无线传感网络的论文

‘壹’ 硕士论文开题报告

随着个人素质的提升，需要使用报告的情况越来越多，报告具有成文事后性的特点。写起报告来就毫无头绪？下面是我整理的硕士论文开题报告，仅供参考，欢迎大家阅读。

课题名称：基于信任管理的WSN安全数据融合算法的研究

一、立论依据

课题来源、选题依据和背景情况、课题研究目的、理论意义和实际应用价值。

1、课题来源。

国家自然科学基金资助项目（60873199）。

2、选题依据。

无线传感器网络具有硬件资源（存储能力、计算能力等）有限，电源容量有限，拓扑结构动态变化，节点众多难于全面管理等特点，这些特点给理论研究人员和工程技术人员提出了大量具有挑战性的研究课题，安全数据融合即为其一。虽然目前的研究已经取得了一些成果，但仍然不能满足应用的需求。无线传感器网络是以数据为中心的网络，如何保证其数据融合的安全性还是一个有待解决的问题。基于此，提出了本课题的研究。

3、背景情况。

微电子技术、计算技术和无线通信等技术的进步，推动了低功耗多功能传感器的快速发展，使其在微小体积内能够集成信息采集、数据处理和无线通信等多种功能。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给数据处理中心或基站。传感器网络被广泛的应用于军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通，以及机场、大型工业园区的安全监测等领域。

传感器网络由大量传感器节点组成，收集的信息量大，存在冗余数据。传感器节点的计算能力、存储能力、通信能量以及携带的能量都十分有限，数据融合就是针对冗余数据进行网内处理，减少数据传输量，是减少能耗地重要技术之一。传感器网络中，将路由技术与数据融合技术结合是一个重要的问题。数据融合可以减少数据量，减轻数据汇聚过程中的网络拥塞，协助路由协议延长网络的生存时间。因而可以数据为中心的路由技术中应用数据融合技术。在战场等非可信环境或对可靠性要求非常高的环境中，数据融合也带来了风险。例如，敌人可以俘获节点获取节点中的所有信息，从而完全控制节点的行为，伪造和篡改数据。传统网络中的安全技术需要大量的存储空间和计算量，不适合能量、计算能力、存储空间都十分有限的传感器网络。因此必须设计适合传感器网络具有较强安全性的数据融合技术。

4、课题研究目的。

通过对无线传感器网络安全数据融合技术的研究，消除传感器中存在的、大量冗余数据，有效节省传感器节点能量消耗，延迟节点和网络的工作寿命，在有节点被捕获成为恶意节点情况下，及时检测恶意节点，消除恶意节点发送的恶意数据对数据融合的不良影响，保障了传感器网络数据融合过程的可靠性，维护传感器网络的正常工作。

5、理论意义。

无线传感器网络安全技术的研究涵盖了非常多的研究领域，安全数据融合技术是其中一个重要研究课题。本文把信任管理机制加入到传感器网络安全数据融合过程中，研究设计一种传感器节点信任值的计算方法，有效识别节点状态，实现可靠的数据融合。

6、实际应用价值。

对于工作在敌方环境中的无线传感器网络，传感器节点容易被地方捕获成为恶意节点，节点内存储的密钥等加密暴露，导致传统的基于加密和认证的无线传感器网络安全措施失效，在这种情况下，本研究可以可以及时识别恶意节点，保证传感器网络数据融合的可靠性，有效减少网络负载，延长网络工作寿命。

二、文献综述

国内外研究现状、发展动态；所阅文献的查阅范围及手段。

1、国内外研究现状、发展动态。

传感器网络与众不同的特点导致传感器网络与传统网络有极大不同。传感器网络的安全数据汇聚是要解决加密传输和数据汇聚的协调问题，实现数据的安全处理和传输。传统有线网络和无线网络的安全技术并不适用于传感器网络，这吸引了众多研究人员研究适合传感器网络的安全技术，并且提出了许多适合传感器网络的安全技术。安全数据融合算法是WSN安全性研究的重要方面，一直以来受到研究人员的重视，并取得了一定的研究成果。目前已有的研究成果如下：

（1）PerrigA等人提出了一种有效的WSN数据加密方法和广播认证方法，为WSN安全性研究作出了基础性工作。

（2）CAMH等人提出了一种基于模式码的能量有效安全数据融合算法，算法用簇头节点通过自定义的模式码的选取来组织传感器节的发送冗余数据实现数据融合，并且使用同态加密体重保证了数据在传输过程中的机密性。改方法对于每类数据类型需要保存和维护一个查找表，一旦查找表信息暴露，该安全方案将会失效。

（3）PrzydatekB等人提出的基于数据统计规律的数据融合算法，算法使用高效的`抽样和迭代的证明来保证有多个恶意节点发送错误数据的情况下，保证基站能够判定查询结果的准确性。但是该方法对于每种聚集函数都需要一个复杂的算法，为证明数据准确性，聚集节点需向基站发送大量参数，能量消耗太大。

（4）MahimkarA等人研究在WSN中使用椭圆曲线密码实现数据加密和安全数据融合。但是在传感器节的十分有限的情况下，使用公钥密码体系使节点能量消耗更加迅速，缩短网络的寿命。

