移动传感器网络中定位算法的性能评测

主要有3个方面的贡献:首先,发现在已有的移动传感器网络定位算法中所使用的仿真过程不能产生稳定的性能统计数据.讨论了这种现象的原因,并且提出一种定量的方法来设置仿真过程,以使得所设置的仿真过程能够产生稳定的性能统计数据.然后,测定和比较了几种典型的移动传感器网络定位算法在无障碍物部署和有障碍物部署的环境中的性能.发现在有障碍物部署的环境中,很多已有算法中提出的用以提高定位精度的技术是无效的;相反地,它们反而会降低算法的定位精度.最后,提出了几种节点可以借以评价自身位置估计的精度的度量.发现以前工作中提出的"最大可能定位误差"度量在指示单个节点的位置估计的精度时,其表现好于其他几种所提出的度量.

基于网络编码的延迟容忍移动传感器网络低时延广播传输机制

针对延迟容忍移动传感器网络(Delay Tolerant Mobile Sensor Networks,DTMSN)提出一种基于网络编码的广播传输机制(Netcoding-based Broadcast Transmission scheme,NBT)。NBT中,基站(Base Station,BS)将原始数据分批进行传输,每个批次包含的原始数据包的数量一定;BS将同一批次数据包以单播方式传输给不同传感器节点时采用的编码向量互不相关,传感器节点之间采用泛洪的机制交换彼此缺少的编码数据包。由于BS对原始数据包进行了编码,因此传感器节点具有相同编码数据包的可能性大大降低,从而减小了节点间的数据相关度,有效降低了广播时延。在随机路点移动模型(Random WayPoint,RWP)下的仿真结果表明,与目前广播时延最小的泛洪机制相比,NBT能够在通信开销基本相同的情况下有效降低广播传输时延。

用于未知环境的移动传感器网络自部署算法

针对具有可控机动能力的无线传感器网络的自部署问题,提出了一种用于未知环境的移动传感器网络自部署算法.该算法结合人工势场法与确定度网格方法,用确定度来对障碍物进行抽象的表达,通过活动窗口单元的虚拟排斥力来迫使网络扩展.仿真实验结果表明,该算法可以有效地用于移动传感器网络的自部署,网络覆盖面积在部署完成时会有显著的增长.

基于粒子均衡的移动传感器网络覆盖控制研究

现代仪器正在向着网络化和智能化方向发展,传感器网络则是具体体现之一,各个传感器测量的数据可以通过网络以单跳或多跳方式传送到控制节点,从而实现网络化的智能测量。传感器网络中各节点能否覆盖全区域,直接决定了测量结果是否为全样本覆盖集。本文在经典的虚拟力算法思想基础上,研究了基于粒子均衡的移动传感器网络覆盖控制性能,具体针对同构节点、异构节点、非规则区域等各种应用场合进行了分析和算法改进,利用仿真实验的方法验证了其性能。仿真实验证明,该算法对于同构节点和非规则区域均可以取得较好的覆盖效果和网络生命周期;对于异构网络则需要进行适当调整,将邻居区域的概念由同构节点网络中的两倍于感知范围扩展为最大的联合感知范围,使得节点在其邻居节点范围内能够维护最低限度的通信链路,就可以使其远离邻居节点,从达到预期的网络性能。同时研究了在实际应用中算法的鲁棒性,主要针对在部分节点丧失通信能力以及节点丧失移动能力时算法的性能,实验表明仍能表现出较好的网络覆盖度。

面向移动传感器网络的自适应一致性融合估计方法

研究了具有时延和通信拓扑变换的移动传感器网络(MSN)分布式融合估计问题.结合无色信息滤波、自适应一致性算法并考虑通信时延而设计的基于自适应一致性的融合结构,提出了一种名为基于自适应一致性的分布式无色信息滤波(AC_DUIF)的分布式融合估计算法.以空中移动传感器网络跟踪移动目标为例,通过仿真验证了所提算法的性能.仿真结果表明,该方法能够在以分布形式提高网络中各节点对目标位置估计精度的同时,保证节点之间的一致性,并具备对网络通信延时的适应能力.

