事件驱动的无线多媒体传感器网络QoS通信协议

提出一种事件驱动的无线多媒体传感网QoS感知通信(EDQC)协议。首先,当监测到事件发生时,在满足事件监测质量的基础上,启动最少的视频节点进行数据采集,以减少冗余数据的产生。其次,在数据传输阶段,计算由前进距离、队列长度和剩余能量构成的复合权值,并选择权值最大的下一跳节点进行数据转发,从而避开拥塞区域、延长网络生存周期。仿真结果表明,EDQC协议能够较好的适应视频监测需求,同时减少通信拥塞、均衡节点能耗。

基于自供电智能反射面辅助的MISO系统无线安全传输

为增强无线通信的安全性,面向多输入单输出(Multiple Input Single Output, MISO)系统,提出了基于自供电智能反射面(Intelligent Reflecting Surface, IRS)辅助的物理层安全传输方案,其中IRS被用以协助基站到合法用户的信息传输,同时抑制传输给窃听者的信号,以此实现系统的安全传输。为保证IRS有足够的能量维持其运行,设计了基于时间切换(Time Switching, TS)的能量收集方案,即将传输块分为能量收集阶段和信息反射阶段。在能量收集阶段,IRS从基站发射的射频信号中收集能量;在信息反射阶段,IRS利用先前收集的能量辅助基站的信息传输。为了最大化系统安全传输速率,设计了关于基站波束成形向量、时间分配和IRS反射相位的联合优化问题。由于该问题为非凸优化问题,为此设计了基于两阶段的高效算法,并通过交替优化、半正定松弛(Semi-Definite Relaxation, SDR)、连续凸逼近(Successive Convex Approximation, SCA)等技术获得了次优解。仿真结果表明,所提出的方案可以有效地提升系统的安全传输速率。

面向异构无线传感器网络的节点调度算法

针对传感器网络中的节点冗余问题,提出了一种冗余判别方法来关闭冗余节点,以达到延长网络生命周期的目的.首先按邻居节点的不同位置对节点进行分类,研究了每组邻居节点的网络覆盖率与工作节点数k之间的约束关系,在此基础上,按不同的冗余法则对节点进行判断,关闭冗余节点.理论分析和实验结果表明,提出的算法能关闭网络中的冗余节点从而有效地延长网络的生存时间.

一种面向三维感知的无线多媒体传感器网络覆盖增强算法

覆盖作为无线传感器网络中的基础问题直接反映了网络感知服务质量.本文在分析现有无线多媒体传感器网络覆盖增强算法的基础上,构建节点三维感知模型,提出面向三维感知的多媒体传感器网络覆盖增强算法(Three-Dimensional Perception Based Coverage-Enhancing Algorithm,TDPCA).该算法将节点主感知方向划分为仰俯角和偏向角,并根据节点自身位置及监测区域计算并调整各节点最佳仰俯角,在此基础上基于粒子群优化调整节点偏向角,从而有效减少节点感知重叠区及感知盲区,最终实现监测场景的区域覆盖增强.仿真实验表明:对比已有的覆盖增强算法,TDPCA可有效降低除节点感知重叠区和盲区,最终实现网络的高效覆盖.

无线传感器网络数据融合研究综述

针对近几年数据融合算法的发展状况进行了综述,对现有的无线传感器网络数据融合算法进行分类研究,给出算法的基本功能和特征,对部分的算法性能进行讨论和比较,给出数据融合研究领域内存在的问题和发展方向。

一种能量感知的无线传感网拓扑控制算法

为不平衡能量分布的异构无线传感网构建一种拓扑控制算法EADCA。在该算法中,每个节点根据自己的剩余能量和邻居节点的平均剩余能量计算簇头声明报文发送的理论时刻;在该理论时刻,没收到任何簇头声明报文的节点成为簇头,该簇头广播簇头声明报文;收到簇头声明报文的节点成为普通节点并放弃发送簇头声明报文。同时,该算法在簇头竞争过程中使用经验数据,并对孤立节点和能量过低节点进行休眠。仿真结果表明,EADCA能够延长网络生命周期,有效控制簇头分布密度。

无线多媒体传感器网络视频流多路径路由算法

无线多媒体传感器网络中的视频流传输,需要提供多样QoS保障.提出一种基于改进蚁群算法多路径路由算法ACMRA(ant colony based multipath routing algorithm),以寻找具有多种优先级路径的路径集,并对重要性不同的视频数据进行相应路径的选择.通过优化网络链路上人工信息素的初始分布,改进后的蚁群算法具有更快的可行路径发现速度及收敛速度.多路径机制的引入提高了网络数据吞吐量与视频传输性能,同时可均衡网络资源,延长网络生命.实验结果表明,算法ACMRA在网络性能、视频传输性能与网络生命周期方面,较之其他路由算法具有明显优势.

