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。     

一种无线传感器网络的混合路由算法

针对无线传感器网络具有严格的能量限制和有效能量的分散、过量的低比率数据和多节点到单一节点的数据流等特点,提出一种适合于无线传感器网络的混合路由算法(HRA).该算法综合应用以节点为中心路由方式的负载平衡算法、位置为中心路由方式的轨道路由和数据为中心的数据融合等,可改善无线传感器网络在路由、发现和查询方面等通信的性能.经性能分析,该算法能很好地增长网络生命期、减少数据传输量、降低能耗.     

传感器网络中基于环的负载平衡数据存储方法

传统的以数据为中心的存储方法有一个非常严重的缺点:网络中存在着明显的热点区域,主要出现在sink和home节点周围.位于热点区域附近的节点所消耗的能量远大于网络内的其他节点,从而严重缩短了传感器网络的寿命.对于出现在sink周围的热点问题,采用在网络中分布多个sink节点的方式消除热点.对于出现在home节点周围的热点问题,提出基于环的负载平衡数据存储协议,并以此数据存储为基础,给出相应的查询处理算法消除热点.首先,负载平衡数据存储协议将传感器网络划分为多个环,在网络工作的某个时间段内,数据被分散存储在某个环内的多个节点上;其次,该存储结构的最大特点是,在不同时间段内,各环轮换工作进一步消除热点.最后,基于环的查询处理算法也是由环内的多个节点协作完成.基于环的负载平衡数据存储协议以及基于此存储协议的查询处理算法虽然在查询处理中所消耗的能量高于传统方法,但可以保证从数据存储到查询处理的整个过程中,网络的所有节点均匀地消耗能量,从而避免了传统方法中的热点问题,达到延长网络寿命的目的.实验表明,基于环的数据存储及查询处理算法可以解决传统上基于事件存储协议中出现的热点问题,并延长传感器网络的寿命.     

传感器网络中一种支持多分辨率区域查询的数据存储方法

在传感器网络中,考虑到节点的通信开销在节点总能量开销中的比重大,以及用户由粗到细分辨率的不同查询需求,有必要在传感器网络中建立支持多分辨率的数据存储机制.首先提出了一种支持多分辨率的数据压缩存储策略 MDCS,节点基于 MDCS在网内产生多分辨率的近似结果;其次,给出了一种基于 MDCS的区域查询处理方法,根据用户给定的分辨率阈值去网内作区域查询处理,并将结果返回给用户.模拟实验表明,基于 MDCS的区域查询处理方法能够高效、低能耗地支持多分辨率的区域查询操作.     

基于无线传感器网络的网内数据融合*

由于电池能量的限制,无线传感器网络设计的一个主要目标就是最大化网络生命期。在传感器网络中,网内数据融合是减少能源消耗的有效途径。首先基于传感器网络的特点,描述了网内数据融合的概念和网内数据融合的两个层次,重点阐述了在无线传感器网络中网内数据融合的几种数据分发策略,并分析了数据的最大延迟时间T在各个融合节点上的分配对网内数据融合的影响。     

无线传感器网络中基于聚类的自适应数据存储

数据存储是无线传感器网络的研究重点.本文分析无线传感器网络中数据存储和访问的相关代价,研究了网状拓扑结构网络中数据存放位置的选择问题.将数据存储问题抽象为传感器节点聚类问题,实现了三种基于聚类的分布式数据存储方法CBDS.为了能够降低能量消耗,CBDS依据生产者和消费者的位置信息、网络拓扑信息及数据速率计算数据存放位置,并且依据这些参数的变化自适应地调整数据存放位置.实验结果表明:CBDS较传统的数据存储方法不仅减少了能量消耗,延长了网络的生命周期,并且降低了访问延迟.     

基于RCFile的无线传感器网络数据存储策略研究

随着无线传感器网络技术的发展,其应用价值遍布环境监测、工农业、抢险救灾、军事国防、生物医疗等许多领域.由于无线传感器网络特征与节点特点,其数据存储与查询策略研究成为热点.对已有的数据存储策略进行了详细介绍与研究,并分析它们的优缺点;其次结合大数据中一种高效的数据存储结构——RCFile,并将其应用到传感器网络的数据存储中,结合行列存储的优势,改变数据存储结构,提出了一种基于RCFile的无线传感器数据存储算法(Wireless sensor network Data Storage based on RCFile,WDSR),并给出了仿真结果分析.仿真结果表明,提出的算法在低能耗、高效率方面存在一定优势.最后指出了无线传感器网络数据存储算法的发展方向.     

