锚节点水面部署的三维水下传感网定位算法

受应用条件制约,水下三维传感网的锚节点很多时候只能水面部署,这对于多跳定位算法而言是一种挑战.由此提出一种从水面向下逐级迭代求精的定位策略,防止了下级的定位误差向上扩散,并利用水下节点易测的深度信息对定位中的多边迭代进行约束,进一步补偿锚节点部署不均带来的各向异性.     

基于地理-机会的水下无线传感网的混合路由

水下无线传感网络UWSNs被认为是监测海洋最有前景的技术。然而,声信道特性给UWSNs的数据采集提出了挑战。提高UWSNs数据采集效率的有效方式就是融合水下声通信和高动态网络拓扑的特性,设计高性能的路由协议。为此,提出基于地理-机会的水下无线传感网的混合路由,记为GOHR。在GOHR协议中,源节点先计算候选转发节点集,并计算集内每个节点的归一化权重值,再依据归一化权重值对集内节点进行排序,并形成转发节点簇。然后,计算每个簇的期望权重值,最后,选择期望权重值最大的簇内节点作为数据包转发节点。为了避免簇内节点转发数据包时发生碰撞,设置定时延时转发机制。仿真结果表明,提出的GOHR协议提高了数据包传递率,降低了数据包的传输时延。     

基坑监测系统中传感网的节点部署

基坑监测系统中,需要在各监测点部署传感器节点,系统的监测点围绕基坑工程展开,其监控区域近似圆环。在基站收集监测数据时,离基站越近的区域需要转发的数据越多,节点能量消耗速度也就越快,基站附近的节点将很快消耗完能量,系统随即瘫痪。通过研究圆环形传感网的拓扑特点,得到节点密度公式,使得各区域的总能量与能量消耗速度之比达到平衡。理论分析和仿真实验表明,按照此密度公式部署传感器节点,可显著提高系统生命周期。     

RIM-MAC：一种适用于水下传感网接收者发起的多会话MAC协议

声通信是水下传感网的主要通信方式之一,但是它具有长延迟和低带宽的特点,这是水下传感网MAC（media access control）协议研究面临的主要挑战。为提高网络吞吐量,提出了一种接收者发起的多会话MAC协议（RIM-MAC）。它利用接收者发起会话,通过一次会话的4次握手完成所有邻居数据分组的传输,有效地减少握手次数。同时利用侦听到的本地信息（邻居延迟图和邻居的传输调度）避免信道冲突并发起多个会话,这解决了长传播延迟带来的信道利用率低的问题。RIM-MAC通过增强节点间并行传输的能力,在接收者和发送者两端提高时空复用率,与经典水下MAC协议比,网络吞吐量提高了至少36%。除此之外,基于自适应数据轮询策略提出了一种网络负载公平算法（FTA）,它保证了网络中竞争节点间的信道访问的公平性。仿真实验表明,在长传播延迟的场景下,RIM-MAC取得了比典型的水下传感网MAC协议更好的吞吐量性能。     

基于移动补偿的动态水下传感节点定位算法

水下传感节点静默定位算法是一种免时钟同步且易拓展节点的水声定位算法,待定位节点只需接收声信号即可计算出自身位置.受其独特的定位协议影响,其定位周期一般较长,定位精度受待定位节点自身运动影响较大.本文研究了待定位节点运动对已有算法精度的影响,并提出了一种结合移动补偿的动态水下待定位节点静默定位方法,补偿了待定位节点运动对...     

基于拓扑感知的水下传感网络路由

由于水下传感网络的高时延、低带宽和高能耗等特性,建立路由协议仍存在挑战。为此,提出基于拓扑感知的水下传感网络路由(TAR)。TAR路由先通过交互Beacon包,使每个节点获取网络拓扑信息,并建立邻居信息表。再依据节点剩余能量和链路的可靠性,择优选择下一跳转发节点,进而提高路由的稳定性,平衡节点间能耗。仿真结果表明,提出的TAR路由增强了路由稳定性,并减少了节点的能耗。     

