无线传感器网络分布式定位算法研究与仿真

无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术,能够实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息.传感器多节点协调的自身定位是各种应用的基础,论文深入分析并比较了在无线传感器网络领域中有代表性的三种分布式定位算法(Bounding box、Euclidean和Robust position),并在OMNET++平台上做了性能的仿真检验;实际仿真结果上,对各定位算法的性能作了分析,并对各算法的应用环境给出了建议;对Robust position算法的改进提出了建议,并对无线传感器网络定位算法的未来研究做了展望.     

面向三峡库区水环境监测的分区多跳LEACH算法

针对无线传感器网络节点能量受限的问题,结合三峡库区水环境的具体应用环境,提出一种基于LEACH算法的改进型无线传感器网络节能路由算法——LEACH—PM。该算法将整个网络划分为若干个区域,各个分区内按轮进行建立分簇和传输数据。在簇建立阶段,考虑了节点的剩余能量;在数据传输阶段,采用单跳与多跳相结合的方式以降低网络的能耗。应用MATLAB对LEACH-PM算法与已有的LEACH算法进行仿真比较。实验结果显示,LEACH—M算法能更好平衡网络节点能耗,降低簇头节点能耗,延长整个网络的生存期。     

具有小世界特性的低能耗无线传感器网络簇级拓扑研究

本文提出了一种具有小世界特性的无线传感器网络簇级拓扑算法,引入Temple University吴杰教授提出的UCR(unequal cluster-based routing)机制,靠近基站簇尺寸变小,解决基站附近网络耗能过多的热点问题.通过OPNET对构造的簇级拓扑结构进行仿真,当超级节点数目增加到6～18时,平均路径长度降低,路径长度变化率降低,节能曲线变化率升高,能耗降低效果显著.仿真实验还表明,本文提出的具有小世界特性的无线传感器网络簇级拓扑结构对随机攻击具有很强的鲁棒性,具有很好的生存性能.复杂网络理论中的小世界网络具有较大的聚集系数和较小的平均路径长度,通过在原有网络中添加超级节点,形成能与sink节点直接通信的捷径,可以降低网络平均路径长度和能量消耗.目前小世界特性用于WSN的研究中,尚未考虑到sink节点附近的热点问题.     

一种基于集总参数的心血管系统仿真模型及心音产生机理

基于流体力学与电气网络的相关基础理论,建立一种基于集总参数的心血管系统仿真模型.该心血管系统仿真模型分为三个子模型:体循环子模型、肺循环子模型及心脏子模型.重点分析了体循环子模型和心脏子模型,给出收缩压、舒张压、射血分数等血流参数和仿真波形图,并对心音产生机理进行了分析.然后在此基础上进行扩展,增加了肺循环、血管、耦合壁等,使其形成一个闭合的循环回路,构成了心血管系统仿真模型.利用状态变量分析法建立该模型的数学表达式,并进行模拟仿真,得出心室心房血容量、心房心室压力、动脉血流量等仿真结果,该结果符合健康心脏的生理状况,并且利用该模型仿真了高血压病态和心衰病态状况,仿真结果与临床表现基本一致,表明本文提出的心血管系统仿真模型具有实际的可行性.     

基于无线传感器网络的半导体设备数据采集设计

为了监测半导体前段制造厂的机台在生产过程中的关键参数,提出了一种基于无线传感器网络和以太网的半导体机台数据采集方案,研制了传感器节点和簇头节点,给出了传感器节点的硬件设计过程和部分源程序。测试结果表明：该系统可以对半导体机台关键生产参数进行远程采集、历史数据查询和故障实时报警,提高了半导体产品的良率以及工程师的工作效率。     

基于AODV节能路由协议的改进

在AODV路由算法的基础上,提出一种节能路由算法MEE( Maximum Energy-efficient) -AODV.该算法通过改进AODV的请求(RREQ)分组获得整个网络的平均电池剩余能量,并且综合考虑跳数和节点剩余能量,以达到节能的目的.仿真表明,该算法在节能方面效果明显,延长了网络生存时间,有效提高了网络的性能.     

基于OPNET仿真平台的DSR协议性能研究

Ad Hoc网络的路由算法是在网络拓扑高度变化的情况下,无线自组网能否实现网络自组的关技术.本文介绍了AdHoc网络的基于源驱动的按需路由选择协议DSR,重点分析了基于OPNET的DSR模型的节点及其所支持的特性,并基于OPNET对全部采用固定节点的Ad Hoc网络,利用DSR作为其路由协议,分设场景进行仿真,对DSR协议随着节点数增多所表现出来的性能进行了比较和分析,最后总结了目前DSR协议存在的问题并提出了适当的改进建议.     