WSN的信任管理是在WSN管理的基础上提出的，主要研究对节点进行信任值评估，借助信任值增强WSN的安全性。传统的基于密码体系的安全机制，主要用来抵抗外部攻击。假如节点被捕获，节点存储的密钥信息将泄漏，使密码体系失效。WSN信任管理作为密码体系的补充可以有效的抵抗这种内部攻击。将信任管理同WSN的安全构架相结合，可以全面提高WSN各项基础支撑技术的安全性和可靠性。

近年来，WSN信任管理受到了越来越多的关注，取得了一定的研究成果。

（1）Ganeriwal等人提出的RFSN是一个较为完整的WSN信任管理系统，该模型使用直接信息和坚决信息来更新节点的信誉，节点根据得到的信誉信息来选择是否和其他节点合作。可以建立仅由可信节点组成的网络环境。

（2）Garth等人中将信任管理用于簇头选举，采取冗余策略和挑战应答手段，尽可能的保证选举出的簇头节点为可信节点。

（3）Krasniewski提出了TIBFIT算法将信任用于WSN容错系统，把信任度作为一个参数融入到数据融合的过程中，提高对感知事件判断的准确率，其提出的信任度计算方法比较的简单。

无线传感器网络需要采取一定的措施来保证网络中数据传输的安全性。就目前的研究来看，对无线传感器网络安全数据融合技术和信任管理机制都取得了一些研究成果，但是如何使用信任管理机制保证安全的数据融合的研究并不多见，许多问题还有待于进一步深入研究。

2、所阅文献的查阅范围及手段。

充分利用校内图书馆资源、网络资源以及一些位于科技前沿的期刊学报。从对文献的学习中掌握足够的理论依据，获得启发以用于研究。

三、研究内容

1、研究构想与思路。

在本项目前期工作基础上建立WSN三级簇结构模型，节点分为普通节点，数据融合节点（免疫节点），簇头节点。在常规加密算法的基础上完成节点身份认证，通过消息认证码或数字水印技术保证传感器节点传送数据的真实性。上级节点保存下级节点的信任值，信任度的计算建立在传送数据的统计分析之上。节点加入网络后先初始化为一定的信任值，每轮数据发送时，接收节点收集数据后，量化数据的分布规律，主要包括单个节点历史数据分布规律和节点间数据差异的分析，确定数据分布模型（如正态分布、beta分布等），建立计算模型以确定节点间的信任值。信任值确定后，数据融合节点将普通节点按照不同的信任度进行分类，选取可信节点传送的数据按查询命令进行数据融合，将结果传送到簇头。簇头同样计算融合节点的信任度，保证数据融合节点的可靠性，计算最终数据查询结果，使用Josang信任模型给出结果的评价。各数据融合节点之间保持通信，通过对比数据的一致性确保簇头节点的可靠。

2、主要研究内容。

（1）设计有效的节点信任值计算方法，网络工作一段时间后，所有正常节点具有较高信任度，异常节点具有较低信任度，可初步判定为恶意节点。

（2）当融合节点或簇头节点发生异常时能及时发现异常，并上报基站。

（3）过滤异常数据和恶意数据，尽量减少因节点被捕获而对感知数据结果造成的影响。

（4）计算最终数据融合结果并且对最终数据融合结果做出评价来反映该结果的的可靠程度，供基站参考。

（5）进行算法的能量分析。

3、拟解决的关键技术。

（1）建立WSN一个簇内数据传送的三层簇结构模型，节点密集部署。

（2）模拟工作过程中节点被捕获成为恶意节点，恶意节点可能发送和真实数据差别较大的数据，也能发送和真实数据差别不大但会影响融合结果的数据。

（3）计算并更新传感器节点的信任值，分析信任值的有效性。

（4）记录各节点传送数据值，并与实际值进行比较，分析融合数据的准确性。测试当有较多节点被捕获时算法的工作效果。

4、拟采取的研究方法。

查阅国内外大量有关无线传感器网络数据融合技术和信任管理技术方面的文献，分析当前无线传感器网络安全领域的发展现状与未来。借鉴在该领域已经取得的研究成果和经验，系统而深入的研究在无线传感器网络数据融合中使用信任管理机制的主要问题。通过对已有的安全数据融合技术进行总结和分析，结合无线传感器网络自身的特点，设计出一种基于信任管理的无线传感器网络安全数据融合算法。

5、技术路线。

本课题尝试使用信任管理机制来保障在无线传感器网络中实现安全的数据融合，在现有的对无线传感器网络安全数据融合技术的研究基础上，与信任管理技术相结合，期望能够对传感器网络安全数据融合提出有效的解决方案。针对课题中的技术难点，通过查阅资料、向导师请教以及与项目组同学讨论的形式来解决。

6、实施方案。

（1）在Windows平台下使用omnet++进行仿真实验。

（2）建立无线传感器网络一个簇内数据传送的三层结构模型，节点密集部署。

（3）模拟无线传感器网络受到攻击时时的数据发送，根据数据统计规律计算和更新节点信任值。

（4）把节点按信任值分类，检测识别恶意节点。

（5）根据节点信任值选择有效数据完成数据融合。

7、可行性分析。

（1）理论知识积累：通过广泛阅读无线传感器网络数据融合技术方面的文献形成了一定量的理论知识储备，为课题的研究奠定基础。

（2）技术积累：熟悉OMNeT++网络仿真软件，具有一定的C++编程能力。

（3）技术合作：研究过程中遇到难以解决的问题时，可以向指导老师请教解决问题的基本思路。对项目相关课题有疑问时，可以向项目组同学请教。对实验平台的建立及使用有疑问时，可以和项目组同学共同讨论解决。

