无线传感器网络中的拓扑控制 *

拓扑控制是无线传感器网络研究中的核心问题之一 ,它对于提高网络生存周期、降低通信干扰、提高 MAC和路由协议、保证网络连通和覆盖质量、提高网络服务等具有重要意义。阐述了拓扑控制技术研究的进展,首先描述了拓扑控制及其方法、评价标准 ,然后从平面网络、层次型网络拓扑控制介绍了一些代表性的研究工作 ,并指出了这些工作存在的不足 ,最后总结了研究现状中存在的问题以及拓扑控制研究的发展方向。     

无线传感器网络的拓扑控制算法综述

无线传感器网络的首要设计目标即延长网络生命期,而网络拓扑作为路由层协议和MAC层协议的重要平台,对其进行控制是实现这一目标的支撑基础.本文总结和分析了传感器网络领域已有的拓扑控制方面的研究成果,阐述了多种受研究者关注较多的典型拓扑控制算法,并指出其中有待解决的问题,进而归结了拓扑控制算法设计中需考虑的因素,随后针对功率控制和分簇控制分别设计了两种算法模型,最后探讨了今后应研究的问题,指明了下一步研究中的重点和难点.     

无线传感器网络拓扑控制研究

随着无线传感器网络的广泛应用,传感器节点的部署环境也更加复杂,网络性能受到很大影响,通过优化拓扑结构,最大化利用节点有限资源成为拓扑控制研究的重要内容,网络拓扑控制在延长网络生命周期、节约节点资源、降低网络干扰等方面发挥着重要的作用,它能够提高路由协议和MAC协议的效率,为数据融合、时间同步和目标定位等很多方面提供基础。设计实现一种高效的拓扑控制机制已成为无线传感器网络的研究重点,该文中主要是针对现有的部分拓扑控制算法进行了分析和比较。     

无线传感器网络故障诊断与容错控制研究进展

可靠性和可持续性是无线传感器网络(WSNs)研究的重要问题。从拓扑、能量、监测和安全等角度对WSNs故障诊断和容错控制方法进行详细的归纳和总结。对WSNs故障类型进行了划分,主要分为节点故障和网络故障,根据WSNs体系结构,介绍了节点自诊断、网络诊断和基站诊断3种故障诊断方法,阐述了相关的容错控制技术,包括冗余机制、多路由设计、动态拓扑控制、传输协议优化、数据融合和智能方法。对WSNs容错控制技术目前存在的问题与未来发展趋势进行了探讨。     

WSN中一种高效节能的分簇路由协议

针对传感器网络存在的节点能耗过快问题,提出了一种新的分簇路由协议EEGC。该协议底层拓扑采用分簇及簇内部分覆盖算法,有效地降低了网络能耗。上层拓扑采用近簇头单跳通信、远簇头多跳通信的方式,缓解了内环簇头能耗过快的问题。同时,以簇头剩余能量决定簇及簇间路由的重构,进一步提高了控制消息的效率。仿真验证表明,EEGC协议的网络寿命明显优于LEACH。     

有效支持拓扑控制应用的新型MAC协议

分析了无线自组网中拓扑控制技术有待解决的相关问题,提出了一种有效支持拓扑控制应用的MAC协议。该协议基于RTS/CTS机制,引入拓扑控制算法,通过收集相邻节点的拓扑控制信息,调整节点信号覆盖半径,降低节点间干扰。同时,"自激活"机制保证了节点收集到的拓扑控制信息的完整性。仿真结果表明,该协议能够有效支持拓扑控制技术在无线自组网中的应用,提升网络空分复用度,进而提高网络吞吐量,降低端到端延时。     

动态非线性智能体网络的渐近一致协议

提出了由一般非线性方程描述的多个智能体组成的网络达成渐近一致的概念,以及多动态智能体网络的渐近一致协议问题,介绍了表征网络信息流的图论知识,讨论了在一定的网络信息流拓扑结构情况下,使用非线性控制理论得出的多动态智能体网络最终达成渐近一致的协议的形式、计算方法及其存在条件。运用该一致协议对多无人机系统进行编队控制,其仿真结果表明了该一致协议的应用领域和有效性。     

WSN拓扑控制及其容侵问题研究

拓扑控制是无线传感器网络应用中的关键问题。本文首先详细分析了无线传感器网络拓扑控制的目标,并给出了用于研究无线传感器网络拓扑控制问题的网络模型,然后结合该目标与模型,将现有的拓扑控制方法分为功率控制、分层机制、轮值机制等三个类型,并对其进行了分析,最后针对几类已有协议的拓扑攻击方法进行分析并提出防范机制,指出容侵是其必然的研究方向。     

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.     