基于网格的移动无线传感网生存时间优化算法

为克服陆地静态无线传感网和水下无线传感网因节点能耗分布不均衡而出现的能量空穴问题,和具有单一移动Sink节点的无线传感网数据收集时延过长问题,该文提出基于网格的移动无线传感网生存时间优化算法(Grid-based Lifetime Optimization Algorithm,GLOA)。GLOA算法考虑多个Sink节点的移动,将监测区域分成多个大小相同的网格。根据网格潜能值确定Sink节点移动的锚点,将锚点分配给不同的Sink节点,建立路径选择优化模型并获得Sink节点的最短移动路径,采用移动收集方法或静态收集方法循环收集数据。仿真结果表明:与Ratio_w或TPGF算法相比,GLOA算法能延长网络生存时间,降低和均衡节点能耗。与LOA_SMSN算法相比,GLOA算法能降低数据收集时延。在一定的条件下,比Ratio_w,TPGF和LOA_SMSN算法更优。     

移动无线传感网的生存时间优化算法研究

当sink节点位置固定不变时,分布在sink 节点周围的传感节点很容易成为枢纽节点,因转发较多的数据而过早失效。为解决上述问题,提出移动无线传感网的生存时间优化算法（LOAMWSN）。LOAMWSN算法考虑sink节点的移动,采用减聚类算法确定sink节点移动的锚点,采用最近邻插值法寻找能遍历所有锚点的最短路径近似解,采用分布式非同步Bellman-Ford算法构建sink节点k跳通信范围内的最短路径树。最终,传感节点沿着最短路径树将数据发送给sink节点。仿真结果表明：在节点均匀分布和非均匀分布的无线传感网中,LOAMWSN算法都可以延长网络生存时间、平衡节点能耗,将平均节点能耗保持在较低水平。在一定的条件下,比Ratio_w、TPGF算法更优。     

网络分层的水下传感器网络覆盖保持路由算法

在以监测为目的的水下传感器网络中,较好的网络覆盖率和连通率是完成监测任务的重要保证.以改善覆盖效果为目标的水下覆盖保持路由算法NCPR算法相对比LEACH-Coverage-U算法有效的延长了网络覆盖时间,但是该算法连通性表现较差,同时存在靠近SINK节点的簇首由于需要转发大量数据而过早死亡的问题.本文提出一种分布式的网络不均匀分层的覆盖保持路由(Network Unevenly Layered Coverage Preserving Routing,NULCPR)算法,由SINK节点开始逐层向下建立网络,同时每层网络节点通信半径也随层号增加而逐渐增大.每层网络独立运行NCPR算法以使该层节点成簇,并通过簇首向上建立连通链路以保证网络连通.仿真结果表明,与NCPR算法相比,NULCPR算法提高了网络连通率以及覆盖率,并且降低了网络能耗,证明了该算法的有效性.     

面向目标跟踪的传感器网络布局优化及保护策略

本文以目标跟踪为应用背景,改进了已有传感器感知模型和虚拟力方法,提出了一种新的传感器网络布局优化策略,该策略首先计算传感器与目标、热点区域、障碍物和其他传感器之间的虚拟力,为各传感器寻找受力平衡点,并将其作为该传感器的新位置,从而优化网络布局优化．实验证明,该策略可有效改善传感器网络覆盖率和目标探测概率．同时,本文根据各传感器获取的信息量,提出了涉及目标的传感器网络节点重要性排序算法,以及根据节点重要性进行传感器网络保护的策略。     

水下无线传感器网络中一种安全定位算法

提出一种基于阵列传输结构的无线传感器网络安全定位算法（USA）。该算法主要解决水下无线传感器网络（UWSN）面临的一些安全威胁问题。以提高无线传感器网络安全性,特别是位置信息的安全性为设计目标。利用节点协作形成的阵列作为天线阵列进行相互通信,在不增加额外硬件成本的同时,还获得阵列天线给无线传感器网络带来的优势,如减小多径效应、提高接收端的信噪比、增加系统容量等。USA算法基于这种阵列结构使网络得到很高安全特性,特别是,对Wormhole攻击具有非常好的抵御性能。仿真实验证明该算法的有效性。     

适用于固定节点的水下传感器网络物理层设计

时间反转法利用声学互易原理,应用于节点位置固定的水下传感器网络物理层中,可在没有任何先验知识情况下具有自适应匹配声学信道的作用,使声信号能量在空间和时间上得到聚焦,提高接收端信噪比从而获得一个高速的网络链路。通过计算机仿真研究,验证了水平阵列的时间反转法在水平方向上的聚焦性能,并在此基础上扩展到时反法用于任意阵型的时反阵,为水下传感器网络实现高数据率、低功耗的网络物理层链路提供了支持。     

