改进群体智能算法的无线传感器网络覆盖优化

为解决无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)节点分布不均和随机部署中的低覆盖率问题,该文提出一种改进群体智能算法的无线传感器网络覆盖优化算法,即改进的黑猩猩优化和哈里斯鹰优化的混合优化算法(Improved Chimp Optimization and Harris Hawk Optimization Algorithm,ICHHO).该算法首先对黑猩猩优化算法(Chimpanzee Optimization Algorithm,ChOA)进行改进,使用Levy Flight来改善其探索阶段,然后设计一个更新的公式来计算猎物逃逸能量,作为开发和探索之间的选择因素.传感器节点随机部署后,将ICHHO在传感器节点上执行,按照改进策略更新个体位置信息,计算相应的适应程度,找到最优传感器位置,并根据传感器概率模型确定网络最优覆盖率.仿真结果验证了ICHHO对于解决WSN覆盖问题的适用性,与其他优化算法的对比结果显示,ICHHO在提高覆盖率方面优于其他算法.

改进流向算法的无线传感器网络覆盖优化

针对标准流向算法易陷入局部最优和收敛精度低等问题,提出一种融合莱维(Levy)飞行和入侵杂草策略的改进流向算法.首先,该算法在选择水流流向时引入Levy飞行机制,使水流沿最优水流位置方向做Levy飞行运动,避免陷入局部最优;其次,利用入侵杂草策略,对每一代水流进行繁殖、空间扩散和竞争操作,增加水流的多样性,扩大搜索范围,提高全局寻优能力.最后,将改进流向算法应用于无线传感器网络覆盖优化中,并与标准流向算法及其他改进算法进行实验对比.仿真结果表明,相比标准流向算法及其他改进算法,所提改进流向算法的覆盖性能有大幅提升,覆盖率可达98.52%,可实现更均匀的节点分布和更低的部署成本.

基于改进麻雀搜索算法的无线传感器网络定位研究

针对距离矢量跳(DV-Hop)算法在无线传感器网络中存在的定位误差大的问题,提出了一种基于改进麻雀搜索的无线传感器网络定位算法。首先,针对传统DV-Hop算法,修正了节点平均跳距和节点最小跳数。其次,引入Sine混沌映射、自适应惯性权重和双样本学习策略提高算法的搜索能力;最后,利用MATLAB构建仿真模型进行性能对比实验。实验结果表明:与其他节点定位算法相比,所提算法可有效提高对未知节点的定位精度和收敛速度。

无线传感器网络能量均衡混合拓扑维护策略

针对恶劣环境下无人值守的无线传感器网络能量受限特性,提出一种时间和能量混合拓扑维护策略,以达到实现节点能量均衡的目的。将拓扑控制分为网络初始化阶段、拓扑构建阶段和拓扑维护阶段,在随机部署和虚拟骨干网络构建的前提下,确立了能量和时间作为拓扑维护触发条件的合理性。仿真表明,所提出的混合拓扑维护策略使网络生命周期提升了44.6%,90%覆盖率结束时间增加了1.4倍,为无线传感器网络的节能部署提供了参考。

基于模糊评判的无线传感器网络簇间数据转发算法

由于无线传感器网络在簇间数据转发过程中消耗能量较大、转发效率低,导致数据在转发过程中容易失效。为此,提出基于模糊评判的无线传感器网络簇间数据转发算法。建立无线传感器网络模型和通信模型,明确节点的运行方式和转发数据所消耗的能量,构建模糊综合评判模型,选取梯形隶属度函数计算传感器节点的相似度和活跃度,找出最佳转发节点,完成数据转发任务。仿真结果表明,所提算法的第一个节点死亡轮数和网络失效轮数最高为167和178,在仿真轮数达到1000轮时,该算法剩余的网络能量和节点平均能量分别为4 J和0.01 J,证明所提算法在数据转发过程中可消耗最少的能量,高效率地完成数据转发任务。

抵抗泄露攻击的无线传感器网络分组加密算法

混沌作为一种复杂的动力学系统,和密码学中的很多特性具有相似性。混沌内在的类随机特性对应于伪随机序列,混沌对初始条件和控制参数的极端敏感性对应于传统密码的混乱扩散特性。结合这些特性,提出抵抗泄露攻击的无线传感器网络分组加密算法。基于混沌S盒方法完成分组初加密,生成子密钥,构建抵抗泄漏攻击的CCA安全密钥以优化无线传感器网络分组加密,通过算法输入的方式优化密钥的加密算法,定义封装密钥空间。利用CPA密钥的安全性保证加密密钥输出,满足无线传感器网络抵抗泄漏攻击的要求。仿真结果表明:所提方法的信息熵值始终高于7.99,执行时间始终低于12.1 ms,所需存储空间始终低于126 bytes,保密性能和保密效果更好,具有较高的实际应用价值。