‘贰’ 无线传感器网络节点部署问题研究

无线传感器网络是近几年发展起来的一种新兴技术,在条件恶劣和无人坚守的环境监测和事件跟踪中显示了很大的应用价值。节点部署是无线传感器网络工作的基础,对网络的运行情况和寿命有很大的影响。部署问题涉及覆盖、连接和节约能量消耗3个方面。该文重点讨论了网络部署中的覆盖问题,综述了现有的研究成果,总结了今后的热点研究方向,为以后的研究奠定了基础。
基于虚拟势场的有向传感器网络覆盖增强算法
陶 丹+, 马华东, 刘 亮
(智能通信软件与多媒体北京市重点实验室(北京邮电大学),北京 100876)
A Virtual Potential Field Based Coverage-Enhancing Algorithm for Directional Sensor Networks
TAO Dan+, MA Hua-Dong, LIU Liang
(Beijing Key Laboratory of Intelligent Telecommunications Software and Multimedia (Beijing University of Posts and Telecommunications), Beijing 100876, China)
+ Corresponding author: Phn: +86-10-62282277, Fax: +86-10-62283523, E-mail: [email protected], http://www.bupt.e.cn
Tao D, Ma HD, Liu L. A virtual potential field based coverage-enhancing algorithm for directional sensor networks. Journal of Software, 2007,18(5):11521163. http://www.jos.org.cn/1000-9825/18/1152.htm
Abstract: Motivated by the directional sensing feature of video sensor, a direction adjustable sensing model is proposed first in this paper. Then, the coverage-enhancing problem in directional sensor networks is analyzed and defined. Moreover, a potential field based coverage-enhancing algorithm (PFCEA) is presented. By introcing the concept of “centroid”, the pending problem is translated into the centroid points’ uniform distribution problem. Centroid points repel each other to eliminate the sensing overlapping regions and coverage holes, thus enhance the whole coverage performance of the directional sensor network. A set of simulation results are performed to demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm.
Key words: directional sensor network; directional sensing model; virtual potential field; coverage enhancement
摘 要: 首先从视频传感器节点方向性感知特性出发,设计了一种方向可调感知模型,并以此为基础对有向传感器网络覆盖增强问题进行分析与定义;其次,提出了一种基于虚拟势场的有向传感器网络覆盖增强算法PFCEA (potential field based coverage-enhancing algorithm).通过引入“质心”概念,将有向传感器网络覆盖增强问题转化为质心均匀分布问题,以质心点作圆周运动代替传感器节点传感方向的转动.质心在虚拟力作用下作扩散运动,以消除网络中感知重叠区和盲区,进而增强整个有向传感器网络覆盖.一系列仿真实验验证了该算法的有效性.
关键词: 有向传感器网络;有向感知模型;虚拟势场;覆盖增强
中图法分类号: TP393 文献标识码: A
覆盖作为传感器网络中的一个基本问题,反映了传感器网络所能提供的“感知”服务质量.优化传感器网络覆盖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[1].目前,传感器网络的初期部署有两种策略:一种是大规模的随机部署;另一种是针对特定的用途进行计划部署.由于传感器网络通常工作在复杂的环境下,而且网络中传感器节点众多,因此大都采用随机部署方式.然而,这种大规模随机投放方式很难一次性地将数目众多的传感器节点放置在适合的位置,极容易造成传感器网络覆盖的不合理(比如,局部目标区域传感器节点分布过密或过疏),进而形成感知重叠区和盲区.因此,在传感器网络初始部署后,我们需要采用覆盖增强策略以获得理想的网络覆盖性能.
目前,国内外学者相继开展了相关覆盖增强问题的研究,并取得了一定的进展[25].从目前可获取的资料来看,绝大多数覆盖问题研究都是针对基于全向感知模型(omni-directional sensing model)的传感器网络展开的[6],
即网络中节点的感知范围是一个以节点为圆心、以其感知距离为半径的圆形区域.通常采用休眠冗余节点[2,7]、
重新调整节点分布[811]或添加新节点[11]等方法实现传感器网络覆盖增强.
实际上,有向感知模型(directional sensing model)也是传感器网络中的一种典型的感知模型[12],即节点的感知范围是一个以节点为圆心、半径为其感知距离的扇形区域.由基于有向感知模型的传感器节点所构成的网络称为有向传感器网络.视频传感器网络是有向传感器网络的一个典型实例.感知模型的差异造成了现有基于全向感知模型的覆盖研究成果不能直接应用于有向传感器网络,迫切需要设计出一系列新方法.
在早期的工作中[13],我们率先开展有向传感器网络中覆盖问题的研究,设计一种基本的有向感知模型,用以刻画视频传感器节点的方向性感知特性,并研究有向传感器网络覆盖完整性以及通信连通性问题.同时,考虑到有向传感器节点传感方向往往具有可调整特性(比如PTZ摄像头的推拉摇移功能),我们进一步提出一种基于图论和计算几何的集中式覆盖增强算法[14],调整方案一经确定,网络中所有有向传感器节点并发地进行传感方向的一次性调整,以此获得网络覆盖性能的增强.但由于未能充分考虑到有向传感器节点局部位置及传感方向信息,因而,该算法对有向传感器网络覆盖增强的能力相对有限.
本文将基本的有向感知模型扩展为方向可调感知模型,研究有向传感器网络覆盖增强问题.首先定义了方向可调感知模型,并分析随机部署策略对有向传感器网络覆盖率的影响.在此基础上,分析了有向传感器网络覆盖增强问题.本文通过引入“质心”概念,将待解决问题转化为质心均匀分布问题,提出了一种基于虚拟势场的有向传感器网络覆盖增强算法PFCEA(potential field based coverage-enhancing algorithm).质心在虚拟力作用下作扩散运动,逐步消除网络中感知重叠区和盲区,增强整个网络覆盖性能.最后,一系列仿真实验验证了PFCEA算法的有效性.
1 有向传感器网络覆盖增强问题
本节旨在分析和定义有向传感器网络覆盖增强问题.在此之前,我们对方向可调感知模型进行简要介绍.
1.1 方向可调感知模型
不同于目前已有的全向感知模型,方向可调感知模型的感知区域受“视角”的限制,并非一个完整的圆形区域.在某时刻t,有向传感器节点具有方向性感知特性;随着其传感方向的不断调整(即旋转),有向传感器节点有能力覆盖到其传感距离内的所有圆形区域.由此,通过简单的几何抽象,我们可以得到有向传感器节点的方向可调感知模型,如图1所示.
定义1. 方向可调感知模型可用一个四元组P,R, ,
表示.其中,P=(x,y)表示有向传感器节点的位置坐标;R表示节
点的最大传感范围,即传感半径;单位向量 = 为扇形感知区域的中轴线,即节点在某时刻t时的传感方向; 和 分别是单位向量 在X轴和Y轴方向上的投影分量;表示边界距离传感向量 的传感夹角,2代表传感区域视角,记作FOV.
特别地,当=时,传统的全向感知模型是方向可调感知模型的一个特例.
若点P1被有向传感器节点vi覆盖成立,记为viP1,当且仅当满足以下条件:
(1) ,其中, 代表点P1到该节点的欧氏距离;
(2) 与 间夹角取值属于[,].
判别点P1是否被有向传感器节点覆盖的一个简单方法是:如果 且 ,那么,点P1
被有向传感器节点覆盖;否则,覆盖不成立.另外,若区域A被有向传感节点覆盖,当且仅当区域A中任何一个点都被有向传感节点覆盖.除非特别说明,下文中出现的“节点”和“传感器节点”均满足上述方向可调感知模型.
1.2 有向传感器网络覆盖增强问题的分析与定义
在研究本文内容之前,我们需要作以下必要假设:
A1. 有向传感器网络中所有节点同构,即所有节点的传感半径(R)、传感夹角()参数规格分别相同;
A2. 有向传感器网络中所有节点一经部署,则位置固定不变,但其传感方向可调;
A3. 有向传感器网络中各节点都了解自身位置及传感方向信息,且各节点对自身传感方向可控.
假设目标区域的面积为S,随机部署的传感器节点位置满足均匀分布模型,且目标区域内任意两个传感器节点不在同一位置.传感器节点的传感方向在[0,2]上也满足均匀分布模型.在不考虑传感器节点可能落入边界区域造成有效覆盖区域减小的情况下,由于每个传感器节点所监控的区域面积为R2,则每个传感器节点能监测整个目标区域的概率为R2/S.目标区域被N个传感器节点覆盖的初始概率p0的计算公式为(具体推导过程参见文献[14])
(1)
由公式(1)可知,当目标区域内网络覆盖率至少达到p0时,需要部署的节点规模计算公式为
(2)
当网络覆盖率分别为p0和p0+p时,所需部署的传感器节点数目分别为ln(1p0)/,ln(1(p0+p))/.其中, =ln(SR2)lnS.因此,传感器节点数目差异N由公式(3)可得,
(3)
当目标区域面积S、节点传感半径R和传感夹角一定时,为一常数.此时,N与p0,p满足关系如图2所示(S=500500m2,R=60m,=45º).从图中我们可以看出,当p0一定时,N随着p的增加而增加;当p一定时,N随着p0的增加而增加,且增加率越来越大.因此,当需要将覆盖率增大p时,则需多部署N个节点(p0取值较大时(80%),p取值每增加1%,N就有数十、甚至数百的增加).如果采用一定的覆盖增强策略,无须多部署节点,就可以使网络覆盖率达到p0+p,大量节省了传感器网络部署成本.
设Si(t)表示节点vi在传感向量为 时所覆盖的区域面积.运算操作Si(t)Sj(t)代表节点vi和节点vj所能覆盖到的区域总面积.这样,当网络中节点传感向量取值为 时,有向传感器网络覆盖率可表
示如下:
(4)
因此,有向传感器网络覆盖增强问题归纳如下:
问题:求解一组 ,使得对于初始的 ,有 取值
接近最大.

