一种无线传感器网络簇间拓扑演化模型及其免疫研究

基于复杂网络理论, 研究由于节点失效所导致的无线传感器网络性能下降的问题, 提出一种新的簇间拓扑演化模型, 在此基础上讨论病毒的免疫策略, 并给出一种新的免疫机理. 理论分析表明, 该模型演化生成的网络不仅具有较强的容错性, 而且还可以有效避免节点因能量很快耗尽而过早死亡. 研究还发现, 对于网络全局信息未知的情况, 与随机免疫和熟人免疫策略相比, 本文所提免疫策略能够获得较好的免疫效果. 通过数值仿真对理论分析进行验证.     

一种无线传感器网络健壮性可调的能量均衡拓扑控制算法

无线传感器网络中, 应用环境的干扰导致节点间距不能被准确度量. 所以利用以节点间距作为权重的闭包图(EG)模型构建的拓扑没有考虑环境的干扰, 忽略了这部分干扰带来的能耗, 缩短了网络生存时间. 针对无线传感器网络拓扑能量不均的特点和EG模型的缺陷, 首先引入节点度调节因子, 建立通信度量模型和节点实际生存时间模型; 其次量化网络节点度, 从而获取满足能量均衡和网络生命期最大化需求的节点度的取值规律; 然后利用该取值规律和函数极值充分条件解析推导出网络最大能量消耗值和最长生存时间, 并获得最优节点度; 最后基于以上模型提出一种健壮性可调的能量均衡拓扑控制算法. 理论证明该拓扑连通且为双向连通. 仿真结果说明网络能利用最优节点度达到较高的健壮性, 保证信息可靠传输, 且算法能有效平衡节点能耗, 提高网络健壮性, 延长网络生命周期.     

一种能耗均衡的无线传感器网络加权无标度拓扑研究

针对无线传感器网络节点能耗不均衡问题,通过对节点生命期建模,得出节点生命期受节点剩余能量和通信距离的影响,进而将两端节点生命期作为构建拓扑时边权重的影响因子,通过边权重控制节点权重,最终得出了一种能耗均衡的无线传感器网络加权无标度拓扑模型,并理论证明了该模型的点权、边权和节点度均服从幂律分布.实验结果表明,该模型具有无标度拓扑的强容错性,并有效的均衡了网络中的节点能耗,延长了网络的生命期.     

一种强容侵能力的无线传感器网络无标度拓扑模型研究

针对无线传感器网络无标度拓扑容侵能力差的问题,本文借助节点批量到达的Poisson网络模型,提出了一种具有容侵优化特性的无标度拓扑模型,并在构建拓扑时引入剩余能量调节因子和节点度调节因子,得到了一种幂率指数可以在(1,+∞)调节的无标度拓扑结构,并通过网络结构熵优化幂率指数,得出了具有强容侵特性的幂律指数值.实验结果表明:新的拓扑保持了无标度网络的强容错性,增强了无标度网络的容侵性,并具有较好的节能优势.     

一种基于网格的无线传感器网络动态分簇路由协议

无线传感器网络是一种资源受限的网络,特别是在供能方面,为提高网络生存时间,提出了一种基于网格的无线传感器网络动态分簇路由协议,虚拟网格可以根据局部的信息动态的调整簇的大小,达到节省能量的目的;采用唯一簇头选举法(unique clusterhead election method)产生簇头,确保每个虚拟网格内只有一个簇头,并在恰当的时候才更换簇头;仿真实验和分析表明,该协议有效地平衡了整个网络的能量消耗,并显著地延长了网络的生存时间。     

基于生命期模型的无线传感器网络信道分配博弈算法

针对无线传感器网络中节点因干扰过大导致重传能耗增加, 进而节点过早失效、网络生命期缩短的问题, 根据网络拓扑信息和路由信息设计节点的负载模型, 从而构建了节点的生命期模型. 然后利用博弈论将路径增益、交叉干扰和节点生命期等性能参数融入到效益函数中, 构建信道分配博弈模型. 理论分析证明该博弈模型存在纳什均衡. 进而运用最佳回应策略, 在所构建的信道分配博弈模型的基础上, 设计了一种优化网络生命期的抗干扰信道分配算法. 该算法使节点在选择信道时避免与网络中交叉干扰较大的节点和生命期较小的节点使用相同信道, 实现干扰小、能耗低且均衡的信道选择. 理论分析与仿真结果证明该算法最终能够快速地收敛到纳什均衡, 且具有较小的信息复杂度, 从而减小算法本身的通信能耗. 同时, 该算法具有良好的抗干扰性和信道均衡性, 能够有效地延长网络生命期.     

基于综合故障的无线传感器网络无标度容错拓扑模型研究

针对无线传感器网络实际应用中遇到的环境损毁和能量耗尽的问题,本文首先对网络综合故障进行建模,获取满足综合故障容忍能力和网络生命期双重需求的网络节点度和节点度上限值的取值规律,并结合由无标度特征导出的两者关系,从而求得最优节点度上限值,最终引入关于节点度上限值的适应度函数,提出了容忍环境损毁和能量耗尽综合故障的无标度容错拓扑演化模型.仿真实验结果表明,该模型演化生成的无标度拓扑对环境损毁和能量耗尽具有较好的容错性,并能够有效地延长网络生命期.     

一种优化无线传感器网络生命周期的容错拓扑研究

<正>由于无线传感器网络的节点能量受限,优化网络生命周期成为设计网络拓扑时首要考虑的问题.通过分析节点的剩余能量和负载量对节点生命周期的影响,提出了一种可延长无线传感器网络生命期的容错拓扑演化模型,并得出了在节点满足网络生存时间的条件下负载调节系数的取值范围.仿真实验结果表明,基于无标度网络的演化拓扑结构具有较好的容错性,并能够均衡网络节点能耗和延长网络生命周期.     

