一种面向分簇实时监测应用的WSN时间同步算法

为了建立一种适用于分簇实时监测无线传感器网络的时间同步算法,同时建立具有较高精度的时钟偏移补偿模型,首先在分析分簇无线传感器网络特性的基础上,提出了一种基于分簇网络路由协议的跨层式同步拓扑构建方法;通过利用簇头路由信息和由邻居握手协议建立的簇内节点间的邻接关系,分别建立基于簇间双向组播和簇内双向广播的同步机制;最后结合参数估计理论构建基于线性模型的非簇头节点时钟偏移估计方法以及基于最大似然估计的簇头节点时钟相位补偿方法。理论及实验结果表明:该算法不仅保证了同步拓扑的有效性,而且使得同步开销较HRTS算法降低33%,较TPSN算法降低88%;单跳平均误差与TPSN算法相差仅6.36μs,较RBS算法提高12.87μs。     

无线传感器网络分布式同步协议

针对无线传感器网络同步问题,提出分布式时间同步和分布式数据同步的解决方法.前者要求簇头网络进行局部信息交互,并采用低通滤波技术去除噪声干扰;后者为节点提供网络数据均值,要求簇头网络执行比例一致性算法,簇头在迭代过程中引入簇内节点数量.实验结果表明,分布式时间同步具备抗噪声能力,该算法在前期收敛速度最快.网格状网络和随机网络实验表明,分布式时间同步和分布式数据同步的通信开销非常低,它们的收敛速度均高于普通数据同步.     

WSN中基于虚拟静电场的多sink路由算法

根据无线传感器网络(WSN)中数据转发与静电场中电荷移动的相似性,将sink节点和传感器节点的监测数据分别抽象成正、负电荷,无线传感器网络被抽象成由sink激发的虚拟静电场.以最大化网络生存时间为目标,以虚拟静电场中的静电引力作为路由选择标准,提出了多sink无线传感器网络路由算法.算法综合考虑传感器节点能耗的有效性和均衡性,以及sink的负载平衡,根据sink的邻居节点和传感器节点的剩余能量,为sink和传感器节点的数据分配相当电量的正、负电荷,依据电荷间的静电引力进行路由选择.理论分析与仿真实验结果表明:该路由算法具有较低的时间复杂性,能够有效的均衡节点的能量消耗,延长网络生存时间.     

基于增强型gossip算法的无线传感器网络时间同步

提出一种增强型无线传感器网络的小道消息(gossip)时间同步算法,利用无线信道的广播特性来提高同步性能. 传统的gossip同步算法是点对点的通信方式,增强型gossip同步算法是点对多点的通信方式. 理论分析和计算机仿真均表明此方法可以提高无线传感器网络时间同步的收敛速度,并且可以降低网络能耗.     

无线传感器网络扩张型时间同步协议

针对无线传感器网络时间同步问题,提出扩张型时间同步协议.协议采用尽可能同步的思想,建立节点对信息交互模型,可同步节点对通信范围并集内所有节点.算法提供多跳同步方案,采用分布式贪婪算法选取最合理的同步节点对.单跳同步实验表明,算法可扩大单跳同步范围并提供准确的时间信息;多跳同步实验表明,算法具有更高的多跳同步精度;MATLAB仿真结果证明,协议可减少同步节点数量并节省网络同步能量消耗.     

考虑网络吞吐量的异构无线传感器网络分簇路由算法

针对在异构无线传感器网络信息聚类过程中,当层数为3～5层时,存在网络吞吐量较低的问题,提出一种异构无线传感器网络分簇路由算法.分析异构无线传感器网络能耗的无线电一阶模式,构建异构无线传感器网络的能耗模型.当簇群请求节点接收到发送于簇头的码分多址编码与时分多址时隙后,转发数据并使其稳定传输;引入狼群算法建立路由路径,实现异构无线传感器网络分簇路由算法优化.结果表明,异构无线传感器网络层数为3～5时的网络吞吐量均得到提高.     

基于近邻算法的无线传感器网络功率控制

针对因无线传感器网络节点部署的密集性和随机性造成单一、不变的发射功率无法满足无线传感器网络能量高效的要求,提出基于近邻算法的无线传感器网络功率控制算法(NNPC).该算法中Sink节点保存整个网络拓扑结构的信息,利用多近邻算法评估节点密度,确定最优通信距离.结合Friss自由空间模型和两线地面传播模型计算当前网络最优发射功率,Sink节点广播通知节点采用最优发射功率发送数据.如果节点没有接收到广播包,那么节点采用默认的最大发射功率.仿真结果表明,基于近邻算法的网络功率控制算法能提高整个无线传感器网络的生存时间,节省网络的平均能耗.     

