面向带状无线传感网低延迟可靠数据收集算法

带状无线传感网为长距离带状分布，现有的数据收集算法无法很好解决其数据收集延迟较大的问题。提出了一种主动定位移动Sink的数据收集算法DCFAN（Data Collection based on Forwarding of Agent Nodes），DCFAN构建移动Sink的同步代理节点以及存储同步代理节点的线节点序列，通过获取同步代理节点转发感知数据到Sink汇聚点。仿真结果表明，DCFAN算法能有效降低网络节点能耗以及数据收集延迟，同时提升数据收集率，适用于对数据收集延迟具有一定要求的带状无线传感网应用场景。     

无线传感网中代码更新机制的研究与设计

无线传感网的感知节点部署后需要进行软件维护和功能扩展,因此远程代码更新已变成一种不可或缺的服务。在分析MOAP、Deluge、Ripple等代码分发协议的基础上,设计了一种高可靠、低能耗、低存储、低延迟的多跳代码更新机制Air_update。该机制通过重新设计Bootloader来保证加载代码镜像的正确性、完整性以及节点重编程异常后的可用性;同时,采用子集到子集的分发协议、单播请求的重传策略、滑动窗口的存储管理机制,以减少代码分发的通信量和SRAM、EEPROM的使用量,降低能耗,延长网络的生命周期。最后通过组网实验验证了设计的正确性与有效性。     

基于虚拟环的无线传感网节能数据存储与查询机制

为了提高无线传感器网络的数据存储以及查询效率,同时尽可能地减少网络的能量消耗,延长网络正常工作的生命周期,提出一种基于虚拟环的节能数据存储与查询机制。该机制将传感器网络域划分成许多虚拟的环形网络,再通过基于最小网络能量消耗量的价值成本函数来定义集合环,通过集合环来执行事件数据的存储及查询任务。仿真结果表明,相比SDS方案以及其他节能的数据存储方案,该方案在延长网络的生命周期、提高能量利用效率上均获得了更好的效果。     

能量捕获无线传感器网络中低时延的可靠数据传递

在能量捕获无线传感器网络(EH-WSN)中,采用网络编码(NC)技术可有效提高数据传递的可靠性。已有的研究成果大多采用固定的数据速率(DR)和固定的最大重传次数(MNR),传输时延较高。为了降低传输时延,结合EH-WSN中节点的能量捕获特性和相邻节点之间的无线链路质量,提出一种优化数据速率和最大重传次数的低时延数据传递方案。通过对节点的能量捕获过程和能量消耗进行建模,给出了节点的剩余能量公式;对相邻节点之间的无线链路质量进行建模,推导出节点发送数据包的成功收包率和每个数据包的期望传输次数,进而推导出传输路径上每一跳的传输时延公式;基于优化方程,在节点满足链路收包率条件和剩余能量条件的前提下,对其数据速率和最大重传次数进行优化配置,使得每一跳的传输时延最小。实验结果表明,与采用固定数据速率和固定最大重传次数的数据传递方案相比,所提出的方案具有最小的端到端传输时延。     

无线传感网中基于自适应概率广播的数据保存

对于部署在恶劣环境中且无法放置Sink节点的无线传感器网络,节点的能量有限且易于损坏.每个节点为了避免自己死亡后数据丢失,需要将数据分发到网络中其他一部分节点上进行保存.但是,由于节点只知道自己邻居的信息,同时存储容量有限,因此如何有效地进行数据分发和存储是一个具有挑战性的问题.提出一个基于自适应概率广播的数据保存协议APBDP来解决这个问题.在APBDP中,节点通过一种自适应的概率广播机制分发数据,这种机制不仅可以使所有节点接收到数据包,而且能有效地减少数据的冗余传输以节省节点能量.此外,节点利用LT码来对数据进行编码存储,所有节点完成数据的分发和存储后,数据采集者只需要访问少量的节点就能恢复出所有的源数据.理论分析和实验表明,APBDP不仅具有较高的解码性能,而且能量有效.     

无线传感网使用网络编码的新型数据传输方法

网络编码能提高无线传感器网络数据传输可靠性,针对现有基于网络编码的数据传输策略随机选取编码向量和使用固定路径所带来的缺陷,设计了一个新的编码矩阵构造方法,并提出了一种新型的基于网络编码的可靠数据传输方法。该编码方案能保证任意k个编码向量线性无关,且不用传输编码向量。数据转发使用"区域推进"机制,自动选取最佳转发节点,将数据包可靠地向sin"k推进",并实现了最少冗余传输和网络均衡能耗。分析与仿真表明,新的数据传输策略能消除现有方法的缺陷,提高数据传输可靠性,降低能耗。     

