工业无线可充电传感网的数据收集及充电优化

随着工业的快速发展,其对工业无线可充电传感网的运行提出了更高要求,如海量传感器需要保持长时间的高强度工作状态;数据的传输需要更高的可靠性和实时性.然而,在利用多跳数据传输的工业传感网络中,传感器的转发负载极不均衡.这进一步加快了部分传感器的耗电速度,使得它们较其他传感器更快耗尽电量,并导致数据丢失和网络运行中断.针对这些问题,本文提出一种结合强化学习和边际效益近似算法的方案,以优化工业无线可充电传感网中移动充电车的移动数据收集及充电调度策略,使得每个传感器有足够的电量工作和提高数据传输的可靠性和实时性,并最大化系统效益.实验结果表明,本文所提出的方案在系统效益、移动充电车收集的数据总质量方面的性能明显优于其他对比算法.

基于条件生成对抗网络的无线传感网络多节点失效修复研究

当前主流的传感节点失效修复主要通过纠删码完成,修复后节点具有更高的空间利用率,但无法有效提升网络寿命。为此,提出基于条件生成对抗网络的无线传感网络多节点数据重构方法,完成失效修复。感知无线传感网络节点,对失效节点展开裁决,确定失效节点位置,并重构节点内数据;将获取的失效节点用于条件生成对抗网络(CGAN)框架中生成器与节点替换网络的训练,通过训练好的生成器,以失效节点为条件,生成未失效节点;为提升修复性能,使用粒子群算法寻优节点替换网络参数,完成节点重构数据置换,实现失效节点的有效修复。结果表明:利用所提方法进行修复时,能耗最高仅为17 J,剩余寿命最低可达到300 h,连通度最高可达到99.2%,具有较好的修复效果。

知识图谱特征重构下无线传感网络数据存储恢复

为了提升无线传感网络数据存储恢复成功率,保障无线传感网络数据存储安全性,提出知识图谱特征重构下无线传感网络数据存储恢复方法。通过基于知识图谱的特征重构方法优化数据存储结构;利用BP神经网络和LEACH算法,对特征重构后的数据进行融合。最后,结合多级网络编码和纠删码的原理,构建多级编码矩阵对融合数据进行多级编码,并生成多份数据副本进行存储,实现无线传感网络数据存储恢复。实验结果表明,该方法能够提升数据存储恢复成功率至90%以上,通信代价低于1.5×10^(5) Mbit/s,存储恢复时间低于0.7 ms,可以在提升恢复成功率的同时,降低存储通信代价和存储恢复时间。

基于组合加权k近邻分类的无线传感网络节点复制攻击检测方法

无线传感网络节点体积小,隐蔽性强,节点复制攻击检测的难度较大,为此提出一种基于组合加权k近邻分类的无线传感网络节点复制攻击检测方法。通过信标节点的空间位置数据与相距跳数得出各节点之间的相似程度,结合高斯径向基核函数求解未知节点的横轴、纵轴的空间坐标,确定各网络节点的空间位置;根据网络节点的属性特征与投票机制建立节点复制攻击模型,凭借组合加权k近邻分类法划分节点类型,并将结果传送至簇头节点,由簇头节点做出最后的仲裁,识别出节点复制攻击行为。仿真结果表明,所提方法的节点复制攻击检测率最大值为99.5%,最小值为97.9%,对节点复制攻击检测的耗时为5.41 s,通信开销数据包数量最大值为209个,最小值为81个。

无线传感网络拥塞控制中节点选择强制博弈方法

无线传感网络中节点数据流量较大,分布范围较广,节点选择寻优计算复杂,导致浪费大量算力在节点选择上,拥塞控制效果不佳。提出一种无线传感网络拥塞控制中节点选择强制博弈方法,计算单条网络链路传输成本,依据传输数据耗费能量,计算传输节点可用能量比值,在传输变量权重值基础上,求得传输节点实际拥堵指数,完成节点选择。计算网络连接层的数据包丢弃概率,确定网络拥塞程度,汇聚节点数据流建立节点选择强制博弈模型,明确传感网络稳态传输条件,利用流量正态分布算法,在节点选择博弈中做出强制选择。经仿真分析证明:所提方法分组递交率保持在83%以上,丢包数量保持在100 pkt/s之内,网络传输节点端到端的延迟在0.3 s以内。

