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无线传感器与执行器网络中协同通信研究综述

计算机应用研究 2014年第3期31卷 645-650页

作者：杨杰冯勇郑雄奇卢志强昆明理工大学云南省计算机技术应用重点实验室昆明650500

首先介绍了WSANs协同通信的意义和作用;然后根据协同级别对协同通信进行分类,分别讨论了每一类中重要和有代表性的协议,并从主要的网络性能方面进行对比分析;最后提出了几个WSANs协同通信中需要进一步研究的问题。

关键词：无线传感器与执行器网络协同通信传感器一执行器协同执行器一执行器协同

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无线传感器与执行器网络协同机制的研究

无线传感器与执行器网络协同机制的研究

作者：王瑜歌沈阳理工大学

学位级别：硕士

随着无线传感器与执行器网络(Wireless Sensor and Actuator Network,WSAN)在人与环境、设备之间交互场景的广泛应用,协同机制已经成为WSAN中数据传输和响应处理的一个研究热点。针对WSAN中单个传感器或执行器节点资源有限,无法对全局... 详细信息

随着无线传感器与执行器网络(Wireless Sensor and Actuator Network,WSAN)在人与环境、设备之间交互场景的广泛应用,协同机制已经成为WSAN中数据传输和响应处理的一个研究热点。针对WSAN中单个传感器或执行器节点资源有限,无法对全局信息进行感知和处理的问题,将节点进行协同,对降低数据传输、响应处理的时延以及均衡节点能耗有着十分重要的意义。针对传感器与执行器节点(Sensor node-Actuator node,S-A)协同过程中出现的数据传输时间长、传感器能耗不均衡的问题,提出了基于改进Dijkstra算法的S-A协同数据传输机制(S-A Cooperative Data Transmission Algorithm Based on the Improved Dijkstra Algorithm,S-ADTDA)。首先,建立基于分簇结构的S-A协同数据传输模型;其次,簇内所有传感器节点通过改进Dijkstra算法遍历得到本簇簇首的最优路径;最后,当监测区域内有异常事件发生时,触发基于事件为驱动的数据传输机制,唤醒事件周围的传感器节点将采集的数据信息沿着已遍历最优路径传给本簇簇首。仿真实验表明,S-ADTDA算法与RDFDA算法(Routing Decision Method Based on Fuzzy Dijkstra Algorithm,RDFDA)和ERASA算法(Energy-aware and Real-time Algorithm of SA Cooperative,ERASA)相比,在数据传输时延方面分别降低了10%和5%,在均衡传感器节点能耗方面分别提升了6%和12%。在S-A协同基础上,研究执行器节点间协同机制(Actuator node-Actuator node,A-A)。针对A-A协同过程中出现的执行器响应处理时间长、能耗不均衡的问题,提出了基于拍卖机制的A-A协同响应处理算法(A-A Cooperative Response Processing Algorithm Based on Auction Mechanism,A-ARPAM)。首先,建立基于S-A协同的A-A协同响应处理模型;其次,最先接收到异常信息的执行器,利用拍卖机制进行任务分配,成为拍卖节点。拍卖节点根据距离比值和节点状态,确定候选执行器节点,并对其发起拍卖;候选执行器节点接收拍卖信息,代入代价评估模型计算执行代价,并发回拍卖节点;最后,拍卖节点将接收的竞价值进行逐次排序,按照任务分解数量确定协同响应处理的执行器数量。仿真实验表明,A-ARPAM算法与MHAAP算法(Multi-hop Adaptive Auction Protocol for Task Allocation,MHAAP)和TACGT算法(Task Allocation based on Continuous Game Theory,TACGT)相比,在响应处理时延方面分别降低了3%和4%,在均衡执行器节点能耗方面分别提升了6%和9%。

关键词：无线传感器与执行器网络协同机制 S-ADTDA A-ARPAM

无线传感器与执行器网络中节点协作相关问题研究

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无线传感器与执行器网络中节点协作相关问题研究

作者：郑若钦南京信息工程大学

学位级别：硕士

在无线传感器与执行器网络(WSANs)中,传感器节点需要与执行器节点进行大量的紧密协作,共同完成对环境的监测和对事件的处理,因此出现了一种新的网络现象：传感器节点-执行器节点(SA)协作和执行器节点-执行器节点(AA)协作。在网络实际工... 详细信息

