无线传感器网络中瓶颈节点的研究

无线传感器网络中的“瓶颈节点”是指那些由于随机部署的原因而不得不成为连接两个或多个区域的孤立的节点.相对于其他节点,这类节点对网络的生存期有着更大的影响.如何找出这些“瓶颈节点”在图论中是一个找到最小割集的问题.基于实际部署的可行性,提出了一个新的“准瓶颈节点”的概念,它对网络具有与“瓶颈节点”类似的影响,但是可以很容易地通过分布式算法找出来.通过分析和仿真,证明了“准瓶颈节点”对网络行为(包括能量消耗速率、丢包率)的巨大影响.最后,提出了一种分布式算法来发现这些节点,并提出了两种有效的解决思路来减小它们的不利影响.

无线传感器网络瓶颈节点判断及路由方法研究

针对无线传感器网络中存在的由于其失效导致网络节点割裂成互不连通的各部分的瓶颈节点问题,从一类准瓶颈节点角度出发,提出了基于节点间连通关系的聚类划分方法。在此基础上,建立了瓶颈节点的判断方法,进而从均衡节点能耗的角度,提出了基于最小跳数多路径选择的减轻准瓶颈节点和瓶颈节点影响的路由方法。仿真结果表明,应用这些方法的传感器网络,不仅能够有效的判断瓶颈节点,而且能够均衡准瓶颈节点和位于瓶颈节点前的汇聚节点的能耗,从而延长网络寿命。

基于移动节点的无线传感器网络中的瓶颈节点

"瓶颈节点"是在无线传感器网络中由于随机部署的原因产生了连接两个或是多个区域的孤立节点。由于这类节点对网络的生存周期存在着很大的影响,提出一种分布式瀑布型移动方案。该方案减少了节点移动的距离并节约了节点移动所消耗的能量,同时也减少了网络覆盖初始化的时间;通过移动一定数量的节点到"瓶颈节点"的附近来均衡节点的通信量,进而延长了整个网络的生存周期。仿真实验结果表明,该方法可以有效地提高整个网络的生存周期,均衡了节点的能量消耗,并缩短了节点重定位时间。

无线传感器网络局部瓶颈节点的分布式检测算法

为减轻网络的负担,提出了"局部瓶颈节点"的概念及其分布式检测算法.该类节点具有与瓶颈节点类似的影响,但检测算法更简单可行.特别地,对于布设在带状区域的网络,证明了当布设区域宽度不超过槡3/2倍节点通信半径时,即可根据一跳邻居信息判断一个节点是否是瓶颈节点.结果表明,邻居节点数平均为10时,采用提出的分布式算法,被测节点成为局部瓶颈节点的概率仅为准瓶颈节点的1/4,从而提高了判断的准确性,降低了网络维护成本.

多瓶颈节点ATM网络预测拥塞控制方法

应用广义预测控制(GPC)方法,对多瓶颈节点的网络设计了一种ABR反馈控制方法,保证了闭环控制的稳定性,降低了网络的拥塞程度和持续时间,最大化了网络资源的利用率,同时极小化了高优先级业务对系统性能的影响.

Ad-Hoc网络中的瓶颈节点性能分析

由于在MAC子层上采用公平的无线电资源共享,Ad-Hoc网络趋向于在所有的活动节点之间平等地共享信道容量,而对负载考虑较少。这种共享策略的一个潜在缺陷是,为多个流充当中继的节点可能会成为Ad-hoc网络的性能瓶颈。为了从流的层面对这种节点的网络行为进行分析,首先描述了一个以IEEE 802.11为底层技术的Ad-Hoc网络的简单场景,然后在此基础上对该场景进行数学建模,并对其中的节点进行性能分析,最后给出模拟结果。

基于介数中心性重要节点的能量均衡机制

针对无线传感器网络中瓶颈节点和准瓶颈节点对网络影响的特例性问题,将重要节点的概念推广到对节点介数的研究,提出了基于介数中心性重要节点的能量均衡机制。该机制将介数值大于网络平均介数值的节点判定为重要节点,并利用重要节点的邻居节点建立缓冲机制来减少其数据的转发次数,在牺牲较少数据传输延时的情况下节省了介数中心性重要节点的能量消耗。仿真实验表明该机制能够较好地均衡无线传感器网络中的节点能耗,提高了网络生命周期。