无线传感网最大剩余能量索引数据分发算法

提出一种基于索引和局部存储的（Index and Local Storage—based,ILS）数据分发算法MREIB—DD。对于ILS类型的数据分发算法,一个事件的监测数据被存储在该数据的监测节点或监测节点的邻居节点。一个存储节点仅当接收到一个来自Sink的查询,才把监测数据发送至Sink。MREIB-DD算法选择网络中有最大剩余能量的节点存储索引信息,传感器节点监测到数据时向索引节点发送该数据的有关索引信息。用户的查询信息先到达索引节点,索引节点把查询转发到数据存储点,存储点对查询进行响应。此算法避免了感知数据的网内传输和查询泛洪带来的开销,分析表明该算法性能优于GHT—DCS算法而复杂度增加较少,是能量高效的数据分发算法。     

基于网络编码的无线传感器网络数据可靠性分析*

分析了网络编码在提高无线传感器网络数据传输可靠性的途径,并在不同的数据传输路径方式下应用网络编码进行数据传输。在使用网络编码的多路径传输中,提出一种新的传输机制,通过选择源节点的编码数据包数,在对可靠性影响较小的情况下,降低冗余数据包的数量。通过理论分析和计算机模拟给出了网络编码在不同的传输路径下对数据可靠性的效益,得出在数据传输率较高或适中时,在单路径传输下使用网络编码的可靠性优于不使用网络编码的可靠性。     

基于数据预处理的无线气象传感网数据重构模型

针对无线气象传感网内由于节点数量大、感知数据冗余度高而导致节点通信耗能过高的问题,提出了数据联合稀疏预处理模型,利用监测区域气象要素预报值和各簇头要素值计算出一个全网公共分量并对网内数据进行预处理。将分布式压缩感知应用于簇型传感网中,对各节点感知数据进行压缩观测,在汇聚节点进行数据重构,从根本上降低节点通信量,均衡负载;同时设计了一个基于公共分量异常数据稀疏方法。仿真实验中,相对于单独使用压缩感知,数据联合稀疏预处理模型能够有效利用数据时空相关性提高数据稀疏度,压缩性能提高了25%,重构性能提高46%;同时,异常数据处理方案能够以96%的高概率恢复异常数据。因此,该数据预处理模型能够提高数据重构效率,有效降低网内数据通信量,延长网络寿命。     

动态可靠信标结点无线传感器网络定位算法

在无线传感器网络中,距离无关定位技术得到了人们广泛的关注.在有洞的各向异性网络中,为提高普通结点到信标结点之间距离估计的准确性,提出一种距离无关的动态可靠信标结点定位算法.该算法以不同信标结点对之间最短路径上平均单跳距离差异为基础,得到普通结点的直接可靠参考信标结点集和间接可靠参考信标结点集.然后,从可靠参考信标结点集中选择参考结点对普通结点进行定位.仿真结果表明,与以前算法相比,新算法能降低定位误差.     

无线传感器网络中的分频数据分发协议

从数据源到数据接收者的数据分发是无线传感器网络的重要功能．本文提出了分频数据分发协议，该协议通过多棵分发树对数据接收者进行数据分发，从而最大限度地重用数据传输路径．实验表明，在数据接收者较多的情况下，分频数据分发协议比现有最好的数据分发协议SEAD的加权路径长度要短15％左右，从而有效节省了分发数据的能量消耗，延长了系统生命期．     

两层无线传感器网络安全范围查询协议

在两层无线传感器网络查询过程中,攻击者可能破坏敏感数据的隐私性或者操纵被俘获的传感器节点,提交不完整或错误的查询结果.为此,提出了一种安全范围查询协议ZOSR,ZOSR在存储节点正确处理范围查询的同时,有效地保护数据的隐私性和查询结果的完整性.首先,将感知数据与查询范围上下界的两次比较过程,转换为感知数据与查询范围中值距离和查询范围半径值之间的一次比较过程.为了保护数据的隐私性,将待比较的数值进行Z-O编码,并与HMAC消息认证机制结合,使得ZOSR协议在共谋攻击的情况下,无法破坏网络中其他节点的隐私性.最后,为了实现查询结果的完整性验证,对于未满足查询条件的感知数据通过共享密钥构造其验证码.     

无线感知执行网的智能协作机制研究

针对无线感知执行网中的节点协作问题,提出了多目标智能协作策略。在感知节点不完全连通的WSANs中,设计局部感知节点成簇算法,实现感知节点间的通信协作;以网络能耗均衡和信息传输时延为目标,应用离散多目标自由搜索算法对WSANs进行实时路径规划,实现簇头节点和执行节点间的协作,并通过路径惩罚策略和路径均衡策略,保证寻优结果的有效性、均衡执行节点之间的能耗。仿真实验表明:无线感知执行网智能协作机制能有效地选择多执行节点路径,实现网络协作的实时需求与能量消耗之间的平衡。     

