无线传感器网络覆盖质量问题

降低功耗、延长寿命是无线传感器网络的一个重要问题,同时,对监测区域保持一定的覆盖质量才能及时捕捉到目标的状态变化.一种广泛采用的策略是选出能够满足监测区域质量要求的最小节点集作为工作节点,关闭其他冗余节点.因此,传感器网络中控制节点休眠与保持覆盖质量是两个重要方面.提出了一个数学模型,求解满足任意给定覆盖服务质量下所需的最小节点数.实验表明,当监测区域与节点感知区域比值较大时,提出的方法更为准确地计算出所需最小工作节点数,且此方法复杂度低、传感器节点的感知区域可以为任意形状.网络覆盖质量与节点休眠率同时达到最大化是一个NP难问题,采用遗传算法进行仿真实验尝试性解决这一问题,为传感器网络实际应用带来重要意义.     

能量有效的无线传感器网络分簇路由协议

无线传感器网络（WSNs）的应用前景非常广阔,得到了越来越广泛的关注,其中网络节能、降低功耗、延长寿命是WSNs必须解决的问题。对WSNs中典型的分簇路由协议进行了详细分析,通过对比研究,提出了一种基于节点间相关性的能量有效分簇路由协议——BCCP协议。在BCCP协议中,能耗均衡分簇算法利用节点间位置相关性与节点剩余能量,降低分簇迭代次数,得到分布均匀的簇首节点,降低簇内成员节点与簇首节点的通信能耗,以此降低网络能耗;降低能耗分簇算法利用节点间数据相似性与节点间协同性,降低簇内通信、簇间通信的数据量,以此降低网络能耗。实验结果表明,BCCP协议在能耗均衡、网络存活节点数、降低能耗方面与其他方法相比均有明显的优势。      

采用多重交点判别的传感器网络覆盖控制协议

在保证一定的覆盖质量前提下,延长传感器网络生存时间,提出一种以充分必要条件判断网络节点冗余性的分布式覆盖控制协议.该协议通过多重交点判别法则(MIER,Multi-Intersection Estimation Rule)对无线传感器网络进行分布式节点的动态休眠控制,从理论上证明了MIER法则是判断网络节点冗余性的充分必要条件,能保证目标区域不出现覆盖盲点同时使活跃节点数降至最低.实验表明,MIER法则比CCP法则有了很大改进,消除由于法则本身引起的盲点数目,能更好的运用于覆盖控制协议中,更为准确的判断节点是否应该工作或休眠,是判别节点是否冗余的充分必要条件;同时比Ottawa法则更加高效的减少整个网络功耗,延长网络寿命.     

确定性无线传感器网络定向扩散路由协议

提出了一种新的确定性无线传感器网络定向扩散路由协议以延长网络生存期.Sink以泛洪方式周期性地广播Interest,网络节点依据收到Interest的时间先后设置与邻近节点的梯度值,最先到达的梯度值最大.选择梯度最大方向上的节点建立数据传输路径.通过调整剩余能量的阈值限制低能量节点加入路径以均衡节点能耗.定性分析和仿真结果表明,在单sink单事件及多sink多事件应用场合,所提出的协议在能耗及可靠性方面均优于定向扩散协议,且更易于实际实现.同时定性分析还说明所提协议能获得更好的时延及时延抖动性能.      

无线传感器网络中的跨层路由协议

为了减少无线传感器网络中的干扰产生,降低由此引起多次重传后的分组丢弃从而导致的额外重传时延和能量消耗,改善网络的传输效率和能量效率,提出了一种基于跨层设计的干扰感知路由(IAR,Interference-Aware Routing)协议.与现有的基于竞争的路由协议不同,IAR协议引入节点干扰度和能量度作为选路代价,通过干扰和能量感知的路由选择机制实现路由建立.利用节点收到的发送请求、清除发送和应答分组的计数作为干扰度的计算依据,从而在路由选择中避开了干扰易发生区域;利用下一跳候选节点的初始和剩余能量作为能量度的计算依据,从而均衡了各节点的能量消耗,延长了整个网络的寿命.仿真结果表明,与动态码字路由和ad-hoc按需距离矢量路由协议相比,IAR协议提高了能量效率、改善了网络的吞吐量、分组投递率和时延等性能.     

无线传感器网络性能评价系统设计

针对无线传感器网络的性能评价指标多样、缺乏统一标准的问题,设计了一种无线传感器网络性能评价系统。该系统包括频谱分析子系统、电流采集子系统和无线传感器监测子系统,能够对无线传感器网络的空中频谱特征、网络中节点的工作电流特征、网络丢包和吞吐量特性进行采集、统计与分析,实现对无线传感器网络的性能评价。     

无线传感器网络三维自身定位方法

针对部署在三维空间的无线传感器网络,提出了一种传感器节点自身定位方法APIT-3D(Approximate Point-In-Tetrahedron),通过判断传感器节点是否位于由锚节点组成的四面体的内部,筛选出可能的位置区域,并最终计算这些区域交集部分的重心,作为待定位节点的位置.仿真实验表明,作为一种不基于测量设备的定位方法,APIT-3D可以达到节点通信半径的40%以下的较高精度的三维定位,而且通信开销相比于二维定位方法增幅不明显.APIT-3D定位方法无需复杂的测距设备和昂贵的外部设施,且通信协议相对简单,因此是一种低成本、低功耗的无线传感器网络三维自身定位方法.      

