无线传感器与执行器网络(WSAN)研究

无线传感器与执行器网络(WSAN)能够改变环境和物理世界,正在成长为下一代无线传感器网络(WSN)。文章给出了无线传感器与执行器网络结构,介绍了WSAN简单模型与应用并分析了连通和移动WSAN的特性。

基于连通支配集的WSAN骨干网研究

作为传感器和执行器子集的WSAN骨干网,它能够支撑完成基本的数据通信操作,而连通支配集(CDS)是用于构建WSAN骨干网的主要技术之一。文章介绍了连通支配集的多种实现算法:基于集合覆盖的CDS、基于极大独立集的CDS、基于覆盖的CDS、基于IEEE802.15.4的CDS和基于多点中继的CDS,并分析了每种算法的工作原理与特点。

WSANs中基于实时性约束的actor节点优化部署策略

旨在研究基于实时性约束的actor节点优化部署策略.由于WSANs通常是随机播撒的,导致基于实时性约束的actor节点优化部署问题是NP难问题.因此,提出了基于Voronoi图的最大实时覆盖部署策略,并通过实验,与现有针对区域覆盖的部署策略进行对比.该部署策略可以使WSANs获得更好的实时性,且在收敛速度、能量消耗方面具有较好的性能.

基于最小连通支配集移动的WSANs连接恢复算法

在无线传感器与执行器网络(wireless sensor-actor networks,简称WSANs)关键任务应用中,单个或多个节点的失效可能造成内执行器节点产生网络分隔,自动检测和快速恢复来保持内执行器网络的连接性显得非常重要.论文提出了一种基于最小连通支配集移动的连接性恢复算法(minmal CDS motion-based connectivity recovery,简称MCDSR),该算法主动探测影响网络连通的割点,并为其指定最小的连通支配集.一旦检测到节点失效,备份的支配集初始化恢复进程直到网络连接恢复.并通过实验与现有的恢复算法进行比较,发现MCDSR算法在移动的节点数目、总的移动距离、覆盖度减少等方面有更好性能.

WSANs中基于六边形分区的多中心编址服务发现算法

针对WSANs中的服务发现问题,提出了一种基于六边形分区的多中心编址服务发现算法MASD。算法综合考虑了节点的通信开销和存储负担,设计了一种多中心的编址方案,此方案采用局部计算,拥有计算量小的优点。Sensor节点可按地址或者采用局部搜索的算法寻找到达附近actor节点的下一跳节点。通过实验发现,与现有的imesh算法相比,本算法具有更短的搜索距离和更少的通信开销。

基于执行器的WSAN传感器配置方法研究

传感器网络旨在通过监测环境,完成事件检测和目标跟踪功能。为了实现这一点,覆盖是任意传感器网络的功能基础,影响覆盖的因素包括随机节点撒布、节点失效、受控节点移动性耦合等。通过利用WSAN(无线传感器与执行器网络)中的节点移动性,可以设计多种不同的传感器配置方式。文章介绍了移动传感器的两种迁移方式,分析了LRV(最近最少访问)、SLD(蛇形部署)和BTD(回溯部署)3种基于执行器的传感器配置方法的原理与实现流程。

WSN/WSAN中的时间同步算法研究

无线传感器网络实现了人类对现实世界的观测,由于网络中节点可以单独监测,因此在这样的网络中节点间需要时间同步,以确定事件发生的顺序。阐述了WSN时间同步的相关问题,并从同步报文传递方式的角度详细介绍了几种时间同步算法;从定性和定量两个方面对算法进行了比较。在此基础上,针对WSAN的新特点提出算法融合的设计思想。

一种时间序列频繁模式挖掘算法及其在WSAN行为预测中的应用

该文提出FPM(Frequent Pattern Mining)算法充分考虑频繁模式在时间序列中出现次数和分布。基于这些不同分布的频繁模式扩展MAMC(Mixed memory Aggregation Markov Chain)模型提出FMAMC(Frequent pattern based Mixed memory Aggregation Markov Chain)模型。将FPM和FMAMC应用到实际的智能楼宇项目中,证明和现有算法相比FPM算法具有较好的时间性能,FMAMC模型能够比MAMC模型更准确的预测WSAN节点行为。

