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基于CS的无线传感器网络动态分簇数据收集算法

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计算机研究与发展 2016年第9期53卷 2000-2008页

作者：张策张霞李鸥王冲张大龙中国人民解放军信息工程大学信息系统工程学院郑州450001

降低能耗、实现网络的能量均衡和延长网络寿命,是设计无线传感器网络(wireless sensor networks,WSNs)数据收集算法所面临的主要挑战之一.针对现有无线传感器网络分簇数据收集算法不考虑网络中事件源的发生对数据空间相关性的影响的情况... 详细信息

降低能耗、实现网络的能量均衡和延长网络寿命,是设计无线传感器网络(wireless sensor networks,WSNs)数据收集算法所面临的主要挑战之一.针对现有无线传感器网络分簇数据收集算法不考虑网络中事件源的发生对数据空间相关性的影响的情况,提出了一种基于压缩感知的以事件源为中心的动态分簇(CS-based dynamic clustering centred on event source,CS-DCES)算法.该算法利用欧氏距离空间相关性模型和第一联合稀疏模型,将受同一个事件源影响的节点分在一个簇中,并以簇为单位进行数据重构,以此增加簇内节点感知数据的空间相关性,减小每簇数据观测量;利用压缩感知收集数据,计算事件源位置,根据事件源位置变化实行动态分簇.并通过实验分析了影响该算法性能的3个因素,即事件的衰减系数、事件源之间的距离和事件源个数,最后给出了算法的适用条件.仿真分析表明,相对于已有算法,CS-DCES在满足同一重构精度的前提下,有效减小了数据传输量,节省网络能耗,延长网络寿命.

关键词：无线传感器网络数据收集事件源空间相关性动态分簇

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低轨卫星跳波束资源动态分配算法研究

低轨卫星跳波束资源动态分配算法研究

作者：周卓哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

由于高速率多媒体业务和电子产品设备数量的剧烈增长,为保证未来移动通信网通信速率的达到预期,卫星通信系统与地面移动通信系统进行有机的融合是未来的发展趋势。卫星互联网目前是国内国外的战略研究重点之一。在地面网络的基础上结合... 详细信息

由于高速率多媒体业务和电子产品设备数量的剧烈增长,为保证未来移动通信网通信速率的达到预期,卫星通信系统与地面移动通信系统进行有机的融合是未来的发展趋势。卫星互联网目前是国内国外的战略研究重点之一。在地面网络的基础上结合卫星通信特性,能够弥补地面网络在服务体验与广域覆盖方面的不足。低轨卫星由于运行轨道距离地面用户近,造成的路径损耗和传输时延较小,可以传输海量低时延的多媒体业务;同时由于卫星的体量不大,因此发射成本低,产生收益高,是目前备受学界关注的卫星系统。但低轨卫星也是典型的资源受限系统,为满足高速业务传输需求,宽带卫星系统中开始采用多波束天线技术。然而传统多波束系统与低轨卫星不断变化的通信请求无法相互匹配,难以达到随需覆盖。跳波束体制由于能够通过时间分片以少量载荷覆盖相同范围区域,同时灵活匹配分布不均匀的流量请求,因此脱颖而出。但目前已有对低轨卫星跳波束资源分配算法的研究中还未有应对不均匀业务的整体考虑,对干扰避免的手段几乎也都停留在控制距离阈值的阶段。因此本文重点研究面向覆盖区域不均匀业务的跳波束资源分配算法与基于动态部分频率复用的干扰避免手段,以更好地满足系统对动态资源分配方案指标的要求。第一,本文对面向覆盖区域不均匀业务的跳波束体制下的资源分配算法进行研究,为每个时隙设计合适的波束跳跃图案,以少量算法的复杂度为代价提升资源利用率,增强系统侧与用户侧的性能指标。先阐释覆盖区域内波束的划分原则,继而通过根据匹配覆盖区域业务对波束数量的选取以及根据流量位置分布对波位的集群方式两个子问题完成动态分簇算法的设计,达到均衡簇间通信业务的目的。最后以均匀簇内业务分布为目标为每个波位分配频率、功率和波束资源,得到适应用户流量且相对公平的资源调度结果。综合以上两者算法,应用于抽象出的数学模型内进行仿真并对结果进行分析。第二,本文设计一种基于动态部分频率复用的干扰避免方案能以少量的频带为代价提升波位边缘用户性能,有效解决波束间的同频干扰。首先对就目前存在的干扰问题进行详细分析,波束间产生同频干扰的场景,并简单阐述现已有的几种频率复用方式,根据本文提出的系统模型选择合适的频率复用方案来实现干扰避免。其次,以最大化吞吐量为目标,对选用的频率复用方案进行用户级的频率域资源调度过程设计,最大限度降低波束同频引发的影响。最后,就低轨卫星跳波束系统抽象出来的场景中进行仿真分析,得到该方案适用的场景和特性。

