摘要:主要研究无线多媒体传感器网络的模型优化和区域覆盖增强问题.首先从多媒体传感器节点具有方向性的感知特性出发,针对视频可接受清晰度问题,设计了一种改进的扇环感知模型,并以此为基础对无线多媒体传感器网络(WMSN)中区域覆盖增强问题进行研究.其次,采用混合虚拟势场对WMSN 的区域覆盖进行增强,质心在虚拟势场产生的引力和斥力作用下运动.算法针对传统虚拟势场可能出现因局部极小而导致覆盖优化效果降低的问题改进了斥力函数,引入邻居节点共同覆盖率辅助节点感知方向的调整.并在传感器节点迭代完成后引入边界斥力,以进一步优化边界节点的利用率.最后通过一系列的模拟仿真实验和效率对比表明了算法的有效性.

摘要:在车用自组织网的单跳广播协议中,隐藏/暴露节点是影响广播信息成功分发的关键因素,媒体接入控制层的竞争窗口是影响吞吐量性能的关键因素.首先建模分析广播信息成功接收率、吞吐量与节点密度、竞争窗口之间的关系,然后针对车用自组织网的节点密度动态变化特征提出基于多目标优化的自适应可靠单跳广播协议.仿真研究结果表明,该协议通过自动调整节点竞争窗口可以在保证广播信息可靠分发的同时优化网络吞吐量.

摘要:针对无线传感器网络中移动节点的定位特性,提出了一种利用序列相似度改进的蒙特卡洛定位算法.该算法先利用各信标节点的信号强度值对移动节点初定位,优化原算法的采样区域.同时将信号值存储为目标序列,通过比较信标节点和样本点间序列与目标序列的相似度过滤样本点,并以相似度值作为加权标准计算移动节点坐标.仿真结果表明,与其他算法相比,在不同的信标节点密度下,定位误差减少了1%~10%,在不同的节点最大移动速度的情况下,定位误差减少了30%~40%.

摘要:目标跟踪是无线传感器网络的重要应用之一.研究目标运动轨迹满足一个二次等式约束(quadraticequality constraint)的目标跟踪问题.在实际应用中,当飞行器进行盘旋或者车辆沿弯道行使时,其轨迹均近似满足一个二次等式约束.考虑在卡尔曼滤波(Kalman filtering,简称KF)算法中引入二次等式约束以提高目标跟踪精度.所提出的算法在每个采样时刻首先利用新获取的观测量和无约束卡尔曼滤波算法更新目标运动状态估计,然后利用带二次等式约束的极大似然估计(maximum likelihood estimator,简称MLE)修正目标运动状态估计.在求解约束极大似然问题时,将其看作一类广义信赖域子问题(generalized trust region sub-problem,简称GTRS),以获得全局最优解.仿真结果表明,该算法与现有带二次等式约束的卡尔曼滤波算法相比具有更高的跟踪精度.

摘要:针对水下传感器网络的部署方式,设计活动受限三维水下传感器网络节点定位算法(localization foractive-restricted UWSN,简称LAR).LAR 利用水下节点活动受限的特点辅助定位,通过分层定位的实施方式得到部署区域内全部节点的位置,并根据水下传感器网络中的节点移动规律,设计动态环境下的补偿机制.LAR 过程简单、易于实现,仿真结果表明其定位误差明显小于现有算法.

摘要:国际海参养殖业一直采用传统的人工生产方式,存在工艺落后、效率低下的严重问题,无法满足迅速增长的市场需求.针对这一问题,将CPS 思想引入水产领域,详细分析了CPS 的理论特点和实际意义,并根据CPS 体系结构设计了一种海参养殖的物理信息融合系统,包括环境监测子系统、信息处理传输子系统、过程控制子系统和远程决策控制中心等4 部分.针对物理与信息过程交互的特点,采用自动机理论对物理过程建模并加以验证,以确保整体系统组构的可靠性.该系统的主要部分已经完成部署,实际观测数据表明,其能够有效完成海参养殖的监控功能.系统还具有良好的扩展性,通过与领域专家的深入合作,还可将该系统推广到更广泛的水环境应用领域.

