无线传感器网络节点通信抗干扰实验研究

干扰问题是影响传感器节点间成功通信的重要因素,设计抗干扰方案是解决传感器节点通信干扰的首要问题。设置了无线传感器网络节点通信的两种干扰模型：一种是基于环境的干扰模型,旨在得到节点距离和通信强弱的指数关系;另一种是基于人为设置的干扰,旨在得到密封铁盒对铁盒中节点通信强弱的影响。根据丢包率与距离成指数关系原理得出不同干扰下的干扰系数值,针对所设置的不同通信干扰模型,统一采取丢包重传的抗干扰技术,可以降低丢包率,提升传感器网络节点通信抗干扰性能。     

基于梯度的无线传感器网络能耗分析及能量空洞避免机制

在基于"梯度汇聚"模型的无线传感器网络 (Wireless sensor networks, WSNs)中, 因节点间能量消耗不平衡而引发的能量空洞一直是影响网络生存周期的重要原因. 本文分别分析了无通信干扰的自由空间环境和瑞利衰落环境下网络中节点的能量消耗,提出了一种基于节点能量非均匀分布的能量空洞避免机制,即根据节点的能耗水平为每个节点储备不同的初始能量.并结合通信干扰、休眠机制等因素,研究了基于"梯度汇聚"模型的无线传感器网络生存周期的上界和下界. 模拟结果表明,该机制提高了能量的利用效率,延长了网络的生存周期.     

用可分负载理论分析无线传感器网络任务调度

针对无线传感器网络的任务如何在最短时间内完成且充分利用网络资源的问题,提出了一种基于可分负载理论的无线传感器网络任务调度算法（WDTA）.该算法根据网络中各个节点的处理能力和节点间的通信能力,将总任务从SINK节点下发至网络中.通过去除节点间的通信干扰来提高资源利用率和减少总任务完成时间.算法在两种分群结构的异构网络环境下进行了分析,得到了在各个节点上最合理的任务分配方案,以及最短的任务完成所需时间.理论分析了基于可分负载理论的无线传感器网络任务调度的极限情况.实验结果表明WDTA算法能够通过合理分配任务,而减少任务完成时间及节点能耗.该方案可以作为设计大规模无线传感器网络的原则.     

基于uSD的情境感知系统设计与实现*

基于移动终端、情境感知以及无线传感器网络的结合需求,提出了一种应用于移动终端的情境感知系统,包括若干无线传感器节点、情境感知及处理终端、应用服务及执行装置等。针对移动电子设备一般都不具备接入无线传感器网络所需功能单元的现状,利用uSD概念为移动终端设计了一个ZigBee通信功能扩展模块,使移动终端能够从无线传感器网络中获取情境信息,并提供相应的情境感知和处理功能。最后,设计了包含位置等信息的情境感知服务演示系统,初步验证了基于uSD的情境感知系统在移动终端上应用的新颖性和有效性。     

非打扰式无线传感器网络测试仪的设计与实现

无线传感器网络的测试工具对于传感器网络的深入研究和应用具有重要意义。提出了一种非打扰式的无线传感器网络测试方法,并介绍了基于该方法的无线传感器网络测试仪的设计思路和详细实现。该测试仪采用可编程逻辑阵列(FPGA)高速采集传感器节点的内部互连信息,并将采集的信息通过额外网络传输到测试服务器进行集中处理,还原节点状态信息和获取整个无线网络的通信情况,避免了对传感器网络节点运行和无线通信的影响。实验测试表明,该测试仪可以很好地获取节点状态,并在数据采集的过程中不干扰节点的正常工作。     

无线传感器网络节点定位的同心圆改进算法

定位技术是无线传感器网络的关键技术之一。同心圆定位方法是新近提出的一种精度较高的定位方法,未知节点根据锚节点广播的信息确定自己在以该锚节点为圆心的哪个圆环内,把若干包含自己的圆环的交集的质心估计为其位置。提出一种改进的同心圆定位方法,在原方法的基础上,利用相邻圆环内的未知节点间的通信减小包含未知节点的圆环的宽度,从而更精确地估计出了未知节点的位置。该方法只比原方法增加很少的能耗。同时仿真结果表明,该方法在理想环境和有干扰环境下其定位精度都明显高于原方法。     

基于山区地形的无线传感器网络三维定位机制

针对三维DV-hop无线传感器定位算法在实际地形中定位时误差较大的问题,提出了根据山区地形的网格数据进行较近点投影校正的无线传感器网络非测距三维定位算法。经典的三维DV-hop算法求出未知节点位置后,在该节点附近搜索3个离该节点较近且非共线的山区地形网格上的点,将该节点向上述3个点确定的面进行投影,投影点即为校正后的未知节点位置。山区地形多场景实验表明,该方法较大幅度减小了定位误差。     

基于博弈论的多媒体传感器网络MAC协议

IEEE802.1 le媒体接入控制(MAC)协议不能较好地满足无线多媒体传感器网络不同类型业务节点间的公平性要求.为解决该问题,提出一种基于博弈论的无线多媒体传感器网络MAC协议.将节点间的信道竞争过程建模为非完全信息动态博弈,在不同的负载情况下,通过改变普通业务的权重提高不同业务间的公平性.仿真结果表明,该协议能在保证多媒体业务服务质量的同时,增加普通业务数据流接入信道的机率,提高整个网络的平均吞吐量.     

