异构无线传感器网络中基于CDS树的拓扑控制方法

拓扑控制是无线传感器网络中节约能量、延长网络生命的关键技术。针对现有拓扑控制方法主要集中在同构网络中作为拓扑构建或拓扑维护单独研究的问题,提出了包含两个过程的异构网络分布式拓扑控制算法A3M。拓扑构建基于最小连通支配集构建虚拟骨干树,在保证连通性的同时关闭网络冗余节点以降低能耗;拓扑维护对网络性能进行评估,当现有网络性能严重下降时,改变拓扑以保障网络的稳定运行。理论分析和仿真实验证实算法能够以较小的时间和消息代价减少拓扑构建能耗并延长网络时间。     

一种基于随机波束天线的自组网拓扑控制协议

定向天线能显著提高无线系统的性能和容量,但采用定向天线的自组网拓扑构建问题比全向天线网络复杂.拓扑控制是一种保证网络连通和节能的有效手段.文中通过对随机波束自组网连通问题定性和定量的分析研究,运用样方统计法推导保证拓扑图高概率连通的临界邻居数;在此基础上,提出了一种基于邻居数的分布式拓扑控制协议,节点独立确定天线波束的...     

随机多智能体系统一致性增益的设计与分析

在固定和切换拓扑中通信网络含有加性随机噪声的情况下,针对随机多智能体系统一致性跟踪控制问题,本文采用自适应控制方法给出了一种新的一致性增益设计方法.在基于邻居智能体状态设计的分布式自适应控制协议中,每个跟随者的一致性增益自适应律仅仅依赖于跟踪误差,并且与通信网络全局信息无关.结合代数图论,随机理论工具和自适应控制得到两个结论:1)每个跟随者以均方意义下跟踪上领导者; 2)每个跟随者的一致性增益趋于一个理想估计值.通过两个仿真实例验证算法的有效性.     

二阶有向多智能体网络的可控包含控制

研究随机给定拓扑结构的二阶有向多智能体网络的可控包含控制问题.针对当前包含控制研究成果大多没有考虑多智能体网络领导者和跟随者的可控配置问题,结合复杂网络可控性理论和二分图最大匹配算法给出满足网络可控的领导者和跟随者集合,并为跟随者智能体设计相应的控制协议,驱使跟随者能够渐近收敛到由多个领导者构成的静态凸包中,从而实现网络的可控包含控制.仿真结果验证了理论分析的正确性.     

异构传感器网络的一种可调节的拓扑控制算法

在无线传感器网络(WSN)的拓扑控制问题中,良好的拓扑结构能够提高路由协议和MAC协议的效率,但是WSN易受外界环境的影响,所以需要设计拓扑结构也能随着环境的变化而变化.而以前的拓扑结构大部分都是固定的,它们的缺点是不能适合环境的变化,并且已有的可调的拓扑结构都是针对同构WSN.针对该问题,提出了一种适用于异构WSN的可调的拓扑控制结构ATCH,该算法使得节点可以独立地调节拓扑结构,并且允许节点有不同的信道损失指数.通过证明和仿真实验显示,算法构造的拓扑图在保证网络连通的同时,能够很好的在能耗最低路径和低节点度之间进行调节.     

带强连通分支的多智能体系统可控包含控制

研究有强连通子图拓扑结构的有向多智能体系统领导者选择及可控包含控制问题.根据网络拓扑结构,智能体被分为两类:单元智能体和一般智能体.首先设计强连通子图中个体组成的单元智能体的一致性协议实现各个单元的一致;后由单元智能体和一般智能体构成新的拓扑结构,结合复杂网络可控性理论与二分图最大匹配算法确定满足网络可控的最少领导者集合,并为所有智能个体设计相应的控制协议,驱使跟随者渐近收敛到多个领导者组成的动态凸包中,从而实现网络的可控包含控制.仿真结果验证了理论分析的正确性.     

