太阳能补给的线性WSN路由算法研究

针对部署于铁路沿线的线性无线传感器网络生存周期短的问题,提出基于太阳能补给的节能路由选择算法。算法基于网络节点能耗最接近但不高于预设标准能耗值的原则进行转发节点搜索,从而将网络层次化并形成路由。在路由选择过程中考虑能量补给,通过构建理想状态下传感器节点能耗线性方程组,求解出最佳路由切换能量阈值。当网络中传感器节点剩余能量最小值低于路由切换能量阈值时重新选择路由。仿真结果表明本文所提出的节能路由选择算法可有效提高线性无线传感器网络在生存周期方面的性能。     

铁路沿线线型无线传感器网络高效路由协议

为防止网络“热区”现象，针对铁路沿线无线传感器网络多呈线型分布的结构特点，提出一种基于服务质量的能耗均衡分簇路由协议（ECRPQ）。首先，部署网络节点，计算节点能量消耗，建立能耗均衡的非均匀节点部署模型并进行网络分簇。然后，设计路由协议，在簇首选举时引入节点动态剩余能量和节点担任簇首轮次的影响因素，在通信阶段采用TDMA机制和CDMA机制相结合的方式，在进行时间同步校准时严格保证簇内节点时间同步。最后，通过MATLAB进行仿真实验，从网络生命周期、网络吞吐量和节点平均时延3个方面将ECRPQ与LEACH、LEACH-C这2种经典协议进行对比。结果表明：当网络节点总数为200个时，ECRPQ的网络生命周期明显更长，达到600 s;ECRPQ的网络吞吐量更大，分别比LEACH和LEACH-C提高128.7%和84.6%;ECRPQ的节点平均时延更低，分别比LEACH和LEACH-C降低52.8%和43.2%。     

铁路沿线线性无线传感器网络路由协议研究

针对铁路沿线环境监测对象种类繁多、位置分散的特点,设计一种无线传感器网络用于将传感器采集信息传输至监测中心,该无线传感器网络由传感器节点、轨边汇聚节点、机房汇聚节点及中继节点组成,重点研究提出轨边汇聚节点与机房汇聚节点之间线性无线传感器网络路由协议。鉴于铁路沿线传感器节点采集信息的重要程度不同,该路由协议根据信息重要程度对数据包进行优先级排序。综合考虑网络寿命和信息重要程度,以网络生命周期内传输数据包数量最大化为目标,建立数据包转发模型和数据包排队模型。在网络能耗均衡的前提下,采用减少优先级高的数据包的转发次数和减少优先级高的数据包在轨边汇聚节点的排队时延两种方式,减少优先级高的数据包的总传输时延。仿真结果表明,该路由协议可以显著减少高优先级数据包的传输时延,均衡使用网络能量,最大化网络寿命。     

基于误比特率计算的三维Ad Hoc传感器网络连接性分析

网络连接性是在设计与仿真Ad Hoc传感器网络时需确定的重要基础性问题，本文从通信路由中误比特率的角度研究了三维Ad Hoc传感器网络的连接性问题。在基于二维平面网络节点均匀分布的情况下，对三维AdHoc传感器网络的连接性进行理论计算，得出通信路由中端到端平均误比特率（BER）和平均连接跳数（Hop）的精确表达式。通过表达式发现，节点分布密度相应的存在门限值，节点分布密度低于此门限值，则网络不能进行通信，即网络为不连接。假如分布密度高于此门限值，则通信路由的最大连接跳数大于平均连接跳数。同时讨论了中继节点数对端到端平均误比特率的影响，发现在第三维中继时如采用较大的发射功率则能提高网络通信的性能，降低端到端平均误比特率。     

基于误比特率计算的Ad Hoc传感器网络连接性分析

目前对于AdHoc网的研究主要集中在仿真与分析上,而缺乏理论上的计算与分析。本文在基于网络节点均匀分布的情况下,对AdHoc传感器网络的连接性进行了理论计算,在无干扰和有干扰环境下分别得出了通信路由中端到端平均误比特率(BER)和平均连接跳数(Hop)的精确表达式。结果表明:网络中节点分布密度存在门限值;如果低于此门限值,则网络中节点之间不能进行通信。     