基于ZigBee无线传感网络的分簇时间同步算法

在无线传感网络中,时间同步技术在信道分配、数据收发、休眠调度中都有着关键作用。目前已有的时间同步算法,有些同步精度不高,有些需要进行频繁的数据交换导致功耗过大。因此设计出能同时满足高精度和低功耗两个要求的算法势在必行。提出的算法通过改变网络拓扑结构,构造分簇函数,选出簇头,进行分簇。在新的网络拓扑中,协调器与簇头之间通过频偏补偿来保证同步的精度,簇头与成员节点之间通过三次通信消除时延进行时间同步,从而实现全网时间同步。仿真结果表明,整个网络在较低功耗下也能有较高的同步精度。

面向无线传感网络的同步时钟技术研究

考虑到传统的时钟同步技术在信息交互过程中产生的延迟具有不确定性,为了消除其对时钟同步的影响,提出了面向无线传感网络的同步时钟技术研究。通过对任意一个网络节点在真实物理时间的本地时间进行变换处理,构建无线传感网络的线性时钟模型,根据高斯分布所具有的加减特性,计算两个连续同步轮次的动态响应时间差值,在离散形式下,构建无线传感网络观测模型。通过计算无线传感网络时钟差值的均值,得到无线传感网络节点的时间戳,将无线传感网络节点数据交互误差补偿的目标函数转换成向量的形式,补偿无线传感网络节点数据交互误差,实现无线传感网络的时钟同步处理。实验结果表明,在微秒级延迟下,该技术的同步精度仍较高,可以有效消除网络信息延迟的不确定性对同步时钟的影响。

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。

基于Voronoi图的无线传感网络覆盖盲区检测方法

传感网络的空洞暴露程度较少,在检测网络覆盖情况时更容易出现误差,影响盲区的检测效果。为此,提出基于Voronoi图的无线传感网络覆盖盲区检测方法。根据节点分布关系推测无线传感网络覆盖情况,在Voronoi图的指导下排除已覆盖区域,获取具备检测条件的未覆盖无线传感网络空洞。计算网络空洞的暴露程度和节点能量,作为特征样本输入粒子群分离器中,根据分类器的输出结果,实现无线传感网络覆盖盲区检测。仿真结果表明,所提方法不同覆盖盲区数量下的检测时长低于0.2 s、不同节点数量下的检测能耗低于20 J、不同空洞圆心距下的覆盖盲区差异度最高为0.24,证明所提方法具有较好的无线传感网络覆盖盲区检测效果。

考虑时滞影响的无线传感网络蠕虫病毒自适应检测方法

无线传感网络中的蠕虫病毒攻击存在着一定的时滞情况,攻击检测难度较大。为了准确检测无线传感网络中的蠕虫病毒,提出一种考虑时滞影响的无线传感网络蠕虫病毒自适应检测方法。采集大量无线传感网络流量数据,对全部数据进行降维处理。在网络蠕虫病毒攻击存在时滞的情况下,将PGM-NMF算法和聚类分析方法相结合,实现无线传感网络节点的异常检测及分类,判断蠕虫攻击的类型,实现蠕虫病毒自适应检测。仿真结果表明:蠕虫病毒攻击时滞为12 ms时,所提方法检测蠕虫病毒的漏报率为9.3%,成功率为95.50%,误报率为0.69%,漏检率为2.9%,蠕虫病毒自适应检测耗时平均值为5.0 s。

