一种能量均衡的水下无线传感器网络覆盖空洞修补方法

针对现有水下无线传感器网络空洞修补方法需要空洞边界探测、通信和计算开销大、覆盖率和能量均衡性差、水下环境模型过于理想化等问题,考虑水底地形复杂,且通常存在较大障碍物等环境因素,建立了基于能量的节点之间、区域边界、零能量空洞、低能量覆盖洞、水底地形及障碍物作用力等多维度的虚拟力模型,提出了基于上述虚拟力模型和能量均衡的空洞修补算法。该算法不需要精确的空洞边界探测,对水下复杂地形和不同环境具有良好的适应性和鲁棒性。此外,提出的对低能量节点、低能量覆盖洞冗余修补的策略,显著提高了修补后网络能量分布的均衡性,减少了因低能量节点的能量很快耗尽而出现新的覆盖空洞的频率,减少了空洞修补频次,降低了网络维护成本。

LSDR-ALOHA-Q:基于强化学习适用于大范围远距离的水下无线传感器网络MAC协议

随着对海洋开发需求的日益增长,水下无线传感器网络成为研究的热点。但由于水下环境信道可用带宽有限,传输速度和传播速度都慢,多普勒效应和多径效应严重等众多不利因素,导致水下网络性能低下。这主要是因为缺少在大范围远距离的水下网络中表现良好的媒体访问控制协议(MAC协议)。提出的LSDR-ALOHA-Q协议以ALOHA-Q协议为基础,该协议采用加入强化学习的方法,以提高信道利用率,同时结合强化学习使得该协议能够适应多变和复杂的水下环境。提出的LSDR-ALOHA-Q协议包括对时隙和帧结构的改造,使其更适合于大范围网络,通过优化时隙数,主动寻找空间复用的机会来增加信道利用率,同时通过提出一个新的退避算法来避免因为优化时隙数量而带来的Q-learning可能无法收敛的问题,即可能存在节点一直无法找到无冲突发送时间的问题。仿真表明当LSDR-ALOHA-Q协议被应用到大规模远距离的网络时可以显著提升信道利用率,同时降低冲突率和平均端到端时延。

基于模糊逻辑的水下光传感器网络机会式路由协议

水下无线光传感器网络相比传统声传感器网络具有高带宽、低时延等显著优势,是实现水空跨域通信中水下数据高速实时传输的研究热点。但由于水下光节点的传输易受阻挡且节点需要指向对准等问题,传统水下传感器网络路由协议不可避免地会出现路由空洞和冗余数据传输情况。针对上述问题,文中提出了一种基于模糊逻辑的水下无线光传感器网络机会式路由协议。首先,提出基于模糊逻辑系统的水下光信道链路评价算法,结合水下复杂通信环境建模,设计了路由度量指标的多因素融合评估;然后,基于实时链路评估数据设计节点,数据转发概率和数据包保持时间的动态设定机制;最后,提出基于概率性的冗余抑制转发算法。仿真结果表明,在典型海洋通信环境下,所提路由协议可有效提高传输效率及减少端到端时延,具有良好的网络动态适应性。

基于改进的鲸鱼优化迭代算法的水下传感器网络节点定位方法

针对水下无线传感器网络中锚节点较少、迭代误差大导致节点定位精度低的问题,文章提出了一种基于改进的鲸鱼优化-牛顿迭代的水下三维节点定位算法(Improved Whale Optimization-Newton Iteration,IWONI)。该算法首先使用牛顿迭代算法对节点距离远近关系建立对应法则,并利用目标位置估计值和修正因子为改进的鲸鱼优化算法提供动态搜索区域;其次,建立以测量误差为权重的适应度函数作为判断基准,采用改进的鲸鱼优化算法进行迭代求解,以获得最优解;最后,利用定位方程得到网络节点位置。为了验证IWONI算法的性能,将IWONI算法与时间差定位算法(TDOA-CHAN、TDOA-Taylor)、测距定位算法(最小二乘法、高斯牛顿迭代法)和牛顿迭代算法进行定位误差、收敛性能和定位成功率对比实验,并验证了节点数量对定位精度的影响。实验结果表明:(1)IWONI算法的定位误差和收敛速度明显优于其他对比算法。(2)IWONI算法在测量噪声大时的定位成功率高达92%,明显优于其他对比算法。(3)在通信半径不变的情况下,选择5~7个传感器节点可以在IWONI算法中实现定位精度与成本开销的平衡。

水下无线传感器网络抗恶意干扰技术应用及研究进展

水下无线传感器网络(UWSNs)越来越广泛地应用于海洋开发等领域,但其水声通信信道的开放性导致UWSNs容易受到水下的各类恶意干扰,各类通信抗干扰技术可有效提高UWSNs的通信可靠性。文中首先介绍了通信抗干扰技术的发展历程及其国内外发展现状,并对通信抗干扰技术的发展规律进行分析;其次分析了UWSNs中通信抗干扰的关键技术以及技术需求,最后对UWSNs通信抗干扰技术的发展应用进行了展望。

