一种低开销的双向时间同步算法

时间同步作为无线传感器网络的关键技术之一,得到越来越广泛的关注。提出了基于簇结构的主动和被动结合的双向同步算法,基于簇结构的双向同步方式解决了传统双向同步报文交互频繁的问题,通过最大似然估计校正节点间的相位偏差和频率偏差,使得同步算法获得较高的同步精度和相对较少的报文开销。最后通过仿真和物理实验验证了算法的有效性。

基于压缩传感的低开销电力数据采集方法

智能电网通过采集电力数据进行状态评估,而电网系统中大规模电力数据的传输导致开销过高。为此,提出一种基于压缩传感的低开销电力数据采集方法,其利用信号的稀疏性,将变换系数线性投影为低维观测向量,通过进一步求解稀疏最优化高概率精确地重建原始信号。将数据采集过程分为数据压缩、数据传输和数据重构三个阶段,并基于KSVD,设计一种基于成块电力数据的稀疏矩阵训练算法。该算法不是根据单个电力数据训练稀疏矩阵,而是根据多组电力数据来训练稀疏矩阵,具有较强的鲁棒性。仿真实验结果表明,使用压缩感知处理后的数据进行传输,其传输的数据量仅为原始数据的27.8%。

移动环境下的低开销自动数据收集算法

移动计算的一个重要难题是断连操作.数据收集过程是指在断连前把用户将来可能访问的数据预先存储到本地缓存的过程.收集过程的结果将明显影响断连操作的性能.提出了一种低开销的通用数据收集算法,在访问数据时同步建立数据之间的关联,并在数据关联的基础上自动选择要收集的数据集.模拟试验结果表明,该算法可以有效地提高断连操作时的cache命中率,尤其适用于计算速度慢、存储容量小的手持移动设备.

低开销的无线传感器网络时间同步算法研究

传统的TPSN时间同步算法虽然能快速而高效地同步网络上节点的时间,但是在节点频繁加入和失效的情况下,其效率低下。针对以上不足,提出了一种改进的无线传感器网络时间同步算法———ITPSN。该算法不需要构建网络的拓扑结构,能高效地处理网络中节点加入和节点失效情况下的时间同步。实验结果表明,该算法明显提高了网络的健壮性,在节点密集部署的情况下,减少了节点的能量消耗,从而提高了节点的使用寿命。

一种快速低开销的分布式死锁检测解决算法

现有的分布式edge-chasing死锁检测算法具有消息开销大或不能并发执行的弱点,为此提出一个新的死锁检测算法,算法中检测消息由事务节点发起并在事务节点和资源节点之间传递,不保留死锁检测的中间状态,也不更新事务的资源访问请求。算法的正确性得到证明,仿真表明新算法的时间和消息开销低于同类算法。

低开销混合式保护的高可靠的波分/时分混合无源光网络

针对光纤故障参与保护倒换元器件多、保护资源开销大的问题,提出一种低开销混合式保护的高可靠波分/时分混合无源光网络（WDM/TDM-PON）结构。所提结构在光线路终端（OLT）中新设计了逻辑判定、备份收发以及保护路控制单元,使波分复用（WDM）部分只对故障部分器件执行倒换操作,实现了低开销的集中式保护;在时分复用（TDM）部分采用交叉总线形结构,实现了快速的分布式保护倒换。经分析证明,所提混合式保护结构有效地减少了保护资源开销,对馈入光纤（FF）、配线光纤（DF）和最后一个公里光纤（LMF）故障提供了1.5～2.4 ms恢复时间的快速全保护,且具有良好的扩展性。

低开销静态彩色图像编码压缩算法的实验研究

多媒体计算机技术是现代计算机发展的一个热点。作为多媒体技术的一个重要内容,图像数据的存储是其关键技术之一。现代图像数据量巨大,无法适应小容量存储器和低带宽传输的要求。DC、DV等数字化产品像素数较高,作为民用数字化产品,价格不能过高,而且要求体积小、重量轻、耗电省,其内部的CPU及周边器件性能受到严格限制。本文论述了在上述情况下,各种压缩标准的时间和空间开销,通过对压缩标准JPEG和JPEG2000的对比分析,验证现代压缩标准实现低开销静态彩色图像编码压缩的优劣。

低开销低延迟WSN多费马点链多地域群播算法

多地域群播是源节点将数据传输到WSN中多个地理位置区域内的所有节点,现有无线传感器网络多地域群播算法没有做到能量消耗和延迟的平衡,单费马点链算法虽然降低了能量的消耗,传输的平均延迟却很大。提出一种低能耗低延迟多地域群播算法LLA(Low-Cost and Low-Latency Multi-Fermat Chain Multi-Geocast Algorithm),在保持较低能量消耗的基础上,大大降低了传输延迟。首先提出网格划分算法,然后提出三角形费马点和四边形费马点相结合的方法建立费马点链,提高了建立费马点链的成功率。最后,对LLA算法和现有的算法的性能进行了系统的理论和实验分析。仿真结果表明LLA算法在能量消耗、平均延迟方面优于现有算法。