基于蚁群优化的无线传感器网络能耗均衡路由算法

针对无线传感器网络中节点能量受限的特点,将蚁群优化算法(ACO)应用于无线传感器网络,同时考虑了通信路径长度和节点剩余能量等因素,提出了具有能量意识的无线传感器网络路由算法,从多方面解决了节点间的能耗不均衡问题。该算法在OMNET++平台下仿真结果表明,与Ant-Net、ACRA算法相比在能耗不均衡和传输延迟等方面有了较大改进,实现了全网节点的能耗均衡,有效延长了网络生命期,减小了传输时延。     

无线传感器网络中基于非端到端的区分队列服务

在无线传感器网络中,通信的一方是汇聚节点,通信的另一方不是某一个传感器节点而是一群传感器节点。适用于端到端通信的服务质量方法不再适用于无线传感器网络。为此,提出了一套新的非端到端的事件服务质量参数,并基于此提出了一种基于区分队列服务算法的、为网络中不同的事件提供不同服务质量的方法。通过这一策略,汇聚节点可以及时可靠地检测到待处理的紧急事件。仿真实验结果验证了该方法的可靠性。     

无线传感器网络媒质接入控制协议的研究进展

媒质接入控制（Medium Access Control）是无线传感器网络设计的关键问题之一。由于无线通信模块是传感器节点能量消耗的主要来源，而媒质接入控制协议则直接控制着节点无线通信模块的活动，因此MAC协议节能效率的好坏将严重影响网络的性能。本文首先介绍了MAC层能量消耗的主要来源，阐述了无线传感器网络中MAC协议的研究内容和设计目标，并讨论了影响MAC协议性能的若干参数指标，随后介绍了几类典型的MAC协议，最后对MAC协议的发展方向进行了总结和展望。     

基于RFID的无线传感器网络节能MAC技术

将无线射频识别(RFID)技术与无线传感器网络相融合，设计具有RFID读取功能的传感器节点。针对基于RFID的无线传感器网络，提出基于簇族结构的节能MAC协议——CSMAC协议。该协议具有节能和广播导向等特征，采用冲突减少机制来提高信道利用率，同时采用减少发送时间、减少监听时间、减少开关转换时间等功率优化机制，以提高网络能量效率。仿真试验表明，与传统MAC协议相比，CSMAC协议更能提高信道利用率和能量效率。     

TLTS:大规模无线传感器网络下基于簇的两级TDMA调度协议

媒质接入控制子层是节点能量消耗的主要所在,因此无线传感器网络设计的基于TDMA的MAC协议具有固有的节能特性,但是其可扩展性较差.基于簇的TDMA协议则可有效提高系统的可扩展性,但同时带来了簇间传输干扰问题.针对此问题提出了一种基于簇的两级TDMA调度协议--TLTS协议.通过两级TDMA调度,避免了簇间传输干扰,提高了能量有效利用率.实验结果显示,当节点密度较高时,TLTS协议更适合用于大规模部署的无线传感器网络中.     

基于无线传感网的管道腐蚀远程监测系统设计

针对无线射频传输距离有限的缺点,提出一种利用GPRS网络和分簇结构的WSN实现远距离数据传输的管道腐蚀远程监测系统设计方案.设计了多功能的低功耗WSN节点,并提出适用于管道腐蚀实时监测的链式路由、簇内基于TDMA的MAC协议和以RTC为基准的时间同步机制.测试结果表明节点采集数据误差在4mV以内,簇头和传感节点最大工作电流分别为300mA和170mA,休眠时电流都小于65uA,满足实际监测需求,在远程监测应用中取得了良好的效果.     

