基于能量均衡-延迟削弱机制的无线传感网稳定传输算法

为解决5G条件下无线传感网存在的拥塞控制困难、簇头节点受限严重等不足,提出基于能量均衡-延迟削弱机制的无线传感网稳定传输算法.设计信道状态控制指标,结合数据分段传输过程,提出一种数据传输模型,实现数据传输过程的稳定评估.构建基于能量均衡-延迟削弱机制的簇头更新方法,增强高能节点被选为簇头节点的概率.设计基于稳定性传输机制的区域划分方法,从簇头节点受限控制及高能节点轮询两个方面来优化区域分割质量,实现网络数据的稳定传输.仿真结果表明,与当前无线传感网传输算法相比,所提算法具有更高的网络传输带宽,以及更低的网络平均延时与网络吞吐频率.     

WSN中基于链路质量和节点能量的AODV路由算法研究

为了满足无线传感网络能量的高效使用以及数据传输的稳定性的要求,需要对无线传感网络路由层协议进行改进。本文提出一种基于节点之间链路质量和节点能量状态的LE-AODV路由协议,LE-AODV路由协议采用跨层设计,路由发现过程中通过MAC层和物理层获取链路质量信息和节点能量信息来选取最优路径,并通过节点能量状态更新机制避免网络中热点的产生。本文使用Castalia仿真器对LE-AODV路由协议进行仿真,仿真结果表明,LE-AODV路由协议可以有效的提高分组投递率和网络生存时间。     

一种新的能量有效性无线传感网节点设计

当无线传感网运用于恶劣、时变的环境中,如何使网络的生命周期最大化,并满足一定QoS要求,成为无线传感网在这些应用领域广泛应用的关键问题。主要提出了一种基于直扩通信体制的双内核节点架构,不仅能满足复杂环境中的通信性能要求,并且功耗较低。该节点的设计主要采用了软硬件相结合的动态能量管理策略以及参数可调的软件无线电设计,通过底层的灵活设计为无线传感网各层协议的设计提供了一个良好的测试和实践平台,从而研究、设计新的物理层及上层协议来减少非理想硬件平台的功耗,提高整个网络的生存时间和通信性能。     

基于无线携能通信的传感云系统Sink节点最优能效策略

无线携能通信能够提升传感器网络的能量效率和资源复用率,然而当前研究均优化无线携能通信参数以实现系统增益,忽略了信道质量变化对系统能量效率的影响.为了解决该问题,针对无线携能通信的传感云系统,提出基于最优停止理论的Sink节点能效优化策略.首先设计下行无线携能通信、上行信息传输的工作时序,其中下行阶段Sink节点采用机会调度策略,选择信道质量较好时刻开始下行链路传输.Sink节点能效定义为系统所实现的上行吞吐量与下行能耗之比.继而基于最优停止理论,建立Sink节点能效最优化问题并证明该问题存在最优停止规则.最后设计最优能效算法求解Sink节点最优下行无线携能传输时刻,从而制定相应的能效优化策略.通过仿真实验验证最优能效算法的有效性与性能,同时通过不同策略的对比验证所提策略在提升Sink节点能效方面的优势.     

基于无线信道物理层特性的加密传输系统

文章针对无线网络广播特性安全问题,以无线信道物理层特征互易性为基础,在借鉴现有信道特征密钥生成算法基础上提出"基于无线信道互易性三态量化的密钥提取算法",并在Devkit8500A开发板上实现了应用该算法的安全通信。其次结合TF卡识别功能保证通信节点安全并利用GPS与Wi-Fi实现主动定位后台监控等功能,从而完成了一套基于信息论安全体系的利用无线信道物理层特性实现"一次一密"无线通信的安全解决方案,对无线通信安全研究具有积极意义。     

基于残余能量痕迹的无线网络通讯协议优化

无线传感网络中的传感器节点处于安装,节点密度处于随机分布,传统的无线传感网络通信协议很难形成有效的节点规范,没有考虑节点连通的最优性能,造成在阻塞情况下很难形成最优信道路径选择.提出一种基于残余能量通讯痕迹的无线网络通讯算法,将节点表示为近端寻优粒子,采用交叉遗传的方式对节点的性能多样性进行保持,将节点的残存能量作为目标函数进行优化,找到迭代通信轨迹计算中,残存能量较大的最优节点进行通信.实验结果证明,经过算法优化后,无线传感网络的通信能比传统的方法有了明显的改善.     

