Heterogeneous coverage method with multiple unmanned aerial vehicle assisted sink nodes

A heterogeneous coverage method with multiple unmanned aerial vehicle assisted sink nodes(MUAVSs)for multi-objective optimization problem(MOP)is proposed,which is based on quantum wolf pack evolution algorithm(QWPEA)and power law entropy(PLE)theory.The method is composed of preset move and autonomous coordination stages for satisfying non-repeated coverage,connectedness,and energy balance of sink layer critical requirements,which is actualized to cover sensors layer in large-scale outside wireless sensor networks(WSNs).Simulation results show that the performance of the proposed technique is better than the existing related coverage technique.

跳数受限下的传感云网络多Sink节点重选址方法

当传感云网络中的Sink节点处于静止状态时,分布在其周围的邻居节点极易出现“能量空洞”,导致能量消耗不均,节点出现不同的网络生存期,影响节点间数据正常传输。为此,在限制节点跳数的前提下,提出一种多Sink节点重选址方法。基于Sink节点寿命和传感云网络代价函数引入质心理论,建立质点系并确定质心位置;将Sink节点向流量大的节点移动,并与其他Sink节点相互协作、避免发生冲突,直至到达质心位置,实现多Sink节点重选址。结果表明,所提方法重选址的节点生存时间最高为1 000 s为,数据包交付率为98%,节点平均剩余能量值高于0.6 J。

一种广域无线传感网络移动Sink节点路径规划方法

在广域无线传感网络中,大量Sink节点处在移动状态,路径规划过程易受其他节点特征的干扰,导致规划效果较差,提出一种针对广域无线传感网络的移动Sink节点路径规划方法。利用Sink数据采集协议确定节点的最佳位置,通过计算最大网络寿命成本比确定节点的最佳数量后,根据节点的最佳位置和数量规划出最大容量路径。依据最大容量路径计算出Sink节点在四个方向上的权值系数,并沿着最大权值系数的方向移动,完成广域无线传感网络移动Sink节点路径规划。仿真结果表明,所提方法的运行时间低于6 s、路径长度最长为53 cm、拐点数量少于9个、迭代次数高达69次。

基于无线传感网络的电气设备温度智能监测系统

为防止由于温度异常造成的电气设备故障,提出基于无线传感网络的电气设备温度智能监测系统。利用无线传感网络及ZigBee网络采集节点,低功耗采集并传输电气设备温度信息到监测中心,利用DNN网络构建电气设备温度监测智能分析模型,实现电气设备温度的实时输出与处理。实验表明,该系统的信息传输功耗较低;可精准监测电气设备温度,可通过界面形式展现监测结果。

无线传感器网络中多sink节点优化部署方法

大规模无线传感器网络(WSN)环境下,当网络结构采用单一的sink节点时,容易造成sink节点周围的普通传感节点因为转发大量其他节点的数据,迅速消耗掉自身能量而使网络失效。为了延长网络寿命,需要降低传感节点到sink节点的跳数,而采用多sink结构是一个有效的方法。为此,需要考虑一定规模的网络中,应该布置多少sink节点,才能使得网络寿命最大化的同时网络成本最低。基于栅格网络结构,提出了多sink节点下的网络寿命模型和网络成本模型,并采用一种新颖的方法计算最大网络寿命成本比(RLC),推导出了保证网络寿命最大化的同时网络成本最低的sink节点个数的表达式。理论结果表明,该值与网络规模、关键节点数、节点收发功率以及普通节点和sink节点的成本等参数有关。最后通过仿真实验证明了该结论的正确性。

遗传算法在WSNs多Sink节点布局中的应用

无线传感器网络应用一直受到有限资源及能量的约束,sink节点布局算法是长时期内需要研究的一个关键问题.实际情况下,由于节点资源受限或无线链路的问题,sink节点经常存在服务失败的情况.因此,提出一种无线传感器网络中多sink节点的P中值布局模型,同时使用遗传算法对属于NP完全问题的sink节点布局模型进行求解计算,并对算法的计算精度、效率进行了分析.仿真实验结果表明,基于遗传算法而提出的布局模型能够有效降低无线传感器网络的能量消耗,提高网络服务效率,延长网络的生存期.

Sink节点移动的无线传感网生存时间优化算法

为提高网络最大生存时间,提出Sink节点移动的无线传感网生存时间优化算法(LOAMSN)。该算法分析Sink节点移动时的流量平衡约束、最大传输速率约束、节点能耗约束等约束条件,将生存时间优化问题转化成优化模型。提出Sink节点的移动方法,即Sink节点利用节点的度值构建其移动路径,按照此路径循环移动收集数据。将Sink节点的移动认为是离散运动,Sink节点移动的生存时间优化模型分解成若干个Sink节点静止的生存时间优化模型,采用牛顿法求解每个Sink节点静止的优化模型,获得网络最大生存时间和节点发送数据量的最优值。仿真结果表明:LOAMSN算法能减少Sink节点停留位置上的节点能耗,平衡网络负载和节点能耗,提高网络最大生存时间。在一定条件下,LOAMSN算法比Sink节点静止时更优。