混合灰狼-自适应蝴蝶算法下的多目标无线传感器网络覆盖研究

为提高无线传感器网络的覆盖率、减少二次部署中节点移动的能量消耗以及减少牵涉节点数目,提出了一种混合灰狼-自适应蝴蝶算法.首先,通过将灰狼算法与蝴蝶算法融合寻找最优解,在种群间优化中加入种群内部优化,提升算法的寻优能力,提高算法收敛速度;其次,在蝴蝶算法中改进自适应开关概率,根据当前迭代情况决定寻优方式,加快搜索速度;最后,在算法中融入反馈机制,引入随机蝴蝶进行漫步,防止陷入局部最优.从最优覆盖、最小冗余、最低能量消耗3个方向综合考量,建立函数模型,进行覆盖优化.实验结果表明,与其他6种算法相比,本文算法在多种场景下,有效地提高覆盖率,降低节点冗余,减少节点使用数目,降低能量消耗.

基于双镜头视野协同成像的无线视频传感器网络构建

针对地处边远地区江河湖库超大水域观测、大坝工程瞭望、恶劣天气条件下水面漂浮物检测、异常事件辨识及水体水质视觉监测等水利领域智能视频监控特有的应用需求,通过改进无线视频传感器网络(WVSN)、仿“复眼”成像以及视频边缘计算等现有的技术方法,本文提出一种基于双镜头视野协同成像的无线视频传感器网络(简称:WVSN-CI)设计新模式,为广域大范围的全域性水利智能视频监控系统建设提供前端网络设计解决方案。本文还对双镜头摄像机节点组成的WVSN-CI关键技术做出介绍,包括介绍和分析人工复眼与常规CMOS图像传感器双镜头合成,双镜(头)三核(芯)摄像机节点设备的光–机–电–算一体化设计,WVSN-CI视频数据传输协议,基于视频边缘计算的汇聚节点,以及WVSN-CI与水利信息化基础网络设施和视频主控中心的链接等内容。

面向无线传感器网络的认证密钥协商机制

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是物联网的重要组成部分,因为WSN能通过因特网将采集到的数据发送到云服务器.认证和密钥协商机制是一个重要的密码学概念,可以确保数据传输的安全和完整性.传感器节点是资源受限的设备,因此目前多数认证和密钥协商机制在计算效率上并不适用于WSN.针对该问题,本文提出了一种新的认证和密钥协商机制,该方案是一种基于椭圆曲线的轻量级认证和密钥协商方案.在eCK安全模型下,将方案的安全性规约到CDH数学困难假设之上,形式化的证明了方案的安全性.最后通过方案对比,表明文章所提出的方案实现了计算效率和安全属性之间的平衡.

面向无线异构传感器网络的三维覆盖研究

【目的】为达到增强无线异构传感器网络(HWSN)三维覆盖能力的目的,提出了一种基于改进蜜獾优化算法(IHBA)的无线异构传感器网络三维部署方法。【方法】首先,结合自适应果蝇优化算法,增强算法的随机搜索性,便于算法得到全局最优解,然后引入替换最差个体策略,避免适应度过低的个体占据种群位置,提高算法收敛速度,同时引入新个体提高种群多样性,避免算法个体早熟。【结果】将该算法应用于无线异构传感器网络的覆盖优化,相比标准蜜獾算法,其网络覆盖率提升18.1%。【结论】仿真结果表明,该算法收敛速度更快,可以有效提高无线异构传感器的网络覆盖能力,整个网络的节点分布也更加均匀。

基于TCPSO的三维无线传感器网络覆盖

针对三维无线传感器网络(3D WSNs)的节点部署问题,提出了一种基于双层混沌粒子群优化(TCPSO)算法的解决方案。利用TCPSO算法对节点进行优化部署,以提高网络的空间覆盖率。TCPSO算法通过非线性分类系数将种群分为精英种群和普通种群,分别采取不同的速度、位置更新公式进行迭代优化。TCPSO提出了基于Logistic混沌映射的递减惯性权重,用来控制算法在局部的开发,并且为了避免算法早熟,引入了Levy飞行策略增强算法的全局搜索能力。通过在1个三维网格空间中进行仿真实验,验证TCPSO以及粒子群优化(PSO)算法解决3D WSNs的节点部署问题的能力。分别在不同数量的节点数、不同的通信半径以及不同的种群规模上进行了3组实验,实验采用控制变量法,观察在不同条件下TCPSO的性能。TCPSO在全部的实验中提出的节点部署方案均明显优于PSO的部署方案。

基于无线传感器网络技术的智能物联施工安全防护系统设计

为解决传统公路施工现场安全防护系统不能实现远程监控的问题,提出了一种基于无线传感器网络技术的智能物联施工安全防护系统,阐述了该安全防护系统的总体结构及工作原理。该系统以安全帽为智能穿戴载体,采用基于ZigBee技术的无线自组网方式,实现了施工现场的实时环境数据采集,通过无线传感器网络技术将环境数据采集至物联网平台进行分析和处理,完成对施工现场的安全监控。实验结果表明,该系统可实现对施工现场安全情况的实时监控,其传输数据稳定可靠,且具备较强的抗干扰能力。