无线传感网中基于LEACH的节能方案

节能技术是目前无线传感网研究的热点问题。文中基于LEACH提出了一个新的无线传感网的节能方案MIMOLEACH。在方案中,簇与簇之间,簇与源节点之间传递信息是通过MIMO协作通信来完成的。与传统现有的方案相比,文中设计提出的方案的区别在于：在无线传感网选择簇头节点和协作节点的过程中,每个节点的位置和剩余能量都会被考虑进来。综合信道情况和目标分组差错率等多种因素,将最终确定参与协作通信的节点个数。将MIMO-LEACH与传统方案比较后发现,新方案在节能方面有所提高。     

基于地址解析的网络节点数据防攻击协议仿真

网络节点受到攻击产生数据泄漏,需要进行防攻击协议设计,提出一种基于地址解析的网络节点数据防攻击协议。设计网络节点分布模型及信道解析模型,采用网络节点链路均衡配置方法设计数据转发控制协议,分布网络节点并部署最优节点。进行节点输出信道的波特间隔均衡控制,构建网络链路转发的信道调制模型,实现地址解析优化下的攻击特征提取,根据地址解析结果,实现对动态无线传感网络的攻击节点的快速定位和攻击检测。仿真结果表明,采用该方法进行网络节点数据防攻击协议设计,提高了节点的数据包转发能力和吞吐量,网络节点数据安全传输性能较好,抗攻击能力较强,提高了网络的安全性。     

多次重传的链状无线传感网络可靠性分析

针对链状拓扑无线传感网络中存在的多跳过程严重降低网络可靠性的问题,提出并分析了基于多次重传策略的网络无线链路可靠性、节点能量可用性、瞬时可靠性及平均无故障时间等可靠性指标。针对契合实际的应用场景,建立了包含路径衰落和阴影衰落的复合信道模型及传感器节点的能量模型。基于所建立的模型,推导出相关可靠性指标的理论表达式。基于对节点间耗能不均衡问题的分析,提出了节能的初始能量分配方案。仿真结果验证了理论分析的正确性,为无线传感网络可靠性影响因素的分析及拓扑网络可靠性评估与预测提供了新的理论支撑。     

一种基于有限信道的能量高效节点调度机制

在低负载、低功耗无线传感器网络中,节点状态切换的能量消耗因为用于数据传输的能量较小而变得不可忽略。针对此问题,提出了结合多信道技术与时分多路访问( TDMA)技术的节点调度算法。该算法设计了基于接收端的连续时隙分配策略以减少节点状态切换次数,并且在可用无线信道有限的约束条件下,提出了信道分配与时隙调整机制,实现了时隙重用并最小化有限信道约束对优化节点状态切换次数的影响。仿真实验结果表明,当可用无线信道数为3~5时,算法能够有效地改善节点能量效率。当可用无线信道数大于3之后,算法能够获得优化的数据汇聚时间。     

一种无线传感器网络MAC协议优化算法

在无线传感器网络中,各节点采集的信息以多跳的方式传送到汇聚点.从各节点到汇聚点形成一棵以汇聚点为根的传输树.文中在对无线传感器网络传输特点分析的基础上,剖析了基于CSMA/CA(载波多路监听/冲突避免)的MAC协议在树状结构无线传感器网络中的弊端,提出了一种基于CSMA/CA的MAC协议优化算法.算法基于节点在传输树中的位置信息调整其MAC信道接入分配,将CSMA/CA采用的各节点均等竞争信道的方法优化为各节点依据在传输树中的位置情况竞争信道的方式,这一优化提高了节点公平性,使MAC信道接入分配与树状结构的无线传感器网络传输特点相契合,解决了基于CSMA/CA的MAC协议与树状结构无线传感器网络不匹配的问题,从而减少了信道资源浪费,提高了网络传输效率,降低了能耗.实验结果表明该算法在网络丢包率、吞吐量和能耗方面的性能均有较大改进.     