基于移动锚节点的无线传感器网络渐进线定位

为了解决无线传感器网络定位的成本和计算量问题,本文提出了基于移动锚节点的双曲线渐近线定位方法。首先设计了移动锚节点运动轨迹,然后利用TDOA测距技术测得俩对锚节点到待定位节点距离差,最后利用双曲线渐近线的交点来定位。仿真结果表明：在减小计算量和定位成本的同时,该定位方法可以明显提高定位精度。     

基于节点状态的多接口多信道WMN信道分配算法

多接口多信道无线Mesh两络信道分配的目的在于提升网络容量以及保持网络连通的同时,降低干扰,增强信道负载平衡.由此,提出一种基于节点状态的信道分配方案.该方案是一种基于优先级的多项式时间贪婪混合式算法.NS2仿真结果表明,该算法不仅可以较好地解决信道负载平衡,提升网络容量,而且即使在节点接口的数量少于有效信道数量时,也能使信道得到有效的分配,保证网络的连接通畅.     

移动传感网中基于定向角度路由的数据收集

在Sink和节点不断移动的多跳无线传感器网络中,节点和Sink的位置不断变化.如果节点采用传统的广播方式发送数据,节点发送的数据在到达移动Sink之前,很有可能被大量的节点不断转发.这样不仅容易导致数据冗余过大,而且容易造成节点的能量消耗过快从而缩短网络生命周期.为了最大化网络生命周期,提出一种节能的算法ROAR来解决这个问题.首先,节点执行类似于选取簇头的收集器选择算法,能量高的节点以高概率决定是否成为收集器.然后,节点将数据发送给有效区域内的邻居节点.所谓的有效区域是指过节点作连接节点和Sink的直线的垂线,以垂线为边界,与移动Sink同侧的区域.最后,收集器采用折半角度传输的方式将数据发送给移动Sink.仿真实验结果表明,与目前已有的算法相比,算法ROAR能够有效地缩短收集一轮数据所需的时间、减少能量开销、延长网络生命周期.     

无线传感器网络中一种高效的距离差估计方法

RIPS系统通过测量干涉信号的相位提供了一种精度高、设备简单的无线传感器网络定位方法.但利用相位进行测距和定位的方法不可避免地存在相位模糊问题,RIPS系统采取的方式是在多个频率下对某一距离差进行相位测量,根据各相位测量值来搜索实际距离差.为了避免RIPS系统中这种繁复的搜索过程,文中提出了一种高效的距离差估计方法.该方法基于中国余数定理(CRT)通过闭式一次直接计算得出距离估计值,从而避免了搜索过程,极大地降低了节点运算能耗并且提高了定位系统的实时性.同时,为了克服传统CRT算法对噪声敏感的缺点,利用算法中加权系数具有的一些性质来减小噪声对估计结果的影响,提高了算法的鲁棒性.仿真结果表明该方法鲁棒性好,估计精度高,在无线传感器网络中具有良好的可行性.     

一种新的基于Jackson排队模型多中继跨层协作通信策略

文中提出了一种新的多中继协作通信策略,该策略基于Jackson排队模型同时对物理层(physicallayer,PHY)与媒体接入控制层(MAC)的跨层设计进行了分析.在物理层,重点探讨多中继节点情形下信噪比(SNR)门限与中断概率之间的关系.在MAC层,系统采用Jackson排队网络进行建模,单协作节点数据包排队准则为GI/M/1模型,多节点之间进行相互机会协作,进而分析了所提策略的系统吞吐量与时延性能.跨层设计仿真结果表明,在不同中继策略下,协作节点数的增加将影响物理层高频谱有效性区域的系统中断性能.此外,相对于传统两协作节点模型,所提策略可以达到显著的MAC层数据包吞吐量与时延性能.     

无线电感传感器及检测线圈的LRC值测量

在现有基于Agilent 4395A阻抗分析仪的无线传感器测量系统的基础上,设计了一个便携的LRC参数测试仪,给出了测量无线电感传感器及检测线圈LRC值的测量原理及其提取LC值的算法.最后通过仿真验证了该算法的正确性.     

