移动多sink传感器网络数据发布协议的QoS保障研究

在移动多sink无线传感器网络应用中,传感器节点感知目标信息并暂存起来,sink通过向网络发出查询来收集感知信息,如何保障数据发布过程中的服务质量(QoS)是具有挑战性的工作。首先分析数据发布过程的特点,提出将能量消耗、查询成功率和服务时延作为数据发布协议服务质量的核心指标。然后讨论了数据发布协议相关技术与QoS核心指标间的关联关系,给出数据发布协议的QoS协商过程。最后分析了未来的研究趋势,为QoS感知的数据发布协议设计提供参考。     

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。     

无线传感器网络中隐私保护通用近似查询协议

无线传感器网络中实现隐私保护通用近似查询是具有挑战性的问题.文中提出一种无线传感器网络中隐私保护通用近似查询协议PGAQ.PGAQ将传感器节点编号和其采集数据隐藏于设计的数据结构中,在基站构造线性方程组解出直方图,根据直方图具有的统计信息,不泄露隐私地完成Top-k查询、范围查询、SUM、MAX/MIN、Median、Histogram等近似查询.PGAQ使用网内求和聚集以减少能量消耗,并且能够通过调节直方图划分粒度来平衡查询精度与能量消耗.PGAQ协议分为H-PGAQ和F-PGAQ两种模式.H-PGAQ模式使用数据扰动技术加强数据安全性,F-PGAQ使用过滤器减少连续查询通信量.通过理论分析和使用真实数据集实验验证了PGAQ的安全性和有效性.     

传感器网络中基于蚁群优化的谣传协议*

谣传协议是传感器网络中基于数据查询的路由协议,它使用随机方式生成路由,形成的数据传输路径不是最优路径,并且可能存在回路。为此,提出一种基于蚁群优化的谣传协议。该协议将蚁群分成查询蚂蚁和事件蚂蚁两个种群。当两个种群的蚂蚁相遇时,则形成查询路径。该协议解决了谣传协议中的回路问题,算法收敛性好,建立完整查询路由的概率比谣传协议的要大,传输数据所需的能量消耗比谣传协议的要少,是一种能量高效的数据查询协议。     

一种高效的P2P环境中的窗口查询算法

随着多媒体以及P2P网络的发展,针对高维数据基于属性的窗口查询已经成为一个重要研究课题.提出了一种在超级节点P2P网络中有效解决高维数据的窗口查询算法,在每个单独的网络节点上,数据通过一种降维算法映射到一维空间,在超级节点上,构造数据的统计信息表以及构造网络查询树,算法在每次查询时,按照查询树的规则来访问整个网络,并利用统计信息剪枝网络中的节点查询,避免网络的泛洪.实验中使用了不同的数据集来评测算法的查询效率,结果表明该算法具有很高的查询效率.     

基于Matlab物联网网关的Modbus协议实现

实现了一种基于Matlab的物联网网关原型开发平台,以应用层协议——Modbus协议作为公共协议来解决多种传感网络协议不统一问题,实现了Modbus ZigBee网络、ModbusTCP/IP网络、Modbus串行链路的数据采集、传输和存储,以及对传感网的设备控制,最终通过Matlab中的Web服务发布技术将数据发布到Internet,以方便客户查询和控制.     

两层传感器网络中可验证隐私保护Top-k查询协议

无线传感器网络中隐私保护技术已经成为研究热点,其中隐私保护精确Top-k查询协议已成为富有挑战性的研究问题.文中提出了一种两层传感器网络中可验证隐私保护Top-k查询协议SafeTQ(Safe Top-k Query),SafeTQ由隐私保护Top-k查询协议和两种完整性验证模式组成.SafeTQ使用加随机数扰乱、加密和高资源节点之间安全计算第k位数据值等策略,能够在不泄漏隐私信息的情况下,精确地完成传感器网络Top-k查询.SafeTQ中两种完整性验证模式分别使用邻居数据项形成加密链和空间邻居节点概率发送验证消息策略,使Sink能够检测和拒绝不正确或不完整查询响应.文中通过理论分析和使用真实数据集实验验证了SafeTQ的安全性和有效性.     

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.     

