基于环扇区的无线传感器网络K近邻查询处理算法

现有传感器网络环境下的K近邻查询处理算法没有考虑节点失效对查询处理的影响,导致查询结果极易丢失.提出一种基于环扇区的数据收集算法RISC,以保证查询处理过程的鲁棒性.给出理论上最节省能量的环扇区大小设置,以减少算法的能量消耗.系统地分析了算法在不同节点密度、节点失效概率和查询区域条件下的查询成功率和能量消耗.实验结果表明,在绝大多数情况下,提出的基于环扇区的K近邻查询处理算法优于现有的基于路线的算法.     

一种无线传感器网络环境下的查询路由与负载均衡机制

针对无线传感器网络节点数量多、通信距离短、能量有限的特点,提出一种查询增益路由算法以及基于路由的负载均衡机制。查询增益路由算法通过查询增益矩阵维护路由信息,并依据历史查询成功记录来选取路由节点;而基于路由的负载均衡机制可以在查询路由过程中记录节点的能量信息,转移负载,使得查询路径中各节点的能量消耗得到均衡。仿真实验结果表明,查询增益路由算法可以在降低节点能量消耗的前提下提高查询成功率,而基于路由的负载均衡机制可以进一步降低查询增益路由算法的能量消耗。     

无线传感器网络中一种有效支持连续窗口查询的方法

提出一种有效支持连续窗口查询的处理方法FCWQE,包括延迟可计算的四色着色法FCDC对查询窗口内的传感器节点进行着色、划分逻辑簇以及建立路由;能量有效性的逻辑簇头选择策略以及路由维护算法,以减少传感器节点的能量消耗,延长其使用寿命;在数据收集时,提出一种基于路由的数据聚集方法DAR对簇间的数据进行收集返回结果.在收集簇内数据时,仅传输差异度满足用户定义的数据,从而减少了传输量,节省了能量的消耗,延长了网络的使用寿命.     

基于能量水平的多Sink节点传感器网络路由算法

单Sink节点传感器网络存在着部分关键路径上节点能量消耗过快、路由选择算法单一以及Sink节点失效等问题.首先提出了多Sink节点传感器网络数据收集的系统框架;给出了拓扑发现和维护策略;然后提出了基于最小能量消耗路由算法.在分析了该算法的不足后提出了基于能量水平的路由算法,按照计算得到的能量水平选择最优的路径进行数据传送.实验证明,基于能量水平的路由算法比基于最小能量消耗路由算法能更有效提高传感器网络的使用寿命.     

基于能量梯度改进的GPSR协议

针对贪婪周边无状态路由(GPSR)协议存在的路由热点以及能量消耗过快的情况,提出了一种基于能量梯度和距离的改进型GPSR路由协议.查询消息在沿着路由路径传输时,根据前方节点的能量和当前节点到目的节点的距离选择下一跳节点;根据能量阈值以及该节点的邻居节点数对该节点进行修正,从而均衡能量消耗.仿真结果表明:改进的GPSR协议有效延长了网络生存周期,并在网络初期有效避免数据的冗余传输.     

动态传感器网络移动代理路由算法

提出一种基于蚁群优化的动态传感器网络移动代理能量有效路由算法.该算法设计了一种新的路径选择概率模型,使移动代理能找到一条从处理节点到目标节点之间的能量有效路径,该路径兼顾了路径能量消耗和节点剩余能量情况;该算法还制定了新的蚁群局部信息素再初始化规则,该规则在网络中发生动态变化的节点附近进行局部信息素再初始化,快速有效地更新最优路径.与其他算法相比,该算法能找到一条能量消耗较小,并且节点剩余能量较多的有效路径.     

一种基于过滤器的无线传感器网络近似kNN查询优化算法

在无线传感器网络中进行感知数据查询,必须考虑传感器节点能量受限的特性.提出了一种基于过滤器的无线传感器网络近似一维K-NN查询优化算法FAKNN. FAKNN算法利用样本数据为每一个节点设置一个经验取值区间,并针对查询选择样本数据均值距离查询点最近的部分节点构成候选结果集.由于用户对查询结果的满意度与候选节点的个数和越界概率有关,因此需要通过计算节点的越界概率来确定最终候选结果集,并将候选节点的经验取值区间作为过滤器随查询请求发送到全网.节点利用过滤规则阻止数据发送,从而节省节点能量.仿真实验表明,FAKNN算法在保证查询准确率的同时,可大幅降低查询通信量.     

基于最小生成树的传感器网络能量均衡组播协议

为了均衡无线传感器网络中节点的能量消耗,进而达到延长网络生命周期的目的,提出一种基于最小生成树形成虚拟主干树的能量均衡的组播路由算法.该算法在选择转发节点的过程中,综合考虑前向转发区域内的节点的位置及能量信息,并引入修正因子及路径封锁技术.仿真实验表明,该算法能够有效的均衡传感器节点的能量消耗,延长网络的生命周期.     