Fig.2 The relation among p0, p and N
图2 p0,p和N三者之间的关系
2 基于虚拟势场的覆盖增强算法
2.1 传统虚拟势场方法
虚拟势场(virtual potential field)的概念最初应用于机器人的路径规划和障碍躲避.Howard等人[8]和Pori等人[9]先后将这一概念引入到传感器网络的覆盖增强问题中来.其基本思想是把网络中每个传感器节点看作一个虚拟的电荷,各节点受到其他节点的虚拟力作用,向目标区域中的其他区域扩散,最终达到平衡状态,即实现目标区域的充分覆盖状态.Zou等人[15]提出了一种虚拟力算法(virtual force algorithm,简称VFA),初始节点随机部署后自动完善网络覆盖性能,以均匀网络覆盖并保证网络覆盖范围最大化.在执行过程中,传感器节点并不移动,而是计算出随机部署的传感器节点虚拟移动轨迹.一旦传感器节点位置确定后,则对相应节点进行一次移动操作.Li等人[10]为解决传感器网络布局优化,在文献[15]的基础上提出了涉及目标的虚拟力算法(target involved virtual force algorithm,简称TIVFA),通过计算节点与目标、热点区域、障碍物和其他传感器之间的虚拟力,为各节点寻找受力平衡点,并将其作为该传感器节点的新位置.
上述利用虚拟势场方法优化传感器网络覆盖的研究成果都是基于全向感知模型展开的.假定传感器节点间存在两种虚拟力作用:一种是斥力,使传感器节点足够稀疏,避免节点过于密集而形成感知重叠区域;另一种是引力,使传感器节点保持一定的分布密度,避免节点过于分离而形成感知盲区[15].最终利用传感器节点的位置移动来实现传感器网络覆盖增强.
2.2 基于虚拟势场的有向传感器网络覆盖增强算法
在实际应用中,考虑到传感器网络部署成本,所有部署的传感器节点都具有移动能力是不现实的.另外,传感器节点位置的移动极易引起部分传感器节点的失效,进而造成整个传感器网络拓扑发生变化.这些无疑都会增加网络维护成本.因而,本文的研究工作基于传感器节点位置不变、传感方向可调的假设.上述假设使得直接利用虚拟势场方法解决有向传感器网络覆盖增强问题遇到了麻烦.在传统的虚拟势场方法中,传感器节点在势场力的作用下进行平动(如图3(a)所示),而基于本文的假设,传感器节点表现为其扇形感知区域在势场力的作用下以传感器节点为轴心进行旋转(如图3(b)所示).
为了简化扇形感知区域的转动模型,我们引入“质心(centroid)”的概念.质心是质点系中一个特定的点,它与物体的平衡、运动以及内力分布密切相关.传感器节点的位置不变,其传感方向的不断调整可近似地看作是扇形感知区域的质心点绕传感器节点作圆周运动.如图3(b)所示,一个均匀扇形感知区域的质心点位于其对称轴上且与圆心距离为2Rsin/3.每个传感器节点有且仅有一个质心点与其对应.我们用c表示传感器节点v所对应的质心点.本文将有向传感器网络覆盖增强问题转化为利用传统虚拟势场方法可解的质心点均匀分布问题,如图4所示.