摘要:低碳生活和低能耗是当今的热门话题,对“绿色交通”的期待使得车辆自组网(vehicular ad hoc network,简称VANET)受到越来越多的关注和研究.而无线通信技术的快速发展和车辆的普及使车辆自组网的研究变得更加迫切和必要.提出以车辆自组网本身拓扑特点出发,通过对某些城市VANET 的实证研究来获得通用的网络特征和网络模型,进而解释网络行为和物理含义的新思路.基于此,利用4 000 多辆出租车收集的实时数据,分析了城市环境下车辆自组网的度分布、聚类系数、特征路径长度等拓扑特性.数据分析结果表明,城市环境下车辆自组网节点度服从幂率分布,且网络的整体和局部都具有较高的聚类系数.从分析结果出发结合复杂网络理论,建立了一种车辆自组网的网络模型,该模型从规则图出发,应用无标度网络和小世界网络的特性,将随机重连和优先连接原则应用于模型中,并设置模型的外部接口对网络模型进行控制和分析.最后,仿真验证了所建模型的有效性.为建立更有效的车辆自组网仿真平台提供了理论模型,同时有助于更好地控制网络拓扑.

摘要:在基于IEEE 802.15.4 标准的低功耗无线传感器网络LoWPAN 中,让节点在移动过程中与IP 网络节点保持连续通信是物联网领域的一个重要课题.在现有的移动IPv6 协议(如MIPv6,HMIPv6 等)中,一些用于移动性管理的信令包长度超过了IEEE 802.15.4 MAC 帧的最大载荷,它们被分成多个分片在LoWPAN 中传递,这增大了控制信令包的丢失概率和传递时延.提出一种WoMIPv6(WPAN oriented MIPv6)协议,利用头部压缩技术将移动性管理信令长度压缩到不到60 字节,能够让节点只交换一些简短的信令包即可完成节点的跨子网移动切换.也就是说,WoMIPv6 协议的移动性管理信令不需要分片就可以在单个IEEE 802.15.4 MAC 帧中传递.此外,推导了WoMIPv6 的时延表达式.数值分析结果表明,在信令长度开销和时延方面,WoMIPv6 协议优于HMIPv6 协议.

摘要:综述融合网络编码的无线协作中继网络资源分配的研究进展,总结了已有典型资源分配策略的特点、性能及系统设计要求,分析了网络编码技术(包括数字网络编码和物理层网络编码)的引入对无线协作中继网络资源分配策略设计的影响,给出了一种实用化的系统级跨层优化框架及设计基本原则,并探讨了无线协作中继网络资源分配研究的发展趋势及其走向实用化所亟待解决的关键问题.

摘要:水下传感器的覆盖控制研究对于合理分配网络的空间资源,更好地完成环境感知、信息获取任务以及提高网络生存能力都具有重要的意义.实际情况中,水下监测区域往往需要不均匀的覆盖.现有的研究偏重于“事件驱动”概念,但不同区域的不同k-覆盖需求并未得到重视.针对UWSNs 相异k-覆盖需求区域的覆盖优化部署这一研究方向,基于浮标、锚、与浮标通过有线电缆连接通信的水下传感器模型,分析了相异k-覆盖需求区域所需的节点数下限,提出了一种基于相异k-覆盖需求的改进虚拟力算法k-ERVFA(k-equivalent radius virtual force algorithm).仿真实验结果表明,相比经典的虚拟力算法,在相同最大迭代次数和相同节点数的情况下,该算法在牺牲1-覆盖需求区域的1-覆盖率仅1.21%~3.89%的情况下,能够同比提高相应区域的2-、3-覆盖率分别达到17.42%~44.3%和28.95%~49.53%,取得了很好的部署效果,说明了k-ERVFA 算法的正确性与有效性.

摘要:指纹定位是目前最有前途的室内定位方法之一,基于无线信号强度的指纹模型因其无需额外硬件成本、易于推广等特点被广泛采用.指纹模型的选择是影响指纹定位精度的关键因素.传统的通过选择指纹采集点的指纹方法尽管可以减少计算量,但对定位精度贡献不大.提出一种基于主成分分析的指纹模型,通过选择对精度影响最大的一组“成分”作为指导定位的指纹,在减少指纹计算量的同时,提高定位精度.实验结果表明,与基于欧式距离指纹算法和最近邻指纹算法相比,基于主成分分析的指纹算法可以将平均定位精度由5.3m 和3.9m 降低到2.7m.