高阶有向积分器网络的包含控制

研究高阶固定有向积分器网络的包含控制问题。针对静止和运动的领导者,分别为跟随者提出了不同的控制协议。领导者是静止的情况下,应用拉普拉斯变换终值定理提出线性控制协议,驱使跟随者渐近进入由多个领导者所构成的静态凸包中;领导者是移动的情况下,提出非线性控制协议,以保证跟随者能够渐近进入由多个领导者所构成的动态凸包中,并使跟随者一直保持在该凸包中,同时提出了能够达到这一目标的充分条件。仿真结果验证了该理论分析的正确性。     

基于双效用函数的无线传感器网络拓扑博弈算法

传统拓扑控制算法采用单个效用函数,无法适应网络性能需求的动态变化.在拓扑控制中引入了博弈论,提出了两个具有不同优化目标的效用函数.当节点剩余能量较高时,选择一个全面考虑能量均衡度、网络能耗、网络连通性等因素的效用函数;否则,为了尽可能降低节点能耗而选择另一个更趋向于较低功率的效用函数.实验表明,采用双效用函数的拓扑博弈算法在网络寿命、能量均衡度等方面具有较好的性能.     

基于无线传感器的物联网网络拓扑发现算法研究

在基于无线传感器的物联网中,由于传感器硬件设备的局限性和动态性,以及组成的网络通信带宽有限等,在网络中准确、及时地获取网络的拓扑信息变得非常困难,而如何全面、准确、快速地进行网络拓扑发现对于物联网的网络管理、故障定位和拥塞控制等研究和更多的上层应用具有重要的意义。提出了一种基于移动代理的模糊动态拓扑发现算法的设计方案。不仅通过构造网络模糊拓扑信息的处理方法和移动代理的迁移、活跃度等相关策略模型,给出了移动代理和传感器节点的最优拓扑发现数量比,而且还根据模糊知识处理已有的研究,获得了完整的基于传感器的物联网网络拓扑发现算法。通过实验验证表明,本算法不仅改进了网络拓扑的发现效率,并且具有较小的网络能耗等。     

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。     

Protocol design issues in underwater acoustic networks

In this paper we discuss issues related to the design of underwater acoustic network protocols which are tailored around, and leverage on, the differences between underwater acoustics and terrestrial radio. These differences span physical propagation and energy consumption, and influence the design of medium access control, routing and topology management.By first reviewing a simple model for underwater sound propagation and hardware energy consumption, we introduce a set of solutions which explicitly account for, or make use of, the longer propagation delays of acoustic waves in the water with respect to radio waves in the air, and the different ratio between transmit and receive energy consumption offered by underwater transducers. These protocols deal with the problems of efficiently scheduling transmissions in a fixed 3D deployment, of optimizing the use of energy by choosing the best mechanisms for topology management, and of choosing the best hop length over a multihop path.We then review some more realistic underwater sound propagation behaviors, and detail their consequences on the simulation of MAC protocols for underwater networks. Finally, we briefly discuss the currently available underwater communications hardware (including both commercial and research modems) and comment on which paradigms are currently realizable, with special regard to those requiring the adaptability of transmit power and frequency.     

层次拓扑结构的无线传感器网络能量模型

能耗效率是无线传感器网络中非常重要的性能指标。为了提高网络能耗效率,研究无线传感器网络中的能量模型是非常必要的。针对无线传感器网络层次拓扑结构模型,根据传感器节点工作能耗特点和在网络中承担的不同角色,推导出普通传感器节点、簇头节点能耗模型;并对单跳和多跳两种传输方式的网络能耗以及能耗最小时的最优簇头数进行理论分析和计算,对比了不同传输方式的网络能耗。通过理论分析推导出网络能耗和最优簇头数公式,将为设计能量有效的无线传感器网络拓扑结构算法和通信协议提供指导和理论基础。     

一种能耗均衡的WSN分布式拓扑博弈算法

无线传感器网络（wireless sensor network,WSN）中通常节点能量受限,节点间能耗不均衡会导致网络生命周期缩短.针对该问题,综合考虑节点的能量效率和能耗均衡,通过引入阿特金森指数设计了一种改进优化的综合效用函数;基于此,建立了一种能耗均衡的拓扑博弈模型,并证明了该拓扑博弈模型是序数势博弈且存在帕累托最优;提出了一种能耗均衡的WSN分布式拓扑博弈算法（DTCG）.通过仿真实验及对比分析表明,相较于其它基于博弈理论的拓扑控制算法,DTCG算法能在保证网络连通性和鲁棒性的前提下,降低节点发射功率,拥有更好的能量均衡性和能量效率,可以有效延长网络生命周期.     