Fig.3 Moving models of sensor node
图3 传感器节点的运动模型

Fig.4 The issue description of coverage enhancement in directional sensor networks
图4 有向传感器网络覆盖增强问题描述
2.2.1 受力分析
利用虚拟势场方法增强有向传感器网络覆盖,可以近似等价于质心点-质心点(c-c)之间虚拟力作用问题.我们假设质心点-质心点之间存在斥力,在斥力作用下,相邻质心点逐步扩散开来,在降低冗余覆盖的同时,逐渐实现整个监测区域的充分高效覆盖,最终增强有向传感器网络的覆盖性能.在虚拟势场作用下,质心点受来自相邻一个或多个质心点的斥力作用.下面给出质心点受力的计算方法.
如图5所示,dij表示传感器节点vi与vj之间的欧氏距离.只有当dij小于传感器节点传感半径(R)的2倍时,它们的感知区域才存在重叠的可能,故它们之间才存在产生斥力的作用,该斥力作用于传感器节点相应的质心点ci和cj上.
定义2. 有向传感器网络中,欧氏距离不大于节点传感半径(R)2倍的一对节点互为邻居节点.节点vi的邻居节点集合记作i.即i={vj|Dis(vi,vj)2R,ij}.
我们定义质心点vj对质心点vi的斥力模型 ,见公式(5).
(5)
其中,Dij表示质心点ci和cj之间的欧氏距离;kR表示斥力系数(常数,本文取kR=1);ij为单位向量,指示斥力方向(由质心点cj指向ci).公式(5)表明,只有当传感器节点vi和vj互为邻居节点时(即有可能形成冗余覆盖时),其相应的质心点ci和cj之间才存在斥力作用.质心点所受斥力大小与ci和cj之间的欧氏距离成反比,而质心点所受斥力方向由ci和cj之间的相互位置关系所决定.
质心点ci所受合力是其受到相邻k个质心点排斥力的矢量和.公式(6)描述质心点ci所受合力模型 .
(6)
通过如图6所示的实例,我们分析质心点的受力情况.图中包括4个传感器节点:v1,v2,v3和v4,其相应的质心
点分别为c1,c2,c3和c4.以质心点c1为例,由于d122R,故 ,质心点c1仅受到来自质心点c3和c4的斥力,其所受合力 .传感器节点传感方向旋转导致质心点的运动轨迹并不是任意的,而是固定绕传感器节点作圆周运动.因此,质心点的运动仅仅受合力沿圆周切线方向分量 的影响.

