大规模无线传感器网络仿真节点随机部署分析

无线传感器网络具有密集型、随机分布的特点.大规模节点部署的无线传感器网络给实际应用和科研工作带来困扰,甚至无法完成.文章基于OPNET平台,在仿真无线传感器节点和应用层进程模型的基础上,采取接收信号强度指示测距定位技术控制节点传输距离,在一个相对较小的空间区域部署大量节点.仿真模型运行后,分析了网络应用层若干性能,包括网络传输半径、传输半径与能量消耗关系、网络延时和吞吐量,验证了网络拓扑结构的收敛性和合理性.根据多路衰减模型,综合考虑数据分组传输距离与能量消耗之间的平衡,计算出节点传输半径与最大传输半径及最小传输半径的数值关系.     

基于蚁群的无线传感器网络路由算法

针对无线传感器节点能量、通信能力及计算能力有限等特点,将蚁群算法应用于无线传感器网络,提出一种改进的蚁群路由算法,考虑了节点的能量、距离、通信半径和传输方向等参数.实验结果表明:该算法有效地减少了网络能量消耗、节点死亡数、路由跳数和数据传输的路径长度,延长了无线传感器网络的寿命,实现无线传感器网络在通信过程中快速、节能的路由。     

一种无线网络路径容量分析模型

旨在为移动计算中多跳网络链路的研究建立一个计算复杂度较低的通用分析模型,奠定一定的数学研究基础.在已有成果的基础上,将研究的粒度从节点扩展到由若干节点组成的路径,并提出了基于流水排队策略的无线多跳路径容量分析模型.这个模型可以有助于在无线多跳网络中规整地探索网络传输的吞吐能力的状况,可以为研究MANET和Sensor network的传输链路的通信能力的工作提供一种比较高效的计算和分析模式.所得到的多跳环境下的网络容量表达式,计算比较简单,可以用于动态调整系统参数的设计中,在设计QoS路由算法时也是很有裨益的.     

无线传感器网络中能量最优传输半径调整

在无线传感器网络中,为有效节省能量的消耗,一般将多跳路由上的冗余节点设置成休眠状态.针对节点均匀分布的线性网络,在候选路由节点随机确定,且各节点可有不同传输半径的情况下,利用动态规划算法选择合适的活动路由节点及其传输半径,达到总体最优能量消耗.数值结果证实算法的有效性.     

无线自组网中多径与单径路由的吞吐量

多径路由是无线Ad Hoc网络中一种重要的路由算法,采用多径可以增大源节点到目的节点的业务流吞吐量。该文分析无线Ad Hoc网络中多径路由的吞吐量,仿真结果表明,当源节点与目的节点之间距离较大时,多径路由的吞吐量大于单径路由,且吞吐量随跳数的增减发生缓慢变化。     

基于Sun SPOT平台的无线传感器网络多跳路由协议设计

多跳路由协议是无线传感器网络中的关键技术之一,针对传统多跳传输协议在无线传感器网络的实际应用中存在部署过程过于复杂等问题,设计了一种灵活实用的基于Sink节点控制的无线传感器网络多跳传输协议(Sink Controlling Multi-hop Protocol,SCMP)。Sink节点通过发送命令信息实现对传感器节点的控制,并收集各个节点的路由信息从而获得全局路由,然后对传感器节点的数据传输进行进一步控制。在Sun SPOT平台上对SCMP进行了部署实验,结果表明,基于Sink节点控制的多跳传输协议更加方便灵活,在实际的无线传感器网络应用中具有一定的有效性和可行性。     

无线多媒体传感器网络能量均衡的多跳图像传输机制

针对由普通节点和图像节点组成的异构无线多媒体传感器网络,提出了基于图像节点邻域协作压缩的多跳图像传输机制MHIT。该机制在发送图像前,首先根据传输距离和路由跳数判断是否需要压缩图像,若压缩图像后再传输消耗更多能量,则直接发送图像;否则,图像节点将图像压缩任务分发给邻域内的普通节点协作完成,均衡了网络能量消耗,极大地缓解了图像节点的能耗压力。实验结果表明,MHIT有效解决了无线多媒体传感器网络因图像压缩而引发的能量空洞问题,明显延长了网络生存期,特别适合于大规模无线多媒体传感器网络远距离图像传输。     