基于运动状态的延迟容忍移动传感器网络数据传输策略

针对延迟容忍移动传感器网络(DTMSN,delay tolerant mobile sensor networks)提出一种基于节点运动状态的数据传输(MSD,motion state-based delivery)策略。MSD使用2个通信频率,传感器节点利用基站在频率f1上的广播信号完成自身运动状态和传输概率的计算,并以此作为利用频率f2进行消息转发的依据。为了提高性能,MSD中利用消息生存时间和自身消息优先传输机制来完成消息队列的管理。仿真结果表明,与现有的几种DTMSN数据传输策略相比,MSD能够以较低的通信开销和传输延迟达到较高的数据传输成功率。

移动传感器网络非均匀事件区域节点部署优化

针对移动传感器网络中热点事件监测场景,研究传感器节点的快速优化部署策略.首先假定事件随机产生,针对事件优先模型及节点感知误差函数推导基于Voronoi剖分时感知误差最小,然后定义节点有效覆盖权值,证明了当所有节点有效覆盖权值一致时,整个网络覆盖效能将达到最大.结合虚拟力及节点有效覆盖权提出一种分布式优化部署算法SDOA(Sparse Deployment Optimization Algorithm),其在保证覆盖能效最大化时保证网络连通性.最后仿真比较了本文提出部署策略能够快速有效实现对热点区域部署,并保证较高的覆盖效能.

延迟容忍移动传感器网络中基于概率复制的数据传输策略及其性能研究

该文提出了一种基于概率复制的数据传输策略PRD(Probability Replication Delivery scheme)用于空间中间断连通的延迟容忍移动传感器网络(DTMSN)数据传输。PRD由选择复制策略和队列管理组成,前者根据节点将消息传递给汇聚点的可能性,选择下一跳进行复制传输;队列管理则利用引入传输概率及复制数的消息生存时间决定队列中消息丢弃原则。仿真分析表明,与现有的几种数据传输策略相比,PRD能以较低的数据复制数及传输延迟获得较高的数据传输成功率。

移动传感器网络中目标跟踪与监测的同步优化

针对移动传感器网络(Mobile sensor networks,MSNs)中动态目标(事件源)的监测优化问题,为提高网络覆盖质量,建立基于Voronoi剖分的监测性能(Quality of monitoring,QoM)评价函数,提出基于群集控制的传感器节点部署分布式控制算法.每个节点在本地结合最小二乘法和一致性算法来估计目标相对位置.相比传统算法,本文算法只需本地和单跳通信(可观测)邻居的信息,从而减小通信时长和能耗.算法在提高以目标为中心的一定区域监测性能的同时,使全体传感器速度趋于一致,从而在尽量保持网络拓扑结构的同时减少了整体移动能耗.在目标匀速或目标加速度信息全网可知的情况下,全体传感器速度渐近收敛至目标速度,且监测性能收敛至局部最优.所采用的目标位置估计滤波算法计算简单、切实可行.

基于移动传感器网络的气体源定位

针对目前基于无线传感器网络定位气体源方法中存在的因探索区域尺寸、边界等先验知识缺失而造成节点部署困难的问题,提出了一种使用有限个低成本机器人构成移动传感器网络进行气体源定位的方法.该方法中,首先以期望拓扑结构排列的移动传感器网络节点采集气体浓度并上传至上位机;然后上位机使用非线性最小二乘方法对气体源位置进行估计,并将位置估计结果发送给移动传感器网络节点;最后由移动节点计算出目标位姿,并采用饱和控制的方法镇定到该位姿.通过上述步骤的不断循环,移动传感器网络最终将移动到气体源附近,从而实现对气体源较为精确的定位.室内自然通风环境中,使用6个自制的机器人组成具有固定圆形拓扑的移动传感器网络进行了气体源定位实验.实验结果表明,适当选择拓扑半径,该方法可在6,min左右实现精度为30,cm的气体源定位.

移动传感器网络保持网络连通性控制

针对移动传感器网络在外部干扰下容易发生网络分裂问题,提出基于多智能体蜂拥算法的移动传感器网络协调控制策略。该策略中网络各个节点和相邻节点仅进行速度和位置信息的交换,并构造一个虚拟的领导者节点,网络各节点作为跟随者对领导者的运动轨迹进行跟踪,实现网络拓扑结构连通性的保持。基于图论、Lyapunov稳定性理论和La Salle不变原理对控制协议进行理论分析。仿真实验结果表明,在外部干扰下移动传感器网络在所给控制策略下始终保持网络的连通性。

VSR:多sink机会移动传感器网络的数据收集

机会移动传感器网络可应用在野生动物监控,或利用手持设备嵌入的传感器收集城市信息等场景,往往需要将数据从源节点传输到多个基站中的任一个.提出了一个基于虚拟空间的路由机制VSR(virtual space-based routing),采用"存储-携带-转发"的传输模式实现数据收集.每个传感器节点根据与多个sink节点的期望传输延迟映射成高维空间中的一个坐标点,消息传输对应于从源节点移动到空间原点的过程.细粒度的转发决策特性,使VSR自适应于网络的动态变化,具有很好的鲁棒性.此外,VSR机制具有很低的计算和存储开销,非常适合资源受限的传感器节点.两种不同随机特性场景下的模拟实验验证了VSR机制比ZebraNet的基于历史的转发机制和随机转发机制的性能更好.