基于协作波束形成的中继阻塞混合无线物理层安全传输

针对双向无线协作通信系统的安全传输(信息论安全)问题,提出一种基于多节点协作波束形成的中继与阻塞混合机制来提高物理层信息传输的安全性.其基本思想是:在协作传输阶段,系统中的一部分协作节点进行分布式波束形成来帮助发送方发送信息给合法用户,同时另一部分协作节点发送干扰信号阻塞窃听者的侦听,从而显著改善系统在协作广播阶段的安全性能.基于这一机制,针对窃听者的瞬时信道状态信息已知与否,本文提出两种不同的协作波束形成方法和优化方案,这两种方案在数学上均归结为解决一个或一系列的二阶凸锥规划问题,从而可以通过内点法有效地求解.仿真结果和对比实验验证了在中继节点数目较多时本文提出的混合安全机制和波束形成方法相对于单纯的协作中继机制或单纯的协作阻塞机制而言显著地提高了系统的物理层安全性能.     

WMN路由协议的改进与应用研究

提出了一种适用于无线Mesh网络的AODV协议的改进方案,即在相对静止的节点内构造一个基于DSDV路由的驱动表。NS-2仿真表明,改进后的AODV—D协议更适应于拓扑变化快的环境。在复杂度没有明显增加的前提下,AODV—D协议降低了平均端到端时延和丢包率,大大提高了网络性能。     

基于Clifford代数的混合型传感器网络覆盖理论分析

分布式传感器网络对目标区域的覆盖性能是整个分布式网络信息获取的基础．已有研究工作分别在2维和3维空间，主要通过单位圆覆盖模型和球覆盖模型进行传感器网络系统覆盖性能分析．已有方法在对多种类型的目标进行监测的传感器网络应用当中，无法给出一致的覆盖分析模型．提出一种基于Clifford代数的空间传感器网络覆盖理论分析方法，为分布式传感器网络在复杂环境下的覆盖性能分析建立了统一的理论模型，实验分析验证了该方法的有效性．     

FFH/MFSK噪声归一化合并接收机在部分频带干扰Rayleigh衰落信道下的性能分析

快速跳频系统能减少干扰对系统性能带来的性能损伤.文中分析了快速跳频M元频移键控(FFH/MFSK)噪声归一化接收机在部分频带噪声干扰非频率选择性Rayleigh信道下的性能.不同于以往的研究结果,利用数值计算的方法来近似计算误比特率,文中采用复变函数的相关理论,给出了误比特率的闭合表达式.最后对系统性能进行了仿真,仿真结果与理论分析结果完全一致;系统性能不会随着分集度的不继增大而持续变好,而是存在一个最佳分集度;最佳分集度的大小随着信道条件的变化而不同;增大系统的调制阶数会提高系统性能.     

基于Zigbee的煤矿无线数据采集系统设计与实现

根据煤矿环境的特点,提出了一种基于Zigbee技术的适用于煤矿巷道多参数采集的无线传感器网络检测系统。该系统利用多种传感器,通过无线传感器网络实现对井下环境及生产参数的实时监测和智能预警。采用RS-485通讯协议及硬件模块化,实现了传感器的灵活添加与监测计算机软件稳定性的增强。通过实验证明了该系统设计的可行性和良好的稳定性。     

P2P系统中基于双信任信息的信誉度改进模型

针对P2P网络中诸如诋毁、合谋、欺骗等安全性问题，提出一种新的基于双信任信息的分布式信任模型。区别对待节点提供服务和发送评价的能力，对节点拥有的资源进行分类；通过迭代求解，为每个节点的每类资源分别计算全局服务信任值和回馈信任值；为了防止恶意节点反复实施恶意行为，引入了惩罚机制，激励节点诚信交易。仿真实验表明，该模型能够迅速降低恶意节点的全局信誉值和恶意交易概率，降低了对无过失节点的不公平性。     

自环流网络潮流跟踪算法

运用级数理论给出环流网络潮流跟踪算法. 计算中, 将网络环流等效为一个节点, 从而得到原网络的简化网络. 基于此, 运用图论求出发电机节点到负荷节点的有向路, 进而得到原环流网络的无穷多条有向路. 运用比例分摊原则、级数理论和网络节点间有向路便可得到发电机对负荷的功率分配. 给出了网络自环流系数的定义及其性质. 利用自环流系数的性质, 证明了算法的收敛性定理: 基于比例分摊原则的自环流网络潮流跟踪算法总是收敛的. 同时, 证明了算法的有效性定理: 基于比例分摊原则, 用有向路算法对无损的环流网络进行潮流跟踪时, 任意节点上发电机对所有负荷的贡献总额等于发电机的出力. 并用IEEE14节点系统和国内考核题型Ⅱ证实了该方法.