基于统计的无线传感器网络时钟同步协议

在Arvind提出的概率时钟同步算法基础上针对传感器网络进行了改进,采用在线测量传感器节点间消息传输时延值的方法,从根本上解决了传感器网络进行时钟同步时即要保证同步精度又要降低能耗和带宽消耗的矛盾.针对不同网络拓扑结构设计了簇内时钟同步协议和全局时钟同步协议,针对节点的事件触发工作模式设计了主动同步协议.实验结果表明,基于统计的时钟同步协议能够适应传感器网络的工作特性和需求.     

分簇无线传感器网络安全多路径路由协议

针对多路径路由难以有效抵御恶意节点对无线传感器网络网络层的安全攻击,将多路径路由与节点可信度评价进行有效结合,以节点的转发数据包成功率和包重传率作为直接信任指标,邻居节点对评价节点的信任作为间接信任指标,提出一种基于可信节点的安全多路径路由协议.为降低网络开销,只对簇头节点进行可信度评价,并利用节点信任值衡量下一跳节点的可靠性,计算能达到期望安全性要求的多路径数目,进行信任多路径路由的建立.仿真结果表明:该协议能够有效地均衡路由能耗,延长网络生存周期,保障无线传感器网络的路由安全.     

WSN中一种新的基于蚁群优化的路由算法

针对无线传感器网络路由中网络节点能量和生存时间受限问题,提出了一种基于蚁群优化的WSN分簇路由算法.算法引入蚁群优化,对网络覆盖区域内的节点进行分簇处理,簇内利用蚁群优化算法进行最优路径搜索.仿真结果表明:该算法能有效平衡网络节点间能耗,延长网络生存期,蚁群增强了最优路径的可靠性,进一步降低了网络能耗.     

基于CC2430的低功耗Zigbee无线传感器网络节点的设计

无线传感器网络是综合了传感器、微机电、网络及无线通讯等技术的一种全新信息获取和处理技术。Zigbee是一种近距离小功率无线通讯协议。其低功耗、低成本、应用简单的特性正好是无线传感器网络需求的。在简要介绍CC2430的功能特点的基础上,对无线传感器网络节点的设计要点进行了阐述。由该节点组成的无线传感器网络功耗低、节点体积小,可以广泛地应用于远程监控、环境监测、移动医疗等领域。     

无线传感器网络的时间同步

在无线传感器网络中,时间同步是十分必要的,但是由于无线传感器网络有限的电池能量,存储以及带宽限制等因素的存在,使传统的时间同步算法不能适应于传感器网络,本文给出了专门用于传感器网络的几种时间同步算法,对比了各种算法的优缺点和应用环境的限制。     

Energy efficient distributed sensor management algorithm

Considering the limitation of energy in wireless sensor networks(WSN),a distributed sensor management algorithm is proposed for multi-target tracking with high accuracy and efficient energy conservation. The predicted coordinate of the target and information gain are used to establish the optimization model. The method introduces the auction theory and adjusts the price of the sensor resources, and once the balance of the market is reached,the target-sensor assignment problem is solved. In order to shorten the decision-making time and save the energy consumption,the carrier sense multiple access(CSMA) mechanism is introduced and the decision-making can be completed with local information and a few iterations. The convergence and effectiveness of the algorithm are proved,and simulation results show that the algorithm can effectively deal with multi-target tracking problem,guarantee the tracking performance and save the energy to prolong the network lifetime. So the proposed algorithm has a strong adaptability for the energy constrained WSN.     

A Cluster-Based Virtual Cooperative MIMO Transmission Scheme

基于分簇的虚拟协作MIMO传输策略研究

吕红芳

（上海电机学院 电气学院）

中文摘要：

无线传感器网络应用于环境状态监测时,最关键的问题是在无线通信时保障数据传输的可靠性、降低全网的能量消耗。本文提出了一种基于分簇的虚拟协作MIMO传输策略（CVCM）,该方案根据簇头节点到汇聚节点的距离动态配置最佳的协作节点数目和调制速率,保证每个虚拟MIMO单元和汇聚节点的通信能耗最小,从而降低整个网络的能力消耗。仿真实验结果表明,CVCM有效地降低了网络能耗,延长了网络的生命周期,提高了基站接收数据的有效性。

关键词：分簇;虚拟协作MIMO;动态配置;调制速率

     

低占空比无线传感器网络中节点自适应休眠机制

针对低占空比WSN网络存在着能量消耗不均、网络工作时长等问题,提出一种节点自适应休眠算法.该算法能够根据无线链路状况,自适应地调度节点休眠时隙和工作时隙,保证在时延约束条件下网络的整体能耗最小.在自适应休眠机制加入能量感知,使无线路由根据节点的剩余能量自适应调整,均衡各节点能耗,提升WSN网络的工作时长.经仿真分析发现,该算法能够在满足传输时延的同时,有效地减少工作时隙并降低能耗,从而提升网络的工作周期.