基于移动sink的无线传感器网络数据采集方案

对无线传感器网络的数据采集问题进行了研究,提出了一种基于可移动sink节点的数据采集方案DCSR。DCSR包括2个阶段,第1个阶段根据传感器节点的分布情况确定一批采集点,第2个阶段使用量子遗传算法求解出经过采集点的最短回路。计算完之后,sink沿着这条回路运动,周期性进行数据采集。理论分析和仿真实验表明,DCSR的性能较好,采集的数据量也更多。

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。

无线传感器网络中基于数据融合树的压缩感知算法

针对无线传感器网络能量有限等特点,将路由策略考虑到投影矩阵的设计中,该文提出了基于数据融合树的压缩感知算法(Compressed Sensing algorithm based on Data Fusion Tree,CS-DFT)。该算法采用稀疏投影矩阵最小化通信消耗,在生成数据融合树的同时减小投影矩阵与稀疏基之间的相关度以保证数据的重构质量。仿真结果表明,该文提出的算法不仅在重构质量和能量消耗之间做到了很好的平衡,同时对于不同稀疏基下的数据也有较高的适应性。

分布式无线传感器网络故障检测算法综述

阐述了传感器网络中节点发生故障的原因并建立了故障模型。将当前主要的分布式节点故障检测算法分成了基于多数投票策略、基于中值策略、基于决策扩散策略、基于加权和基于分簇的算法五大类,详细阐述了分布式无线传感器网络故障检测算法的原理和步骤,并指出了各个算法的优势与不足。最后,对各个算法的性能进行了分析与比较,讨论了算法存在的问题,并指出了进一步的研究方向。

一种基于多目标遗传优化的无线多媒体传感器网络节能覆盖方法

提出一种基于多目标遗传优化的节能覆盖方法.以节点不同开启顺序建立个体基因组,采用双交叉保留优秀个体,在保证覆盖度的同时,开启尽可能少的节点.本方法延长了网络生命期,均衡了网络中各节点能耗,同D-Greedy及DCS-dist等方法相比,也表现出了较好的性能.

基于分簇的无线多媒体传感器网络数据聚合方案研究

该文提出了一种基于分簇的无线多媒体传感器网络(WMSNs)数据聚合方案(Cluster-based Data Aggregation Algorithm,CDAA)。利用新的分簇方法和数据聚合策略,CDAA可以有效延长网络生命期。根据多媒体节点数据采集的方向性和节点剩余能耗,该文提出新的无线多媒体传感器网络的分簇方法,并基于该分簇方法进行网内多媒体数据聚合。仿真结果表明,该方法能够有效减少冗余数据的传送,与LEACH,PEGASIS等传统WSNs路由协议和针对WMSNs的AntSensNet协议相比,在能耗均衡和节能方面表现出更好的性能。

基于可预测移动汇聚节点的无线传感网分簇算法研究

在汇聚节点移动可预测情况下,提出一种无线传感网分簇算法。该算法将subsink节点引入到HEED分簇算法中,以较快感知移动路径变化,快速形成分簇拓扑;采用sink节点注册机制,实现汇聚节点移动过程中的信息交互。实例分析表明,该算法能快速形成合理网络拓扑,延长无线传感网的生存期。

基于同态MAC的无线传感网安全数据融合方案

数据融合是缓解无线传感网资源瓶颈的重要方法之一,但在开放环境中易受数据机密性和完整性攻击。针对此问题,该文提出一种基于同态MAC的无线传感网安全数据融合方案SDA-HMAC。通过同态MAC技术进行融合数据的完整性检测,利用同态加密算法保证了融合数据的机密性,使用杂凑函数和时间参数t计算密钥的MAC保证了数据的新鲜性。实验仿真和理论分析表明,相比于其它方案,SDA-HMAC方案在传感网数据融合过程中能提供较好的数据机密性、完整性和新鲜性保护,具有较高的数据传输效率和融合精度,同时花费较少的计算量和通信量。