大规模无线传感器网络中基于振荡轨迹的数据存储与发现机制

在大规模无线传感器网络中,在不存在基站节点的情况下,节点组成对等网络,任何一个节点都有可能成为数据消费者节点或者数据生产者节点.传感器网络是一种资源受限的自组织网络,节点的能量和计算能力不足以支持复杂协议的设计.如何让随机产生的消费者节点和生产者节点能够有效迅速地发现对方并进行数据查询工作是传感器网络研究中的一个难点.利用数据为中心的存储策略,提出了一种振荡轨迹的数据存储发现机制.该方案要求消费者节点和生产者节点将查询或者数据存储到相应的振荡路径上.该方案不需要节点存储全局的网络信息,每个节点根据局部信息和预设的反射角度进行路由选择和数据转发.理论上,所有的振荡轨迹满足两两相交的特性,保证了数据查询成功率,而且消费者节点在查询数据时所需要的跳步距离是有界的,同时该方案能够保证数据负载的平衡.     

无线传感器网络智能信息处理研究

由大量微小传感器节点组成的无线传感器网络主要用于从目标对象收集信息,但由于节点资源受限,给无线传感器网络的信息处理带来了严峻挑战,为此,必须采取简单、高效的处理策略.本文综述了无线传感器网路环境下智能信息处理的最新研究进展,包括网内聚合、数据压缩和分布式存储和查询等方法,对各种算法的优缺点进行评述,并指出了其关键问题.孙优贤(1940-),男,教授,博士生导师,中国工程院院土,研究方向为复杂系统理论、分布控制系统以及企业综合自动化等.     

无线传感器网络数据存储策略研究综述

针对无线传感器网络的特点,提出了设计数据存储策略及相应数据访问机制的若干标准.详细介绍了国内外研究学者提出的3种主要存储策略即外部存储策略、本地存储策略和数据为中心存储策略的设计思路和适用场合,并重点从节点能耗、网络负载平衡、系统鲁棒性和稳定性等几个方面分析了各种实现方案的优缺点.给出了研究结论,并对其未来的发展方向进行了展望.     

一种面向数据抗毁性的对等网络数据存储策略*

现有评价机制不能准确评估结构化对等网络冗余存储策略,因此,引入数据抗毁性这一评价指标,从全复制、分块复制和有中心节点的分块复制三个角度对数据抗毁性进行建模分析。在此基础上,提出了一种基于动态中心确认机制的数据存储策略（DCDS）。实验证明,该策略在网络节点不断失效的情况下,对提高网络中可用数据的数量是有效的。     

P2P存储网络中的冗余维持

在P2P存储网络中,为保证数据安全可靠,当网络中数据丢失后需生成新的冗余数据.因此,如何快速生成新的冗余数据并保持数据的可靠性就成为评价存储网络性能的关键.网络编码作为一项新兴技术,已被证明可以提高网络吞吐率和鲁棒性.将网络编码思想引入冗余数据维持,可以加快冗余生成速度,从而提高数据可靠性.通过理论分析和仿真给出了快速修复冗余数据的方法、开销和相应的传输策略.仿真结果表明,较传统修复方式所提出的快速修复方法可以节省60%以上的传输时间.     

Optimized P2P streaming for wireless distributed networks

The future Internet will support pervasive applications and communications models that require end-nodes cooperation, such as fog computing and machine-to-machine communications. Among the many applications, also video streaming can be provided with a cooperative and peer-to-peer approach. Cooperative distribution requires building a distribution overlay on top of the physical topology (the underlay). This work proposes an optimized, cross-layer approach to build this overlay minimizing the impact on the underlay. We design an optimal strategy, which is proven to be NP-complete, and thus not solvable with a distributed, lightweight protocol. The optimal strategy is relaxed exploiting the knowledge on the betweenness centrality of the nodes in the underlay topology, obtaining two easily implementable solutions applicable to any link-state protocol for distributed wireless mesh networks. The additional introduction of heuristic improvements further optimizes the performance in real network scenarios. Extensive simulation results support the theoretical findings using three different network topologies. They show that the relaxed implementations are reasonably close to the optimal solution, and provide vast gains compared to the traditional overlay topologies that peer-to-peer applications build.     

网络丢包环境中基于新息驱动的远程状态估计传输策略设计

由于传感器节点本身携带的能量以及传输距离有限,导致其在无线传感网的应用受到了一定的限制.从降低传感器的电池功耗、延长传输距离这两点出发,针对远程状态观测设计了一种一类基于新息驱动的数据传输策略.利用增加中继节点的方法延长了数据传输的距离,并通过该传输策略控制各节点发送数据的时间,降低整个网络的平均能耗,延长数据传输的距离.此传输策略通过推导一类近似二次性能指标的上界求解以使远程估计精度和节点的电池能耗获得最优的平衡.此外,利用该传输策略能很好地解决无线网络中发生数据丢包、数据无法传输的情况.最后,通过观测一组锂电池放电过程的实验对所提出的策略进行验证,结果表明,该策略能够很好地平衡节点的电池能耗与远程估计的性能.     