WSN中数据传输瓶颈问题解决方案研究

通过对常见的无线传感器网络(WSN)进行研究,分析了WSN中数据传输瓶颈节点形成的原因。为了解决瓶颈节点,结合数据压缩和数据融合技术以减少传向汇聚节点的数据量,在汇聚节点以上使用高速网络,当数据量超出汇聚节点的处理能力时,在汇聚节点采用根据兴趣或数据的优先级对数据进行选择性传输,给出了解决瓶颈节点的一般化方案。

多瓶颈链路ATM网络的拥塞控制

基于含有多个瓶颈节点的ATM网络模型,设计了ABR流量显式速率控制器来解决多瓶颈节点网络的拥塞问题.给出了系统稳定的充分条件,并针对变化的ABR用户数量,给出了对可控ABR用户数实时估计的方法.最后通过在不同条件下的数值仿真,验证了所设计的控制算法不但可以克服多个传播时延给控制带来的不利影响,有较强的鲁棒性,而且还可以很好地预测ABR用户数量的变化.

基于节点轮换的无线传感器网络节能策略研究

针对节点冗余造成无线传感器网络(WSN)瓶颈节点能量消耗过快的问题,提出了一种基于节点轮换休眠的能量优化方法。首先建立了WSN能量优化的多目标数学模型,利用多目标规划问题的标量化处理将问题转化为单目标优化问题。然后提出节点轮换休眠策略算法。实验表明,本算法对WSN优化后的能量节约率在20%以上,且瓶颈节点能量消耗更加均匀。因此它能有效提高无线传感器网络的性能,是一种应用性较强的WSN能量优化算法。

基于移动—能量代价函数的无线自组织网络路由策略研究

能量均衡技术一直是无线自组织网络的热点研究领域。在深入研究网络信息传输特性的基础上,提出了一种基于移动—能量代价函数的无线自组织网络路由策略,并用于网络信息传输。首先,本文考虑节点连通性、能量均衡性,提出了一种节点移动策略;然后,以传输路径节点集合中的瓶颈节点剩余能量、传输链路数量作为准则,建立以网络节点为对象的能量代价函数。基于移动—能量代价函数的路由策略从链路层的决策转移到节点层的决策。最后,采用MATLAB数值仿真该路由策略的性能,结果显示:本文提出的移动—能量代价函数的路由策略既保持了原有路由优化的精度,延迟网络瓶颈节点能量下降速度,提高网络生存时间。

基于网络流路径模型的军事通信网可靠性分析

考虑军事通信网中节点的不同功能属性、节点之间的关联协作和信息流动的方向性,结合网络流理论,构建一种符合军事通信网特征的网络流路径模型。在此基础上定义基于时延的通信可靠性和通信节点重要度,用以表征网络实际运行的可靠性。分析军事通信网在一般情况和突发性情况下的通信可靠性,结果显示通信可靠性均存在峰值,反映出军事通信网的可靠通信能力,进而计算通信节点的重要度,找出网络的瓶颈节点。通过分析通信节点负载情况,验证了该模型的有效性。

基于加权路由思想的无线自组织网络生存时间优化算法研究

在无线自组织网络中,网络生存时间是衡量网络性能的重要指标之一。分析影响网络生存时间的众多因素后,提出了一种工作量加权路由模型以提高无线自组织网络的生存时间。在网络信息传输的过程中,综合每条链路的业务工作量对网络链路进行加权,建立距离加权传输数学模型。该模型通过降低工作较为繁忙节点的信息转发概率,从而到达均衡节点能耗的目的。最后,采用MATLAB进行数值仿真,结果显示本文提出的路由算法可以有效延迟网络生存时间,均衡网络节点的能耗。

无线传感器网络的概率统计分析

无线传感器网络在军事,环境与监控,地震与气候预测,地下、深水以及外层空间探索等许多方面已显示出广泛的应用前景。无线传感器网络内部结构的不同直接影响系统功能,从复杂网络的角度具体介绍和深入分析了衡量网络拓扑的数学特征。此外,讨论并通过实验证实了准瓶颈节点定义及算法的缺陷,并计算了一些网络特征量。