在无线传感器与执行器网络(WSANs)中,传感器节点需要与执行器节点进行大量的紧密协作,共同完成对环境的监测和对事件的处理,因此出现了一种新的网络现象：传感器节点-执行器节点(SA)协作和执行器节点-执行器节点(AA)协作。在网络实际工作中,SA协作以及AA协作是密不可分的,且产生了一系列研究问题包括服务发现,任务分配以及执行器对传感器的覆盖优化等,要求完成事件汇报以及处理的同时保证网络的实时性,节点覆盖以及服务质量,因此无线传感器与执行器网络研究面临着重大挑战。本文面向无线传感器与执行器网络节点协作所涉及的服务发现,任务分配以及覆盖优化问题展开理论与算法研究。具体工作主要包括以下几个方面：本文第一部分针对网络中SA协作的服务发现问题展开研究,分析了服务发现问题的要求以及两种方案,介绍了现有的典型算法。针对随机变化的网络拓扑,提出了一种基于六边形分区的多中心编址服务发现算法(MASD)。算法综合考虑了节点的通信开销和存储负担,设计了一种仅需局部计算的多中心编址方案,传感器节点可按地址或者采用局部搜索的方式寻找到达附近执行器节点的下一跳节点。通过实验分析,相比于现有算法,MASD算法具有更短的搜索距离和更少的通信开销。本文第二部分针对WSANs中的单事件任务分配问题,提出了一种基于市场竞拍的定向竞拍聚合协议DSAAP,该协议利用构造响应树的方式搜集邻居节点服务代价来分配任务。同时通过筛选子节点和限制回传信息的方式减少竞拍过程中的消息转发。仿真结果表明,相比于现有协议,该协议在保证最优节点发现率的前提下降低了通信开销：此外,在服务发现的基础上利用DSAAP可进一步提高效率。本文第三部分针对执行器节点失效后的覆盖恢复问题进行分析,证明该问题是NP难的。在此基础上,提出了近似解决方案二分编址移动搜索算法(SMR)。SMR利用二分编码和计数的方式来为执行器节点重定位提供参考,使得网络对于传感器节点的覆盖最大化。仿真和分析结果表明,相比典型算法,SMR算法在覆盖率更优的前提下兼顾了节点移动距离和移动负载平衡。本文的研究工作部分解决了现有WSANs节点协作的一些问题,从而进一步提高了网络执行效率以及寿命。

关键词：无线传感器与执行器网络节点协作服务发现分区编址竞拍覆盖恢复二分编码

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无线传感器与执行器网络拓扑修复机制研究

无线传感器与执行器网络拓扑修复机制研究

作者：杨杰昆明理工大学

学位级别：硕士

无线传感器与执行器网络是在无线传感器网络的基础上增加了执行器节点而形成的。传感器节点一般是静止的,而执行器节点则是可移动的,且具有更多的能量、更强的计算和存储能力、更强的通信能力。相对无线传感器网络只可以监测物理环境而... 详细信息

