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。

5G环境下具有介质访问控制感知的无线网络编码方案

为优化5G无线网络环境下单波流的网络编码,提出一种具有介质访问控制(MAC)感知的随机线性网络编码方案。由于流间网络编码假设条件是即时解码和反馈信道可靠,其在5G环境下不多常见。因此,所提方案使用随机化处理方式,从有限域GF(2)中均匀随机地选择出数据包变量,源节点不需要采集来自接收器的反馈帧,通过优化MAC开销来缓解数据包相关信息的影响。在TelosB motes试验台进行验证,结果表明,对于单跳数据发布和多跳无线路由,所提方案使用Block ACK握手,可以高效采集反馈信息,且能够大幅降低数据包传输时间,最高降低42%。

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。

基于网络编码的无线多跳网络寿命优化模型研究

针对无线多跳网络的寿命优化问题,通过将无网络编码、双向网络编码和侦听网络编码的寿命优化问题转化为线性约束规划问题,提出一种基于网络编码的无线多跳网络寿命优化模型。在该模型中,基于功率控制模型、数据流个数、业务需求分布和每个节点初始能量的随机拓扑模型,首先对这三种不同情形下的网络寿命优化问题进行建模。然后使用内点法对这些问题进行求解,最后评估网络寿命。通过对多种情况下网络编码对网络寿命的影响进行仿真,验证了模型的有效性。仿真结果表明,在弱功控情况下网络编码可以取得较好的网络寿命增益,且该增益随数据流个数的增加而增加,相对于侦听网络编码方法,双向网络编码方法在取得相近性能的同时,具有更低的计算开销。

无线传感器网络容错低功耗自适应分簇算法

针对成簇阶段因缺少容错性而无法保证数据可靠性的问题,提出基于局域世界的无线传感器网络容错分簇算法。以局域世界的社团理论和符号网络结构平衡理论为根本,构建由多个簇组成的局域世界下无线传感器网络拓扑结构。融入势博弈和最优刚性子图的概念,根据集聚系数较小边的所在位置,优化网络拓扑结构。以优先级理念与带宽预留技术为支撑,设计容错机制。将节点与簇的剩余能量作为簇头选择依据,采用低功耗自适应集簇分层型协议获取容错分簇簇头,实现无线传感器网络容错分簇。经实验检验,所提算法能够有效解决节点失效过早、失效速率过快等问题,容错分簇后减少死亡节点与节点能耗,增加运行周期,加强吞吐能力。

基于UWB技术的矿井低功耗无线传感器网络研究

针对煤矿井下各类参数有线监测系统的布线复杂、维护困难、扩展性差等问题,基于UWB技术研究了矿井低功耗无线传感器网络,采用STM32L151微处理器和DW1000芯片设计了具有自动组网、数据多跳传输和测量距离等功能的传感器节点。详细介绍了矿井低功耗无线传感器网络的组网机制、传感器数据多跳传输技术和低功耗休眠算法等关键技术。试验结果表明,传感器节点入网时间与网络深度成正比,网络深度每增加1级,入网时间就增加1个数据传输周期;传感器数据传输时延不超过1 s,通信距离可达100 m,未入网时的平均工作电流为230μA,已入网时的平均工作电流为680μA。该无线传感器网络为煤矿安全监测系统提供了一种低功耗、低成本且高可靠性的数据传输通道和平台。

基于长短期记忆网络的无线通信智能抗干扰研究

为提高无线通信网络的抗干扰能力,提出一种基于长短期记忆(LSTM)网络的无线通信智能抗干扰方法。首先,结合无线通信抗干扰的原理,提出深度学习的通信抗干扰基本思路;其次,采用基于长短期记忆网络的逐时隙频谱状态预测方案进行空闲频谱预测;最后,根据预测结果进行空闲频段优化选择,以实现跳频通信。实验结果表明,在3 GHz频点中,逐时隙预测的信道状态信息与真实信道状态信息相同,预测结果与真实结果一致,说明采用所提方法可准确预测到下一时隙的信道状态并进行跳频频段选择,这有助于用户提前避开干扰,保障用户的通信质量。

