C-cast: 传感器网络中无位置数据分发和发现技术

在无线传感器网络中,基于对等节点的数据分发和发现技术是一项关键的工作和研究问题。现有的研究技术和协议设计多数依赖于节点的位置信息,但是在传感器网络中节点获取位置信息需要精确的定位算法和大量的计算、通信开销。为满足在没有位置信息的情况下,节点依然能够有效地进行数据分发和发现工作,本文提出了C-cast协议。C-cast协议不仅不依赖于精确的物理位置信息和大功耗的定位服务,而且节点不需要存储维护太多的全局拓扑信息。本文证明了在稠密网络的理想模型下,C-cast协议能够达到100%的数据查询成功率;在随机模型下,通过选择跳步距离适当的两个信标节点,C-cast协议能够达到80%以上的实际数据查询成功率。本文测试了C-cast协议的三种性能,包括数据查询成功率、存储代价和负载均衡。测试结果显示C-cast协议达到甚至超过基于位置信息的协议性能。     

一种基于地理位置的传感器网络拓扑控制方案①

网络节点掌握自身位置信息前提下如何设计成簇算法是传感器网络拓扑控制的一个重要研究方向。以提高网络的能耗有效性为目的进行深入研究,提出了一种新的基于精确地理位置的拓扑控制方案。仿真结果表明,该拓扑控制方案能耗低,适用于大规模网络,能够有效延长传感器网络的生存期。     

一种适用于无线传感器网络的拓扑控制算法

无线传感器网络拓扑控制算法对于延长网络的生存时间、减小通信干扰、提高路由协议和MAC协议的效率等具有重要的意义.在分析XTC(eXemplary Topology Control)算法的基础上,提出一种改进的基于局部网络信息的分布式拓扑控制算法M-XTC(M0dIfied-XTC).改进算法保持了XTC算法简单、实用,不需要节点位置信息,适用于普通节点、异构网络和三维空间等优点,并且更有利于延长网络的生存时间,具有更好的实时性和鲁棒性.     

一种节能的无线传感器网络路由协议的设计与实现

在无线传感器网络的路由协议中,基于簇的路由协议在拓扑管理、能量利用、数据融合等方面具有优势。本文针对目前已有协议能量消耗大、网络寿命短等问题,提出了一种能量感知的基于分布式簇算法的无线传感器网络协议EA-HEED。此协议改进了分布式的簇头选举算法,分配时分复用时隙并在簇头节点建立一棵路由树,从而提高簇头选举效率;设计了休眠冗余节点的簇内活动节点调度算法,减少能耗;采用考虑节点能量和节点与基站距离的簇头节点组织路由树方法、最小化网络开销以及能量负载平衡方法,优化路由协议,有效延长网络寿命。仿真结果表明,与LEACH和HEED协议相比,EAHEED协议可以进一步延长网络寿命。     

基于OSPF链路状态数据库构建网络拓扑

构建局域网拓扑在网络行为的研究中具有非常重要的意义。文中以利用OSPF协议构建局域网拓扑结构为目标,对目前几种构建局域网拓扑结构的方法进行比较,通过分析比较指出利用OSPF协议构建局域网拓扑结构的优点,然后提出了一种基于OSPF协议链路状态数据库进行局域网拓扑构造算法。该算法在对CLSPF链路状态数据库中的OSPF database表和CISPF database network表详细分析的基础上,利用这两个表中的数据构建网络拓扑。实验证明,该算法能够有效地显示局域网拓扑结构。     

WSN中能量有效的分布式簇首选取算法

目前主要的无线传感器网络分簇路由协议的提出都是基于节点均匀分布、能量均衡消耗等理想化的假设,而这些假设在网络处于实际工作环境时往往导致簇首选取的不合理。针对该问题,提出一种能量有效的分布式簇首选取算法,在选取簇首时综合考虑网络的拓扑特性及网络中各节点能耗等因素。实验证明,采用该算法的传感器网络具有较好的适用性,其使用寿命较LEACH等传统的算法提高了 1倍以上。     

一种分布式高效节能的自适应传感器网络聚类协议

现有的传感器网络拓扑协议未全面考虑节点位置、剩余能量等因素影响,算法的稳定性、能量有效性不足。提出一种分布式高效节能自适应传感器网络聚类协议(DEAC)。该协议通过增加等比能量约束项,利用节点的剩余能量信息,改变候选类首的选择概率,再基于邻居节点候选类首的信息,选择合适的类首。实验结果表明:与LEACH,HEED等拓扑协议相比,DEAC可有效减少网络总能耗、平均网络各节点的能量消耗、延长网络的生存时间,性能超过LEACH,HEED等聚类协议。     