摘要:传统的基于密码学方式的安全机制并不能有效解决妥协节点产生的假冒攻击问题,同时,基于簇头的信任判断和证实机制需要更多的通信开销,使得基于簇头的信任管理与认证是当前安全数据融合机制研究的焦点.以能量衰减模型的事件感知为研究场景,设计一种基于加权拟合分析的安全数据融合机制.在事件源情况未知的条件下,实现簇内节点对事件源距离的近似估计.研究具有簇属性特征的数据点基于所拟合曲线的分布性质,提出基于曲线簇分析的簇头信任判断机制.仿真实验结果表明,所提出的机制在曲线拟合精度、防妥协性能等方面有较高的提升,达到了预期的效果.

摘要:在传感器网络路由设计中,可靠性与能耗是两个重要但相互抵触的性能指标.为满足不同传输需求对这两个指标的不同要求,引入经济学中的效用模型,将这两个指标融合到统一的框架下进行路由决策的优化.以期望传输效用最大化为目标,将物理层的发射功率、MAC 层的重传次数与网络层的路由决策在效用模型的框架下进行了联合优化.针对不同重要程度的数据,选择不同的路由方案、每跳发射功率及重传次数.仿真显示所提出的跨层优化路由性能优于固定传输功率和固定重传次数的路由,并且能更好地兼顾可靠性、能耗和传输优先级等多维度需求.

摘要:在无线传感器网络中,当需要进行软件更新、修复软件Bug 时,重编程协议能够将新程序镜像分发到多跳网络中的全部节点.近来,基于网络编码的重编程协议被用于解决在高损环境下的有效代码分发问题,但对这些协议性能的分析仍有待深入.提出一种基于时间和网络拓扑的能耗分析模型,在模型中综合考虑了页面流水和节点通信距离对协议性能的影响.该模型分析结果与基于网络编码的重编程协议Rateless Deluge 的仿真结果达到了较好的一致性(平均单节点能耗相对误差在0.23%左右),验证了能耗分析模型的有效性.分析结果揭示了基于网络编码重编程过程的网络能耗与网络密度、网络大小和分发镜像页面大小的关系:网络能耗随着网络密度的减小呈上升趋势(能耗与网络密度经拟合呈二次函数关系);网络能耗与网络大小基本呈线性正相关关系(对于n×n 的网格型网络,n从3~10,随着n 的增大,网络能耗的平均增长率为50%),并且随着网络的增大,单节点能耗有所增加(平均增长率为6.9%);页面大小增加时,网络能耗呈下降趋势(平均下降率为11.2%).

摘要:容迟容断网络近年来得到了广泛的研究和应用.容迟容断网络中源节点和目的节点之间不存在持续稳定的端到端路径,因而传统网络的路由协议无法适用于容迟容断网络.为了完成容迟容断网络消息传输,采用基于存储-转发的路由机制.容迟容断网络路由协议性能受链路生存时间、节点缓存大小以及网络中节点移动模型等影响.对容迟容断网络路由协议的研究和进展进行了较为深入的探讨,对主要路由协议的性能进行了比较,并总结了未来的研究方向.

摘要:海底观测网络已成为海洋科学研究的重要数据获取平台.首先简要介绍了世界各国在海底观测网络研究领域的发展历史,然后对各国海底观测网络的研究进展进行了详细介绍,指出了海底观测网络系统的关键技术和初步解决方案,探讨了海底观测网络下一步的发展.

摘要:随着量子信息技术与家庭网络技术日益紧密结合,采用量子密钥确保家庭网络的通信安全已经成为大势所趋.针对目前数字家庭通信网络的安全日益复杂和多样化的问题,提出了异构家庭网络中融合量子信息技术的安全通信协议,智能终端设备、家庭网关、业务管理平台内的服务器共享量子GHZ 态,根据GHZ 三重态的内在特性,从而实现业务管理平台内的服务器对智能终端设备的合法性访问和数据处理.该协议利用现有手段可以实现.