用于低开销容错设计的存储部件可靠性评估研究

低开销容错技术是当前软错误研究领域的热点。为了对微处理器进行低开销容错保护,首先就需要对微处理器可靠性(即体系结构弱点因子AVF(Architectural Vulnerability Factor))进行准确评估。然而,现有的AVF评估工具的精确性和适用范围都受到不同程度的限制。该文以微处理器上的核心部件(即存储部件)作为研究对象,对AVF评估方法进行改进,提出了一种访存操作分析和指令分析相结合的AVF评估策略HAES(Hybrid AVFEvaluation Strategy)。该文将HAES融入到通用的模拟器中,实现了更精确和更通用的AVF评估框架。实验结果表明相比其它AVF评估工具,利用该文提出的评估框架得到的AVF平均降低22.6%。基于该评估框架计算得到的AVF更加精确地反映了不同应用程序运行时存储部件的可靠性,对设计人员对微处理器进行低开销的容错设计具有重要指导意义。

纳米级低开销SEU免疫型XC Domino动态门

在纳米级工艺条件下,高速运算单元核心部件XC Domino动态门面临严重的软错误问题.本文提出一种适用SEU类软错误容错设计的免疫型XC Domino动态门,此免疫型动态门借鉴了锁存器单元稳定结构,对于动态门的输出端实施P-type扩散区隔离以完成SEU的防护.通过Spectre电路仿真,验证了SEU免疫型动态门能够实现对于高达2倍Vdd振幅电压脉冲干扰的SEU类软错误容错;另外,与传统XC Domino动态门容错设计方案相比,免疫型动态门能够降低13.64%的门延时,并能在减少47.37%面积开销的同时降低75.54%功耗开销.

低开销多标准8×8离散余弦变换设计

针对现有的多种视频标准,在总结分解后矩阵的共同特点的基础上,定制实现了一种资源共享结构。该结构通过定制实现处理单元、蝶形变换网络和转置,实现了附带有"阶流水"结构的高效率计算结构。实验结果显示,本文所提出的结构,除了能够在低开销的前提下支持现有的视频标准H.264、视窗媒体视频(VC-1)、音视频编码标准(AVS)和高效视频编码(HEVC)之外,还能够对格式为4:2:0的Full-HD和宽四叉扩展图形阵列(WQXGA)的视频序列进行实时处理。通过在0.13μm工艺下的综合实现,相比于现有的设计,本文所提出的设计逻辑资源开销下降近44%,功耗减小近20%。

一种低开销紧凑型对称加密算法的研究与实现

WSNs节点的电能、CPU计算能力和内存容量通常都非常有限,不宜采用复杂的加密算法。在Feistel密码结构的基础上提出了一种低开销的对称加密算法:LCCSEA算法。它采用较少的加密轮次、较短的数据分组降低加密的开销,同时采用较长的密钥和新型非线性置乱函数来提高LCCSEA算法的安全性。实验表明,LCCSEA算法具有较好的"雪崩"效应和数据混沌性,运算速度也比DES算法快得多,而且开销较小,非常适合资源有限的WSNs。

单锚节点水声网络高精度低开销初始化方法

网络初始化是网络协议正常运行的基础,共包括自定位及时间同步两部分。针对水声网络特点,提出一种仅采用单锚节点的参考节点自选则自定位算法,该算法仅采用一个锚节点,通过最优化选择参考节点,减小参考节点拓扑结构及网络测距误差对定位精度的影响,既有效解决了水声网络中锚节点少的问题,且提高了定位精度;在此基础上提出一种快速初始化方法,该方法将自定位与时间同步协同完成,使得网络可在较少的信息交互下快速实现初始化过程,减小通信开销及初始化时延,网络布放后可快速进入正常运行,提高网络工作效率。通过仿真得出,本文提出的方法较现有初始化方法锚节点需求少,定位精度高,初始化时延短、通信开销小,可以很好地应用于水声网络中。

一种低开销的无线传感器网络时间同步算法

低开销是无线传感器网络时间同步算法的重要技术要求之一。为了降低同步过程中的通信开销,提出了一种基于部分广播的低开销无线传感器网络时间同步算法。算法基于TPSN算法的分层思想,利用节点的距离信息,选择当层节点的部分相邻节点进行下一层的等级广播,从而有效地降低同步过程中的通信开销。分析了在不同的网络节点密度下广播信息包数与等级广播距离的关系,得到了不同网络节点密度下的最优等级广播距离。仿真结果表明,与TPSN算法相比,在相同的同步精度下,算法能显著地降低高密度无线传感器网络时间同步的开销。