A Class of Cross‐Layer Optimization Design for Congestion and Energy Efficiency with Compressed Sensing in Wireless Sensing Networks

In wireless sensor networks (WSNs), the congestion problem not only causes packet loss, but also leads to an increase in delays and energy consumption. The actual performance of wireless sensor networks (WSNs) can be severely influenced by the quality of the communication channel and the bit in transmission. In this paper, the distributed protocols, which attain global optimum control for signals by the compressed sensing technique and achieve fair channel allocation by the scheduling algorithm, are proposed for WSNs. We take into account the congestion problem by robust optimization with congestion ratio for two classic aspects in energy limited WSNs: minimum transmission rate and maximum transmitted information. To achieve the goal, three protocols are developed. In the first protocol, the desired control input is designed based on the compressed sensing technique. A minimal bit of signal is provided to reduce the transmission flow for the congestion model. The second protocol is resource allocation. The resources can be allocated increasingly to the channel in order to avoid more severe congestion. This can also avoid conservative reduction of resource allocation for eliminating congestion. Channel selection abides by the fair resource allocation principle. The above protocols separately are implemented through a congestion ratio at network layer, transport layer, and MAC layer. Simulation results demonstrate that the proposed algorithm effectively relieves congestion, and achieves higher throughput and lower energy consumption.     

An adaptive backoff algorithm for multi-channel CSMA in wireless sensor networks

Multiple channels have been widely used in wireless sensor networks (WSNs) for the improvement of network performance. Since the existing backoff algorithms proposed for single-channel MAC protocols are not suitable for multi-channel carrier sense multiple access (CSMA), we propose an ADaptive Backoff Algorithm (ADBA) for multi-channel CSMA in WSNs, which is able to improve energy efficiency, throughput, and fairness of random channel accesses. A novel feature of ADBA is the adaptability to traffic load, where every node tunes its backoff interval based on the estimation of real-time traffic load in WSNs. A near-optimal backoff interval can be generated using the number of competing nodes on one channel which can be estimated by the channel traffic load. Theoretical analysis indicates that ADBA can generate near-optimal backoff intervals that can maximize energy efficiency and throughput and improve fairness of random channel accesses, compared with other backoff schemes.     

基于有限反馈机会波束的无线传感器网络

无线传感器网络中的传感器要把被监测的数据有效地传输到远端的收集器,且其节点的能量有限,为了提高衰落无线信道中无线传感器网络通信的有效性,提出基于有限反馈机会波束的无线传感器网络,基站设置多天线,传感器节点设置单天线,构成MISO系统,在每一时隙基站选择处于峰值状态的传感器节点进行通信。设置反馈门限,当传感器节点的接收信干噪比大于反馈门限时,对信干噪比进行量化,再将量化电平反馈给基站;否则,无需进行量化和反馈。以吞吐量最大化为原则设定最佳反馈门限和量化电平,在瑞利块衰落信道中对系统进行仿真,结果表明:随着节点数的增加,该系统的反馈数可降至传统模拟反馈的1%以下,大大降低了反馈量,提高了系统的效率和节点能量利用率。     