航天器内环境监测的无线传感器网络应用研究

无线接口技术是航天器电子系统技术发展的前沿和热点之一, 具有广泛应用前景. 提出了用于监测航天器内部及其设备环境参数的无线传感器网络设计方案, 详细介绍了构建航天器内无线传感器网络的通信协议、网络架构、软硬件设计方法, 并给出一个将ZigBee Pro技术应用于航天器内的典型设计实例, 以TI公司最新的CC2530芯片和ZigBee协议栈Z-Stack为基础, 用于监测航天器内部及其设备的温度、湿度、电压、电流等参数. 实验证明, 本设计具有低功耗、 传输可靠、网络鲁棒性及组网灵活等优点.     

新一代箭载无线传感器网络系统架构综述

无线传感器网络技术是新一代火箭测量系统中的关键技术之一。在简要介绍现有箭载无线传感器网络应用的基础上,分析归纳了各个现有系统的技术特点,并以此提出了新一代箭载无线传感器网络的系统架构EPSEN,对通信协议的设计思路进行了详细阐述。EPSEN架构的提出,为现有箭载无线传感器网络系统的改进和未来产品的研制提供了重要参考依据,有助于行业标准的形成。     

基于雾计算的无线传感器网络联合入侵检测算法

为了保障无线传感器网络的安全性,提出一种基于雾计算的联合入侵检测算法Fed-XGB。Fed-XGB算法通过引入雾计算节点扩展网络边缘,减少通信时延,在提升联合学习全局模型和局部模型准确率的同时,降低了传输带宽和隐私泄露风险;通过改进基于直方图的近似计算方法,适应无线传感器网络数据不均衡特征;通过引入TOP-K梯度选择,最小化模型参数上传次数,提高模型参数交互效率。实验结果表明: Fed-XGB算法的检测准确率在0.97以上,误报率在0.036以下,优于其他对比算法;在遭受中毒攻击及数据含噪的情况下,算法检测分类性能依然稳定,具有较强的鲁棒性。      

一种WSN虚拟多路径可靠路由协议

针对无线传感器网络中的数据传输不可靠问题,提出虚拟多路径路由协议,该协议将路由优化和数据传输结合在一起,按需建立可行路径集合,在数据传输的过程中实时采集分组的累计传输次数,通过对累计传输次数均值的区间估计,评估各路径的质量,识别并淘汰质量显著低的路径,根据网络实时链路质量动态的进行路由优化.在NS2平台上进行仿真,结果表明该协议能够适应带宽资源紧缺、链路不可靠且动态变化的无线传感器网络,在能量效率、分组递交率方面优于典型的路由优化和使用相分离的协议AODV_ETX.     

无线传感器网中的加权距离节点选择法

节点选择存在于无线传感器网的目标跟踪问题中,主要任务是从多个传感器中选取合适节点跟踪当前目标,满足跟踪精度、算法计算量的要求.提出一种适用于测角传感器节点的加权距离选择法,该算法利用目标状态预测的分布及节点的探测模型,通过计算节点距目标几何距离及加权系数,选择具有最小加权距离的传感器点进行探测,避开了贝叶斯滤波,在减少计算量的同时具有很好的选择精度.仿真结果表明,本算法大幅度减少了计算量,同时可达到和熵值法相当的跟踪定位效果.      

基于活动预测和能耗均衡的WSN路由算法

无线传感网络（WSN,Wireless Sensor Network）中节点触发与数据传输往往会呈现出某种活动模式,基于活动模式特性提出了基于活动的节点分簇算法（AACP,Activity-Aware Clustering Protocol）,将网络中的传感器 节点分成多个活动簇,并通过对节点的历史触发数据进行分析,结合分簇结果对当前发生的活动进行预测.基于活动预测结果,综合能耗均衡、节点剩余能量、传输能耗等影响因素,提出了基于活动预测和能耗均衡的WSN路由算法（AEBRP,Activity-aware and Energy Balanced Routing Protocol）.仿真实验中与低功耗自适应集簇分层型协议（LEACH,Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）、基于跟踪的动态节点分簇算法（HCMTT,Hybrid Clustering for Multitarget Tracking in wireless sensor networks）和传感器信息系统中的高能效采集算法（PEGASIS,Power Efficient Gathering in Sensor Information System）进行比较,验证了AEBRP算法在维持网络能耗均衡、延长网络生命周期方面具有明显优势.      

无线传感网的分布式非测距三维定位算法

为解决三维空间无线传感器网络节点定位问题,基于区域立体网格化表示的思想,提出一种分布式非测距三维定位算法3D-DRL(three-Dimensional Distributed Range-free Localization).通过对立体网格投票,选取得票值最高的所有网格的质心作为未知节点的估计位置.3D-DRL无需未知节点间相互通信,具有较小的通信开销,不依赖于锚节点比例,且对网络拓扑结构具有鲁棒性.仿真结果表明,在无线传播环境理想、未知节点通信半径R=50 m、所有节点均随机部署在100 m×100 m×100 m三维区域的情况下,定位误差小于未知节点通信半径的8%,且通过调整VANR,能够实现所有节点的定位.