基于多策略改进蝴蝶优化算法的无线传感网络节点覆盖优化

针对无线传感网络(WSN)的节点覆盖存在着覆盖率低、节点分布不均匀的问题,提出一种基于多策略改进的蝴蝶优化算法(MIBOA)的节点覆盖优化策略。首先,将基础的蝴蝶优化算法(BOA)与麻雀搜索算法(SSA)结合改进搜索过程;其次,引入自适应权重系数提高寻优精度和收敛速度;最后,对当前最优个体进行柯西变异扰动,提高算法鲁棒性。基准测试函数的寻优实验结果说明,MIBOA基本可在3 s内求解测试函数最优值,且收敛平均值精度较BOA提高了97.96%。将MIBOA应用于WSN节点覆盖优化问题,与BOA和SSA相比,节点覆盖率至少提高了3.63个百分点;与改进灰狼优化算法(IGWO)相比,部署时间缩短了145.82 s;与改进鲸群优化算法(IWOA)相比,节点覆盖率提高了0.20个百分点且时间缩短了1112.61 s。综上,MIBOA可较好提高节点覆盖率并降低冗余覆盖率,有效延长WSN的生存时间。

基于LoRaWAN自适应数据速率的地下无线传感网络性能评估

随着城镇化进程的不断加快和物联网技术的迅速进步,地下复杂土壤介质中的无线传感网络正成为新的研究热点。在此背景下,首先概述了基于LoRaWAN的地下无线传感网络基本架构和研究现状,接着搭建了网络仿真器并实现了自适应数据速率(ADR)调节机制在传感器节点端和网络服务端的2个优化算法,最后依据网络整体数据接收率和网络能耗等性能指标,分别从传感器节点的地下部署环境(土壤含水量和传感器埋藏深度)和LoRa物理层参数两方面进行了网络性能定量评估。结果表明,针对土壤这一复杂介质,ADR调节机制对LoRaWAN中的物理层参数具有较好的调节能力,该机制可为地下无线网络性能优化提供有利手段,有望大幅降低网络能耗。

无线传感网络中一种基于RF-GAN模型的入侵检测算法

针对现有无线传感网络入侵检测算法存在的效率低、精度差等问题,提出基于RFGAN模型的无线传感网络入侵检测算法。首先,采集无线传感网络运行数据,通过去噪、缺失补偿等步骤,完成对原始数据的预处理;然后,利用RF-GAN模型提取无线传感网络运行特征;最后,通过提取特征与检测标准的匹配,得出网络入侵检测结果。理论分析及实验结果表明:优化设计方法的入侵类型误检率明显更低,入侵数据量检测误差为0.015GB,相较于现有检测算法具有一定优势。

基于无线传感网络与UWB技术的煤矿井下采掘人员定位方法

由于传统方法在煤矿井下人员定位中应用效果不佳,不仅定位结果相对误差比较大,而且定位失败人员数量较多,无法达到预期的定位效果,为此提出基于无线传感网络与UWB技术的煤矿井下采掘人员定位方法。搭建无线传感网络场景,利用无线传感网络采集井下人员位置信号,利用自适应算法对信号自适应滤波处理,利用离散快速傅里叶变换对无线传感网络信号矩阵的各个维度做波束形成,对矩阵的各个维度传感信号进行加权合并,增强各个维度上目标信号的强度,利用UWB技术对信号传输,根据增强后的目标信号传输信息确定井下人员位置,以此实现基于无线传感网络与UWB技术的煤矿井下采掘人员定位。经实验证明,设计方法定位相对误差低于10 cm,定位失败人员数量与总人数比例为3%,设计方法在煤矿井下采掘人员定位方面具有良好的应用前景。

基于特征学习的无线传感网络入侵行为检测方法

传统的机器学习算法在无线传感网络入侵行为检测中应用效果不理想,Recall(召全率)和F1-score(召全率与精准率的调和平均数)较低,针对现行方法存在的不足和缺陷,提出基于特征学习的无线传感网络入侵行为检测方法。利用时间戳马尔可夫模型对无线传感网络进行分段,实现对网络入侵数据局部特征编码,利用深度学习网络,学习网络入侵行为特征,对网络数据标签进行数值化和归一化处理,根据入侵特征对网络行为进行分类,识别检测入侵行为,以此实现基于特征学习的无线传感网络入侵行为检测。经实验证明,设计方法Recal在95%以上,F1-score在90%以上,检测精度较高,在无线传感网络入侵行为检测方面具有良好的应用前景。

