基于相似路径的曲面异构无线传感器网络节点定位算法

针对曲面场景中的异构无线传感器网络节点定位问题,提出了一种基于相似路径的节点定位算法(Node Localization Algorithm Based on Similar Paths,NLA-SP)。首先,依据Ochiai系数计算锚节点到未知节点的传播路径与各锚节点对间路径的相似值,找出相似路径;其次,根据相似路径对应的锚节点对距离与各单跳路径首节点的通信半径估算锚节点到未知节点的距离;然后,利用融合黄金正弦策略与粒子群优化算法的麻雀算法搜索未知节点的坐标;最后,为减小三维曲面Z轴的坐标误差采用坐标投影法对未知节点的坐标进行校正。仿真结果表明,所提算法较IDV-Hop算法、CPPA算法、HHOMA算法,定位精度明显提高。

基于能量迭代模型和蜂群优化的异构无线传感器网络节能分簇路由算法

针对无线传感器网络节能分簇路由通信时存在数据传输节点死亡数量较多、传输能耗输出较大的问题,提出一种基于能量迭代模型和蜂群优化的异构无线传感器网络节能分簇路由算法.首先构建网络通信能耗模型,以缩减能耗为目标结合差分蜂群算法及时优化网络节点分布;然后基于网络节点分布优化结果,制定异构无线传感器网络节能分簇方法,使用能量迭代选簇方法确定簇头,获取簇头半径完成异构无线传感器网络的通信节点节能分簇;最后设定通信簇头节点与基站之间的距离,确定节点通信时的路由等级,并结合多跳的路由通信方式,实现异构无线传感器网络的节能路由通信.实验结果表明,利用该方法进行网络节能分簇路由通信时,数据传输节点死亡数量最多为22个,节点传输最大能耗为21 nJ/bit,表明该方法节点通信节能效果较好.

面向异构无线传感器网络的节点调度算法

针对传感器网络中的节点冗余问题,提出了一种冗余判别方法来关闭冗余节点,以达到延长网络生命周期的目的.首先按邻居节点的不同位置对节点进行分类,研究了每组邻居节点的网络覆盖率与工作节点数k之间的约束关系,在此基础上,按不同的冗余法则对节点进行判断,关闭冗余节点.理论分析和实验结果表明,提出的算法能关闭网络中的冗余节点从而有效地延长网络的生存时间.

异构无线传感器网络的转发连通覆盖方法

提出了异构无线传感器网络的最小转发连通覆盖问题,其目标是寻找一个满足以下要求的最小转发连通覆盖集(minimum relay-connecting set cover,简称MRCSC):1)活跃节点完全覆盖任务区域.从三角点阵排列可以获得节点数量近似最优的结论出发,给出了节点随机部署策略下的位置点优化选取原则,该原则着重考虑了当出现相邻节点间距离偏离3rs的情形时,能够限制不规则性的传播,最终构成近似规则的三角点阵排列.2)所有活跃节点与转发骨干网连通.由于节点到达sink的路径可能较长,导致路径的数据成功转发率较低,因而不要求节点与sink的连通,而是至少存在一条到达骨干节点、较高数据转发率的路径,因此提出了转发连通验证和增强算法.理论分析和仿真实验表明,最小转发连通覆盖集的覆盖质量与OGDC算法接近,但在提高了转发连通率的同时也有效地控制了覆盖集的规模.

异构无线传感器网络支配集拓扑控制算法

采用最小连通支配集的理论,研究异构无线传感器网络拓扑结构的优化问题.针对传感器节点的通信能力异构特性,综合通信链路质量、节点传输范围与剩余能量,构建起一种度量异构节点能量有效性的区域能量消耗率函数.利用该函数判断通信区域的能耗速率并确定支配节点的选择,设计了一种最小连通支配的分布式拓扑控制算法.实验结果表明,执行该算法构建起的网络拓扑具有通信链路可靠和能量利用高效的特点,能够大幅度提高异构无线传感器网络的生命周期.

异构无线传感器网络对移动目标的连续跟踪

针对固定节点组成的传统无线传感器网络在进行目标跟踪时存在的能耗过高和覆盖空洞问题,提出在传统传感器网络中引入少量移动性节点组成异构传感器网络进行目标跟踪的方案.基于较传统0/1监测模型更为实际的概率监测模型,提出一种协同调度移动节点和固定节点工作的算法来对移动目标进行跟踪.移动节点对目标实施近距离的移动式跟踪,减少了处于活跃状态的固定节点数量,节约了能耗.此外,移动节点可以移动进入空洞监测目标,解决了传统网络不能监测覆盖空洞中的目标的问题.基于NS2的实验结果表明所提出的跟踪方法可以大幅度减少固定节点的能耗并提高跟踪质量,证明了其有效性.