一种基于反向CDS树的异构WSNs拓扑构建方法

在无线传感器网络中,拓扑控制是节约能源、延长生命周期的一项关键技术。现有拓扑控制方法的研究主要集中在同构网络,对此,面向异构网络提出了一种低信息复杂度的基于反向连通支配集树的分布式拓扑构建算法。基于最小连通支配集构建虚拟骨干树,改进了A3G算法中节点的适应度函数和算法流程,优化了产生的连通支配集的规模和通信开销,进一步降低信息复杂度,在保证连通性的同时关闭网络冗余节点以降低能耗。理论分析和仿真实验证明,算法能够以较小的时间和通信代价构建拓扑,延长网络生命周期。     

一种基于结构化P2P网络的拓扑匹配算法*

基于结构化的P2P系统在构建覆盖网络时未考虑到与实际物理网络层的结合,导致逻辑拓扑结构与物理拓扑结构严重不匹配问题,提出一种协议无关的拓扑匹配算法,通过事件触发的方式触发网络调整逻辑层的网络拓扑结构。模拟实验表明,本算法在一定程度上提高了网络的拓扑匹配度,降低了网络开销。     

基于生成树协议的交换域拓扑发现算法

交换域拓扑结构的自动发现是局域网管理的重要组成部分.提出了基于生成树协议的交换域拓扑自动发现算法,用以获取并收集交换域内每台交换机的生成树信息,根据生成树协议的规则将收集齐全的整个交换域的生成树信息转换为交换域的拓扑结构.与基于地址转发表的拓扑发现算法相比,本算法更简单、更准确,而且不会增加网络负担.目前该算法已在实际的网络管理中实现成功试用.     

A data collection protocol for real-time sensor applications

The nature of many sensor applications as well as continuously changing sensor data often imposes real-time requirements on wireless sensor network protocols. Due to numerous design constraints, such as limited bandwidth, memory and energy of sensor platforms, and packet collisions that can potentially lead to an unbounded number of retransmissions, timeliness techniques designed for real-time systems and real-time databases cannot be applied directly to wireless sensor networks. Our objective is to design a protocol for sensor applications that require periodic collection of raw data reports from the entire network in a timely manner. We formulate the problem as a graph coloring problem. We then present TIGRA (Timely Sensor Data Collection using Distributed Graph Coloring) — a distributed heuristic for graph coloring that takes into account application semantics and special characteristics of sensor networks. TIGRA ensures that no interference occurs and spatial channel reuse is maximized by assigning a specific time slot for each node. Although the end-to-end delay incurred by sensor data collection largely depends on a specific topology, platform, and application, TIGRA provides a transmission schedule that guarantees a deterministic delay on sensor data collection.     

路标迭代提取和剔除的自适应空洞处理算法

针对无线传感器网络贪婪地理路由协议中的路由空洞问题,提出一种高效的基于路标迭代提取和剔除的自适应空洞处理算法.该算法中,当探测包贪婪转发遇到空洞时,在网络拓扑局部平面化的基础上,以左(右)手法则提取空洞边界并沿其逆(顺)时针周边模式双向转发,同时,分布式地进行路标的迭代提取和剔除,直到获取的路标使得后续的数据包依次以它们为中间目标节点进行传输而不再遇到空洞为止.仿真结果表明,该协议能够以较小的控制开销代价获得次最优的传输路径,极大地提高了路由协议的性能,可以应用于无法消除路由空洞的大规模无线传感器网络贪婪地理路由协议.     

考虑干扰的无线传感器网络拓扑控制问题研究

无线传感器网络的拓扑控制是一个十分重要的技术问题。干扰对传感器网络应用产生了重要的影响,较大的传输干扰将导致信号的碰撞,增大网络延时间。但是,目前的大多数文献没有把干扰作为传感器网络拓扑控制的设计目标和考虑因素之一。本文研究考虑干扰的拓扑控制机制问题,根据传感器网络通信特点,设计了最优的集中式算法和适合合实际应用的次优分布式算法解决该问题。模拟实验结果表明,提出的算法与传统算法相比能有效减少网络干扰、节省能量消耗和减少网络延时,因此是一种新的高效的拓扑控制机制。     

基于移动Agent的无线传感器网络拓扑发现机制

对监测区域中部署的传感器节点的拓扑发现是传感器网络应用的前提,它反映了传感器网络的监测能力。考虑目前拓扑发现算法中能量消耗过多、网络连通性不强等问题,文中结合移动Agent的特点,提出了一种基于移动Agent的无线传感器网络拓扑发现机制,通过建立数学模型,利用相关邻近图（relative neighborhood graph）理论生成网络拓扑。实验结果表明,基于移动Agent的拓扑发现机制相对于当前存在的拓扑发现算法具有很好的稳定性和良好的节能效果,该算法可以解决节点拓扑请求信息讨多导致过多能量消耗的问颢．     