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。

多跳无线网络中基于网络编码的多路径路由

提出了一种基于网络编码的多路径路由机制CAMP(networkcoding-awarem ulti-path routing).该机制能够根据路径的可靠性和编码机会,动态地在多条路径上进行数据包的传输.CAMP的路由发现机制能够向源节点返回多条可能的路径以及各条路径的每条边上的ETX(expected transmission count).与以往的多路径路由机制不同,CAMP可以通过转换它的传输路径来动态地创造而非仅仅等待编码机会.利用这一独特的路由机制,CAMP可以让多条路径分摊网络流量负载,并且最大化路径转换收益,从而改进网络的吞吐量.实验结果表明,在无线网络的数据传输过程中,CAMP能够取得比其他路由机制高得多的网络吞吐量.

基于E-TMAC无线传感器网络恶意信息检测方法

网络编码是提高网络通信能力的有效方式,它不仅可以提高网络的吞吐量,而且网络鲁棒性强、能耗低,在资源受限的无线传感器网络中非常适用。针对大规模无线传感器网络,不具有同态编码性的MAC数量会随着编码而成倍增加,使得靠近目的节点的区域出现能量瓶颈,容易造成网络分割。为解决此问题,引入了基于UHF(universal hash function)的MAC,使得TMAC具有异或编码性。与TMAC相比,E-TMAC(enabled timestamp-based message authentication code)方法不仅可以检测数据污染攻击,还可以检测重放攻击且不需要复杂的解密操作。此外,所提出方法减少了下游节点的验证开销,有助于在大规模的无线传感器网络中使用。

多跳无线网络中基于节点编码感知的组播路由协议

针对在编码感知组播路由协议CAMR中存在中间转发节点因计算编码流对不完全且有错误而导致不能充分发现节点的编码机会,以及RREQ请求分组中存在冗余开销和编码感知度量值重复计算等问题,提出一种适用于多跳无线网络的节点编码感知组播路由协议(node network coding aware multicast routing protocol,NAMP)。NAMP协议对节点编码流对算法进行了优化,以保证所计算出的编码流对具有可解性和完整性。在路由请求阶段,该协议去掉了RREQ分组中因循环添加中间节点的邻居信息和丢包率信息而产生的冗余信息,在路由回复阶段,该协议优化了中间节点收到多个RREP分组的回复方式,在不影响原有数据传输功能的前提下减小了网络开销。仿真结果表明:与CAMR和MAODV两种现有协议相比,NAMP协议提高了网络吞吐量,降低了网络控制开销,其中平均吞吐量提高了25.6%,网络控制开销降低了8.1%。

无线传感器网络DV-Hop定位算法的改进

在无线传感器网络中,节点定位占有极其重要的一席之地。无需测距方案中的DV-Hop算法因其计算简单易于实现得到广泛应用。传统DV-Hop算法不能够提供相对好的定位精度,为了保证定位的准确性,文章对DV-Hop算法进行了优化。在优化算法中,采用加权误差修正锚节点的估计平均跳距使其更加接近实际值,之后采用二维双曲线算法代替三边法或最小二乘算法确定接近实际位置的待测节点坐标。仿真结果验证了文章提出算法在无线传感器网络中定位的准确性。

基于模糊逻辑的无线传感器网络静态节点自动分类方法

随着无线传感器网络节点数量增加,其间的关联关系逐渐呈现模糊化,导致在对节点进行分类时,需要多次迭代才能找到其中的关联规则,导致容易出现高比例错误分类的情况,提出基于模糊逻辑的无线传感器网络静态节点自动分类方法研究。在原关联规则的基础上引入模糊逻辑,结合构建的模糊规则推理分析了节点消息剩余生存时间比值和节点消息跳数的隶属度,利用规则阈值将静态节点分为两类:“高优先级”和“低优先级”。实验结果表明,设计方法将静态节点分类为非静态节点的比例低于0.07,将非静态节点分类为静态节点的比例始终低于0.08,正确分类为静态节点的比例始终高于0.93,具有明显优势。