一种无线传感网的Sink节点移动路径规划算法研究

为寻找传感节点均匀分布时Sink节点的最优移动路径和最大网络生存时间,提出一种无线传感网的Sink节点移动路径规划算法(MPOA)。在MPOA算法中,将Sink节点的数据收集范围分解成多个圆环,将监测区域分解成多个网格。根据Sink节点的停留位置和多跳通信方式,采用数学公式表示每一个网格的单位节点能耗,从而获得Sink节点移动的网络生存时间优化模型。采用修正的混合粒子群算法求解该优化模型,获得网络生存时间、Sink节点的停留位置和移动路径的最优方案。仿真结果表明:MPOA算法可寻找到Sink节点的最优移动路径,从而平衡网络能耗,提高网络生存时间。在一定的条件下,MPOA算法比Circle,Rect和Rand算法更优。

WSNs中基于PMP的多SINK节点布局研究与实现

针对sink节点可布置的无线传感器网络应用,提出了一种基于PMP模型的多sink节点布局策略.该策略在桌面电脑上计算出sink节点的最优位置集来指导sink节点的布局.本文使用该策略结合一种启发式算法实现了无线传感器网络的仿真布局.仿真结果表明,该布局策略能够有效降低无线传感器网络的能量消耗,提高网络服务效率,延长网络的生存期.

能耗均衡的无线传感器网络多Sink节点部署优化方法

针对传感器网络中单Sink节点存在近距离传感器节点过早死亡、传输路径单一、传输延迟及节点失效等问题,提出了一种综合考虑网络布局和网络能耗的多Sink节点部署优化新方法。首先,为缩短sink节点到传感器节点的传输距离,建立了加权距离最小化模型;同时,为均衡网络能耗,建立了无线传感器网络能耗最小化模型。然后,根据所建立多Sink节点部署优化模型的特点,使用加权系数将多目标模型单目标化,并设计了上升启发式算法进行求解。实验结果表明,提出的多Sink节点部署优化方法既能保证网络布局最优,又进一步均衡了网络能量消耗,有助于延长无线传感器网络的生命周期。

基于深度学习的传感云sink节点最优能效SWIPT波束成形设计

为了解决传统基于最优化方法所设计的无线网络资源管理策略通常复杂度较高且实时性差,不利于在线决策制定的问题,针对基于SWIPT的传感云系统,建立汇聚(sink)节点能效最大化问题及其数学模型,然后引入深度学习方法,通过对最优化算法的学习实现更低复杂度与更高实时性的算法设计。为了实现深度学习算法在网络资源分配中的应用,首先将sink节点最优能效模型转化为高维可求解形式,设计具有迭代形式的SWIPT-WMMSE算法实现最优波束成形矢量的求解,同时证明了算法的收敛性。然后基于DNN逼近误差的传递过程推导了DNN设计准则,并通过对DNN的训练实现其对SWIPT-WMMSE算法的逼近。最后通过仿真实验分别验证了SWIPT-WMMSE算法与DNN算法的有效性,及DNN算法的逼近效果和在提升系统性能方面的优势。

矿用起重机能耗感知系统Sink节点设计

针对采用有线传输方式难以实时监测起重机能耗的问题,提出了一种基于无线传感器网络的矿用起重机能耗感知系统Sink节点软硬件设计方案。该节点采用CC2530无线射频芯片实现起重机工作参数的采集和无线收发,采用ENC28J60以太网控制器将接收到的采样数据转换成以太网数据包,上传给后台监控中心;在分析uIP协议栈的数据通信流程与特点的基础上,详细阐述了uIP协议栈在CC2530芯片上的移植,以及Sink节点功能函数的编写。测试结果验证了该设计方案能够准确地实现TCP数据包的传输,满足矿用起重机能耗感知系统数据传输需求。

基于能量感知的无线传感器网络Sink节点移动方案

节点能量直接影响无线传感器网络的寿命。为此,从保存节点能量角度入手,结合最大容量路径路由协议,提出基于能量感知的Sink节点移动方案EASM-INL,以最大化提高网络寿命。在EASM-INL方案中,传感节点依据电量水平调整传输范围,当电量下降时缩短传输范围,从而保存电量。Sink节点收集传感节点的电量数据,计算最大容量路径。只要有一条路径容量值小于门限值,Sink节点就计算正东、南、北、西4个方向上的最大容量值,并沿最小值所在方向移动。仿真结果表明,与同类节点移动方案相比,EASM-INL方案可有效延长网络寿命。