多跳无线移动Ad Hoc网络路由协议的研究分析

无线移动Ad Hoe网络(MANET)作为可移动分布式多跳无线网络，没有预先确定的网络拓扑或网络基础设施以及集中控制．为了在如此的网络中促进通信，路由协议主要用于在节点之间发现路径．Ad Hoe网络路由协议的主要目的是网络拓扑的动态变化、任意两个节点之间建立一个使得通信总费用和带宽消费最少的正确和有效的通信路径．描述了设计移动Ad Hoe网络路由协议所面临的问题以及对它们的评价，详细比较了七种典型无线移动AdHoe网络路由协议的特性和功能，即DSDV，CGSR，WRP，AODV，DSR，TORA和ABR，为进一步的研究提出了新的课题．     

移动Ad hoc网络中路由协议的能耗-性能联合比较

移动Adhoc网络是一种完全由移动主机构成的网络,网络拓扑易变,带宽,能源有限是其的突出特点。因此,高效路由协议的设计是Adhoc网络的基本问题之一。目前提出的各种路由协议各有它们的特点和优点。但是对这些路由协议的评价仅仅局限于单纯的网络性能或者能量消耗。该文在引入一种性能—能耗联合度量的基础上,对常见的DSR、AODV、TORA和DSDV四种路由协议进行了比较和评价。     

基于ZigBee技术的建筑能耗监测系统设计

随着我国建筑总量不断攀升,建筑能耗也逐年增加,更加有效地实施建筑能耗统计及建筑节能管理具有重要的意义;通过对建筑能耗监测系统的分析,在研究ZigBee技术的基础上,提出了基于ZigBee无线传感器网络的建筑能耗监测系统总体结构,对其网络拓扑控制和路由协议进行了研究,并介绍了系统周期性工作过程;网络测试表明,该系统可靠性好,能够实现建筑能耗数据的采集和无线传输;通过对能耗数据的统计分析,为降低建筑能耗和提高建筑能效,提供了决策依据和参考.     

Mobility-sensitive topology control in mobile ad hoc networks

In most existing localized topology control protocols for mobile ad hoc networks (MANETs), each node selects a few logical neighbors based on location information and uses a small transmission range to cover those logical neighbors. Transmission range reduction conserves energy and bandwidth consumption, while still maintaining network connectivity. However, the majority of these approaches assume a static network without mobility. In a mobile environment network connectivity can be compromised by two types of "bad" location information: inconsistent information, which makes a node select too few logical neighbors, and outdated information, which makes a node use too small a transmission range. In this paper, we first show some issues in existing topology control. Then, we propose a mobility-sensitive topology control method that extends many existing mobility-insensitive protocols. Two mechanisms are introduced: consistent local views that avoid inconsistent information and delay and mobility management that tolerate outdated information. The effectiveness of the proposed approach is confirmed through an extensive simulation study.     

How much energy saving does topology control offer for wireless sensor networks? – A practical study

Topology control is an important feature for energy saving, and many topology control protocols have been proposed. Yet, little work has been done on quantitatively measuring practical performance gains that topology control achieves in a real sensor network. This is because many existing protocols either are too complex or make too impractical assumptions for a practical implementation and analysis. A rule of thumb or a practical upper bound on the energy saving gains achievable by topology control would assist engineers in estimating the overall energy budget of a real sensor system. This paper proposes a new topology control protocol simple enough to permit a straightforward stochastic analysis and also a real implementation in Mica2. This protocol is currently deployed in our testbed network of 42 Mica2 nodes. Our contribution is not on the novelty of this protocol but on a practical performance bound we can study using this protocol. The stochastic analysis reveals that topology control can achieve a power gain proportional to network density divided by a factor of eight to ten. Our experiment result from the real testbed tests confirms this finding. We also find a tradeoff in terms of throughput loss due to reduced density by topology control which amounts to about 50% throughput loss. These performance figures represent rough rules of thumb on energy efficiency achievable even by a very simple, unoptimized protocol.     

无线传感器网络的拓扑控制

拓扑控制是无线传感器网络研究中的核心问题之一.拓扑控制对于延长网络的生存时间、减小通信干扰、提高MAC(media access control)协议和路由协议的效率等具有重要意义.全面阐述了拓扑控制技术的研究进展,首先明确了拓扑控制研究的问题和设计目标,然后分别从功率控制和睡眠调度两个方面介绍代表性的研究工作,并加以分析和比较,同时指出了这些工作存在的不足.最后分析和总结了研究现状中存在的问题、需要进一步研究的内容以及拓扑控制研究的发展趋势.