一种异构配置的无线传感网成本分析

根据对无线传感节点组成与无线传感网应用环境中各物理特征量非均匀分布,且在分布密度上具有较大差异的情况分析,提出一种异构分布配置模型,在网络配置时采用与感知物理特征量空间分布特征相适应的异构节点配置方法。由此减少节点配置冗余和信息冗余,降低无线传感网的配置成本。仿真实验证明,该模型可节省成本,是更适合于未来无线传感网实际应用要求的通用结构配置模型。     

基于进化优化的移动感知节点部署算法

 移动传感器网络中节点部署优化直接影响到网络的能量消耗、对目标区域监控的性能及整个网络的生命周期.本文从网络覆盖和能量消耗两个方面,采用多目标优化对节点部署问题建模,并从集中式角度给出了节点部署问题的遗传算法求解过程.针对一类初始中心部署模型进行实验验证,并和基于向量的算法(VEC)、基于维诺图的算法(VOR)及基于边界扩张虚拟力算法(BEVF)进行性能对比,证明了该算法在大多数情况下可使传感器网络对目标区域的覆盖率最大化,同时保证了网络的连通和网络能耗最小,进而延长了网络的生命周期.     

一种水下信息网络教学实验系统设计

本文结合陆上无线网络原理,提出了一种水下信息网络教学实验系统设计方案。该实验系统分为水下和陆上两部分,基于水声通信机的水下声学网络通过浮标网关节点实现了与陆上无线传感器网络信息的交互,进而构成立体式水下信息网络教学实验平台。该系统不仅能够进行相关学科的教学演示,同时也能够作为该方向的基础科研平台。     

基于分簇的水下传感器网络覆盖保持路由算法

在基于分簇架构的水下传感器网络（Underwater Sensor Networks ,UWSNs）中,当簇首以单跳或多跳的通信方式将数据传输至Sink节点时,由于簇首转发大量数据而负载过重,会过早耗尽能量而死亡,这将导致提前出现对监测区域的覆盖盲区。以改善覆盖效果为目标的LEACH-Coverage-U算法由于选举簇首的分簇方法具有随机性,也无法很好解决该问题。本文提出了一种水下传感器网络单跳覆盖保持路由算法（Single-hop Coverage-Preserving Routing Algo-rithm ,SCPR）,首先定义了覆盖冗余度（Coverage Redundancy ,CR）,然后根据该度量来选举簇首,最终以单跳方式直接将数据传送至Sink节点。为减少簇首能耗并获得更高的网络覆盖率,本文还提出一种多跳覆盖保持路由算法（Multi-hop Coverage-Preserving Routing Algorithm ,MCPR ）,簇首之间通信时优先考虑父节点中CR较高的簇首作为其下一跳路由,以多跳路由将数据传送至Sink节点。仿真结果表明,与LEACH-Coverage-U算法相比,SCPR、MCPR算法避免了其选举簇首时的随机性,提高了网络覆盖率,降低了网络能耗,延长了网络生命周期。     

定位算法在传感器网络中的改进策略

研究节点定位技术是传感器网络中的一个重要课题。针对DV-Hop定位算法适应节点均匀分布的网络这一特性,为了减小DV-Hop定位算法的定位误差,提出了节点的部署策略;针对平均每跳距离在求不同跳数的节点之间的距离时有着不同程度的影响,为了提高待定位节点的定位精度,提出了距离修正值策略。经过以上处理之后,得到了更加准确的平均每跳距离的估计值。实验表明,改进后的算法不仅提高了定位精度,同时也改善了定位的稳定性。     

无线传感网络布局的虚拟力导向微粒群优化策略

无线传感网络通常由固定传感节点和少量移动传感节点构成,动态无线传感网络布局优化有利于提高无线传感网络覆盖率和目标检测概率,是无线传感网络研究的关键问题之一.传统的虚拟力算法在优化过程中容易受固定传感节点的影响,无法实现全局优化.本文结合虚拟力算法和微粒群算法,提出一种面向无线传感网络布局的虚拟力导向微粒群优化策略.该策略通过无线传感节点间的虚拟力影响微粒群算法的速度更新过程,指导微粒进化,加快算法收敛.实验表明,虚拟力导向微粒群优化策略能快速有效地实现无线传感节点布局优化.与微粒群算法和虚拟力算法相比,虚拟力导向微粒群优化策略不仅网络覆盖率高,且收敛速度快,耗时少.