关键词：低轨卫星网络跳波束资源动态分配动态分簇干扰避免

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三维露天矿山场景中异构分簇组网协议研究

工矿自动化 2021年第12期47卷 68-74页

作者：张洪光刘亭亭吕秀莎张莹聂剑红李青北京邮电大学电子工程学院北京100876 华北科技学院河北省矿山设备安全监测重点实验室河北廊坊065201

露天矿山组网是智慧矿山的基础关键技术之一,然而露天矿山通信环境复杂、多种异构节点移动性差异大,导致通信链路不稳定。针对该问题,提出了一种异构分簇组网协议(HCNP)。HCNP支持静止太阳能LoRa中继设备的随时接入,可以随采矿深度的变... 详细信息

露天矿山组网是智慧矿山的基础关键技术之一,然而露天矿山通信环境复杂、多种异构节点移动性差异大,导致通信链路不稳定。针对该问题,提出了一种异构分簇组网协议(HCNP)。HCNP支持静止太阳能LoRa中继设备的随时接入,可以随采矿深度的变化进行灵活布置。HCNP应用最短路径树形成从静止设备和静止中继设备到基站的静止骨干网。HCNP按照节点是否移动、能量是否受限、到基站的跳数和距离划分优先级,基于节点的不同优先级完成簇头选择和成簇过程,形成静止骨干网和动态分簇的异构组网模式,实现数据的可靠转发。仿真结果表明:与按需平面距离向量路由协议(AODV)、优化链路状态路由协议(OLSR)、贪婪周边无状态路由协议(GPSR)、基于节点位置的三维地理路由协议(AB3D)相比,HCNP具有较高的成功传输率,较低的端到端时延和较低的能耗,当仿真时间和节点数量变化时,成功传输率始终高于83%,端到端时延低于20 ms,并且能量消耗不超过0.66 J。这说明静止骨干网和考虑节点优先级的分簇策略适用于环境复杂的三维露天矿山,满足矿山设备和人员数量动态变化适应性的需求。

关键词：三维露天矿山阶梯状矿坑异构设备组网静止骨干网静止节点移动节点端到端时延动态分簇

基于动态分簇路由优化和分布式粒子滤波的传感器网络目标跟踪方法

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电子与信息学报 2012年第9期34卷 2187-2193页

作者：蒋鹏宋华华杭州电子科技大学信息与控制研究所杭州310018

针对无线传感器网络中节点通信能力及能量有限的情况,该文提出基于动态分簇路由优化和分布式粒子滤波的传感器网络目标跟踪方法。该方法以动态分簇的方式将监测区域内随机部署的传感器节点划分为若干个簇,并对簇内成员节点与簇首节点之... 详细信息

针对无线传感器网络中节点通信能力及能量有限的情况,该文提出基于动态分簇路由优化和分布式粒子滤波的传感器网络目标跟踪方法。该方法以动态分簇的方式将监测区域内随机部署的传感器节点划分为若干个簇,并对簇内成员节点与簇首节点之间、簇首节点与基站之间的通信路由进行优化,确保网络能耗的均衡分布,在此基础上,被激活的簇内成员节点并行地执行分布式粒子滤波算法实现目标跟踪。仿真结果表明,该方法能有效地降低传感器网络中节点的总能耗,能在实现跟踪的同时保证目标跟踪的精度。

关键词：无线传感器网络动态分簇路由优化粒子滤波分布式并行

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大规模无人机集群动态网络技术研究

现代导航 2022年第5期13卷 357-362页

作者：王露中国电子科技集团公司第二十研究所西安710068

针对大规模无人机集群协同作战对网络的服务需求,设计了一种集群动态分簇策略,以及一种面向大规模集群的动态路由策略。提升了自组织网络对大规模集群的服务效能,支撑集群未来多样化协同作战。

关键词：无人机集群动态分簇大规模路由

非授权频段长期演进系统中的混合动态分簇算法

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计算机应用 2017年第8期37卷 2145-2149,2156页