一种时延保证的QoS路由协议

针对无线传感器网络中多跳视频传输实时性难以保证以及节点失效造成的传输中断问题,本文在比较分析了考虑时延的路由协议基础上,提出并设计了一种保证时延QoS要求可自我修复的路由协议(Self Repaired and Delay Guarantee Routing Protocol)。该协议选择时延最短的节点作为路由节点,缩短了多跳传输时间;在路由表中增加备选路由节点,当某个路由节点失效时,自动启用备选节点修复路由,节省了路由重新建立的时间,保证了视频传输持续性。仿真结果表明该路由协议能够较好地满足无线传感器网络中多跳视频传输的时延要求。     

基于虚拟力的能耗均衡层次路由协议

大规模无线传感器网络路由转发中主要存在节点负载不均衡,容易导致"热区"中节点过早死亡,从而大大降低传感器网络生存时间的问题.针对这一问题,本文提出一种新的路由协议ECFP,首先利用节点与Sink节点的最短跳数建立簇首竞争半径,根据簇首竞争半径选择剩余能量较高、链路质量较好的节点出任簇首,然后基于虚拟力模型进行非均匀分簇,最后簇首之间多跳将信息传输至Sink节点.实验结果表明本文提出的协议在能耗均衡性和网络生存时间方面都具有较好的性能.     

大规模无线传感器网络正六边形覆盖时的传输容量研究

传输容量是无线传感器网络的重要性能指标之一。该文针对监测覆盖效果最佳的正六边形,利用随机几何理论建立无线传感器网络模型,并根据节点分布情况,推导计算节点距离的累计分布函数和概率密度函数。同时,采用功率控制机制,研究CSMA协议下的网络中断概率和网络传输容量。仿真结果表明：正六边形覆盖监测区域内的系统中断概率较低,网络传输容量较大。而且,空间分组密度、网络编码效率、退避次数和重传次数决定了网络传输容量的大小。这为日后研究无线传感器网络的传输性能提供了理论参考依据。     

无线传感器网络中一种ARMA流量预测的拥塞控制算法

在无线传感器网络中,由于各节点的通信能力、计算能力、存储能力等都比较有限,使其需采取有别于传统网络的拥塞控制策略.本文针对传感网络特有的多对一、多跳通信方式经常导致网络拥塞的缺陷,提出一种基于流量预测的拥塞避免算法(SCATP).该算法通过ARMA模型分析流经各节点的当前流量,预测网络下一时刻的拥塞状况,并据此进行流量分配,从而实现拥塞控制的同时保证数据的可靠传输.仿真实验表明,SCATP算法在延迟、抖动率、吞吐量和能量有效性等方面能有效改善网络的服务质量.     

一个基于图邻接矩阵模型的多跳Ad Hoc网络路由协议及网络性能分析

在无线网络数学图论模型的基础上，提出了一个基于多跳邻接矩阵的无线Ad Hoc网络的路由选择协议（MRP）并和DSBR协议作了比较仿真分析，分析了信息传输的误比特率问题并提出了控制方案，以及分析了节点移动性对无线网络信干比（SINR）期望性能的影响并得出信干比期望性能随节点移动速度的增大而增大、随发射距离的增大而减小的结论。     

一种基于PSO的有效能量空洞避免的无线传感器路由算法

无线传感器网络路由的一个重要问题是如何有效地均衡整个网络的能量消耗水平,避免形成能量空洞,从而导致整个网络过早死亡.基于无线传感器网络特性,首先将路由问题转化为线性规划问题.并证明了路由问题与线性规划问题的等价性.在此基础上.利用粒子群算法(particle swarm optimization algorithm,PSO)来求解能量空洞避免路由问题.算法重新定义了PSO的粒子、粒子的运算与"飞行"规则,提出了基于PSO的无线传感器路由优化算法.算法不仅能够适用于平面网络,经过稍加改进同样可以适用于层次网络的路由算法.通过理论分析证实了算法的正确性,同时大量的模拟实验证实了算法的有效性.     