A Survey on Data Dissemination in Wireless Sensor Networks

Wireless sensor networks （WSNs） have been applied in a variety of application areas. Most WSN systems, once deployed, are intended to operate unattended for a long period. During the lifetime, it is necessary to fix bugs, reconfigure system parameters, and upgrade the software in order to achieve reliable system performance. However, manually collecting all nodes back and reconfiguring through serial connections with computer is infeasible since it is labor-intensive and inconvenient due to the harsh deploying environments. Hence, data dissemination over multi-hop is desired to facilitate such tasks. This survey discusses the requirements and challenges of data dissemination in WSNs, reviews existing work, introduces some relevant techniques, presents the metrics of the performance and comparisons of the state-of-the-art work, and finally suggests the possible future directions in data dissemination studies. This survey elaborates and compares existing approaches of two categories： structure-less schemes and structure-based schemes, classified by whether or not the network structure information is used during the disseminating process. In existing literatures, different categories have definite boundary and limited analysis on the trade-off between different categories. Besides, there is no survey that discusses the emerging techniques such as Constructive Interference （CI） while these techniques have the chance to change the framework of data dissemination. In a word, even though many efforts have been made, data dissemination in WSNs still needs some more work to embrace the new techniques and improve the efficiency and practicability further.     

无线传感器网络的一种数据管理底层协议

以数据为中心(data-centric)的数据管理是当今公认的无线传感器网络数据管理模式,由于其通讯量小、可扩展性好、适应网络规模和拓扑变化等优良性能而受到日益广泛的关注。提出一套适用于无线传感器网络的数据管理底层协议,其基本功能是利用传感器节点的数据通讯和存储能力,使某区域的数据(包括历史数据)总保存在离该区域最近的传感器节点中,而不随最初采集该数据节点的关闭或移动而丢失或移动。该协议在网络中建立起的结构稳定性,使网络中的数据查询过程避免了因网络拓扑的动态变化造成的访问中断和路由更换,为以数据为中心(data-centric)的数据管理的可靠实现提供了支持。     

一种适合无线传感器网络的混合编码数据压缩算法

传感器节点通常由电池供电,充电和更换电池比较困难.如何有效地利用能源,减少损耗已经成为无线传感器网络的研究热点之一.传感器节点的能量大部分损耗在无线传输的过程中,因此,对数据压缩后再传输,能有效的减少传输的流量并提高节点的生存期.本文分析了传感数据的分布规律,指出当节点采集的数据符合慢变性质时,其分布将服从以0为中心的正态分布.依此提出了一种基于混合编码的传感器节点数据无损压缩算法,与传感器网络中的经典无损压缩算法相比,本算法以更少的性能开销获得了更高的压缩率.实验结果也证明了这一点.     

数据融合技术在无线传感器网络中的应用

在大规模的无线传感器网络中,传输数据量巨大,必然存在着数据传输可靠性、拥塞以及能耗等问题,高效的数据融合技术能够有效的解决这些问题。本文结合分簇路由算法的特征,采用两层融合技术,首先簇内节点与簇首节点的融合,簇内节点根据阈值来判断是否需要发送数据,簇首节点根据接收到的数据,进行数据一致性检验,剔除异常数据,第二层采用BP神经网络算法对簇首节点与基站的融合,得到所需要的结果。实验表明,进行融合后的数据可靠性高,较大减少了数据的传输量与冗余度、降低了能量的消耗,从而提高了整个网络的性能。     

基于动态配置等价多路径技术的无线传感器网络负载均衡算法研究

随着物联网应用的推广,作为底层核心构件的传感器网络所承载传输业务成激增趋势,使得窄带宽无线信道成为了制约物联网应用的首要因素。合理分流流量,实现负载均衡是提升网络承载能力的有效方法。本文将ECMP ( Equal-Cost Mul-tipaths)技术与传感器网络自组织特性相融合,传感器网络多跳自组织特性为业务传输提供多条等价最短路径,ECMP将业务均衡分担到这些等价最短路径上,实现负载均衡。理论证明传统ECMP 配置方法全网节点开通ECMP 功能不仅会增加网络控制信息开销,而且在某些情况下反而会增大区域负载,形成网络拥塞。因此,本文提出动态选择开通 ECMP 算法( DC-ECMP )。算法以流入节点流量等于流出节点流量作为业务守恒约束,链路带宽上限作为链路容量约束,以最大链路利用率最小化为目标函数,建立多约束优化模型。并依据最大链路使用率和节点度判定开通ECMP 优先级,动态选择需开通节点,以获取最优网络传输性能。仿真结果表明DC-ECMP算法比已有PPV算法有效降低最大链路使用率,消除网络局部拥塞隐患,并且最大减少传输延时9.9 ms,节省网络资源消耗4.06%。     

能量捕获无线传感器网络中高可靠数据收集策略

能量捕获无线传感器网络(EH-WSN)具有从环境中捕获能量的能力,可以无限期持续工作,因此具有非常广泛的应用前景。目前已有的大多数EH-WSN路由方案往往侧重于如何提高能效性,而可靠性作为EH-WSN中的重要性能指标却很少被考虑到。文中利用能量捕获网络特性,对节点的链路成功收包率和节点重传次数期望进行推导,建模网络可靠性最大化问题,基于能量捕获速率、链路质量、节点间距离,提出了一种生成高可靠性数据收集树的方案。实验结果表明,相比于其他数据收集方案,该路由方案能显著提高网络可靠性。