一种无线传感器网络可靠传输协议及其仿真分析

在无线传感器网络应用中,不稳定的通信链路会导致较低的传输可靠性.提出一种基于"动态簇"的无线传感器网络可靠传输协议.此协议利用网络节点部署稠密的特点和无线信道的广播特性,使报文以簇为单位进行转发;各个簇的成员构成多路径以保证传输的可靠性,并通过限定转发簇成员个数来降低冗余传输能耗;簇是动态的,在数据每跳转发前通过"回退竞争"机制选出,完成转发任务后自动撤销.建立了网络仿真模型,用NS2网络仿真系统对此协议的传输性能,如传输可靠性、传输时延及传榆能耗,进行了仿真分析.仿真结果表明,此协议的综合性能优于同类协议.     

一种基于分簇及蚁群算法的分布式能量高效路由算法

为了提高无线传感器网络中节点的能量使用效率,延长网络生存期,提出了一种基于分簇及蚁群算法的分布式能量高效路由算法.首先,网络中的节点采用改进的最小ID分簇算法对传感器网络进行快速分簇;然后,各簇头节点使用改进蚁群算法进行并行优化计算,寻找从簇头节点到Sink节点的数据汇聚路由.该算法是一种分布式算法,经仿真验证算法是合理的,和典型路由算法相比,能均衡节点能量消耗,具有更高的网络生存期.     

WSN中多跳均匀分簇路由算法的设计与仿真

针对传统LEACH协议的不足,提出一种改进的多跳均匀分簇路由（EMR：Equal-cluster-based Multi-hop Routing）算法。EMR算法从剩余节点中随机选择候选簇头,通过候选簇头的竞选半径和节点剩余能量来确定分布相对均匀的簇头,从而完成整个无线传感器网络的簇头确定,簇头之间采用以簇头节点剩余能量和链路传输代价的权值为依据的多跳路由协议。实验仿真结果表明,EMR算法相对LEACH协议、LEACH-E协议和MTE协议更有效地节省了节点的能耗,能显著地延长网络的存活时间。     

无线传感器网络中基于分簇的协同传输协议

提出了一种基于分簇的无线传感器网络协同传输协议,分析了其传输效能和对网络吞吐量的改善,继而得出了该协同传输协议的适用范围。该协同传输协议特别适用于有可靠、高速的数据传输要求而信道环境不佳的无线环境,恰当地使用该协议能够提高传感器节点的传送效能,节省网络能源,并且能很好地提高网络吞吐量。最终通过仿真验证了上述结论。     

无线传感网多模簇维护机制与算法

无线传感网因节点众多、应用场景多样和资源约束严格而具有复杂的分布特征、组网灵活性和高度动态性,基于簇的网络管理模式面临着如何实现针对不同的簇受损情形的高效簇维护问题。建立了一种可以适应不同簇维护需要的多模簇维护机制,以自适应局域按需簇维护为目标,根据网络中簇的动态变化时间和空间进行分类簇维护,将簇维护转化为局部性和事件触发的操作,触发机制包括簇头剩余能量低于设定阈值、簇头负载不均、新节点加入或簇内节点失效退出等,基于单个簇或相邻簇的状态变化关系启动单簇(簇内)维护或多簇(簇间)维护方案。基于NS2的仿真结果表明:与传统周期性、全网重新成簇的维护模式相比,该机制能够明显降低网络维护开销,有效均衡网络节点能耗、增加传输的数据包总量、100%节点存活时网络的平均生命周期最高可延长1.8倍。     

高密度无线传感器网络分簇定位算法

节点自身定位是无线传感器网络应用的支撑技术之一。提出了一种适用于大规模高密度无线传感器网络的分簇定位算法。首先定义了节点的势作为簇首选举依据,网络中节点间的距离由接收信号强度和通信半径的关系间接计算得到,各簇内的拓扑信息由簇首保存,簇首利用线性规划法实现簇内相对定位;随后从sink节点开始逐步进行簇间位置融合,最终实现全网的绝对定位。相比集中式的凸规划定位算法,所提算法计算复杂度低、通信量小、定位精度高,且不需要预先知道环境中的信号衰减因子,有一定的抗噪声干扰能力。仿真结果显示,在节点按均匀网格分布和均匀随机分布两种情况下,所提算法能取得较好的定位效果。     

基于事件驱动的无线传感器网络动态分簇路由算法

为了降低应用于突发事件监测的无线传感器网络的能量消耗,设计实现了一种基于事件驱动的动态分簇路由算法.在人体神经系统工作机制和传感器网络分簇路由协议的基础上,建立了基于人体神经系统的传感器节点模型,提出簇的生存时间和覆盖范围依据事件情况而动态调整,以有效提高数据融合性能,避免冗余分簇.仿真实验结果表明,该算法与TEEN相比消耗的能量更少,可以有效延长网络的生存时间.     