嵌入式技术下无线传感通信网络拥塞控制系统

无线传感通信网络在数据传输过程中容易出现网络拥塞,存在全局吞吐量小、端到端延时大、节点丢包率高的问题,导致网络拥塞控制效果不佳。为了解决这个问题,设计一种嵌入式技术下无线传感通信网络拥塞控制系统。设计嵌入式以太网拥塞数据交换接口电路,采用嵌入缓冲器开环控制模块结构,根据排队长度变化控制数据包丢弃率。计算接收方通告窗口大小,检测高、低优先级传输网络拥塞情况。通过计算拥塞节点发送速率来控制高、低优先级传输网络局部拥塞。将全局拥塞竞争窗口变为当前窗口,使用检测缓存队列占空率方式控制全局拥塞。测试结果表明,所设计系统最大吞吐量为2600 b/s,最大端到端延时为18 s,最大节点丢包率为2.0%,使用该系统能够提升网络拥塞控制效果。

基于MDP的无线传感网络Sybil攻击检测系统设计

在Sybil攻击下无线传感网络吞吐量会下降,因此,设计了基于MDP的无线传感网络Sybil攻击检测系统。分析无线传感网络Sybil攻击原理,以此设计系统硬件,包括无线传感模块、Sybil攻击嗅探器模块、攻击检测警报器模块。在系统硬件的支持下,构建基于MDP的攻击检测模型,即对网络节点的权值进行更新,计算不同节点间的信号传输强度值。依据信号传输强度确定节点位置,以此确定节点受到Sybil攻击情况,实现无线传感网络Sybil攻击检测。由实验结果可知,该系统在单、多Sybil节点攻击下,最大吞吐量分别为380 Mbps、248 Mbps,吞吐量保持在较高的水平,说明Sybil攻击检测效果好。

智慧园区无线传感网络能量均衡覆盖优化系统

针对传统LEACH协议存在数据传输效率较低以及节点能量分布不均的缺陷,文中从功耗和效率层面出发,提出了一种无线传感网络能量均衡覆盖优化系统。对于节点能量分布不均的问题,设计了由剩余能量因子与距离因子所组成的系统权重因子,并根据该因子及竞争半径来选择簇头。同时基于遗传算法提出了一种单链多跳路由协议,进而提升了系统的功耗水平,解决了数据传输效率偏低的问题。以某智慧园区为模型进行的实验测试结果表明,所设计系统的存活节点个数、系统剩余能量以及数据包接收数量这三个指标均大幅领先,充分说明了改进后的算法能够有效减少系统的能量损耗并提升节点的利用率,使其可以存活至1200轮,从而延长整个WSN系统的运行周期。

基于LoRa无线传感网络的农业温室大棚环境测控系统设计

温室大棚是种植反季农作物的重要设施,棚内环境参数直接决定了农作物的生产质量和数量;然而,现有的测控系统由于受天气条件等因素的影响,导致环境温湿度测试存在一定的误差;为了满足农作物的生长需求,并提高精确度,提出了基于LoRa无线传感网络的农业温室大棚环境测控系统的优化设计;通过改装传感器设备和调整数据处理器和控制器的内部结构,构建了系统数据库并组建了LoRa无线传感网络,实现了实时采集大棚环境数据和传输到系统终端;通过计算调整控制量,实现了对农业温室大棚环境的测控功能;实验结果显示,与传统测控系统相比,优化设计的系统在环境温湿度测试方面的误差显著降低了,分别降低了3.65℃和3.75%。

面向航天运载器的通用化无线传感网络设计方法

无线传感网络作为航天领域的一项新兴技术,凭其无缆化测量的显著优势,已成为航天运载器环境参数测量的重要手段。目前航天运载器上搭载的无线传感网络纷繁复杂,技术路线各异,难以有效提高产品的性能和可靠性。提出了一种面向航天运载器的通用化无线传感网络设计方法,重点介绍了通用化产品架构、设计要点、应用难点及发展思路,旨在提高产品性能及可靠性,最终形成性能分档、可靠性高的货架产品。