Distributed optimal dynamic base station positioning in wireless sensor networks

Base station (BS) positioning is an effective method for improving the performance of wireless sensor networks (WSNs). A metric-aware optimal BS positioning and relocation mechanism for WSNs is proposed. This technique locates the BS with respect to the available resources and the amount of traffic traveling through the sensor nodes. The BS calculates its own position over time in response to the dynamic environment in which the sensor nodes operate. In most WSN environments, communication channel experiences nonlinearity that is influenced by path loss, attenuation of signal as it propagated through space, greater than 2. In this work, we solved the problem of BS positioning in nonlinear environments. We propose a weighted linear or nonlinear least squares optimization depending on the value of the path loss exponent. We also propose a distributed algorithm that can effectively handle the required computation by exploiting node cooperation. The goal is to minimize the total energy consumption and to prolong lifetime of the WSNs. The performance of the proposed technique is evaluated for various network setups and conditions. Our simulation results demonstrate that BS positioning and relocation can significantly improve the lifetime and power efficiency in WSNs.     

基于协作MIMO的WSNs能耗均衡路由算法

根据无线传感器网络(WSNs)能耗不均衡的特点,基于协作多输入多输出(MIMO)技术,提出了一种能耗均衡的协作路由算法—EBCR算法.算法在保证全网均匀分域的前提下,确保域首均匀分布,其次,根据预设的性噪比门限范围来确定协作节点的可选集,再综合考虑可选节点的剩余能量、信道状态和到达域首节点的距离,选择出域首节点的最优协作节点.实验结果表明:该算法较其他算法在网络生存时间,能量效率,平衡网络能耗方面都有较大改善.     

无线传感器网络中协作误差传播感知的机会可靠传输机制

针对无线传感器网络协作通信过程中误差传播对系统性能的影响,提出了一种基于机会式误差修正的可靠传输机制。首先,在多节点协作无线传感器网络中建立三种协作传输方案,基于信道质量和误符号率建立协作误差传播模型。接着,针对协作误差中的合并、调度和干扰等类型,通过在信道、信源和协作网络物理层提出机会式误差修正算法。最后,在上述结论基础上,综合感知用户的性能要求、调度复杂度和协作传播模型,提出了机会式可靠传输机制。数学分析结果不仅验证了机会式传输机制比静态机制具有高可靠性,而且证明了所提机制在端到端通信的实时性、可靠性、吞吐率和能效等方面有优越性。     

无线传感网多信道的MAC层协议

无线传感网(Wireless Sensor Networks,WSNs)作为计算机、通信和传感器三项技术相结合的产物,已成为计算机与通信领域一个活跃的研究分支。信道接入协议是无线传感网协议的重要组成部分,基于多信道的信道接入协议具有一些特殊的优点。分析了无线传感网多信道的MAC(Media Access Control)协议:DCA-PC(Dynamic Channel Assignment withPower Control),并与其他的多信道协议作了比较。     

Performance analysis of energy efficient modulation and coding schemes for wireless sensor networks

Sensor nodes of a typical wireless sensor network (WSN) are battery driven, so energy conservation is a critical factor for node's life time. Thus optimisation of energy consumption is a major objective in the area of WSNs. One such method is asymmetric communication which uses different channel codes and modulation schemes for downlink (base station (BS) to node link) and uplink (node to BS link). In this paper, a performance analysis of different channel code–modulation pair for energy efficient asymmetric communication is carried out followed by the field programmable gate array implementation of channel codes required at the node. The per information bit node energy for the uplink has been calculated for efficient channel code–modulation pair, for three different channels, viz. additive white gaussian noise, Rayleigh flat-fading and log-normal shadowing channels, resulting in reduction in energy consumption at sensor nodes.     

异构无线传感器网络中基于选择分集的节点协作策略*

为提高无线传感器网络在大量节点参与协作情形下的能量效率,提出一种带有反馈信道的虚拟协作簇间传输方案。此方案利用选择分集算法,在一定的服务质量要求下,能获得较大的选择分集增益,从而进一步降低了单位比特能耗。仿真结果表明,此方案能在很大程度上节省单位比特能耗,延长网络生命周期摘要内容。