作者：张刚姜炜刘是枭重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065

针对非授权频段长期演进(LTE)系统中动态子帧配置引起的交叉子帧干扰问题,提出了一种综合考虑大尺度损耗及小区业务量情况的混合动态分簇算法。首先,通过基站端对大尺度损耗及小区业务量情况的周期性测量,计算出对应的相关度值;然后,根... 详细信息

针对非授权频段长期演进(LTE)系统中动态子帧配置引起的交叉子帧干扰问题,提出了一种综合考虑大尺度损耗及小区业务量情况的混合动态分簇算法。首先,通过基站端对大尺度损耗及小区业务量情况的周期性测量,计算出对应的相关度值;然后,根据相关度值对小区进行轮询式分簇,实现小区分簇结果的周期性更新;最后,根据更新后的小区分簇结果执行动态子帧配置。仿真实验中,相比传统的静态分簇算法,中业务到达率条件下混合动态分簇算法的用户上下行平均吞吐量分别提升了约16.92%和34.33%;用户上下行平均时延分别降低了约14.18%和36.32%。仿真结果表明,混合动态分簇算法可以有效减小交叉子帧干扰的影响,提升系统吞吐量,性能优于传统的静态分簇算法。

关键词：非授权频段授权型辅助接入动态子帧配置动态分簇系统级仿真

基于能量优化的无线传感器网络动态分簇目标跟踪

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计算机应用 2017年第6期37卷 1539-1544页

作者：魏明东何小敏许亮广东工业大学自动化学院广州510006

针对无线传感器网络动态分簇目标跟踪中的数据碰撞与簇首选择过程导致能耗过高问题,提出一种基于能量优化的无线传感器网络动态分簇方法。首先,构建时分竞选传输模型,主动避免动态簇内数据碰撞,降低节点能耗;然后,基于能量信息与跟踪质... 详细信息

针对无线传感器网络动态分簇目标跟踪中的数据碰撞与簇首选择过程导致能耗过高问题,提出一种基于能量优化的无线传感器网络动态分簇方法。首先,构建时分竞选传输模型,主动避免动态簇内数据碰撞,降低节点能耗;然后,基于能量信息与跟踪质量,提出能量均衡的最远节点调度策略,优化簇头节点调度;最后,根据加权质心定位算法,完成目标跟踪任务。实验结果表明:在节点随机部署的环境下,所提方法对于非线性运动目标的平均跟踪精度为0.65 m,与多目标跟踪动态簇员选择方法(DCMS)相当,比分布式事件定位动态分簇目标跟踪算法(DELTA)提高了45.8%;能量消耗方面,与DCMS和DELTA相比,所提方法的动态跟踪簇能量消耗有效降低了61.1%,延长了网络寿命。

关键词：无线传感器网络目标跟踪能量优化动态分簇时分竞选传输模型

无线可充电传感器网络中基于萤火虫算法的充电策略

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无线可充电传感器网络中基于萤火虫算法的充电策略

作者：雷蕾桂林电子科技大学

学位级别：硕士

无线传感器网络由于节点规模大、部署简易等优势,成为21世纪对现代科技发展有着巨大影响的技术之一。随着无线能量传输技术的快速发展,关于无线可充电传感器网络的研究逐渐拉开序幕,这一技术在一定程度上缓解了无线传感器网络能量受限... 详细信息