MuPAC: A new multi-power architecture for capacity enhancement in cellular networks

We have considered the problem of providing greater throughput in cellular networks. We propose a novel packet data cellular architecture, the Multi-Power Architecture for Cellular networks (MuPAC), based on multi-hop relaying with multiple channels. MuPAC has the unique capability of providing a coarse grained frequency reuse factor that contributes to its enhanced throughput. MuPAC utilizes multi-hop wireless relaying in the presence of the infrastructure nodes such as base station (BS) in order to provide a very high network capacity. Multiple data channels each of which is designated to operate at a different transmission power are used in order to provide a coarse grained frequency reuse factor. MuPAC also includes solutions to problems faced in multi-hop networks: performance degradation at high mobility, partitions, etc. MuPAC provides increased throughput compared to existing schemes such as the current day cellular systems which can be classified as single-hop cellular network (SCN), and the recently proposed multi-hop cellular network (MCN). We provide an analytical treatment of MuPAC to support its superiority over SCN and MCN. We also show using extensive simulations, that MuPAC performs well over a range of node densities, under high mobility, varying traffic generation characteristics and also improves fairness across a cell.     

On the nominal capacity of multi-radio multi-channel wireless mesh networks

Wireless mesh networking is an emerging technology with a wide range of applications, from community to metropolitan area networking. Mesh networks consist of wireless routers and access points that make up the network backbone which is connected to the wired infrastructure. Client devices are located at the edge. The capacity of a wireless mesh network is an important performance indicator as well as design parameter. It depends on various factors such as network size and topology, expected traffic patterns, number of interfaces per node, number of channels, routing and channel assignment etc. In this paper, we present an analytical framework for estimating the capacity of wireless mesh networks, based on the concept of collision domains. The capacity of grid-oriented mesh networks is investigated for various scenarios to study the impact of different network parameters.     

认知无线电网络中QoS组播路由调度

在多跳认知无线电网络中,组播的信息通常要经由多个中间节点的转发才能到达最终的目的节点。现有的研究中已经有很多的组播路由协议,然而这些协议都是基于传统无线网络的,并不适合新型的认知无线电网络。本文解决的的问题是:在多跳无线网络中,给定一个具有QoS要求的组播请求,如何建立组播路由以及对路径节点进行传输调度,使得在满足QoS要求下整个传输过程的带宽消耗最小。本文提出了一个分布式的组播路由协议来解决该问题,该协议不仅实现了路由过程的建立,同时还完成了对节点传输过程的合理调度。实验结果证明本文的传输调度策略能有效地减少网络的带宽消耗,同时增加组播请求响应的成功率。     

基于功率控制的传感器网络寿命延长算法

目前无线传感器网络中节点多采用同样的发射功率,由于其多跳中继通信和多对一的流量特点,使得整网流量分布严重不均。靠近接收站的节点因承担流量过大而首先耗尽能量,造成网络分区并破坏网络的连通性,使得网络使用寿命严重下降。结合传感器网络在环境监测中的应用,利用环带模型对网络流量进行了量化分析,并提出了基于二分法的功率控制技术以降低网络流量的不均匀度,试验结果表明可大幅度提高网络的使用寿命。     

Energy saving and capacity improvement potential of power control in multi-hop wireless networks

This study investigates the potential of using transmission power control in wireless packet networks with differing number of hops between source and destination nodes. Here we exploit the benefits of power control in the context of multi-hop wireless ad hoc type networks with a distributed media access control. For our investigations we choose several general ad hoc network topologies and study the effects of power control with respect to energy consumption and network capacity. We show that power control largely improves the network capacity and energy savings in all investigated scenarios, and that utilizing a greater number of intermediate hops between source and destination nodes improves the energy savings though may cause a tradeoff in capacity, depending on the network topology considered.     

能耗均衡的多跳多路径认知分层路由算法

为了缓解频谱资源紧缺的现状,提高认知无线传感器网络能量消耗的均衡性,并减少网络的能量消耗,提出了一种适用于异构认知无线传感器网络的能耗均衡多跳多路径认知分层路由EMMCH算法。首先,根据节点剩余能量、节点位置和邻居节点密度改进了簇首选举概率;其次,结合竞争半径的概念,平衡区域簇首能耗;然后,根据节点信道可用性和剩余能量选举最优簇首,簇首总数依据动态选举的思想确定;最后,簇首节点选取剩余能量高、距离汇聚节点近且存在空闲信道的节点进行多跳传输路径规划,再结合沿途消耗和不均衡程度选取最优路径。仿真结果显示,与对比算法相比,EMMCH算法具有更长的生命周期、更高的稳定性、更多的数据传输量和更均衡的网络能耗。