无线传感器网络的分簇拓扑控制算法研究

在层次型分簇拓扑控制算法的基础上,提出非均匀分簇EBUC的拓扑控制算法,建立无线传感网络内的多个非均匀节点簇,设置靠近基站的簇规模更小、远离基站的簇规模更大,同时合理选择簇首节点、设置节点非均匀竞争半径,采取簇间多跳路由机制,使能量水平较高的节点选择基站附近能量高的节点进行数据转发,以最大程度节省网络能量、延长网络生命期。仿真实验表明,相比于其他算法而言,分簇拓扑控制算法的节点簇拓扑稳定性、能耗均衡性更加优秀。

无线传感器网络中定位节点技术的改进与实验研究

定位节点技术中,SSO算法的搜索能力不平衡、收敛精度低,为此,提出一种混合策略的群居蜘蛛优化GSSO算法。经试验,与SSO算法相比,GSSO算法的最差、最优、平均覆盖率分别提升8.48%、7.81%、7.91%;与wDESSO算法相比,GSSO算法的覆盖率分别提升2.81%、2.59%、2.92%,这表明GSSO算法具有很好的寻优效果,且GSSO算法的平均WSN覆盖率更高。另外,基于GSSO的DV-Hop算法,未知节点的最小、最大定位误差分别为0.34m、13.20 m,定位误差小,定位精确度高。

基于区块链的水下无线传感器网络恶意节点检测机制

水下无线传感器网络具有开放共享和自组织的特点,导致其面临各种各样的威胁和攻击。针对现有检测方法存在的不公平性和不可溯源等问题,提出一种基于区块链的恶意节点检测方法。该方法利用区块链存储网络的节点数据,使用智能合约检测网络中的恶意节点,通过共识算法保证数据的一致性。实验结果表明,该方法不仅可以检测网络中的恶意节点,还能保证检测过程的公平性和可溯源性。

基于5G通信的多节点无线传感器网络路由算法研究

提出了基于5G通信的多节点无线传感器网络路由算法.通过簇头节点在网格中心的位置以及簇内节点的能量耗损情况,计算5G通信内部产生移动汇聚节点所需的能量,得到无线传感器网格划分的最佳数量.根据网络节点发送过程以及5G通信内部节点数据聚集能力受限状况,计算出最优簇头数目,得出网络分簇结果.选择合适的访问路径,更新多条路径选择策略,增强最优路径内的信息量.实验结果表明,所提算法能有效增加网络密度适应性,降低了数据传输延迟.

基于微分博弈的异质无线传感器网络恶意程序传播研究与分析

为抑制异质无线传感器网络(Heterogeneous Wireless Sensor Networks,HWSNs)恶意程序的传播,考虑节点能量和计算能力差异,提出一种HWSNs攻防博弈模型。通过计算得到攻防双方的混合纳什均衡,再结合微分博弈建立攻防双方节点转换微分方程,分析得到恶意节点比例动态演化规律。结合数值实验分析,验证有效抑制HWSNs恶意程序传播的方式。

基于分类平均跳距的无线传感器网络节点CADV-Hop定位方法

针对原型DV-Hop定位算法中平均跳距的计算产生较大定位误差的问题,提出了一种分类平均跳距的CADV-Hop算法。首先,揭示了无线传感网络中不同跳数路径的单跳距离分布不一致的现象,并分析了这种差异出现的原因与规律。其次,按照跳数对信标间路径分类再计算各类路径平均跳距的分类平均跳距。最后,在分类平均跳距所提供未知节点与最近信标节点之间更精确距离估计的基础上,结合加权最小二乘法最终实现节点坐标解算。仿真实验表明,CADV-Hop算法在不增加算法复杂度以及额外硬件的情况下有效地降低了定位误差,随着信标节点数量增加,CADV-Hop算法比原型DV-Hop算法和两种改进的DV-Hop算法具有更高的定位精度。

新工科背景下基于OBE理念的无线传感器网络课程教学设计

为提高教学质量,提升学生实践能力,提出新工科背景下基于OBE理念的无线传感器网络的课程教学设计,从课程目标设计、构建课程目标与毕业要求对应关系、建设无线传感器网络的课程内容、设计课程评价体系以及课程的实施效果方面进行详细阐述,最后依据教学效果给出基于OBE理念的教学持续改进建议。

无线传感器网络强化学习增强路由研究

探讨了在无线网络树型路由中寻找最优父节点的经典问题,分析了影响树型路由决策规则的多个指标,如接收信号强度的加权平均值、缓冲区占用率和功耗比。提出了一种基于强化学习增强树路由协议和强化学习算法在无线传感器网络中应用的系统模型,并详细说明了所提出的基于树的路由协议的基本操作,为循环检测父节点更新了算法;为了在复杂的场景中做出自适应决策,定义了一个状态空间、动作集和激励函数。通过试错找到激励最高的最佳父节点;并通过模拟比较研究,验证了父节点选择方案在性能指标(即端到端延迟、可靠性和能量消耗)之间进行合理权衡。