无线传感器与执行器网络是在无线传感器网络的基础上增加了执行器节点而形成的。传感器节点一般是静止的,而执行器节点则是可移动的,且具有更多的能量、更强的计算和存储能力、更强的通信能力。相对无线传感器网络只可以监测物理环境而言,无线传感器与执行器网络除了监测物理环境外,还可以利用执行器节点与环境进行交互,从而影响环境。无线传感器与执行器网络的拓扑控制是指对传感器节点和执行器节点共同组成的拓扑结构进行管理和控制,它是上层协议运行和应用实现的基础。拓扑控制可以分为两个阶段：拓扑建立阶段和拓扑维护阶段。拓扑维护的功能就是管理拓扑结构的改变,维护拓扑结构,让其保持优越的性能,提供通信质量、数据传输高可靠性及尽量短的路由路径的冗余网络。本文研究了无线传感器与执行器网络中执行器节点组成的执行器拓扑结构维护问题,提出了一个针对执行器节点失效时进行有效修复的拓扑维护方案。该方案包含有两个算法：基于环的割点检测算法(DCVL)和基于割点的拓扑修复算法(CVTR)。DCVL和CVTR都是以分布式的方式布置在执行器节点上,其中,DCVL是在网络构建完成后运行的检测网络中哪些执行器节点是割点,哪些执行器节点是普通节点的算法。DCVL算法是基于本地两跳邻居节点信息的,该算法通过分析这些邻居节点之间的关系,从而判断节点是普节点还是割点。CVTR是在执行器节点失效后运行的修复算法。CVTR使用了DCVL的结果,为每个割点从它的一跳邻居中选择一个代理节点。如果失效节点是割点,则它的代理节点重定位到该节点的位置,替代该节点。代理节点的移动可以当作代理节点失效来处理,它的邻居节点自动触发CVTR修复算法。如果失效节点是普通节点,则它的邻居节点朝着失效节点方向移动,直到满足算法中的停止移动条件。仿真实验证明,除了个别环以外,DCVL能够准确的检测出每个执行器节点是割点还是普通节点。CVTR能够及时有效的对拓扑结构进行修复,节点移动总距离和移动节点数量两个衡量指标都表现优异,明显低于对比算法。

关键词：无线传感器与执行器网络割点检测拓扑维护节点重定位

基于虚拟力的无线传感器与执行器网络测距定位算法

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计算机应用 2014年第10期34卷 2777-2781,2799页

作者：王浩云王珂李多张茂林徐焕良南京农业大学信息科技学院南京210095

针对无线传感器与执行器网络(WSAN)的传感器节点定位问题,提出了一种基于虚拟力的无线传感器与执行器网络测距定位算法,使用移动的执行器节点替代传统无线传感器网络(WSN)定位算法中的锚节点,并将虚拟力模型引入基于信号到达时间(TOA)... 详细信息

针对无线传感器与执行器网络(WSAN)的传感器节点定位问题,提出了一种基于虚拟力的无线传感器与执行器网络测距定位算法,使用移动的执行器节点替代传统无线传感器网络(WSN)定位算法中的锚节点,并将虚拟力模型引入基于信号到达时间(TOA)的定位算法。该算法在利用虚拟力驱动执行器节点逼近提出定位请求的传感器节点的同时,根据信号传输时间计算节点间的距离完成节点定位。仿真结果表明,提出的定位算法使得节点定位成功率提高20%左右,平均定位时间以及定位开销均小于传统TOA算法,适用于实时性要求高、执行器节点数量较少的场合。

关键词：无线传感器与执行器网络无线传感器网络虚拟力测距定位算法信号到达时间

一种基于二分编码的无线传感器与执行器网络移动覆盖算法

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计算机科学 2015年第1期42卷 101-105页

作者：杜景林郑若钦谢立李娟南京信息工程大学电子与信息工程学院南京210044 南京大学计算机软件新技术国家重点实验室南京210023 南京大学计算机科学与技术系南京210023

在无线传感器与执行器网络中,可以通过调整剩余节点的位置来提高目标区域覆盖率,以更好地为sensor节点服务。提出了一种基于二分编码的网络移动覆盖算法(SMR算法)。在每次搜索中,试探性地调整失效节点区域的临近执行器节点位置来寻找最... 详细信息

在无线传感器与执行器网络中,可以通过调整剩余节点的位置来提高目标区域覆盖率,以更好地为sensor节点服务。提出了一种基于二分编码的网络移动覆盖算法(SMR算法)。在每次搜索中,试探性地调整失效节点区域的临近执行器节点位置来寻找最佳位置,重复此搜索过程直到覆盖数不再增加,以实现近似的局部最优覆盖。本算法提高了剩余节点的覆盖率,减少了执行器节点移动的消耗,与已有算法相比也表现出了较好的性能。