无线传感器网络的重叠分簇与边界搜索

无线传感器网络（wireless sensor networks, WSNs）由大量微小的传感器节点组成,分簇的网络架构能较好地处理大规模网络的自组织问题,因而成为WSNs提升性能和扩展性的标准方法。在拓扑发现、地理路由和目标追踪等应用中,重叠分簇能更好地满足要求,同时,辨别出WSNs的边界节点是重要的任务。与先前的基于节点的边界搜寻算法不同,提出了一种应对节点随机分布情况的自组织分簇算法。建立了重叠分簇,进而对重叠分簇进行分簇的边界融合,最后形成整个WSNs网络边界。仿真结果表明,该算法能够生成更为均衡的分簇,显著提高网络生存周期,并能有效的实现网络边界节点的搜索。     

WSN中基于分布式机器学习的异常检测仿真研究

安全问题是无线传感器网络应用的关键问题之一。设计了一种基于分布式机器学习的异常检测方案。该方案利用K最近邻算法对传感器网络节点进行分簇,时簇内节点的异常检测采用贝叶斯分类算法,对簇头节点的异常检测采用基于平均概率的方法。利用网络仿真工具NS2构建了入侵检测规则、模拟了网络攻击场景,在此基础上,通过仿真评估了方案的检测率、平均检测率、误检率和平均误检率等性能。仿真实验结果表明,该方案与当前典型的无线传感器网络入侵检测方案相比具有较高的检测率和较低的误检率。     

无线传感器网络中的异步协作通信方案

为了改善多跳传感器网络的性能,提出了一种基于三种空间分集技术的异步协作传输模式.该模式是考虑非同步网络传输,多个传感器通过共享天线,形成虚拟多天线发送/多天线接收(MIMO)的协作通信,并利用空时编码、发射天线选择和信号空间分集三种空间分集技术,有效抵制传输信道的衰落,提高了系统的分集增益.通过蒙特卡罗仿真,结果表明,对比传统的单发单收传输模式和异步空时协作传输模式,该传输模式获得了更高的分集增益,提高了系统的性能,从而节省了网络的能量损耗.     

Comparing two clustering-based techniques to track mobile nodes in industrial wireless sensor networks

Tracking mobile nodes in dynamic and noisy conditions of industrial environments has provided a paradigm for many issues inherent in the area of distributed control systems in general and wireless sensor networks in particular. Due to the dynamic nature of the industrial environments, a practical tracking system is required that is adaptable to the changes in the environment. More specifically, given the limited resources of wireless nodes and the challenges created by harsh industrial environments there is a need for a technique that can modify the configuration of the system on the fly as new wireless nodes are added to the network and obsolete ones are removed. To address these issues, two cluster-based tracking systems, one static and the other dynamic, are proposed to organize the overall network field into a set of tracking zones, each composed of a sink node and a set of corresponding anchor nodes. To manage the wireless nodes activities and inter and intra cluster communications, an agent-based technique is employed. To compare the architectures, we report on a set of experiments performed in JADE (Java Agent Development Environment). In these experiments, we compare two agent-based approaches (dynamic and static) for managing clusters of wireless sensor nodes in a distributed tracking system. The experimental results corroborate the efficiency of the static clusters versus the robustness and effectiveness of the dynamic clusters.     

无线传感器网络的混合抗干扰攻击方法

为对抗无线传感器网络中存在的强针对性的智能型干扰攻击,基于多种扩频技术提出了一种混合跳频扩频、非协调直接序列扩频以及非协调跳频扩频的抗干扰攻击方法。为解决传统扩频技术需要提前共享密钥的限制,在网络初始化阶段使用非协调跳频扩频进行网络通信;为避免持续使用非协调扩频跳频带来的高能量消耗问题,发送节点与接收节点在非协调扩频跳频模式下生成跳频序列,即可进行传统跳频扩频;通过非协调直接序列扩频技术进一步增强对抗干扰攻击的性能;使用OPNET并基于多种干扰攻击模型进行网络仿真,评估所提出的混合抗干扰攻击方法的性能。仿真结果表明,在环境恶劣情况下,并受到强针对性的智能型干扰攻击时,网络仍能保持较低的丢包率,故所提出的混合抗干扰攻击方法能有效地抵抗无线传感器网络中的干扰攻击。     