基于能量优化的ZigBee网络路由算法

针对AODVjr算法在路由发现过程中会产生RREQ洪泛,导致节点能量消耗过快的问题,提出了一种改进的ZigBee网络路由算法.改进算法通过邻居表限定RREQ传输范围和父子节点的传递方向,计算路由代价并根据节点剩余能量动态划分所处的能量区域,根据3种能量区域进行差异化路由发现,动态回避剩余能量较低的节点并发现能量较高的节点.仿真实验结果表明,改进算法能实现节点的能量动态平衡,有效控制网络的总体能量消耗,减少死点个数和减缓死点出现的频率.     

基于压缩HMAC算法的传感器网络范围查询方法

传统范围查询方法主要针对一维数据,在感知节点上传的信息较多,导致能耗较高。提出一种基于压缩HMAC算法的两层无线传感器网络多维数据范围查询方法。使用AES对称加密算法生成数据密文及加密索引链,运用反向0-1编码和压缩HMAC算法生成最值比较链,反向0-1编码不需额外进行数值化处理,压缩HMAC算法能够缩短HMAC编码长度,从而减少感知节点的发送数据,降低感知节点的能量消耗。在AliOS Things Developer Kit开发板和iTOP-4412核心板上对该方法进行实验,并从单个周期采集数据个数、感知节点数据位数和采集数据维数3个方面与CSRQ等方法进行能量消耗对比分析,结果表明,该方法能保持数据的完整性,且能量消耗更少。     

无线传感器网络中一种近似Skyline 查询处理算法

由于无线传感器网络的能源有限,且在许多应用中Skyline 查询的部分结果即可满足用户需求,提出了一 种近似Skyline 查询处理算法,在满足用户查询需求的前提下最大化地节省能量.该算法仅需无线传感器网络中的部 分传感器节点回传其感知数据即可计算出Skyline 查询的一个近似结果集.由于该算法在处理查询时,每个传感器节 点只需考察自身数据信息即可决定是否回传其感知数据,而无须与其他传感器节点的感知数据进行比较,因此可以 避免大量的网内通信开销,从而节省网络能源.模拟环境下的大量实验结果表明,该算法可以根据用户的应用需求, 节能地处理传感器网络中的近似skyline 查询.     

低能耗无线传感器网络路由算法

由于传感器网络中的节点能量受限,因此如何减少节点的能量开销成为路由协议的研究目标.文中提出了一种低能耗的双层数据分发(An Energy-based Two Tier Data Dissemination Model, E-TTDD)算法.该算法采用斜格组建单元,把源节点和汇聚节点附近的转发节点连接成一条直线,然后在以这条直线为中心以一定间隔的两条平行线之间搜索转发节点,从而使查询路径的能量开销降低.最后用Matlab进行性能仿真.结果表明,E-TTDD算法与原有TTDD算法相比,能量开销降低了3倍,同时延长了网络生存周期.     

链路感知的传感器网络空间范围查询处理算法

在无线传感器网络环境中,用户经常提交空间范围查询以获取网络某局部区域的统计信息,如最大温度、平均湿度等。现有的基于路线的空间范围查询处理算法假设节点通信模型为理想的圆盘模型,而实际的网络并不满足该假设,导致其能量消耗大且查询结果质量差。提出了一种链路感知的空间范围查询处理算法LSA,它根据网络拓扑和链路质量动态地将查询区域划分为若干个网格,依次收集各网格中节点的感知数据,以生成最终的查询结果。LSA算法通过遍历查询区域内的所有网格,保证了算法查询结果的质量。提出了启发式的网格划分方法以降低节点间数据通信的丢包率,给出链路感知的数据收集算法,以减少算法的能量消耗,提高查询结果的质量。通过仿真实验系统地分析和比较了LSA算法和现有的IWQE算法的能量消耗及查询结果质量,结果表明,在绝大多数情况下,LSA算法优于IWQE算法。     