多跳无线网络通用网络编码结构研究

编码结构是决定运用网络编码与否的一个重要因素。根据多跳无线网络的特点,在现有的网络编码结构的基础之上,提出三种可以在无线网络中进行网络编码的通用编码结构:泛I型、泛Y型和泛X型结构。研究了网络节点对于这三种编码结构的发现、编码和解码的具体算法和过程,并对所提出的三种通用编码结构的编码有效性进行了实验仿真,仿真结果表明,编码结构的使用可以有效提升无线网络的平均吞吐量。

基于地理位置和多阶邻节点辅助的编码感知无线多跳网络路由协议

提出一种适用于无线多跳网络的基于地理位置的多阶邻节点辅助的编码感知路由协议(LFCR).LFCR基于数据流间编码思想,借助地理位置信息,在建立路由时,综合考虑编码机会和传输能够带来的数据包正向前进位移,在创造具有编码机会路径时,避免了路由过度绕远.仿真结果表明,相比于经典编码路由协议COPE,LFCR能够显著提高网络性能.

无线多跳网络中网络编码感知的机会转发机制

提出一种适用于无线多跳网络的网络编码感知的机会转发机制(NCAOF,Network Coding-Aware Opportunistic Forwarding).NCAOF利用无线信道的广播特性,结合机会转发和网络编码,动态确定有编码机会的节点进行编码后机会转发,从而比传统的采用预定节点的转发机制获得更多编码机会.分组转发过程中,中间节点考虑局部拓扑信息及自身负载情况,通过定义的编码收益函数评估节点的机会转发效能,动态选择能获取编码性能更好的分组进行机会编码,并基于编码收益赋以编码分组动态的转发优先级,有效利用编码机会同时避免冗余转发.实验结果表明,相比传统的基于网络编码的转发机制,NCAOF能获得更好的编码机会,并有效提高了网络的吞吐量和分组送达率.

基于网络编码的无线单跳传输框架的研究与实现

为了解决无线链路易出错从而降低传输效率以及由于重传导致数据流间传输不公平,基于网络编码的思想,在无线单跳传输结构下,提出了基于编码组的传输模型,并根据中心站点的传输数据不同,分为内部数据传输模型和外部数据传输模型。基于上述传输模型,提出了一种基于编码组的数据传输框架。最后通过仿真实验,分析了ARQ单播策略、FEC单播策略和编码组传输框架的传输延迟,同时还对它们的传输吞吐量进行分析比较,并且在节点突发出错情景下分析ARQ单播策略、FEC单播策略和基于重传的编码组传输框架的吞吐量变化。实验表明:FTCG能够提高传输效率,并且在节点突发出错情景下能有效解决由于节点突发出错而造成的系统吞吐量急剧下降问题,保证了数据传输的公平性。

编码感知多跳无线网络安全路由协议

分析了网络编码系统DCAR"编码+路由"发现过程存在的安全问题,提出了适用于编码感知安全路由协议的安全目标,设计了基于DCAR的编码感知安全路由协议DCASR,DCASR协议利用密码学机制保证可信路由建立和正确编码机会发现。为建模多跳无线网络特征和分析路由协议安全性,引入线程位置和线程位置相邻概念扩展安全系统逻辑LS2,提出了分析路由协议安全性的逻辑LS2-RP。LS2-RP用线程邻居集及邻居集的变化描述多跳无线网络的动态拓扑关系,用广播规则模型化多跳无线网络广播通信特征。最后,用LS2-RP协议编程语言描述了DCASR协议,用LS2-RP的谓词公式和模态公式描述DCASR协议的安全属性,用LS2-RP逻辑证明系统分析了DCASR协议的安全性,证明DCASR协议能够满足安全目标。

基于网络编码的无线多跳自组网连接性增强

为了向无线多跳自组网的规划与设计提供依据,分析了物理层网络编码和网络编码分集对无线多跳自组网连接性的影响.通过对网络可供维持的路由跳数的理论推导和数值分析发现,与物理层网络编码协作发射相比,网络编码分集协作发射能极大地提高系统可供维持的路由跳数,其增益达3以上,极大地增强了网络连接性,从而提高了网络的吞吐量.