通过软件证实提高传感网络再编程安全可靠性

通过无线信道进行传感节点远程再编程是一种有效的管理和维护传感网络的重要功能。传统的再编程协议未提供任何安全机制,使传感网络不能防御一些很简单的攻击;新的安全再编程协议使用非对称加密机制,需要多的计算和存储开销,不适用于资源受限的无线传感节点。对此,提出了一种基于软件证实技术的无线传感网络再编程安全协议,该协议通过运行在合法节点上的代码证实和基站上的代码影像证实来隐藏对称密钥,并通过从基站向传感节点传递参数r来保证认证的动态性。将该策略与已有的再编程协议MNP集成,模拟实验表明,该策略以比较低的通信成本和较短的延迟提高了再编程的安全可靠性。     

多媒体传感器网络中服务感知的业务调度算法

作为传感器网络的高级形式，多媒体传感器网络在环境监控、安全监控以及医疗保健等诸多应用领域发挥重要作用。首先介绍一种提供区分服务的分簇传感器网络体系结构，进而提出一种服务感知的业务调度策略，使用非抢占的优先扳排队模型保障两类服务对时延的要求，以提供满足监控应用需求的QoS。理论分析和仿真试验证明了方法的有效性。较之其它典型方法，方法更适用于可提供区分服务的多媒体传感器网络。     

无线传感器网络低功耗混合地址编码算法

无线传感器网络低功耗MAC地址编码设计需要综合考虑地址通信能量开销、地址编码容量、不同地址类型支持等因素的影响。首先分析了现有定长地址编码和哈夫曼地址编码算法的优缺点,给出了地址编码性能评估参数,接着提出了一种混合地址编码算法,仿真结果表明新算法融合了两种地址编码优点,较好地满足了无线传感器网络低功耗MAC地址编码的设计要求。     

RKP based secure tracking in wireless sensor networks

To enhancing the wireless sensor network＇s security in target tracking and locating application, this article proposes a tracking cluster based mobile cluster distributed group rekeying protocol （MCDGR）. Based on the given sensitivity, sensors can locate the moving object in the monitored area and form a tracking cluster around it. This tracking cluster can follow the target logically, process data on the target and report to the sink node, and thus achieve the tracking function. We introduce a multi-path reinforcement scheme, q-composition scheme and one-way cryptographic hash function based random key predistribution algorithm （RKP）, which can guarantee a high accuracy and security and a low energy consumption on the same time in large-scale sensor networks.     

基于一个移动锚节点的无线传感器网络节点定位算法

节点定位技术是无线传感器网络应用的重要支撑技术之一,对此提出了一种基于移动锚节点的两步定位算法。该算法利用一个移动锚节点遍历整个网络,并周期性的广播包含自身当前位置的信息。把传感器节点的自身定位过程用基于无迹状态滤波(UKF)的目标跟踪方法实现。由于所用的目标状态模型和量测模型有一定的不确定性,所以先选取不共线3个锚节点信息,利用三边定位法提高滤波的初始位置精度,从而改善定位效果。最后仿真并分析比较了锚节点在多种移动轨迹情况下节点定位误差,结果表明本文所述两步定位法改善了对锚节点移动轨迹的特殊要求的限制,更适合实际情况,并取得理想的定位精度。     

能量平衡的异构传感网跨层密钥管理方案

传统的传感网密钥管理协议独立于网络其他层设计,这种层间的独立性造成传感器节点物理性能浪费,网络整体性能降低。从节点剩余能量出发,提出一个能量平衡的异构传感网跨层密钥管理方案。通过节点剩余能量、节点度数等参数,从能量平衡的角度出发确定下一跳节点的选择,再利用密钥交换建立两节点间的会话密钥,该方案将网络层节点路由关系与应用层节点密钥关系结合,实现了密钥管理的跨层设计。结果表明,该方案保证节点密钥连通性的同时,均衡网络节点间的能耗关系,有效延长了异构传感网的生命周期。     

PowerTOSSIM无线传感网仿真器剖析

对具备能量意识的无线传感器网络仿真器PoweTOSSIM进行深入剖析,详细分析PowerTOSSIM的仿真原理、体系结构、并发模型,描述仿真运行过程,最后指出PowerTOSSIM存在的几个不足,并从应用程序和仿真器设计两个角度提出改进方案。经验证,改进后的PowerTOSSIM是一个更合理的仿真器。