基于正方形区域的WSAN节点定位算法的研究

在WSAN中,执行器节点可根据传感器节点感知的数据做出决策并执行相关操作,因此其对感知到事件的传感器节点的准确定位对于实施精确的控制策略至关重要。区别于现有WSN中的非测距定位方式,利用移动的执行器节点代替WSN中的锚节点,提出了一种基于正方形区域的WSAN节点定位算法。首先通过执行器节点的移动确定待定位传感器节点所在区域,然后通过迭代不断缩小该区域,当满足定位精度要求时计算区域的质心作为待定位节点的坐标。仿真实验证明,算法能够在存在RSSI误差和GPS误差干扰的情况下取得较好的定位精度,且使用少量的执行器节点完成定位不仅能节省网络部署成本,还可以克服传统WSN中非测距定位算法严重依赖锚节点密度的不足。

基于多反应节点下WSANs路由协议研究

针对多个反应节点环境中现有无线传感器网络路由协议不能完全满足无线传感反应网络(WSANs)对能耗和实时性需求的问题,利用J-Sim对WSANs的仿真功能,设计并实现适应单反应节点选择模式的WSANs路由协议BHOER,给出仿真数据及性能分析,实验结果表明,BHOER较好地满足WSANs的应用需求。

WSAN二次分簇架构模型中实时路由策略研究

为解决无线传感器／执行器网络受到干扰导致实时性降低的问题，提出基于节点间数据传输成功率的实时分簇路由协议（RCRPSR）。通过节点一次成簇、节点二次成簇、执行器节点到sink节点路由选择，选择数据传输成功率较高的路径传输数据，降低传输失败的概率，减少数据传输时延，提高网络实时性，同时使用二次分簇架构，划分了3层网络和3种不同功能的节点，使不同功能的节点采用不同的发射功率，在保证网络连通性的同时减少能量消耗，延长了网络寿命。仿真结果表明，在网络中数据传输成功率下降时，相比传统协议，采用RCRPSR协议传输时延降低2—5倍。

基于智能天线的定向传播路由协议在WSAN中的应用

在无线传感器及执行器网络(WSAN)中,节点的协作需要通过路由协议进行大量的信息转发。传统使用全方向天线的节点存在能耗高、传输延迟高、数据包传递率低的问题。文中基于智能天线,将定向传播路由协议(ADA)应用于WSAN网络中,通过定向的转发信息减小节点能耗,降低传输延迟,提高数据包传递率。最后,通过Matlab对ADA协议和其他使用全方向天线的节点通信协议的性能进行仿真对比。实验结果表明,在节点能耗、数据包传送延迟和数据包传递率方面,基于智能天线的ADA协议优于其他使用全方向天线的节点通信协议。

一种新型的WSAN两层协作路由协议

在WSN网络中引入执行器节点构成WSAN网络,并依据WSAN网络特性提出一种新的协作路由协议———基于动态分簇的角度转发路由协议AFRPDC(Angle Forwarding Routing Protocol base on Dynamic Clustering)。AFRPDC协议由2部分算法组成:基于接收信号强度RSSI(Received Signal Strength Indication)的动态分簇算法BRCA(Based on RSSI Dynamic Clustering Algorithm)和角度转发路由协议AFRP(Angle Forwarding Routing Protocol)。BRCA算法保证传感器节点形成较为稳定的拓扑,实现传感器节点与簇头节点的协作;AFRP协议利用簇头节点的角度信息转发事件报告,实现簇头节点与执行器节点的协作通信。仿真结果表明,AFRPDC协议中节点分簇有较好的稳定性,同时AFRPDC较基于链路状态分簇的定向扩散协议DDLSC在降低平均时延和节点能耗方面有更好的表现,可满足WSAN网络对实时性、可靠性和低能耗的要求。