传感器网络多密钥空间q复合密钥管理方案

无线传感器网络密钥管理研究,目前大都着眼于平面拓扑结构。但随着无线传感器网络规模日渐扩大,层次拓扑结构正成为主导。为此,提出了一种适用于分层无线传感器网络的多密钥空间q复合密钥预分配方案。通过安全连通性和节点抗捕获性分析表明该方案可在保证节点间安全连通概率的基础上,提高网络的安全阈值,提升网络的抗攻击能力,增加网络安全性。     

Localized Delaunay triangulation with application in ad hoc wireless networks

Several localized routing protocols guarantee the delivery of the packets when the underlying network topology is a planar graph. Typically, relative neighborhood graph (RING) or Gabriel graph (GG) is used as such planar structure. However, it is well-known that the spanning ratios of these two graphs are not bounded by any constant (even for uniform randomly distributed points). Bose et al. (1999) recently developed a localized routing protocol that guarantees that the distance traveled by the packets is within a constant factor of the minimum if Delaunay triangulation of all wireless nodes is used, in addition, to guarantee the delivery of the packets. However, it is expensive to construct the Delaunay triangulation in a distributed manner. Given a set of wireless nodes, we model the network as a unit-disk graph (UDG), in which a link uv exists only if the distance /spl par/uv/spl par/ is at most the maximum transmission range. In this paper, we present a novel localized networking protocol that constructs a planar 2 5-spanner of UDG, called the localized Delaunay triangulation (LDEL), as network topology. It contains all edges that are both in the unit-disk graph and the Delaunay triangulation of all nodes. The total communication cost of our networking protocol is O(n log n) bits, which is within a constant factor of the optimum to construct any structure in a distributed manner. Our experiments show that the delivery rates of some of the existing localized routing protocols are increased when localized Delaunay triangulation is used instead of several previously proposed topologies. Our simulations also show that the traveled distance of the packets is significantly less when the FACE routing algorithm is applied on LDEL, rather than applied on GG.     

无线传感网络中通用传感器节点硬件结构设计

无线传感网络是当前国内外传感器技术领域的热点研究课题。提出了一种构建无线传感网络节点实验平台的方法;基于该设计方案实现的无线传感网络节点可以有效地组建网络拓扑结构及多种传感数据采集传输。它还可以用于实现声音空间定位系统。关键词:无线传感网络;节点;拓扑结构;数据采集;声音空间定位     

基于无线自组网络的矿井环境数据采集设备设计

针对目前煤矿安全监测系统大多采用固定的有线传感器组成的网络而存在监测盲区的现状,提出了一种基于无线自组网络的矿井环境数据采集设备的设计方案,详细介绍了低功耗无线自组网络的设计。该设备以ATmega16L单片机作为主控芯片,通过射频收发芯片NRF24L01实现无线收发功能,采用平面式网络拓扑结构及按需路由方式,实现了对矿井环境数据的采集及预警,减小了监测盲区,且具有较高的安全性和可靠性。     

无线网络拓扑控制中支撑图构造算法

支撑图(spanner)在无线(自主、传感器)网络拓扑控制中起着重要作用,不但能保证最终的拓扑图链路减少,保持连通性,而且保证任意一对通信节点之间所需费用是最少可能费用的常数因子倍.针对无线网络拓扑控制问题,大量支撑图构造算法被提出,以尽可能高效地满足网络设计需要的各种拓扑特性,如局部性、稀疏性、小权值、有界度及容错性等.对支撑图的研究成果进行了详细讨论,依据支撑图的定义和不同的分类原则给出了支撑图分类,分析了各种支撑图的典型集中式和局部算法、满足某一或多个拓扑特性的算法,并提出了需要进一步研究的问题.与无线网络中新出现、更实用的模型结合,寻找更简单、性能更好的算法将是未来支撑图构造算法的主要研究方向.     

一种基于数据流跟踪的无线传感网能量模型及网络优化

提出了一种基于数据流跟踪的能量模型,通过跟踪数据流在网络中的整个过程来计算全网的能量消耗,是一种不受网络结构限制的普遍适用的能量模型;在此基础上.建立了基于能耗的网络优化模型,针对链式和簇式结构进行了拓扑、功率和路由方面的优化设计,仿真结果证明了理论分析的正确性.