无线传感器网络S-MAC协议的分析与算法改进

无线传感器网络（WSN）使用灵活,移动性强,架设便捷,应用范围非常广泛。媒体访问控制（MAC）协议是保证无线传感器网络高效通信的关键网络协议之一。重点分析了WSN中基于竞争的典型MAC协议——S-MAC协议。针对S-MAC协议中采用的退避算法不能良好地解决节点通信公平性等问题,提出了BDQR退避算法。实验结果表明,该算法有效地提高了节点通信公平性,降低了信道的碰撞,延长了网络的生命周期。     

Energy-efficient multipath routing in wireless sensor network considering wireless interference

Due to the energy and resource constraints of a wireless sensor node in a wireless sensor network (WSN), design of energy-efficient multipath routing protocols is a crucial concern for WSN applications. To provide high-quality monitoring information, many WSN applications require high-rate data transmission. Multipath routing protocols are often used to increase the network transmission rate and throughput. Although large-scale WSN can be supported by high bandwidth backbone network, the WSN remains the bottleneck due to resource constraints of wireless sensors and the effects of wireless interference. In this paper, we propose a multipath energy-efficient routing protocol for WSN that considers wireless interference. In the proposed routing protocol, nodes in the interference zone of the discovered path are marked and not allowed to take part in the subsequent routing process. In this way, the quality of wireless communication is improved because the effects of wireless interference can be reduced as much as possible. The network load is distributed on multiple paths instead of concentrating on only one path, and node energy cost is more balanced for the entire wireless network. The routing protocol is simulated in NS2 software. Simulation result shows that the proposed routing protocol achieves lower energy cost and longer network lifetime than that in the literature.     

应用于桥梁监控的无线传感器网络MAC协议

为保证监控桥梁任务的实时性,提出了一种多优先级多信道的无线传感器网络MAC(MPMC-MAC)协议。MPMC-MAC协议结合节点接收的数据类型和节点发送信息频率为其分配优先级,再根据优先级及信道状况对节点进行信道分配,以确保优先级高的节点优先发送数据。当信道冲突或节点通信受到干扰导致信息需要重传时,采用信道再分配技术。该技术主要根据节点的优先级、节点的剩余能量及其重传次数重新对节点分配信道,保证了信道分配的公平性。另外,该协议通过动态调整节点的活跃周期和睡眠周期的时长以节省能量,并减少传播时延。仿真结果表明,MPMC-MAC协议在网络吞吐量、平均传播时延以及节点的能量消耗等性能方面均优于Hybrid MAC(HyMAC)、Zebra MAC(ZMAC)及IEEE802.15.4 MAC协议。     

一种分布式的基于预留的多信道MAC协议

无线传感器网络(wireless sensor networks,WSNs)已经广泛应用于各个领域。许多领域利用了周期性数据汇聚,传感器节点周期性地产生数据包,通过一系列中继节点传输到汇聚节点。提出了一种分布式的基于预留的多信道MAC协议,称为R-MMAC协议,其中利用了预留机制和多信道通信机制,在多信道条件下,每个节点传输数据包时都将预留下一个数据包的传输,根据接收信号强度指示(received signal strength indication,RSSI)值选择自己的最佳信道进行预留。另外,还提出了针对预留时发生冲突的解决算法,利用信干噪比(signal to interference and noise ratio,SINR)和数据包接收率(packet reception rate,PRR)得到了预留的传输时间,从而降低了传感器节点到汇聚节点的传输时延和未来数据包的冲突概率。利用OMNET++5.3仿真工具对R-MMAC协议、X-MAC和EM-MAC协议进行了比较,结果表明R-MMAC协议实现了更低的端到端时延。     

基于节点差异性的无线传感网恶意软件传播模型研究*

针对目前无线传感网络中恶意软件模型化工作的不足,在二维元胞自动机基础上提出了节点差异性的恶意软件传播模型。该模型引入了MAC无线信道争用机制和邻域通信距离因素,描述了节点差异度对恶意软件在无线传感网传播扩散的影响。分析仿真实验表明,大规模无线传感网络的节点差异度、无线信道争用机制都对传播行为产生了重要影响,降低了恶意软件的传播速度。与传统传播模型相比,该模型更能够准确描述恶意软件在无线传感网络环境下的传播行为,为无线传感网络安全防御研究提供基础。     

Determining node duty cycle using Q-learning and linear regression for WSN

Wireless sensor network(WSN)is effective for monitoring the target environment,which consists of a large number of sensor nodes of limited energy.An efficient medium access control(MAC)protocol is thus imperative to maximize the energy efficiency and performance of WSN.The most existing MAC protocols are based on the scheduling of sleep and active period of the nodes,and do not consider the relationship between the load condition and performance.In this paper a novel scheme is proposed to properly determine the duty cycle of the WSN nodes according to the load,which employs the Q-leaming technique and function approximation with linear regression.This allows low-latency energy-efficient scheduling for a wide range of traffic conditions,and effectively overcomes the limitation of Q-learning with the problem of continuous state-action space.NS3 simulation reveals that the proposed scheme significantly improves the throughput,latency,and energy efficiency compared to the existing fully active scheme and S-MAC.