Fig.6 The force on centroid
图6 质心点受力
2.2.2 控制规则(control law)
本文基于一个虚拟物理世界研究质心点运动问题,其中作用力、质心点等都是虚拟的.该虚拟物理世界的构建是建立在求解问题特征的基础上的.在此,我们定义控制规则,即规定质心点受力与运动之间的关系,以达到质心点的均匀分布.
质心点在 作用下运动,受到运动学和动力学的双重约束,具体表现如下:
(1) 运动学约束
在传统传感器网络中利用虚拟势场方法移动传感器节点的情况下,由于传感器节点向任意方向运动的概率是等同的,我们大都忽略其所受的运动学约束[8].而在转动模型中,质心点的运动不是任意方向的,受合力沿圆
周切线方向分量 的影响,只能绕其传感器节点作圆周运动.
质心点在运动过程中受到的虚拟力是变化的,但对传感器网络系统来说,传感器节点之间每时每刻都交换邻居节点位置及传感方向信息是不现实的.因此,我们设定邻居节点间每隔时间步长t交换一次位置及传感方向信息,根据交换信息计算当前时间步长质心点所受合力,得出转动方向及弧长.同时,问题求解的目的在于将节点的传感方向调整至一个合适的位置.在此,我们不考虑速度和加速度与转动弧长之间的关系.
(2) 动力学约束
动力学约束研究受力与运动之间的关系.本运动模型中的动力学约束主要包含两方面内容:
• 每个时间步长t内,质心点所受合力与转动方向及弧长之间的关系;
• 质心点运动的静止条件.
在传统传感器网络中利用虚拟势场方法移动传感器节点的情况下,在每个时间步长内,传感器节点的运动速度受限于最大运动速度vmax,而不是随传感器节点受力无止境地增加.通过此举保证微调方法的快速收敛.在本转动模型中,我们同样假设质心点每次固定以较小的转动角度进行转动,通过多次微调方法逐步趋向最优解,即在每个时间步长t内,质心点转动的方向沿所受合力在圆周切线方向分量,转动大小不是任意的,而是具有固定转动角度.采用上述方法的原因有两个:
• 运动过程中,质心点受力不断变化,且变化规律很难用简单的函数进行表示,加之上述运动学约束和问题特征等因素影响,我们很难得出一个简明而合理的质心点所受合力与转动弧长之间的关系.
• 运动过程中,质心点按固定角度进行转动,有利于简化计算过程,减少节点的计算负担.同时,我们通过分析仿真实验数据发现,该方法具有较为理想的收敛性(具体讨论参见第3.2节).
固定转动角度取值不同对PFCEA算法性能具有较大的影响,这在第3.3节中将加以详细的分析和说明.
当质心点所受合力沿圆周切线方向分量为0时,其到达理想位置转动停止.如图7所示,我们假定质心点在圆周上O点处合力切向分量为0.由于质心点按固定转动角度进行转动,因此,它
未必会刚好转动到O点处.当质心点处于图7中弧 或 时,会
因合力切向分量不为0而导致质心点围绕O点附近往复振动.因此,为避免出现振动现象,加速质心点达到稳定状态,我们需要进一步限定质心点运动的停止条件.
当质心点围绕O点附近往复振动时,其受合力的切向分量很
小.因此,我们设定受力门限,当 (本文取=10e6),即可认
定质心点已达到稳定状态,无须再运动.经过数个时间步长t后,当网络中所有质心点达到稳定状态时,整个传感器网络即达到稳定状态,此时对应的一组 ,该
组解通常为本文覆盖增强的较优解.
2.3 算法描述
基于上述分析,本文提出了基于虚拟势场的网络覆盖增强算法(PFCEA),该算法是一个分布式算法,在每个传感器节点上并发执行.PFCEA算法描述如下:
输入:节点vi及其邻居节点的位置和传感方向信息.
输出:节点vi最终的传感方向信息 .
1. t0; //初始化时间步长计数器
2. 计算节点vi相应质心点ci初始位置 ;
3. 计算节点vi邻居节点集合i,M表示邻居节点集合中元素数目;
4. While (1)
4.1 tt+1;
4.2 ;
4.3 For (j=0; j<M; j++)
4.3.1 计算质心点cj对ci的当前斥力 ,其中,vji;
4.3.2 ;
4.4 计算质心点ci当前所受合力 沿圆周切线分量 ;
4.5 确定质心点ci运动方向;
4.6 If ( ) Then
4.6.1 质心点ci沿 方向转动固定角度;
4.6.2 调整质心点ci至新位置 ;
4.6.3 计算节点vj指向当前质心点ci向量并单位化,得到节点vi最终的传感方向信息 ;
4.7 Sleep (t);
5. End.
3 算法仿真与性能分析
我们利用VC6.0自行开发了适用于传感器网络部署及覆盖研究的仿真软件Senetest2.0,并利用该软件进行了大量仿真实验,以验证PFCEA算法的有效性.实验中参数的取值见表1.为简化实验,假设目标区域中所有传感器节点同构,即所有节点的传感半径及传感夹角规格分别相同.
Table 1 Experimental parameters
表1 实验参数
Parameter Variation
Target area S 500500m2
Area coverage p 0~1
Sensor number N 0~250
Sensing radius Rs 0~100m
Sensing offset angel  0º~90º
3.1 实例研究
在本节中,我们通过一个具体实例说明PFCEA算法对有向传感器网络覆盖增强.在500500m2的目标区域内,我们部署传感半径R=60m、传感夹角=45º的传感器节点完成场景监测.若达到预期的网络覆盖率p=70%, 通过公式(1),我们可预先估算出所需部署的传感器节点数目,
.
针对上述实例,我们记录了PFCEA算法运行不同时间步长时有向传感器网络覆盖增强情况,如图8所示.