Under storage constraints of epidemic backup node selection using HyMIS architecture for data replication in mobile peer-to-peer networks

The attainment of high reliability and availability is very difficult to be achieved in very complex wireless infrastructureless networks. Reliability concept describes essentially the transmission characteristics of infrastructureless networks, such as packet loss probability, packet duplication, data misinsertion, and corruption of packets. Some other metrics nowadays, aggregate and contribute to the aggravation of end to end reliability. In this work a new scheme for end to end reliable file/resource sharing is studied, among mobile peer-to-peer users. The proposed scheme uses the Hybrid Mobile Infostation System (HyMIS) to maintain and enhance the reliability of file/resource sharing process among wireless devices. Under various storage constraints the epidemic backup node selection is adopted, merging the advantages of epidemic file dissemination through purely mobile Infostations, using the HyMIS architecture. Examination through simulation is performed, taking into account many newly introduced storage metrics, for the performance evaluation of the proposed scheme. These storage metrics are tuned into certain bounded values to enable high packet delivery ratio. Results show that this scheme under certain storage requirements offer a reliable and robust solution for sharing resources of any capacity in dynamic mobile peer-to-peer wireless environments.     

User density sensitive P2P streaming in wireless mesh networks

Link rate allocation is very important for supporting high video playback rate in Peer-to-Peer video streaming. Although many studies can be found on resource allocation in P2P streaming in wired networks, very few studies have studied the problem in wireless networks, especially in Wireless multi-hop Mesh Networks (WMNs), which is still challenging. To maximize the users’ satisfaction of P2P streaming in WMNs, this paper focuses on link rate allocation problem and proposes a fully distributed algorithm to efficiently utilize the upload and download bandwidth of wireless mesh nodes. We first build an efficient P2P streaming system based on the experimental results from real deployment of our wireless mesh testbed. Then we design an efficient distributed algorithm based on the solution to a linear optimization model, which optimizes towards a user-density-related objective to decide the best streaming rates among peers. Our scheme is resilient to network dynamics that is characteristic in wireless multi-hop peer-to-peer networks. The simulation experiments demonstrate the significant performance enhancement by using the proposed rate allocation algorithm in WMNs.     

Sporadic decentralized resource maintenance for P2P distributed storage networks

In this paper, we propose a novel decentralized resource maintenance strategy for peer-to-peer (P2P) distributed storage networks. Our strategy relies on the Wuala overlay network architecture, (The WUALA Project). While the latter is based, for the resource distribution among peers, on the use of erasure codes, e.g., Reed–Solomon codes, here we investigate the system behavior when a simple randomized network coding strategy is applied. We propose to replace the Wuala regular and centralized strategy for resource maintenance with a decentralized strategy, where users regenerate new fragments sporadically, namely every time a resource is retrieved. Both strategies are analyzed, analytically and through simulations, in the presence of either erasure and network coding. It will be shown that the novel sporadic maintenance strategy, when used with randomized network coding, leads to a fully decentralized solution with management complexity much lower than common centralized solutions.     

基于模糊理论的P2P流媒体节点选择算法

传统Gossip协议对节点的选择存在盲目性,没有考虑节点的存储能力等影响因素,致使节点选择时网络搜索成功率较低,网络传输负载呈现出随机性。通过对非结构化P2P网络中广泛应用的Gossip协议进行探索和研究,运用模糊理论提出基于可靠性的节点选择策略。通过模拟实验对相关数据进行分析,结果表明该策略能有效提高P2P网络中节点的选择效率。     

基于线性回归的无线传感器网络分布式数据采集优化策略

事件监测是无线传感器网络中最重要的应用之一,部署在监测区域内的传感器节点通过对感知数据信息的采集、处理和传输等基本操作完成具体的监测任务,在各种操作中,节点之间的数据传输是最消耗能量的.为了减少节点之间的通信数据量,达到降低网络能耗和延长网络生命周期的目的,该文提出了一种能量高效的基于线性回归的无线传感器网络分布式数据采集优化策略,通过应用线性回归分析方法构建感知数据模型,保持感知数据的特征,使节点仅传输回归模型的参数信息,代替传输实际监测的感知数据信息.仿真实验结果表明,文中提出的数据采集优化策略能通过较小的通信量有效地实现事件监测区域感知数据的预测和估计,降低网络的总能量消耗,延长网络的生命周期.     

一种基于P2P的并行传输模型

文件共享是P2P的重要应用之一,如何提高基于P2P的快速文件传输是保证用户满意度的重要技术。基于以往的研究,提出了一种数据分块与公平存储策略,基于存储策略给出了一个并行传输算法。其中存储策略较完全副本部署具有极大的空间优势,而并行传输算法不但可以适应网络的动态变化,而且对最后一个数据的传输时间也做了优化。实验结果表明:与理论分析一致,它较先前提出的模型具有更强的适应性和实际应用价值。