动态无线传感网中低延迟高可靠的数据查询机制

查询处理作为大规模无线传感器网络中智能服务的一个重要操作,可以根据用户需求对网络中的感知数据进行检索和回传.然而,部署在恶劣环境中的无线传感网络,节点容易遭受外力破坏,或者自身资源(能量、存储等)有限,可能会导致节点发生位移和故障,从而造成网络拓扑不断改变以及部分节点的感知数据失效.同时,由于节点感知数据容量大、传输带宽有限以及网络链路不可靠等情况,可能会造成网络通信时延大大增加.这些因素使得快速、可靠的数据查询处理成为无线传感网中一个难题.为了解决这个难题,提出一种动态网络中低延迟高可靠的数据查询机制.该机制是一种非聚合随机查询方式,通过将传感节点划分为源节点和查询节点来实现数据查询.首先,根据监测事件将网络划分为若干个子区域,每个子区域中的源节点相互协作,并按照时间顺序依次轮流监听该区域的事件信息;接着,源节点根据预估的平均节点故障概率,计算出一个合理的备份数量,并将源数据按照该数量存储到邻居节点中,以降低源数据的失效概率;然后,为了加快数据查询速度,源节点定期对源数据块进行编码压缩,并选取剩余能量和存储空间较小的多个邻居节点作为下一跳接收节点.这些接收节点基于局部区域中节点个数大小,决定是否接收存储该报文.重复上述过程,直至压缩数据均匀地分布在网络中.另一方面,查询节点接收到查询请求时,也使用负载均衡多路分发方式将查询请求传输到部分节点上.为了避免目标数据的冗余回传,当查询请求成功查询到目标数据时,目标节点先修改访问位,再选取与查询节点距离最近的邻居节点作为下一跳接收节点,迭代执行上述操作,直到用户获得所需要的事件信息.在以上过程中,为了节省节点能量,在保证高成功查询率的条件下,建立通信能耗最小化的优化模型,计算出最优的压缩数据副本数和查询消息副本数,之后,源节点和查询节点分别按照该数量进行副本数据分发.最后,理论分析和实验结果表明,与其它四种查询算法相比,提出的查询机制具有更高的查询成功率、更低的通信能耗和通信时延.     

WSN低能耗数据收集遗传粒子群算法研究

针对设施农业无线传感器网络节点分布不均匀、能量约束严格的特点,为降低网络总能耗,提出一种改进的遗传粒子群算法,构建一棵树高受限且网络总能耗最小的数据收集树。首先,随机生成连通图网络,采用父节点表示法将生成树编码成粒子;然后,设计一种随机生成数据收集树算法,随机产生满足树高限制的生成树;最后,考虑节点能耗均衡,设计一种粒子单点突变算法,实现对节点能耗最优值的比较。通过粒子单点变异、交叉以及优化新粒子,提高了种群多样性,避免了算法过早陷入局部最优解,在满足时延要求的同时,降低了网络总能耗。实验表明,与有树高约束的DL-DCT算法相比,所提算法降低了7.34%的网络总能耗,延长了网络平均生存期。     

抗窃听攻击的传感器网络空间范围聚集查询处理算法

现有传感器网络聚集查询隐私保护方法采用加解密的形式保护节点感知数据,且需要网络中的所有节点参与查询处理。过多加解密操作会大量消耗节点能量,且用户可能只对其中部分区域的聚集结果感兴趣。针对这些问题,提出一种抗窃听攻击的传感器网络空间范围聚集查询处理算法PCPDA。该算法沿着既定路线,一边查询一边聚集,使得算法不依赖于预先构造好的拓扑结构,适用于网络拓扑结构动态变化的传感器网络,节省了维护拓扑结构的开销。该算法在未采用任何加密措施情况下保证了节点感知数据的隐私性。理论分析和仿真结果表明,PCPDA在能量损耗和隐私保护方面都优于现有算法。     

传感器网络中基于域的聚集算法

聚集运算是传感器网络查询处理中最重要的一个运算。提出了一种基于域聚簇的网内聚集算法PIA。在PIA中,首先结合传感器网络的节点特性和位置信息,提出了一种基于域的分布式数据汇聚模型,把传感器网络按域划分来构建连通核,查询只需在连通核中寻径,因而能明显降低寻径时间复杂度并且具有更好的分布性。在PIA中,核心节点把当前路径中的Max和Min值传送到节点上,如果节点的值不符合要求就放弃本次传送,因而能够明显减少数据的传送次数,从而达到节省能量的目的。理论分析和实验表明该算法较传统算法在节省能量上有较好的表现。     

Energy efficient multicast routing in ad hoc wireless networks

In this paper, we discuss the energy efficient multicast problem in ad hoc wireless networks. Each node in the network is assumed to have a fixed level of transmission power. The problem of our concern is: given an ad hoc wireless network and a multicast request, how to find a multicast tree such that the total energy cost of the multicast tree is minimized. We first prove this problem is NP-hard and it is unlikely to have an approximation algorithm with a constant performance ratio of the number of nodes in the network. We then propose an algorithm based on the directed Steiner tree method that has a theoretically guaranteed approximation performance ratio. We also propose two efficient heuristics, node-join-tree (NJT) and tree-join-tree (TJT) algorithms. The NJT algorithm can be easily implemented in a distributed fashion. Extensive simulations have been conducted to compare with other methods and the results have shown significant improvement on energy efficiency of the proposed algorithms.     

无线传感器网络中一种能量有效的数据存储方法

如何有效地对传感器在过去历史时间段内采集的大量感知数据进行存储,以备将来的信息查询和数据分析已经成为无线传感器网络应用面临的一个难题.介绍了一种基于树型路由的分布式数据存储方法,通过采用动态规划方法选择存储节点,使存储节点能量均衡和所有节点能耗之和最小,从而达到整个无线传感器网络能量有效.仿真实验结果表明,这种数据存储方法能够获得较好的能量均衡和总能耗较小,从而有效地延长整个无线传感器网络的生命周期.