(a) Initial coverage, p0=65.74%
(a) 初始覆盖,p0=65.74% (b) The 10th time step, p10=76.03%
(b) 第10个时间步长,p10=76.03%

(c) The 20th time step, p20=80.20%
(c) 第20个时间步长,p20=80.20% (d) The 30th time step, p30=81.45%
(d) 第30个时间步长,p30=81.45%
Fig.8 Coverage enhancement using PFCEA algorithm
图8 PFCEA算法实现覆盖增强
直观看来,质心点在虚拟斥力作用下进行扩散运动,逐步消除网络中感知重叠区和盲区,最终实现有向传感器网络覆盖增强.此例中,网络传感器节点分别经过30个时间步长的调整,网络覆盖率由最初的65.74%提高到81.45%,网络覆盖增强达15.71个百分点.
图9显示了逐个时间步长调整所带来的网络覆盖增强.我们发现,随着时间步长的增加,网络覆盖率也不断增加,且近似满足指数关系.当时间步长达到30次以后,网络中绝大多数节点的传感方向出现振动现象,直观表现为网络覆盖率在81.20%附近在允许的范围振荡.此时,我们认定有向传感器网络覆盖性能近似增强至最优.
网络覆盖性能可以显着地降低网络部署成本.实例通过节点传感方向的自调整,在仅仅部署105个传感器节点的情况下,最终获得81.45%的网络覆盖率.若预期的网络覆盖率为81.45%,通过公式(1)的计算可知,我们至少需要部署148个传感器节点.由此可见,利用PFCEA算法实现网络覆盖增强的直接效果是可以节省近43个传感器节点,极大地降低了网络部署成本.
3.2 收敛性分析
为了讨论本文算法的收敛性,我们针对4种不同的网络节点规模进行多组实验.我们针对各网络节点规模随机生成10个拓扑结构,分别计算算法收敛次数,并取平均值,实验数据见表2.其他实验参数为R=60m,=45º, =5º.
Table 2 Experimental data for convergence analysis
表2 实验数据收敛性分析

(%)
(%)

1 50 41.28 52.73 24
2 70 52.74 64.98 21
3 90 60.76 73.24 28
4 110 65.58 78.02 27
分析上述实验数据,我们可以得出,PFCEA算法的收敛性即调整的次数,并不随传感器网络节点规模的变化而发生显着的改变,其取值一般维持在[20,30]范围内.由此可见,本文PFCEA算法具有较好的收敛性,可以在较短的时间步长内完成有向传感器网络的覆盖增强过程.
3.3 仿真分析
在本节中,我们通过一系列仿真实验来说明4个主要参数对本文PFCEA算法性能的影响.它们分别是:节点规模N、传感半径R、传感夹角和(质心点)转动角度.针对前3个参数,我们与以往研究的一种集中式覆盖增强算法[14]进行性能分析和比较.
A. 节点规模N、传感半径R以及传感角度
我们分别取不同节点规模进行仿真实验.从图10(a)变化曲线可以看出,当R和一定时,N取值较小导致网络初始覆盖率较小.此时,随着N的增大,p取值呈现持续上升趋势.当N=200时,网络覆盖率增强可达14.40个百分点.此后,p取值有所下降.这是由于当节点规模N增加导致网络初始覆盖率较高时(如60%),相邻多传感器节点间形成覆盖盲区的概率大为降低,无疑削弱了PFCEA算法的性能.另外,部分传感器节点落入边界区域,也会间接起到削弱PFCEA算法性能的作用.
另外,传感半径、传感角度对PFCEA算法性能的影响与此类似.当节点规模一定时,节点传感半径或传感角度取值越小,单个节点的覆盖区域越小,各相邻节点间形成感知重叠区域的可能性也就越小.此时,PFCEA算法对网络覆盖性能改善并不显着.随着传感半径或传感角度的增加,p不断增加.当R=70m且=45º时,网络覆盖率最高可提升15.91%.但随着传感半径或传感角度取值的不断增加,PFCEA算法带来的网络覆盖效果降低,如图10(b)、图10(c)所示.

(c) The effect of sensing offset angle , other parameters meet N=100, R=40m, =5º
(c) 传感角度的影响,其他实验参数满足:N=100,R=40m,=5º