SAS模式下WSANs路由协议的分析与研究

针对SAS模式下现有WSNs(Wireless Sensor Networks)路由协议不能很好地满足WSANs(Wireless Sensor and Actor Net-works)应用的需求的问题,利用J-Sim对WSANs的仿真功能,设计并实现了适应SAS模式的WSANs路由协议BHOER,同时给出了仿真数据及性能分析,实验结果表明BHOER很好地满足了WSANs的路由需求。

一种基于报告频率调节的WSAN的实时可靠性传输方法

针对传感器/执行器网络(WSAN)中的网络拥塞、传输延时问题,将报告频率调节方法应用到WSAN的实时性与可靠性传输的研究。执行器通过对数据的报告频率、网络情况和数据传输可靠性的控制,来实现网络数据的高可靠性、无拥塞的实时性传输。实验仿真证明,该调节方法能有效的实现网络数据高可靠、实时传输,在一定程度上可以减少到最佳工作状态区间的收敛时间,同时减少能量的消耗。

基于QPSO的WSAN中执行器优化部署研究

为了提高WSAN的工作效率,在量子粒子群算法的基础上,提出一种WSAN中执行器节点的优化部署策略。该策略中多个粒子群在独立搜索解空间的同时,以一定的通信频率共享最优值。仿真结果表明,该部署策略可提高节点的实时覆盖率,并与最新的WSAN部署策略进行了对比。

三维环境下定向竞拍聚合协议在WSAN中的应用

当无线传感器及执行器网络(WSAN)产生服务请求,执行器节点(actor)将相互协调进行任务分配并执行任务。现有的任务分配算法中,基于市场竞拍的分布式简单竞拍聚合协议(SAAP)能够高效的利用节点资源,定向竞拍聚合协议(DSAAP)则在SAAP的基础上对下一跳节点进行筛选,限制不必要的信息转发,进一步减少了节点消耗。针对现在DSAAP在三维环境下应用的研究较少,提出三维环境下DSAAP在WSAN中的一种使用方法。仿真结果表明,在三维环境下相比传统的SAAP,DSAAP在不降低最优actor节点发现率的前提下,降低了信息包数量和竞拍信息转发延迟。

基于图论的WSAN网络修复算法研究

无线传感器与执行器网络是在无线传感网络的基础上增加节点形成的,执行器节点不同于其他节点,能够实现自由移动,同时,还能够具备更多的计算量,提升了储存能力,强化了原本的通信能力。在应用中能够实现执行器节点、环境之间的相互交互,以此达到影响环境的目的。笔者首先分析了无线传感器和执行器网络概念,其次阐述了无线传感器和执行器网络协作算法,最后进行了割点检测算法分析,该算法以仿真模型NS2、割点的拓扑修复为主。

WSAN中基于节点分区的能耗均衡路由协议

传感器节点能量消耗不均衡,是影响无线传感器/执行器网络寿命的关键问题之一。文章提出基于节点分区的能耗均衡路由协议(ERPNP),该协议在保证网络连通性的基础上,通过簇内传感器节点分区、传感器节点到执行器节点路由选择、执行器节点到sink节点路由选择等步骤,使传感器节点的发射功率尽可能的小,同时下一跳节点距离执行器节点越来越近,即选择较多节点较小发射功率的传输路径,避免选择较少节点较大发射功率的传输路径,利用较多节点分担传输能量,均衡节点能耗,提高网络寿命。仿真实验表明,相比于传统协议,ERPNP协议能够显著延长网络生存时间。

基于模拟退火的WSAN多设定值调度算法

针对无线传感器/执行器网络中多用户设定值对动态物理过程状态实时控制的问题,提出一种解决多设定值调度的算法。设计调度模型和动态物理过程的状态空间模型,在卡尔曼滤波最优估计前提下,运用模拟退火算法逐步计算最优控制,以得到全局最优控制。仿真结果表明,与基于二次规划的多设定值调度算法和跨层优化调度算法相比,该算法具有更快的收敛速度、更好的系统稳定性、更强的实时处理能力。