传感网中链路干扰优化的拓扑控制综述

拓扑控制是降低传感器网络能耗、为MAC及路由等上层协议提供支持的关键手段。对于广泛采用共享信道的传感器网络来说,并发链路的干扰严重降低了网络的传输效率、浪费了有限的网络资源。因此,降低干扰被认为是拓扑控制的最重要的目标之一。全面分析了面向链路干扰优化的传感器网络拓扑控制技术的研究进展,首先对不同的链路干扰模型进行了分析和比较,然后描述了基于不同模型的拓扑控制算法的执行流程和复杂度,分析了现有工作的特点和不足之处,同时指出了需要进一步研究的问题。     

无线传感器网络拓扑控制的理论探讨

拓扑控制是无线传感器网络中重要的节能技术,并且已经形成了功率控制和睡眠调度两个主流研究方向。针对当前研究工作中存在的问题,对拓扑控制进行了基础性的研究。全面地考虑了网络的通信能耗和空闲能耗,在理想情况下给出了以最小化能耗为目标的拓扑控制问题的一个明确定义;证明了这个问题是NP-难的,同时非形式化地讨论了更实际的拓扑控制问题的计算复杂性;并且在此基础上,进一步提出了关于如何设计能量高效的拓扑控制协议的3个必要性原则。希望本研究成果有助于探索更好的拓扑控制协议。     

卫星网络路由技术

卫星网络周期性动态变化的拓扑对路由协议的设计提出了新的挑战.由于传统网络的路由协议不再适用于卫星网络,许多针对卫星网络的路由技术被相继提出来.在简要介绍卫星网络架构与拓扑控制策略的基础上,根据卫星网络路由技术的发展脉络,从分类的角度重点阐述了一些关键路由技术的核心机制、特点以及存在的主要问题.最后,针对应用需求,提出了卫星网络路由技术的发展趋势.     

LEO卫星网络的路由技术

低地球轨道LEO(Low Earth Orhit)卫星系统因能够提供多媒体通信服务而成为卫星通信研究的热点．由于LEO卫星相对地面高速运行和其网络拓扑结构的快速动态变化，路由问题一直是LEO卫星网络重点解决的难题之一．该文介绍了LEO卫星网络中路由及其相关技术方面的一些工作，分析了LEO卫星网络的拓扑结构特点，然后着重对LEO卫星网络的路由机制进行分类和描述，特别说明LEO卫星网络的切换对路由的影响，最后提出设计LEO卫星网络路由机制应考虑的主要方面．     

无线传感器网络传输控制协议

介绍了无线传感器网络的传榆控制问题,总结了近年来提出的各种传输控制协议及主要设计思想.首先引入了传输控制问题的研究背景;然后分别从拥塞控制和可靠保证两个方面介绍代表性的研究工作,对涉及的主要方法进行分类分析;最后进行了各种协议的综合比较,并指出了无线传感器网络传输控制未来的研究方向.     

Theory and Experiments on Enclosing Control of Multi-Agent Systems

This paper proposes a control strategy called enclosing control. This strategy can be described as follows: the followers design their control inputs based on the state information of neighbor agents and move to specified positions. The convex hull formed by these followers contains the leaders. We use the single-integrator model to describe the dynamics of the agents and proposes a continuous-time control protocol and a sampled-data based protocol for multi-agent systems with stationary leaders with fixed network topology. Then the state differential equations are analyzed to obtain the parameter requirements for the system to achieve convergence. Moreover, the conditions achieving enclosing control are established for both protocols. A special enclosing control with no leader located on the convex hull boundary under the protocols is studied, which can effectively prevent enclosing control failures caused by errors in the system. Moreover, several simulations are proposed to validate theoretical results and compare the differences between the three control protocols. Finally, experimental results on the multi-robot platform are provided to verify the feasibility of the protocol in the physical system.      

Distributed Fault-Tolerant Containment Control for Nonlinear Multi-Agent Systems Under Directed Network Topology via Hierarchical Approach

This paper investigates the distributed fault-tolerant containment control (FTCC) problem of nonlinear multi-agent systems (MASs) under a directed network topology. The proposed control framework which is independent on the global information about the communication topology consists of two layers. Different from most existing distributed fault-tolerant control (FTC) protocols where the fault in one agent may propagate over network, the developed control method can eliminate the phenomenon of fault propagation. Based on the hierarchical control strategy, the FTCC problem with a directed graph can be simplified to the distributed containment control of the upper layer and the fault-tolerant tracking control of the lower layer. Finally, simulation results are given to demonstrate the effectiveness of the proposed control protocol.      

Distributed adaptive control for time-varying formation of general linear multi-agent systems

An adaptive gain scheduling technique is investigated to discuss distributed time-varying formation (TVF) control problems for general linear time-invariant multi-agent systems (LTI-MASs), where two types of topologies are considered: (1) the interaction topology is undirected and connected, and (2) the interaction topology is directed. Two fully distributed adaptive TVF control protocols are, respectively proposed, which both assign a time-varying coupling weight to each node in the interaction topology. Two algorithms to design the constructed protocols are presented under the undirected and directed interaction topologies, respectively. A feasible TVF set is provided. The stabilities of two algorithms are, respectively proved based on the Lyapunov functional theory. For both undirected and directed interaction topologies, general LTI-MASs can achieve the given TVF using the designed fully distributed adaptive formation protocol without any global information about the interaction topology when the TVF satisfies the feasible set. Finally, theoretical results are illustrated with numerical simulation examples.     

机载网络体系结构及其协议栈研究进展

随着空中任务的不断增加,尤其是无人机的迅速发展,机载通信需求的快速增长促使机载通信向网络化的方向不断发展.作为连接卫星网络和地面网络的空中通信重要枢纽,机载网络具有诸多区别于无线移动网络的新特征,包括大尺度三维稀疏分布场景、长传输范围、移动轨迹可预测、高速移动、高动态拓扑和分群结构等.这也使得其在体系结构和协议栈设计上面临新的挑战,成为学术界和产业界的研究热点.首先,对机载网络体系结构和网络特征作了介绍;进而,重点对MAC协议、路由协议和传输控制协议3个方面的研究进展进行了系统的综述;最后,讨论了机载网络研究存在的一些问题和需要进一步研究的方向.