基于区域的异构无线传感器网络密钥管理

密钥管理是无线传感器网络中极具挑战性的安全问题之一。在随机密钥预分配方案的基础上,提出一种利用节点部署知识和已知区域信息的异构无线传感器网络密钥预分配方案,并分别从网络连通性、节点内存需求和安全性等方面对方案进行性能评价和模拟仿真。结果表明,相比现有密钥管理方案,本方案能提高网络的连通性,减小节点所需存储空间,并增强网络抗攻击能力。

异构无线传感器网络中多目标优化节点部署策略

针对异构无线传感器网络节点高密度部署和事件发生存在"热点区域"问题,以区域覆盖率最大和网络能耗最小为优化目标,提出了一种基于多目标优化的二进制粒子群算法,对节点部署进行多目标优化。该算法采用概率感知模型,引入强支配系数使得解分布均匀,结合Pareto最优解选择排序和基于自适应权重的适应度分配,进而获得异构节点部署解。仿真结果表明:该算法能对目标空间进行广泛搜索,与NSGA—Ⅱ算法相比,算法具有良好的收敛性,能有效地提高网络的覆盖率和降低网络能耗。

基于按对平衡设计的异构无线传感器网络密钥预分配方案

利用异构无线传感器网络中普通节点和簇头节点间的差异性,基于中心可分解型按对平衡设计构造了异构的节点密钥环,设计了2种密钥预分配方案DCPBD和VDCPBD。其中,DCPBD利用了中心可分解类型PBD,将普通区组作为普通节点的密钥环,将特殊区组作为簇头节点的密钥环。VDCPBD基于DCPBD进行了扩展,将单一核密钥替换为基于另一密钥池进行SBIBD设计出的簇间密钥环,减小了DCPBD由于单个簇头节点被俘后对整个网络抗毁性的影响。由于在设计时考虑了节点的异构特性,使用确定性方法构造了异构密钥环,使得在保持密钥连通率不变的前提下获得了更低的空间复杂度。仿真实验表明,2个方案都支持大规模网络,且单跳密钥连通率随网络规模增大而趋近于1,2跳连通率恒为1。VDCPBD还具备了更强的抗节点捕获能力和更好的网络可扩展性。

异构无线传感器网络中基于CDS树的拓扑控制方法

拓扑控制是无线传感器网络中节约能量、延长网络生命的关键技术。针对现有拓扑控制方法主要集中在同构网络中作为拓扑构建或拓扑维护单独研究的问题,提出了包含两个过程的异构网络分布式拓扑控制算法A3M。拓扑构建基于最小连通支配集构建虚拟骨干树,在保证连通性的同时关闭网络冗余节点以降低能耗;拓扑维护对网络性能进行评估,当现有网络性能严重下降时,改变拓扑以保障网络的稳定运行。理论分析和仿真实验证实算法能够以较小的时间和消息代价减少拓扑构建能耗并延长网络时间。

异构无线传感器网络中簇首的优化部署策略

分簇对用于环境监测的无线传感器网络具有较好的适应性和节能性,由高能力节点担任簇首可以更好地实现节能并改善网络性能。在大规模网络中,高能力簇首部署问题是一类NP-hard问题。同时考虑了影响网络性能的簇半径和簇首的容量限制,把簇首的优化部署问题形式化为一个整数规划问题。针对该问题,提出了启发式的基于K-平均和模拟退火混合算法的KMSA算法,对簇首节点进行有策略的部署。仿真结果表明,在不同的网络规模和簇个数情况下,KMSA可以改善网络性能。

异构无线传感器网络的基础层MAC协议设计

多跳分层异构无线传感器网络(WSN)包含周期性短数据和明显方向性数据流,根据该特点,设计一种异构传感器网络基础层MAC协议(GFN-MAC),以均衡降低基础层的能量消耗和时延。异构无线传感器网络基础层在分簇时使用CSMA协议,完成分簇后节点运行GFN-MAC协议,利用交错的周期倍增同步休眠调度模式,使不同层节点运行不同频率的激活/休眠周期。仿真结果表明,与完全同步和交错同步调度方案相比,GEN-MAC的通信时延和系统能耗较低,吞吐量较高。

异构无线传感器网络中基于选择分集的节点协作策略

为提高无线传感器网络在大量节点参与协作情形下的能量效率,提出一种带有反馈信道的虚拟协作簇间传输方案。此方案利用选择分集算法,在一定的服务质量要求下,能获得较大的选择分集增益,从而进一步降低了单位比特能耗。仿真结果表明,此方案能在很大程度上节省单位比特能耗,延长网络生命周期摘要内容。