梯度化路由算法在无线传感器网络中的应用分析

无线传感器网作为一种全新的信息获取和处理技术,是当今社会研究与应用的热点。当移动目标到传感器所在的区域时,监控到目标与无线传感器网络连接,并将目标的位置传输给用户,这一过程一直是无线传感网中经典且最值得研究的问题。路由技术协同节点跟踪,参照并结合贝叶斯理论,选择网格的序列贝叶斯滤波法,利用Matlab平台,在其上创设建立网格序列贝叶斯低通滤波器仿真,并得到了最终的路由仿真模型图,促进了动态簇网格贝叶斯滤波法的定位。

基于无线Mesh自组网煤矿液压支架压力传感器设计与应用

通过研究现有无线矿山压力监测系统中液压支架传感器应用情况,发现普遍存在数据传输不稳定与传感器功耗高问题,为此利用无线Mesh自组网技术设计煤矿液压支架压力传感器,克服数据传输不稳定及功耗高的问题。以STM32L412单片机为核心处理器,定时采集液压支架压力数据,对压力数据进行处理和存储,并控制数据通过无线Mesh网络传输至监测分站,最终到达地面监测系统。设计中将无线Mesh模块唤醒机制与STM32L412单片机低功耗模式结合设计,保证数据传输可靠性同时,兼顾传感器低功耗。经过现场实际应用,所设计的液压支架压力传感器在矿井下环境中数据传输稳定、传感器功耗低,适合煤矿工作面液压支架压力采集监测。

基于移动信标的水下无线传感器网络定位算法

针对现有水下无线传感器网络定位算法定位精度不足且无法适应水下多变的网络拓扑的问题,提出一种基于移动信标的水下无线传感器网络定位算法。首先通过RSSI测距定位和DV-Hop算法获取未知节点的大致分布情况,其次以未知节点定位覆盖率作为目标函数,采用经过自适应惯性权重和柯西-t扰动策略优化的改进秃鹰搜索算法迭代求解信标节点移动的最优位置,最后信标节点移动到最优位置再对未知节点进行重新定位。仿真结果表明,与对比算法相比,移动信标节点定位算法能有效提高未知节点定位精度,在网络拓扑变化时也能保持较高的定位精度且定位效果稳定。

浅析基于工业自动化的无线传感器网络设计

针对工业现场传感器网络中的成本高昂、布线复杂及不能灵活适应动态变化等问题,本文引入无线通信技术与自动化控制策略,提出一种适合工业自动化的无线传感器网络设计方案,该方案实现传感器节点的智能控制与无线数据传输。首先,阐述无线传感器网络,包括体系结构、特点及相关关键技术,并进行详细需求分析,在此基础上设计并实现一种新的无线传感器网络,以期为工业生产带来更高的可靠性与效率。

水下无线传感器网络安全研究综述

水下无线传感器网络(UWSNs)广泛应用于如灾害预警、资源勘探等各种领域,然而易受到恶意攻击,迫切需要发展能够适应其通信带宽窄、传播时延长、时空不确定性严重等特性的安全机制。首先,该文从水下无线传感器网络的特性及安全需求入手,对其面临的安全威胁进行了分析。然后,对水下无线传感器网络中的加密、认证、信任管理、入侵检测、安全定位、安全同步和安全路由各类安全机制进行了综述。最后,对水下无线传感器网络安全研究中面临的缺少实际测试及相关数据集等挑战以及利用网络特性发展安全机制的未来研究方向进行了探讨。

无线传感器网络在配网线路优化中的应用研究

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是一种由大量低功耗、自组织传感器节点组成的网络,广泛应用于数据采集和监测。配网线路优化旨在提高配电网的运行效率和可靠性,减少能耗和故障。文章探讨了WSN在配网线路优化中的应用,通过实时监测、电流互感器(Current Transformer,CT)高位取能以及智能调度等技术手段,分析其在数据采集、故障检测以及负荷预测中的具体实现方法及其技术优势,旨在提升电力系统的整体能效管理。

基于能量预警的管道自适应水下无线传感器网络路由协议研究

水下无线传感器网络通信受环境影响,造成网络的能耗大、数据传递率低、时延大,提出了AE-VBF路由协议。该协议在VBF协议基础上进行了优化,选择候选节点时引入能量预警值并改进转发因子,考虑了节点的能量信息和位置信息,同时引入了路由管道半径算法。通过仿真分析,AE-VBF协议随着网络密度的增加,以较小的数据包传递率的降低为代价,减少了网络的能量消耗,均衡了网络的整体能耗。

一种水下无线传感器网络的密钥提取方法

由于水下无线传感器节点是由电池供电,所以节点的内存、计算能力十分有限。传统方案是利用复杂的计算来保障安全的加密算法,这将会提高能耗,大大缩短传感器的使用时长,并不适用于水下无线传感器网络。为了增长传感器的使用时长,同时保证通信数据的安全传输,提出一种以水下声信道特征作为加密随机源的物理层安全方案。方案通过合法双方互发信道探测序列,提取信道状态信息,并基于该特性采用改进的CQG算法生成密钥。实验结果表明,与传统CQG算法相比,上述方案在密钥不一致率略微降低的情况下,能够有效提高密钥生成效率。