基于范数正则化矩阵补全的无线传感网定位算法

节点定位是实现无线传感器网络(wireless sensor networks,WSNs)应用的重要前提之一.针对传统基于测距的定位方法需要大量节点距离信息以及多径效应、噪声干扰等导致的节点测距误差问题,提出了一类基于L1范数正则化矩阵补全(L1-norm regularized matrix completion,L1NRMC)的WSNs节点定位方法.该方法基于传感网节点间距离矩阵低秩特性,将部分采样信息下的距离恢复问题建模为稀疏野值噪声(outlier)情形下的矩阵补全问题,然后采用交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers,ADMM)结合算子分裂技术(operator splitting technology)对该问题进行求解,所设计的非精确L1范数正则化矩阵补全(InExact-L1NRMC)算法不仅能显式解析采样矩阵中的稀疏野值噪声,也可隐式平滑常见的高斯随机噪声.仿真结果表明:相比已有的同类定位方法,该算法只需进行部分测距采样即可实现精准的节点定位,且对各类测距噪声具有很好的抗干扰能力,适用于资源受限的WSNs.

一种改进的无线传感器网络LEACH算法

LEACH是一种在无线传感器网络中运用比较广泛的层次式路由协议.介绍了LEACH算法的优缺点,给出了其有限状态下的系统模型.在LEACH算法的基础上提出了基于节点分布密度、节点剩余能量和节点信号强度等综合因素的LEACH-T算法.该算法在簇头的选举过程中,能够根据节点的密度、节点剩余电量和节点信号强度均衡划分各个簇的规模.通过对LEACH-T算法进行测试与验证,与传统LEACH算法相比,该算法降低了节点的使用能耗,延长网络使用时间.

高效容错的无线传感网事件及其边界检测算法

事件检测与事件边界检测是无线传感器网络的重要应用之一,节点故障的准确检测是提高事件与事件边界检测效率的前提.然而,目前的故障检测机制对节点故障类型分析不够明晰,导致系统可能将事件边界节点误判为故障节点,且常需要传感器节点间进行频繁通信,导致网络系统容错性能和节点利用率低下,并带来额外的能耗开销.为了达到较高的检测精度与能源利用率,提出了一种新的高效容错的无线传感网事件及其边界检测算法:利用时间相关性实现无线传感器网络事件检测,利用空间相关性实现故障检测与事件边界检测;提出了节点的信息可靠度恢复机制,使得节点能够根据网络环境的变化,自动调整节点的信息可靠度.实验结果表明,即使在故障概率较高的情况下,该策略仍然具有良好的性能表现.

两层无线传感器网络安全范围查询协议

在两层无线传感器网络查询过程中,攻击者可能破坏敏感数据的隐私性或者操纵被俘获的传感器节点,提交不完整或错误的查询结果.为此,提出了一种安全范围查询协议ZOSR,ZOSR在存储节点正确处理范围查询的同时,有效地保护数据的隐私性和查询结果的完整性.首先,将感知数据与查询范围上下界的两次比较过程,转换为感知数据与查询范围中值距离和查询范围半径值之间的一次比较过程.为了保护数据的隐私性,将待比较的数值进行Z-O编码,并与HMAC消息认证机制结合,使得ZOSR协议在共谋攻击的情况下,无法破坏网络中其他节点的隐私性.最后,为了实现查询结果的完整性验证,对于未满足查询条件的感知数据通过共享密钥构造其验证码.

移动无线传感网能量时延约束的自适应路由及性能评估

针对间歇性连通的移动无线传感网提出一种能量时延约束的自适应路由协议(EDCA),EDCA由初始化阶段、转发决策阶段、转发阶段和等待阶段组成,传感器节点根据目标时延实时判断是否转发副本,并选择剩余能量多的节点进行副本转发.EDCA对平均时延和网络负载具有控制力,对网络环境变化具有自适应能力,能够有效延长网络生命周期.