基于查询统计的P2P系统导向搜索机制

无结构对等网络最大的问题就是数据查询成功率与查询开销的矛盾,传统的洪泛查询带来的网络开销过大,而低开销的随机走、扩展环等查询方式又无法保证查询的成功率。提出了一种将历史查询统计和语义分析相结合的导向机制,基于查询统计结果把每次查询引导到更有效率的结点进行,尽量避免使用低效、高开销的洪泛查询。模拟实验证实了该机制能有效减少查询的网络开销,提高查询成功率,降低通信延迟,并且不增加额外的维护开销。     

基于MAC层信息的OLSR改进方案

针对移动Ad Hoc网络通信节点共享通信介质且易受网络负荷影响的特点,提出了一种基于MAC层信息的OLSR协议改进方案。该方案通过对HELLO消息、TC消息的修改来获取并传输MAC层的拥塞信息,对路径选择算法进行改进以评估节点的网络负荷,选择出一条网络负荷和冲突较轻的路由,从而减少数据在MAC层和物理层的丢包。方案改进了TC消息源头节点的发送方式,采用源节点二次发送机制以降低对路由性能有重要影响的信令信息丢失的概率,稳定路由协议的性能,减少数据在网络层的丢包。仿真实验表明改进后的方案在网络负荷较重时,在不同的移动速率下均能提高数据传输的成功率,增强网络承受负荷的能力,提高其路由传输的性能。     

An efficient data-centric storage method using time parameter for sensor networks

In wireless sensor networks, various schemes have been proposed to efficiently store and process sensed data. Among them, the data-centric storage (DCS) scheme is one of the most well-known. The DCS scheme distributes data regions and stores the data in the sensor that is responsible for the region. The DCS based scheme was proposed to reduce the communication cost for transmitting data and to efficiently process exact queries and range queries. Recently, a KDDCS scheme was proposed to overcome storage hot-spots by dynamically readjusting the distributed data regions to sensors based on the K-D tree. However, the existing DCS based schemes including KDDCS suffer from query hot-spots that are formed when query regions are not uniformly distributed. As a result, it reduces the lifetime of the sensor network.In this paper, we propose a new DCS based scheme, called Time-Parameterized Data-Centric Storage (TPDCS), that avoids the problems of storage hot-spots and query hot-spots. To decentralize the skewed data and queries, the data regions are assigned by a time dimension as well as data dimensions in our proposed scheme. Therefore, TPDCS extends the lifetime of sensor networks. It is shown through various experiments that our scheme outperforms the existing schemes.     

基于竞争允许TDMA的无线传感器MAC层协议

无线传感器网络在许多重要领域有着广泛的应用,而传感网的媒体访问控制子层(MAC)协议对传感器网络的运行和性能具有重要影响。该文概述了目前存在的传感网MAC协议的设计思想,在SMAC协议的基础上,将TDMA和CSMA两种思想结合起来并与SMAC协议同步机制相统一,提出了一个新的基于竞争允许TDMA的无线传感器网络MAC协议。模拟结果显示,与SMAC协议相比,该协议在数据包延迟、能量消耗及数据包的接收率等性能上有很大提高。     

一种适用于无线传感器网络的功率控制MAC协议

功率控制技术通过减少节点的发射功率来降低能耗,但节点间不对称的发射功率会增加网络的冲突概率并降低吞吐量.根据实际环境中的节点部署情况,引入了基于Pareto分布的系统模型.研究了传感器网络中功率控制技术在节省能量方面的性能,提出了一种基于SMAC(sensor-MAC)可适用于无线传感器网络的功率控制MAC(media access control)协议.此协议使用功率控制调度算法选择最优相邻节点,使网络中节点的拓扑连接得到优化,在保证网络连通性的同时,降低通信的冲突率,扩大网络的吞吐量.信息的传递以最优功率发射,并使通信节点具有反作用冲突节点的能力,从而在降低网络能耗的同时保证了节点间通信的公平性.实验仿真结果显示,与现有的几种重要方案相比,新的功率控制MAC协议使网络具有了更大的有效吞吐量及更长的生存时间.     

一种新颖的无线传感器网络双向路由协议

目前对于传感器网络路由协议的研究越来越引起科学和工程界的广泛重视,但对于双向路由协议的研究还相对比较少,这是由于在传感器网络中,现有带宽对上行和下行链路同时工作支持得并不是很充分。一般来说,基于树型结构的上行路由被用来从感知节点接收数据,而下行路由一般以泛洪的方式广播兴趣信息到感知节点,这导致在下行链路上经常出现过载的情况。本文基于新颖的地址标记方式提出了一个有效的传感器网络双向链路路由协议,而且该方式在每个节点上只占用很小的地址空间。仿真结果表明,相对于传统的泛洪方式的路由协议来说,我们所提出的路由协议所产生的控制包数量远远小于已有路由协议。     

Object extraction scheme and protocol for energy efficient image communication over wireless sensor networks

To date, wireless sensor networks lack the most powerful human sense – vision. This is largely due to two main problems: (1) available wireless sensor nodes lack the processing capability and energy resource required to efficiently process and communicate large volume of image data and (2) the available protocols do not provide the queue control and error detection capabilities required to reduce packet error rate and retransmissions to a level suitable for wireless sensor networks. This paper presents an innovative architecture for object extraction and a robust application-layer protocol for energy efficient image communication over wireless sensor networks. The protocol incorporates packet queue control mechanism with built-in CRC to reduce packet error rate and thereby increase data throughput. Unlike other image transmission protocols, the proposed protocol offers flexibility to adjust the image packet size based on link conditions. The proposed processing architecture achieves high speed object extraction with minimum hardware requirement and low power consumption. The system was successfully designed and implemented on FPGA. Experimental results obtained from a network of sensor nodes utilizing the proposed architecture and the application-layer protocol reveal that this novel approach is suitable for effectively communicating multimedia data over wireless sensor networks.     