基于UKF区域交叉定位的无线传感器网络sink节点动态跟踪算法

在传感器网络中sink点(或网关)是收集信息的节点,但其生存周期受能量限制,为了提高传感器网络的使用寿命,对传感器网络的目标跟踪方式进行研究,提出基于无迹Kalman滤波(UKF)的传感器网络sink节点动态跟踪算法,以实现高效节能的资源管理和利用方式。该算法主要包括位置预测和目标定位两个步骤:首先利用UKF算法对目标节点的下一位置进行预测,通过选择各节点的开启/睡眠状态使sink节点靠近预测位置;然后通过四圆区域定位交叉定位算法对sink节点的位置区域进行局部准确定位。实验结果表明,这种动态的sink节点预测定位算法能够有效缩短数据发射传感器与sink点之间的距离,减少跳数,从而实现负载均衡降低能耗的效果。

基于多Sink节点的煤矿巷道无线传感器网络路由协议

针对传统的单Sink节点无线传感器网络应用于煤矿安全监控系统中时,远离巷道口的传感器节点无法及时、准确地将巷道深处的监测数据传输到巷道口Sink节点的问题,提出一种适用于长带状结构煤矿巷道的基于多Sink节点的无线传感器网络路由协议。该协议引入多Sink节点的无线传感器网络结构和非均匀成簇的思想,采用基于多Sink节点的功率控制算法和非均匀成簇算法,对各个Sink节点的最优通信半径、发射功率、簇首的选择和非均匀竞争半径的计算进行优化。仿真结果表明,该路由协议在连通度、延时和网络生存期上具有优势,可有效降低无线传感器网络整体能耗,延长网络生存期。

基于M／M／1／n的传感器网络sink节点过载性能研究

传感器网络sink节点的过载拥塞是影响其应用性能的重要因素.在分析了传感器网络中sink节点的收包过程后,把sink节点的收包过程概括为无线网卡中断处理和数据处理两部分.根据二级串连排队网络的理论,建立了收包过程模型并对此模型进行了过载性能分析,提出了一种自适应包丢弃的过载控制方案,并在Micaz平台上进行测试,测试结果表明该方案能够较好地解决sink节点的过载拥塞问题.

基于传输距离和Sink移动的扩延网络寿命算法

在无线传感网络WSN(Wireless Sensor Network)中,传感节点通常以多跳方式向信宿Sink传输感测数据。由于邻近信宿Sink的传感节点需要承担数据转发的任务,比其他节点消耗更多的能量,缩短了网络寿命。为此,提出一种扩延网络寿命的新算法,记为NLTA(Network Life Time Augmentation)。NLTA算法采用了节点传输距离自适应调整和信宿Sink移动两个策略。节点依据能量情况,调整传输距离,减少能量消耗,然后根据路径容量值,调整Sink的位置,平衡网内的节点能量消耗,避免信宿Sink的周围节点能量过度消耗。仿真结果表明,提出的NLTA方案能够有效地提高网络寿命。

基于质心理论的多Sink节点重选址算法

针对无线传感器网络WSNs(Wireless Sensor Networks)中Sink节点静止不动附近邻居节点易出现"能量空洞"、缩短网络生命周期等问题,提出一种基于质心的多Sink节点重选址算法。将网络中某段时间内向Sink节点发送过数据包的全部一跳邻居节点视为质点系,所发送的数据量作为质点质量,使Sink节点向着传感器节点密度大的方向移动,实现多个Sink节点相互协作,逐步逼近到该质点系的质心位置。将质心重选址算法与多Sink节点位置固定的重选址算法和COST函数多Sink节点重选址算法进行仿真对比,结果表明质心重选址算法可以有效的均衡网络负载,降低网络能耗,延长网络生命周期,提高网络性能。

动态传感器网络区域受限的移动sink路径选择研究

针对sink区域受限及节点特征参数的问题,如何规划sink路径选择以满足动态传感器网络高效数据收集及低能耗的要求,提出了一种动态传感器网络区域受限的移动sink路径选择方法。该方法在缓存节点辅助通信模式下,建立sink受限区域图模型。针对不同应用情况,分别讨论了sink移动全局路径信息已知和sink移动局部路径信息已知这两种情况下的最优移动路径。在全局路径信息已知时,采用Vornon单元划分的思想求解总传输能耗和节点平均负载;在局部路径信息已知时,采用启发式策略进行路径寻优,并证明其路径寻优的正确性。最后通过仿真实验与理论计算来验证移动sink最佳路径寻优策略的有效性和可行性。

一种能量消耗低的无线传感器网络Sink节点位置隐私保护算法研究

由于无线传感器网络的信息广播的性质,不法分子能够通过通信量分析比较容易发现Sink节点位置。传统的加密和身份验证方法不能有效地保护Sink位置的隐私不受不法分子的侵犯,从而能够监视网络的流量活动。本文提出了一种Sink位置隐私保护协议,该协议不仅能够有效地实现Sink节点位置隐私保护,而且易于实现。为了迷惑本地或异地窃取信息的不法分子,每个节点都生成假消息,这些假消息的数量取决于节点子节点的数量。仿真结果表明,本文提出的协议可以有效地隐藏接收器的位置,虽然假消息的传输消耗节点的额外能量,但网络的生命周期不会受到影响。