LEACH相比,收集的数据量增加10%-15%,网络生存时间延长25%-45%;与CRAM相比,收集的数据量增加5%-20%,网络生存时间延长15%-35%.     

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。     

无线传感器网络中基于比较的簇节点故障诊断算法

针对无线传感器网络中簇节点故障失效问题,提出了一种新的采用一对多(one-to-many)通信方式,基于比较的簇节点故障诊断算法-CBCNFD(comparison-based cluster nodes fault diagnosis).分析了该算法中簇头对簇内节点集中控制的优化诊断过程,证明了算法的正确性.提出了网络拓扑固定和改变两种情况下的算法诊断模型.仿真结果表明,基于比较的簇节点故障诊断算法具有良好的诊断特性,系统开销也比基于比较的系统级故障诊断算法-CBSLFD(comparison-based system-level fault diagnosis)大为降低.     

无线传感器网络拥塞控制研究进展和难点分析

首先对无线传感器网络拥塞控制技术的研究现状进行了阐述,重点对该技术的研究难点做了分析,并总结出了无线传感器网络拥塞控制技术进一步的研究方向。     

基于复杂网络的无线传感器网络容错拓扑演化机制研究

许多研究工作已经表明,容错能力不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。为此,借助复杂网络理论,提出一种新的无线传感器网络容错拓扑演化机制。仿真结果表明,由该机制演化的网络拓扑结构具有较好的抵制因节点能量耗尽及恶意攻击的鲁棒性。     

无线传感器网络自适应性拓扑控制的研究

自适应拓扑控制方法用到多跳两层无线传感器网络(WSNs),在每个簇中用两类传感器,有效且低开销的传感器节点N感知环境现象信息,并传输它们的信息到汇聚节点S,所有Ss协同工作去除随机信息并传输数据到基站BS。因为覆盖范围依赖于它的汇聚节点的工作情况,而汇聚节点的能耗在网络的生命期中是关键性因素。这个方法主要是从节点路由能量匹配角度出发,设计可控制数据流路由路径,用于尽可能有效地保持网络能量,并不是仅仅考虑路径的最优选择,而是考虑能效的最优方式选择路由,从而增加整个网络的生命期。     

无线传感器网络节点部署研究进展

无线传感器网络的部署方式影响传感器网络的覆盖质量、网络拓扑结构、网络的连通性和网络的生存时间等性能。从静态和动态两种方式对节点的部署进行研究。阐述相关节点部署技术,并对节点部署中存在的问题进行分析和评述,指出今后的研究方向。     

无线传感器网络软故障诊断算法

在无线传感器网络中,软故障节点会产生并传输错误数据,这不仅会形成错误的决策,还会消耗能量,为此,提出一种基于节省能量的故障诊断(EFD)算法。该算法利用节点感知数据的空间相似性,通过对邻点所感知的传感数据进行比较,确定检测节点状态。对于网络中存在的节点瞬时故障,该算法引用TF模型思想,避免了不必要的数据比较,减少了时间冗余的检测次数。仿真结果表明:EFD算法能够提高网络诊断精度,同时可以降低诊断过程的能量消耗。     

无线传感器网络的覆盖控制

覆盖控制作为无线传感器网络中的一个基本问题,在国内外已经取得了一些研究成果。根据不同的性质,覆盖控制问题可以划分为不同的类型(如,静态覆盖和动态覆盖、确定性覆盖和随机性覆盖)。主要针对静态覆盖(区域覆盖、点覆盖、栅栏覆盖)问题中一些典型算法,分类进行了描述,并比较了它们之间的优缺点,最后,指出了需要进一步的研究工作。     

基于异构比特速率的无线传感器网络拥塞控制技术

针对多跳汇聚无线传感器网络漏斗效应引起的拥塞和能耗问题,提出基于异构比特速率的无线传感器网络拥塞控制技术,通过增大漏斗区域转发节点的比特速率来提高处理能力.为实现异构比特速率传输,在硬件上设计了基于ATmega128微处理器和CC1100射频芯片的传感器节点,支持多种比特速率通信;在软件上改进了TinyOS系统组件,实现比特速率动态切换.通过实际部署的传感器网络实验表明:在趋于饱和的流量下有效缓解了网络拥塞,吞吐量提高了18.6％.     

无线传感器网络的拓扑控制研究*

讨论了拓扑控制的目标,利用随机图理论研究了无线传感器网络拓扑控制的模型及代表性算法;基于网络结构的不同,分析和比较了无线传感器网络中各种拓扑控制机制的特征;深层剖析了无线传感器网络拓扑控制与连通、调度之间的关系;最后对拓扑控制亟待解决的问题进行了总结和展望。     

无线传感器网络中信息获取关键问题的研究

无线传感器网络是信息技术研究领域的一个重要方向,具有广阔的应用前景。给出了无线传感器网络信息获取的体系结构,重点论述了信息获取的关键问题,分析了其不足以及发展方向。特别总结出网络通信的重要问题,并进行了详细的介绍。     

一种可自维护的无线传感器网络拓扑控制算法

在温室、救灾等环境监测过程中,无线传感器网络会因频繁发生自然故障和遭受恶意攻击而引起网络可生存性问题,针对这一问题提出了一种可自维护的具有抗毁性的拓扑控制算法。仿真结果表明,该算法能够简单有效地构建并维护容错拓扑结构,在节点失效时保证网络拓扑容错抗毁,使得无线传感器网络具有可生存的能力。     

无线传感器网络中间件的研究

无线传感器网络(WSNs)能量和资源有限、网络动态性强等特点使得终端用户管理复杂的WSNs并不容易,需要中间件的支持。研究不同的WSNs中间件设计方法,对WSNs中间件进行了分类和比较,提出了今后进一步研究的方向。