无线传感器网络由于节点规模大、部署简易等优势,成为21世纪对现代科技发展有着巨大影响的技术之一。随着无线能量传输技术的快速发展,关于无线可充电传感器网络的研究逐渐拉开序幕,这一技术在一定程度上缓解了无线传感器网络能量受限带来的局限性,具有很大的发展潜力。可以将无线传感器网络分类为平面型和层次型,在平面型网络中每个节点将数据通过网络路由发送到基站,而层次型是一种将节点组织成簇,簇头节点将簇内所有的数据进行融合操作后统一发送给基站,相对而言减少了网络中的能量消耗。因此本论文主要对无线充电设备充电策略的规划和网络的分簇协议展开研究,主要的研究内容如下:对于平面型无线可充电传感器网络中的节点充电,提出一种基于萤火虫算法的综合考虑时间因素和空间因素的非周期性充电策略JCDRE（Jointly Consider Distance and Residual Energy）,具体表现在联合考虑节点的实时剩余能量和传感器节点与无线充电设备之间的动态距离,为充电设备规划充电路径和充电时隙,这不同于离线的周期性充电,能够更好地满足动态应用需求。并为节点设置濒危级别,对于濒危节点将剩余能量和到充电设备的距离分别作为萤火虫算法的两个吸引力分力,充电设备始终选择吸引力最大的濒危节点进行充电,同时还设置了动态的充电时隙。通过与FCFS（First Come First Serve）、NJNP（Nearest Job Next with Preemption）算法的对比,仿真结果表明所提的JCDRE算法在网络生命周期、数据收集量、充电延迟等方面优势突出。在层次型网络的分簇阶段,提出一种网络能量均衡的动态分簇算法。利用轮廓系数法得到最佳的簇头个数后,在初步分簇阶段设置两个阈值使得候选簇头在该簇内剩余能量以及与簇内节点和基站之间距离都具有一定优势。为了平衡簇头区域节点能量,动态调整各个区域的簇规模,让离基站近的簇规模一定程度上大于离基站远的簇;为了均衡整个网络内节点能量,设置能量方差阈值分析整体网络的能量状况,并周期性地更换簇头节点。最后再用萤火虫算法规划无线充电设备对濒危节点的充电时隙和充电路径。最终与基准方案对比表明,该方案在一定程度上保证了节点的能量均衡并延长了网络生命周期。

关键词：无线可充电传感器网络非周期性充电策略无线充电设备动态充电时隙动态分簇

面向目标追踪的无人机群智能任务分配方法研究

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面向目标追踪的无人机群智能任务分配方法研究

作者：张钰婷天津大学

学位级别：硕士

随着科技的发展,犯罪分子的危害、隐匿和逃逸手段也逐渐高科技化,以无人机代替警员和城市固定摄像头来实现城市安全监控是今后的一大发展趋势。由于任务场景逐渐复杂及任务难度逐渐增大,多无人机协同技术成为一个极具热点的研究领域。... 详细信息

随着科技的发展,犯罪分子的危害、隐匿和逃逸手段也逐渐高科技化,以无人机代替警员和城市固定摄像头来实现城市安全监控是今后的一大发展趋势。由于任务场景逐渐复杂及任务难度逐渐增大,多无人机协同技术成为一个极具热点的研究领域。无人机群的任务分配问题是协同技术中的一个关键性问题。因此,本文以城市环境为背景,提出了面向目标追踪的智能任务分配方法。针对带有语言偏好的多指标任务分配问题展开研究,提出了离线模糊多指标智能任务分配方法。首先,以无人机群追踪距离、任务分配结果均衡性和完成时间为指标函数,将无人机群任务分配问题转化为多指标优化问题;其次,考虑决策者对于不同指标的语言偏好,将指标间的相对重要性转化为指标的松弛期望满意度序,将原模型转化为模糊多指标任务分配模型,为了平衡优化和偏好,进一步分解为两阶段模糊任务分配模型;基于以上问题,提出了基于自适应鸽群算法的任务分配方法,并设计了拍卖机制实现鸽群位置的解码转化,获得考虑语言偏好的任务分配方案。最后,对该方法进行了仿真,并与粒子群算法进行性能对比。考虑大规模无人机群的在线任务分配问题,研究了基于动态分簇的在线分布式智能任务分配方法。首先,使用K-medoids等聚类算法划分无人机和目标子群体,并通过块信息共享策略实现子群体的动态分簇,防止分配结果陷入局部最优。其次,针对子群体内任务分配问题,提出了基于拍卖算法的智能任务分配方法,无人机通过信息共享交换竞拍信息,并使用多指标鸽群算法智能更新竞拍价格,实现任务分配。然后,考虑了包括新增无人机等四种突发事件,为避免冗余重分配,减少计算次数,基于事件触发思想,提出了无人机群在线任务重分配方法。最后,仿真验证了该方法的可行性和优势。本文对无人机自组网和任务分配展开研究,研究了无人机自组网的拓扑控制问题,并提出了基于拓扑控制的任务分配方法。首先,以节约功耗、降低干扰为目的,通过离散鸽群算法对无人机群自组网网络进行了拓扑控制;然后,以优化后的拓扑结构为基础,为在不影响分配结果的基础上进一步缩短分配时间、节约能耗,将分布式智能任务分配方法的通信流程进行了简化;最后,通过仿真对比证明了所提方法的有效性和正确性。

关键词：无人机任务分配多指标优化鸽群算法语言偏好动态分簇拍卖算法拓扑控制