关键词：无线传感器与执行器网络搜索式移动网络覆盖度节点失效

基于本地的无线传感器与执行器网络位置服务方法

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电信快报（网络与通信） 2012年第5期 3-6页

作者：郎为民杨德鹏李虎生解放军国防信息学院湖北省武汉市430010 美国田纳西大学电子工程与计算机科学系田纳西州诺克斯威尔市tn37996

文章分析了无线传感器与执行器网络位置服务的基本要求,介绍了无线传感器与执行器网络位置服务的主要类型,描述了执行器位置更新的策略,归纳了扁平式本地位置服务算法和分层式本地位置服务算法的工作原理。

关键词：无线传感器与执行器网络位置服务位置更新

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无线传感器和执行器网络可靠高效路由

浙江大学学报（工学版） 2018年第10期52卷 1964-1972页

作者：齐小刚王振宇刘立芳刘兴成马久龙西安电子科技大学数学与统计学院陕西西安710126 西安电子科技大学计算机学院陕西西安710071

针对当前的无线传感器与执行器网络(WSAN)技术缺乏实时性能以及工业无线环境的动态性问题,基于Kautz图设计容错、实时、高效、可靠的先验式路由FRER,不需要维持路由表,只利用节点IDs,根据节点IDs的匹配长度快速找到目标节点的最短路径.... 详细信息

针对当前的无线传感器与执行器网络(WSAN)技术缺乏实时性能以及工业无线环境的动态性问题,基于Kautz图设计容错、实时、高效、可靠的先验式路由FRER,不需要维持路由表,只利用节点IDs,根据节点IDs的匹配长度快速找到目标节点的最短路径.当节点故障时,不需要进行路径重挑,根据自身ID与目标节点ID的匹配,上一跳节点能够快速找到剩余节点的最短路径.考虑路径的多样性,不局限于Kautz拓扑,利用邻居节点信息拓展网络中路径的多样性.考虑链路故障,基于链路可用性历史信息组合多路径,保证在链路故障情况下网络维持可接受水平的路由路径可用性.实验结果表明,与REFER和Debruijn图相比,FRER在实时性、容错性和可靠性性能上优于两者.

关键词：无线传感器与执行器网络 Kautz图容错性可靠性实时性

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无线传感器执行器网络中应用层协议的研究

无线传感器执行器网络中应用层协议的研究

作者：陈旖福建师范大学

学位级别：硕士

无线传感器与执行器网络(Wireless Sensor and Actor Network, WSAN)是物联网的重要组成部分,它是物联网感知和控制物理世界的重要接口,在学术和工业领域得到了广泛的研究与应用。WSAN系统存在多样的应用场景和功能需求,而应用层协议与... 详细信息

无线传感器与执行器网络(Wireless Sensor and Actor Network, WSAN)是物联网的重要组成部分,它是物联网感知和控制物理世界的重要接口,在学术和工业领域得到了广泛的研究与应用。WSAN系统存在多样的应用场景和功能需求,而应用层协议与系统的工作逻辑及层次结构息息相关,合适的应用层协议可有效的提高系统的工作效率。因此,针对WSAN应用层协议的研究具有深刻的科研和现实意义。文章从三个部分对WSAN应用层协议进行研究：针对应用层协议体系结构、评价指标等方面的研究;针对环境监控场景的应用层协议研究;针对智能楼宇场景的应用层协议研究。1、针对应用层协议体系结构、评价指标等方面的研究：在剖析了两种主流的WSAN应用层协议CoAP和MQTT-SN的基础上,从体系结构上将协议分为“前端分布式”和“后端集中式”结构,之后归纳总结了WSAN系统的评价指标,进而分析了协议的适用场景。2、针对环境监控场景的应用层协议研究：在环境监控的场景下,使用MQTT-SN协议及IPv6/6LoWPAN技术,设计并实现了一种“后端集中式”的WSAN应用系统框架。与CoAP方案进行的理论分析和实验比较表明,该方案在诸多方面存在优势。3、针对智能楼宇场景的应用层研究：在智能楼宇的场景下,设计并实现了一种兼具“前端分布式”与“后端集中式”结构优点的混合型WSAN应用系统框架。与MQTT-SN方案、CoAP方案的理论分析和实验比较表明,该方案在智能楼宇场景下存在一定优势,可弥补MQTT-SN和CoAP方案中存在的部分缺陷。

关键词：无线传感器与执行器网络应用层协议体系结构环境监控智能楼宇