一种在线迭代的水下随机传感器阵列生成算法

水下攻防对抗体系逐渐向无人化、网络化发展。为降低水声通信对水下传感器网探测能力的制约,首先分析了水下通信方式的应用特点,提出了水下随机传感器分布式阵列通信方式应用方案。然后结合凝聚式分类技术,建立距离矩阵和通信关系矩阵,提出了一种基于通信距离的在线迭代阵列生成算法,并给出了算法流程和计算实例。最后通过仿真试验验证了算法的有效性,并与规则阵列进行了对比分析。

水下无线传感器网络

水下无线传感器网络是一种包括声、磁场、静电场等的物理网络,它在海洋数据采集、污染预测、远洋开采、海洋监测等方面取得了广泛的应用,将在未来的海军作战中发挥重要的优势。描述了水下无线传感器网络的研究现状,给出了几种典型的水下无线传感器网络的体系结构,并针对水下应用的特点,分析了水下无线传感器网络设计中面临的节点定位、传感器网络能量、目标定位等诸多难题,最后根据应用需求提出了水下无线传感器网络研究的重点。

无线传感器水下监测网络稀疏采样和近似重构

无线传感器网络在水下生态环境的监测方面有着广泛的应用,但是常常会碰到能量缺乏和生命周期较短的问题。为了克服这些问题,基于压缩感知理论,提出了一种网络节点调度和稀疏采样的优化方法,与传统的无线传感器网络节点调度方法不同,它采用随机概率采样模型,只对整个网络的一个子集进行采样,这是一种"物理静止,逻辑动态"的随机调度方案,节省了有限的带宽和能量。同时该方法在节点调度过程中,引入了状态转换图,对节点的状态进行分类控制,增加了网络覆盖要求和最小观测数等约束条件,使得设计的稀疏选择矩阵更为合理。同时研究了在满足最小l1范数的条件下,基于组合算法对稀疏信号进行重构的方法。实验的结果表明,与传统的无线传感器水下监测网络相比,基于上述节点调度方法所构建的无线传感器水下监测网络,具有较低的能耗和较长的网络生存时间,并且能对稀疏采样后的信号以较大的概率进行近似重构,使得重构信号逼近原始监测信号。

基于Parzen窗的水下无线传感器网络目标定位方法

水声通道复杂多变,使得水下无线传感器网络中节点出现失效的情况,影响了多节点的目标定位性能。为解决这一问题,该文提出一种基于Parzen窗的方位交线定位方法。该方法利用Parzen窗分析所有交点的分布特征,估计目标可能出现在某个位置的概率,将概率最大值对应的点作为目标的估计位置。由于概率分布是非线性、多峰值的,采用带有惯性权重的粒子群算法去求解。仿真实验结果表明,所提方法能够在节点失效的情况下获得较高的目标定位性能,具有较好的鲁棒性。

一种水下无线传感器网络的连通性覆盖算法

研究了水下无线传感器网络随机布放条件下的连通性覆盖问题。针对节点通信半径小于2倍的感知半径时,不能达到连通性要求的问题,给出一种连通性最差情况下(通信半径等于感知半径),连通性覆盖算法唤醒机制。唤醒机制中,充分考虑能量以及节点之间的距离信息来选择进入工作状态的最佳节点,使得网络在满足覆盖性要求的基础上,保证了节点之间的连通性要求。最后通过仿真分析,验证方法有效性。

一种基于多普勒效应的水下无线传感器网络时间同步机制

时间同步是无线传感器网络的基础问题。电磁波在水下环境的传输衰损极大,为此水下无线传感器网络通常采用超声波实现信息传输。由于超声波较低的传输速率和传感器节点在水中的运动,必将导致严重的信号传输延迟。构建了一种基于多普勒效应的水下无线传感器网络时间同步机制,通过检测接收到的超声波频率变化来实现时间同步校正。基于MATLAB实现了该同步算法的仿真。实验结果显示,传感器的采样时间间隔越短,移动速度越快,在水中所处的深度越小,整个系统的同步性越高。

水下无线传感器网络定位技术研究进展

水下无线传感器网络和浮标网络定位技术是当今海洋测绘领域的新技术。浮标网络定位技术结合了全球定位系统和水声测量定位技术,可有效地为水下目标进行定位和导航。水下无线传感器网络由大量廉价微型传感器节点组成,可用于实时监测海洋环境的变化、节点定位、水下目标定位和导航等。详细分析了浮标网络定位技术的不足,介绍了水下无线传感器网络,深入剖析了水下无线传感器网络定位技术的发展现状,指出了需要解决的技术难题,为水下无线传感器网络的后续研究提供参考。