滑坡监测无线传感器网络基于事件的信道分配方案

在高速铁路沿线的山体斜坡上部署无线传感器网络,用于监测山体斜坡变化情况。综合考虑传感器节点能量有限性和对采集信息的实时性需求,提出一个基于事件的信道分配方案用于滑坡监测信息的传输。以是否有列车经过山体斜坡区域作为事件,当无列车经过时,为节点分配活跃周期和睡眠周期,采用TDMA的方式唤醒节点并分配一个可用信道进行数据传输,从而在保证数据传输的前提下节省节点能量,延长网络寿命;当有列车即将经过时,节点完全进入活跃周期,采用多个信道并行传输的方式传输数据,减少传输过程中由于信息碰撞造成的信息丢失和重传,从而降低传输时延,提高信息传输的实时性。最后,通过仿真实验分析系统性能,证明所提方案的有效性。     

铁路监测WSN网络的非均匀优化分簇算法

针对铁路沿线无线传感器网络(WSN)线性部署导致的"能量空洞"问题,提出一种节点非均匀优化分簇算法。在所需监测的铁路沿线等距部署WSN节点,以均衡簇头(CH)节点单位时间能耗为优化目标,对铁路直线轨道、弧线轨道监测区域内的簇成员节点进行非均匀分簇;建立CH节点能耗、CH节点数目和簇成员节点数目之间的函数关系,结合CH节点能耗波动、CH负载均衡度和CH能耗平衡度这3个性能指标,构建优化的WSN分簇部署模型;基于该模型,对比分析了本文算法、簇头固定的非均匀分簇算法、均匀分簇和组数据传输算法的性能。仿真数据表明:提出的节点优化部署模型和算法在降低及均衡CH节点能耗,延长CH节点寿命和提高网络通信效率方面性能较优。     

无线Mesh网络中基于中继转发的定价问题研究

无线多跳中继转发方式是一种保证无线网络连接质量的方法,它可以让一些离中心网络较远的节点把别的节点当作中继节点,帮忙转发自己的数据.但是在多跳合作转发的过程中,中继节点因为转发别人的数据会对自身的数据传送造成不良影响,所以这就需要一种激励机制来鼓励这种中继节点的转发行为.本文研究并归纳了目前网络中常见的节点间中继转发的合作行为和需要被转发数据的节点向中继节点付费的问题,即基于节点间数据转发的定价问题.     

无线传感器网络中一种基于簇头预测和功率控制的节能路由算法

在无线传感器网络中,节点能量有限且一般没有能量补充,因此如何减少节点的能量消耗成为路由协议的研究目标。文中提出一种基于簇头预测和功率控制的节能路由算法CHFPC(Cluster Head Forecasting andPower Controlling),该算法利用能量和距离参数对簇头进行预测,并将功率控制这一机制引入分簇路由和数据传输的过程中,从而使节点的平均能耗降低。最后用OMNeT++仿真的结果表明所提出的方案在网络生存时间和网络总剩余能量指标上比LEACH算法分别提高23%和15%,而且节点生命周期也明显长于LEACH算法。     

高速铁路基础设施检测传感器网络物理拓扑优化方法

高速铁路基础设施的状态关系到列车运行安全,传感器网络技术为高速铁路基础设施状态的实时、全天候检测提供了可能。根据高速铁路基础设施检测传感器网络的应用需求,建立由检测节点(ED)、信息转发节点(RP)、网络接入节点(AP)构成的3层网络通信模型。在确定检测区域所需ED节点类型和个数的基础上,建立网络通信节点带宽利用率最大的整数规划模型,将传感器网络物理拓扑优化问题转化为多次整数规划问题;针对研究区域无传感器网络资源和已有若干传感器网络资源的2种实际应用情况,给出基于粒子群优化算法的求解步骤。对包含60个ED节点的检测应用实例,利用给出的算法通过50次迭代得到了这2种情况下的最优网络节点个数及各通信节点的ED节点组合策略。对实例求解的结果表明,所提出的传感器网络通信模型、物理拓扑优化方法及算法能够解决高速铁路基础设施检测传感器网络物理拓扑的优化问题,可有效降低传感器网络的成本及确定最优的网络通信链路。