一种高能效无线传感器网络MAC协议研究

为了解决无线传感器网络中MAC层空闲侦听、冲突和控制开销所带来的无效功耗等问题,提出了一种高能效无线传感器网络动态非等分时隙MAC新方法;该方法依据网络拓扑和监测类型分析了覆盖率模型,设计了通过选举最低剩余能量节点为休眠节点的动态选举算法,推导得到了非等分配时隙协议的算法公式,同时,采用簇内单向广播的时钟同步算法保证了网络节点拥有相同的时间基准;在无线传感器测试床上进行仿真对比实验,结果表明该方法较好地实现了动态调节工作节点数量和非等分传输时隙的协议功能,MAC层的能量有效性显著提高;该方法可有效使用网络能量,延长网络生命周期,是一种高能效的无线传感器网络MAC协议。     

一种自适应无线传感器网络监控系统网关设计

针对无线传感器网络网关通信方式单一、灵活性差的问题,设计并实现了一种自适应WSN监控系统网关,网关能够根据工作环境选择以太网、WiFi、GPRS通信方式中的一种来转发无线传感器网络的数据;基于STM32F107微处理器完成了网关的硬件开发和软件设计,实现了数据汇集、通信方式的选择、远程通信等功能;基于VC++完成了监控中心软件的开发,实现了数据接收、图形化显示、存储、查询等功能;搭建校园温湿度监控系统对网关性能进行测试,测试结果表明,该网关有扩展灵活、可靠性高、使用方便等特点。     

无线传感网中基于质心的高效坐标压缩算法

鉴于无线传感网中有限的通信带宽和计算资源, 传感器节点传送压缩后的数据对于系统节能具有十分重要的意义. 本文提出一种利用反正切函数构建的非线性坐标压缩策略来降低系统的数据传输量. 得益于反正切函数的非线性特点, 在质心附近压缩率低, 离质心越远, 压缩率越高. 仿真结果显示, 所提算法特别适应于在质心附近具有高频分量的信号类型. 所提算法具有以下几个特点: 1)采样间隔是非均匀的; 2)可以在采样前实现压缩, 类似于压缩感知; 3)计算复杂度低, 算法简单易实现, 在实际应用中更具有优势. 关键词： 无线传感器网络 坐标压缩 非线性 质心     

Fault-tolerant topology in the wireless sensor networks for energy depletion and random failure

Nodes in the wireless sensor networks(WSNs) are prone to failure due to energy depletion and poor environment,which could have a negative impact on the normal operation of the network. In order to solve this problem, in this paper, we build a fault-tolerant topology which can effectively tolerate energy depletion and random failure. Firstly, a comprehensive failure model about energy depletion and random failure is established. Then an improved evolution model is presented to generate a fault-tolerant topology, and the degree distribution of the topology can be adjusted. Finally, the relation between the degree distribution and the topological fault tolerance is analyzed, and the optimal value of evolution model parameter is obtained. Then the target fault-tolerant topology which can effectively tolerate energy depletion and random failure is obtained. The performances of the new fault tolerant topology are verified by simulation experiments. The results show that the new fault tolerant topology effectively prolongs the network lifetime and has strong fault tolerance.     

基于Voronoi图盲区的无线传感器网络覆盖控制部署策略

针对无线传感器网络在二维平面应用场景中的覆盖控制问题, 提出了一种基于泰森盲区多边形形心的覆盖控制部署策略(blind-zone centroid-based scheme, BCBS). BCBS先对监测区域做Voronoi图划分以得到被每个传感器节点覆盖的泰森多边形, 而后根据泰森多边形顶点的覆盖情况分析得出泰森多边形内的盲区, 并构造与盲区形状相近的多边形, 最后以该多边形的几何中心作为传感器节点移动的候选目标位置, 从而达到提高网络覆盖率的目的. 仿真实验结果表明, BCBS在覆盖率、节点分布均匀性与节点覆盖效率等方面相比CBS有明显优势. 关键词： 无线传感器网络 节点覆盖 Voronoi图 多边形形心     

Virus spreading in wireless sensor networks with a medium access control mechanism

In this paper, an extended version of standard susceptible-infected (SI) model is proposed to consider the influence of a medium access control mechanism on virus spreading in wireless sensor networks. Theoretical analysis shows that the medium access control mechanism obviously reduces the density of infected nodes in the networks, which has been ignored in previous studies. It is also found that by increasing the network node density or node communication radius greatly increases the number of infected nodes. The theoretical results are confirmed by numerical simulations.     

A novel block encryption scheme based on chaos and an S-box for wireless sensor networks

The wireless sensor network (WSN) has been widely used in various fields, but it still remains in the preliminary discovery and research phase with a lack of various related mature technologies. Traditional encryption schemes are not suitable for wireless sensor networks due to intrinsic features of the nodes such as low energy, limited computation capability, and lack of storage resources. In this paper, we present a novel block encryption scheme based on the integer discretization of a chaotic map, the Feistel network structure, and an S-box. The novel scheme is fast, secure, has low resource consumption and is suitable for wireless sensor network node encryption schemes. The experimental tests are carried out with detailed analysis, showing that the novel block algorithm has a large key space, very good diffusion and disruptive performances, a strict avalanche effect, excellent statistical balance, and fast encryption speed. These features enable the encryption scheme to pass the SP800-22 test. Meanwhile, the analysis and the testing of speed, time, and storage space on the simulator platform show that this new encryption scheme is well able to hide data information in wireless sensor networks.