一种异构传感器网络的能量有效路由算法

无线传感器网络设计能量有效的路由算法是至关重要的.对于不同类型的传感器节点传输不同大小数据包信息以及拥有不同初始能量的异构传感器网络,本文提出了一种适合此传感器网络的D-REECR路由算法,此算法是在之前提出的REECR算法上改进而来.基于REECR没有考虑簇头在选择时的分布不均匀性,D-REECR将簇头闻的距离作为选择簇头的因素之一,与节点的剩余能量及能量消耗率一起作为选择簇头的依据.这样使各个簇大小基本一致,从而平衡各个节点的能量消耗,达到延长网络生命的目的.仿真结果显示,改进后的D-REECR算法比REECR算法在能量效率上大约提高5%～10%.     

Hierarchical role-based data dissemination in wireless sensor networks

Data dissemination from multiple sources to mobile sinks is fundamental and challenging in WSN applications due to limited energy supply of sensor nodes and sink mobility. Previous data dissemination protocols either rely on an energy-consuming coordinate system or build an inefficient backbone. In this paper, we propose a hierarchical role-based data dissemination (HRDD) protocol in wireless sensor networks. In HRDD, a small number of sensor nodes are assigned to serve as cluster heads and agents to form the data dissemination backbone and mitigate unnecessary query forwarding. In addition, HRDD designs an efficient data delivery mechanism that provides shorter paths to accelerate data delivery as well as reduce the number of data transmissions. An adaptive backbone maintenance mechanism is also introduced for low-energy cluster heads and agents to reduce their load, thereby prolonging the network lifetime. The experimental results show that HRDD achieves the longer network lifetime, the shorter delay, and the high success ratio compared to the prior work.     

异构传感器网络的分布式能量有效成簇算法

为了延长网络的生存时间,需要设计能量有效的协议,以适应传感器网络的特点.成簇算法是传感器网络中减少能量消耗的一种关键技术,它能够增强网络的扩展性和延长网络的生存时间.研究了异构传感器网络中成簇算法在节省能量方面的性能,提出一种适应异构无线传感器网络的分布式能量有效的成簇方案.此方案基于节点剩余能量与网络节点的平均能量的比例来选举簇头节点.较高初始能量和剩余能量的节点比低能量节点拥有更多的机会成为簇头节点,从而使网络能量均匀消耗,延长网络的生存时间.模拟实验结果显示,与现有的重要成簇方案相比,新的成簇算法在异构网络下提供了更长的网络生存时间和更大的网络有效吞吐量.     

An improved transport layer protocol for wireless sensor networks

Wireless sensor networks (WSNs) are a kind of communication networks having independent sensor nodes that form multi-hop ad hoc network to transfer data. In the past few years, various transport control protocols in wireless sensor networks (WSNs) have been developed and proposed in the literature. In this paper, we have analyzed pump slowly, fetch quickly (PSFQ) protocol and presented an improved transport layer protocol for wireless sensor networks. The improved protocol has been analyzed based on various factors such as average latency and average error tolerance and it is found that the proposed protocol is better than PSFQ in terms of these factors.     

基于网络编码的传感网重编程协议能耗模型

在无线传感器网络中,当需要进行软件更新、修复软件Bug 时,重编程协议能够将新程序镜像分发到多跳网络中的全部节点.近来,基于网络编码的重编程协议被用于解决在高损环境下的有效代码分发问题,但对这些协议性能的分析仍有待深入.提出一种基于时间和网络拓扑的能耗分析模型,在模型中综合考虑了页面流水和节点通信距离对协议性能的影响.该模型分析结果与基于网络编码的重编程协议Rateless Deluge 的仿真结果达到了较好的一致性(平均单节点能耗相对误差在0.23%左右),验证了能耗分析模型的有效性.分析结果揭示了基于网络编码重编程过程的网络能耗与网络密度、网络大小和分发镜像页面大小的关系:网络能耗随着网络密度的减小呈上升趋势(能耗与网络密度经拟合呈二次函数关系);网络能耗与网络大小基本呈线性正相关关系(对于n×n 的网格型网络,n从3~10,随着n 的增大,网络能耗的平均增长率为50%),并且随着网络的增大,单节点能耗有所增加(平均增长率为6.9%);页面大小增加时,网络能耗呈下降趋势(平均下降率为11.2%).