面向无线传感器网络的抗攻击低开销AES实现方法

高级加密标准(AES)加密被众多无线传感器网络(WSN)标准定义为其数据链路层的核心密码算法。传统AES实现由于计算复杂度高,难以在资源受限的WSN节点上实现。通过查找表可以大幅提高AES软件实现的加密速度,但是传统的基于4张1kB查找表的AES实现(4-T)不仅存储开销大,而且面临着访问驱动Cache攻击的威胁。通过对查找表的结构进行优化,提出一种基于单张512B查找表的AES实现方法(1-T),在降低存储开销的同时,提高了AES实现抵抗访问驱动Cache攻击的能力。此外,通过对轮加密公式的优化,减小了对加密速度的影响。在ARM平台上的实验显示,1-T实现的加密时间相比4-T增加43.5%,但仅是采用硬件加速器AES实现的加密时间的38.55%。

无线传感器网络中干扰模型的低开销测量方法

无线传感器网络中的干扰会严重影响传输性能.最近的研究表明干扰模型能够很好的反映出干扰存在下传输的真实性能.目前建立干扰模型的方法会导致巨大的开销.本文提出一种无线传感器网络中干扰模型的低开销测量方法.该方法利用信号强度表,基于回归分析的模型以及一种新的时钟校准方法来降低开销.实验结果表明,跟传统的测量方法相比较,该方法能够在降低开销的同时达到很高的准确度.

低开销负载均衡的改进型TORA协议

针对无线传感器网络拓扑快速变化、链路易拥塞断开,存在路由开销大、负载不均衡、网络生命周期短等问题,提出低开销负载均衡的改进型TORA(TORA-p)。通过定义网络变化率参数,自适应调整互联网封装协议(IMEP)中OBM包的最大重发次数,减少不必要的路由维护开销;同时,结合MAC层信息,定义链路可用性优化选路方式,自动平衡网络负载,避免关键路径和节点负载过重而过早死亡和断开。使用truetime2.0平台设定特定的仿真环境,对TORA-p算法的性能进行了详细比较分析,结果表明:TORA-p均衡了网络负载,提升了网络生命周期,同时也减少了路由开销和延时,展现出了较好的数据传输能力。

一种能量均衡的低开销WSN时间同步算法

现有的时间同步算法大多采用消息交换来实现较高的同步精度,存在节点通信开销过大、能耗不均等问题。为此,提出一种能量均衡的低开销时间同步算法。该算法基于簇状层次型网络拓扑,簇头间采用双向消息交换机制完成到Sink节点的同步,并利用最大似然估计补偿节点时钟频偏和相偏,提高簇间同步精度,降低同步过程频次。簇成员节点采用双向消息交换机制和参考广播机制相结合的方式与簇头同步,考虑节点广播特性及剩余能量参数,在降低节点开销的同时均衡各节点能耗。仿真结果表明,该算法在保证一定精度的同时,可降低网络通信开销、均衡节点能耗与长整个网络寿命。

无线传感网低开销型数据可靠传输方法的研究

利用GPRS网络实现传感数据远程采集的无线传感网应用已经得到越来越广泛的运用。由于GPRS网络不稳定,传感节点传输常会出现数据丢包。如何保证电池供电的传感节点数据可靠传输,同时降低传感节点传输开销,延长传感网整体寿命是个很重要的研究课题。分析了RMST、ESRT和PSFQ等无线传感网络协议在该数据传输问题中的适用性,提出了一套拥塞控制型数据分包传输协议CCDS,协议具备拥塞控制、选择性重传等特性。通过理论分析仿真、实验测试,对比了CCDS与RMST的传输开销,验证了CCDS协议在传感器节点数多、网络不稳定的环境下,数据可靠传输的低开销性,从而延长无线传感网整体寿命。

用于SAR ADC的低开销电容开关时序设计

逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)中,数模转换器单元(DAC)是能耗和面积的主要来源之一。为了降低DAC的能耗和面积,提出了一种低开销电容开关时序,以此设计了DAC的结构,并进行逻辑实现。相比于传统型开关时序,该电容开关时序使得DAC的能耗降低了98.45%,面积减小了87.5%。基于该电容开关时序实现了一种12位SAR ADC。仿真结果表明,在1.2 V电源电压、100 kS/s采样速率的条件下,该ADC功耗为12.5μW,有效位数为11.2位,无杂散动态范围为75.6 dB。