基于多传感器信号传输网络的TCP增强方法

为了解决多传感器信号传输中端到端TCP协议存在的如高丢包率、带宽不稳定、动态拓扑以及存在由于多信号同时传输产生拥堵,导致网络传输性能降低等问题,提出了一种基于多传感器信号传输网络的传输控制协议M-TCP.M-TCP采用了一种基于瓶颈节点信息反馈的新的流量控制机制,取消了慢启动探测网络带宽阶段,在连接建立后便采用较理想的发送速率进行数据传输,成功避免了传输振荡.结果表明,M-TCP在数据吞吐量、丢包率和传输延迟等方面具有较大优势,能够很好地提升传输网络的传输性能.

大规模WSN的三层拓扑架构及其拓扑控制

针对多sink的大规模WSN,提出一种新的三层网络拓扑架构,以解决现有平面型和两层分簇型拓扑架构与大规模WSN环境不相适应的问题;在分析各层数据通信策略的基础上,重点研究了基于瓶颈sink节点的关键层拓扑控制算法,为核心层数据通信提供可靠性支持。仿真实验表明,所提出的大规模WSN三层拓扑控制结构和拓扑控制算法有助于平衡全局通信负载,控制关键通信层能量消耗,提高网络监测的鲁棒性。

基于负载均衡的高能效LLN路由协议

由于低功耗有损网络LLN (low power and lossy networks)呈树形结构且节点的能量受限,一旦网络中出现能量瓶颈节点而未及时处理,将会严重影响网络各方面性能。因此提出一种基于负载均衡的高能效LLN路由协议。当检测出能量瓶颈节点后,对溪流计时器重置策略进行改进,及时将能量瓶颈节点能量不足的状态通告给其子节点。提出一种能量瓶颈节点子节点的切换机制,旨在降低能量瓶颈节点的能耗速率,实现节点高能效。仿真结果表明,该方法在网络生存时间和节点死亡率等性能方面优于现有路由算法,其中网络平均生存时间延长了10.53%,节点死亡率降低了18.59%。

低功耗有损网络中的能量均衡高效路由协议

在根据路径瓶颈节点寿命选择最优父节点的低功耗有损网络路由协议(RPL)中,待加入节点未考虑其他节点产生的流量对父节点产生的影响,且在节点加入网络后会导致路径瓶颈节点发生变化。针对上述问题,提出一种基于能量均衡的RPL高效路由算法(EBHE-RPL)。在节点加入网络之前,采用目的地通告确认消息分类发送机制减少父节点发送的控制包数量,并通过父节点流量累计机制使计算出的瓶颈节点寿命值与实际值更接近,从而使待加入节点能更准确地确定最优父节点。在节点加入网络后,采用路径瓶颈节点再预估机制,避免后续节点误选瓶颈节点的情况。仿真结果表明,与RPL和EB-RPL算法相比,EBHE-RPL在延长网络生存时间、均衡网络能量方面性能较好。

一种改进的WSN数据收集方案

目前基于树的数据收集方法经常会造成节点负载不均衡、树的高度无法控制等问题,从而使得数据收集延迟加大。针对该问题,提出一个新的数据收集算法(DBDG)。该算法从一棵最少跳数树出发,迭代地选择网络中的一条边加入树,通过限定树的高度满足延迟限定,采用使树上瓶颈节点的度最小化来延长树的生命周期。仿真实验结果表明,与目前已有的协议相比,该算法能在限定的高度内构造生命周期更长的生成树。

无线传感器网络能耗均衡的流量调节机制

结合自回归滑动平均(ARMA)流量预测模型,提出一种二级流量调节机制(2-LFA)。节点根据模型周期性地预测下一阶段流量,与预定义的2级流量阈值作比较,选择执行最恰当的数据转发方式。过载节点通过在低负载兄弟节点和高流量子节点间建立临时虚电路,避免因流量过大而快速死亡。仿真实验结果表明,与一级流量调节和不带调节机制的路由协议相比,2-LFA可以有效地延长瓶颈节点的生存时间并缩小网络节点生存时间的差异,在延长网络寿命的同时均衡节点能耗。