异构无线传感器网络跨层协议研究现状

信息技术的不断发展使泛在式异构一体化综合网络应运而生,包含了节点异构性、链路异构性和网络协议异构性等特点的异构无线传感器网络(HWSN)已在众多领域得到大量应用.为进一步提高HWSN网络整体性能,对HWSN进行跨层设计已成为当前研究的一个重要途径.但目前关于HWSN跨层协议的研究仍处于起步阶段,且实际应用于HWSN的跨层协议尚不成熟.通过分析HWSN跨层设计的目的和方法,从应用层、传输层、网络层、MAC层、物理层5个层次比较了当前HWSN跨层协议并对相关协议进行研究,旨在探讨HWSN跨层设计的发展方向,为相关研究工作提供一定的参考和借鉴.

异构无线传感器网络跨层MAC协议研究现状

在异构无线传感器网络(HWSN)中,节点异构性、链路异构性和网络协议异构性使得介质访问控制协议(简称MAC协议)的研究备受关注.为提升HWSN整体性能,跨层协议设计理论及方法应运而生.但目前关于HWSN跨层MAC协议的研究仍处于起步阶段,实际应用于HWSN的跨层MAC协议尚不成熟.针对当前HWSN中主要的跨层MAC协议进行了总结、分类和比较,并从信道访问策略和跨涉层次等方面选取了较典型的协议进行详细分析,旨在为HWSN跨层MAC协议的进一步研究提供参考,并为相关研究工作提供一定的借鉴.

异构无线传感器网络组密钥管理方案设计

为解决大规模异构无线传感器网络组密钥更新能耗大、效率低的问题,提出一种基于拓扑信息的异构无线传感器网络组密钥管理方案。利用节点拓扑信息构建αβ密钥管理树,在密钥管理树的生成与更新过程中对其进行结构优化,从而减少组密钥更新的能量消耗与更新时延。仿真实验表明,该方案是一种高效可扩展的组密钥管理方案,适合应用于异构无线传感器网络中。

异构无线传感器网络中移动式目标跟踪研究进展

传统固定无线传感器网络在进行目标跟踪过程中面临跟踪质量较低、网络能耗较高等问题.引入移动节点后所组成的异构无线传感器网络提供了新的解决方法,即移动式目标跟踪.目前的研究大多对被跟踪目标的探测和定位混为一谈,本文区分了以探测为主和以定位为主的两类方法,着重介绍以探测为主的移动式目标跟踪方法的研究现状.通过对比现有方法在跟踪质量和网络能耗等方面的优缺点,揭示了现有研究存在的问题.总结了移动式目标跟踪领域存在的研究热点和趋势.

异构无线传感器网络中基于POMDP的实时调度算法

针对异构无线传感器网络节点性能存在差异和易受环境影响的特点,提出一种基于部分可观察Markov决策过程(partially observable markov decision process,POMDP)的实时休眠调度算法,使用状态转移函数和观察函数表示系统完成用户请求任务中存在的环境噪声和传输冲突等不确定性,使用回报函数表示采用不同调度策略对异构网络感知准确度和能量消耗的影响,采用基于当前信念点的在线求解算法求取最优策略。仿真结果表明:该算法能够平衡数据准确性与能量消耗,延长网络生存时间。

多级异构无线传感器网络能量优化分簇算法

针对现有异构无线传感器网络分布式分簇结构路由算法的竞选簇头机制并未充分考虑节点位置和剩余能量的影响,提出一种多级异构无线传感器网络能量优化分簇算法.该算法依据节点位置与剩余能量来改进竞选簇头的阈值函数,使得距离基站近且剩余能量高的节点被选举为簇头的机率增大,避免距离基站远的簇头过多而导致簇头死亡过早,从而优化全网能量消耗.理论分析和仿真实验表明新的分簇算法与现有的一些分簇算法相比明显提高了网络生存周期,增加了网络吞吐量.

基于井下异构无线传感器网络DV-Hop定位算法的改进

为了满足矿井安全生产和监测需要,针对井下巷道特殊环境和异构无线传感器网络特点而提出一种改进DV-Hop定位精度的解决方案。该方案考虑了井下节点分布不均匀和平均跳距之间的偏差度对定位精度的影响,在选取跳数和平均跳距的过程中均引入了一个筛选因子,从而得到更加精确的平均跳数和平均跳距,以达到提高定位精度目的。仿真结果表明:该方案能有效提高DV-Hop算法定位精度,更加适合井下弯曲复杂场景的定位。