移动传感器网络中一种基于接收者的跨层传输协议

移动传感器网络中节点的移动引起网络拓扑动态变化,数据源节点到Sink节点之间往往不存在稳定的通信路径,从而对数据传输协议提出了更高的要求.基于接收者的路由不需要建立数据源节点到Sink节点的全局路由,而是由发送节点的邻居节点根据自身的位置信息按一定规则参与转发权的竞争,动态地生成下一跳的转发路径,因此能够应用于移动传感器网络.针对移动传感器网络的特性以及现有相关协议存在的缺陷,提出了一种基于接收者的跨层传输协议.该协议优化了转发优先度计算方法,设计了一种自适应的转发申请信息发送机制,采用双信道通信模式解决了转发权竞争过程中的数据碰撞和多播抑制问题,并提出了一种简单高效的路由空洞逾越机制.仿真实验表明,该协议在通信开销、传输时延以及可靠性等方面具有较好的性能.

机会移动传感器网络中的自适应数据收集机制

针对多种类型数据具有不同传输质量需求的信息采集应用,提出了一种自适应的数据收集机制。每个节点关联一个持续变化的"转发概率"参数,每个消息关联一个动态调整的"重要因子"参数,这2个参数自适应确定消息在网络中的复制次数,使数据收集机制既能满足数据传输性能的要求,又具有小的网络开销。模拟实验结果验证了该收集机制在传输性能和网络开销之间达到很好折衷。

移动传感器网络及其路由协议研究进展

针对移动传感器网络的路由协议可分为两种情况:支持单个或者少数sink节点移动的协议和支持所有节点移动的协议。对每类协议的特点和比较典型的协议进行了介绍,在实际应用中要根据具体的应用情况来设计和选择相应的协议。

移动传感器网络基于安全连接的节点位置优化

传感器节点的合理分布并保障节点间安全通信是无线传感器网络设计中的关键问题.传统的节点分布优化算法仅以提高网络有效覆盖率为目标,极易导致网络安全连接度的降低.针对该问题,从理论上对传感器网络拓扑模型进行了建模分析.结合具有快速多目标优化能力的精锐非支配遗传算法,提出一种基于安全连接的节点位置优化算法,从而保证网络实现目标跟踪和安全通信的质量效果.分析了随机部署模型与基于预知分配坐标的高斯部署模型下算法的求解性能,仿真结果表明,所提出的算法能够快速收敛于网络覆盖率和安全连通度两者的折衷点,满足无线传感器网络的实际需求.

无线移动传感器网络中动态频谱分配及协同策略

为降低复杂性并在兼顾公平的情况下提高信道利用率和减少切换次数,在无线移动传感器网络(WMSN)中提出了一种动态频谱分配及协同策略.该策略利用空闲私有频段进行无线通信,通过有效的频谱感知与分配来协同实现网络效益最大化.簇首选择合适的感知频段避免通信碰撞,而频谱分配则结合WMSN特点建立恰当的动态频谱分配模型,并转换为不带约束的优化问题,进而提出基于粒子群优化的频谱分配算法来实现优化分配.仿真结果表明,所提出的动态频谱分配及协同策略具有系统收益高、切换次数少、收敛速度快和分配公平等特点.

容迟移动传感器网络预测辅助的数据传输机制

容迟移动传感器网络利用节点间的链路在时间和空间上的连通关系进行数据传递.移动节点的接触具有不确定性,本文提出一种基于节点时空维度相遇特性的接触概率预测方法,在节点获得的时空信息不够充分的场景下,引入区间数的不确定性理论对节点间接触的不确定性进行描述,并提出接触概率的区间数比较方法.在此基础上提出一种预测辅助的动态多副本数据传输机制,该机制降低了接触不确定性对可靠数据传输产生的影响,提高了数据成功转发率.

移动传感器网络实验平台的设计与实现

本文针对无线传感器网络机动能力欠缺、无重部署能力的问题,设计并实现了一种具有机动能力的无线传感网络平台.该平台主要由一个汇聚节点和多个移动节点组成,移动节点和汇聚节点间通过多跳的方式进行数据交换.每个移动节点均具有传感、计算、通讯和机动能力,用户可以根据需要实时地改变节点的部署情况.演示实验结果表明,该平台在摄像头的监控下具有节点重部署的能力.

基于移动传感器网络的节能目标跟踪

首先证明最小化移动传感器网络的目标跟踪能耗是NP完全问题,并基于邻近图理论提出一种近似最优的分布式引导跟随算法.每一时刻离目标预测位置中心较近的节点引导较远处节点向中心移动,逐步覆盖目标下一时刻可能在的区域,整个网络在跟踪全程保持连通.证明该算法的节点运动能耗在数值上逼近最小能耗.仿真结果进一步验证了该方案的有效性.