‘叁’ 无线传感网络论文（zigbee），监测方面的

我进图书馆的万方系统，搜索“无线传感”，有3814个论文，好多呀，我把前10篇题目复制一下，你看看要哪个？ [论文标题] 无线传感器车载自动投放装置及控制[英文标题] Automatically Vehicular Launching Device and Control for Wireless Sensor[作者] 刘光 孙凤池 苑晶 郭长波[作者单位] 南开大学,软件学院,天津,300071[作者信息] 刘光、孙凤池、苑晶、郭长波,南开大学,软件学院,天津,300071[作者英文名] LIU Guang SUN Feng-chi YUAN Jing GUO Chang-bo[第一作者] 刘光[第一作者单位] 南开大学,软件学院,天津,300071[作者个数] 4[刊名] 自动化与仪表[英文刊名] AUTOMATION & INSTRUMENTATION[期刊类别] TP[期刊ID] zdhyyb[核心期刊标记] H0H00[年] 2009[卷] 24[期] 09[页码] 36-40[栏目名称] 计算机应用[栏目英文名] COMPUTER ALPPLIATIONS[分类号] TP368.1[关键词] 无线传感器 控制器 自动投放装置[摘要] 分析无线传感器的应用趋势,提出了动态布置无限传感器的需要,然后设计并实现了一种无线传感器车栽自动投放装置及其控制器.详细介绍了该自动投放装置的结构、控制原理、软硬件设计、抗干扰措施.实验证明该装置具有运行稳定、可靠,结构简单等优点.[PDF全文] zdhyyb/zdhy2009/0909pdf/090911.pdf[URL文摘] zdhyyb/zdhy2009/0909/090911.htm[基金项目] 国家自然科学基金项目(60605021)[论文编号] 1001-9944(2009)09-0036-05[文献标识码] A[记录ID] zdhyyb200909011[入库日期] 20091124------------------------------------------[论文标题] 分布式多机器人通信仿真系统[英文标题] A simulated communications system for distributed multi-robots[作者] 蔡自兴 任孝平 邹磊[作者单位] 中南大学,信息科学与工程学院,湖南,长沙,410075[作者信息] 蔡自兴、任孝平、邹磊,中南大学,信息科学与工程学院,湖南,长沙,410075[作者英文名] CAI Zi-xing REN Xiao-ping ZOU Lei[第一作者] 蔡自兴[第一作者单位] 中南大学,信息科学与工程学院,湖南,长沙,410075[作者个数] 3[刊名] 智能系统学报[英文刊名] CAAI TRANSACTIONS ON INTELLIGENT SYSTEMS[期刊类别] TP[期刊ID] xdkjyc[核心期刊标记] 00000[年] 2009[卷] 4[期] 04[页码] 309-313[分类号] TP393.01[关键词] 多机器人系统 仿真系统 通信网络 连通覆盖 虚拟力[摘要] 针对目前多机器人通信仿真系统较少的问题,进行了多机器人通信仿真系统的设计研究.提出的多移动机器人通信仿真系统设计方案,侧重于反映通信网络的拓扑变化情况,以及多个机器人之间是如何进行通信的.仿真系统预留了机器人控制算法的接口,便于结合机器人避碰、任务分配、连通覆盖等进行综合研究.多机器人覆盖研究是目前多移动机器人和无线传感器网络中的一个研究热点, 针对这个问题,采用了虚拟力分配策略,使得多机器人在保持连通性的同时尽可能大地覆盖某一区域,最后以六边形覆盖为约束条件进行了区域覆盖,并实现了该仿真系统的原型.实验表明,该仿真系统能准确地模拟多机器人在保持相互通信的情况下,达到最大化的区域覆盖.证实了基于虚拟力覆盖策略的有效性.[PDF全文] xdkjyc/xdkj2009/0904pdf/090405.pdf[URL文摘] xdkjyc/xdkj2009/0904/090405.htm[基金项目] 国家自然科学基金资助项目(90820302,60805027);国家博士点基金资助项目(200805330005);湖南省院士基金资助项目(2009FJ4030);质检公益行业科研专项项目(20081002).[论文编号] 1673-4785(2009)04-0309-05[文献标识码] A[记录ID] xdkjyc200904005[入库日期] 20091124------------------------------------------[论文标题] 基于CC2420的ZigBee犯人劳作安全管理系统[英文标题] ZigBee for Prisoner's Working Management System Based on CC2420[作者] 翁哲[作者单位] 武警工程学院通信工程系,陕西西安710086[作者信息] 翁哲,武警工程学院通信工程系,陕西西安710086[作者英文名] WENG Zhe[第一作者] 翁哲[第一作者单位] 武警工程学院通信工程系,陕西西安710086[作者个数] 1[刊名] 西安文理学院学报（自然科学版）[英文刊名] JOURNAL OF XI'AN UNIVERSITY OF ARTS AND SCIENCE(NATURAL SCIENCE EDITION)[期刊类别] NA[期刊ID] xajyxyxb[核心期刊标记] 00000[年] 2009[卷] 12[期] 03[页码] 42-45[分类号] TN914[关键词] 射频 无线通信 CC2420 PICl8[摘要] ZigBee技术是近年来通信领域中的研究热点,具有低成本、低功耗、低速率、低复杂度的特点和高可靠性、组网简单、灵活的优势,被称为无线传感器网络的国际标准.鉴于犯人外出劳作或在监区内活动无法有效监控的情况,主要介绍了一种基于Zigbee技术的射频收发芯片CC2420和以PIC18系列单片机为控制核心的犯人劳作无线安全管理系统,对其工作原理进行了分析,给出了设计思路和软硬件流程设计.该系统将可大大提高对犯人的管控.[PDF全文] xajyxyxb/xajy2009/0903pdf/090312.pdf[URL文摘] xajyxyxb/xajy2009/0903/090312.htm[论文编号] 1008-5564(2009)03-0042-04[文献标识码] A[记录ID] xajyxyxb200903012[入库日期] 20091124------------------------------------------[论文标题] 基于微粒群模型的移动传感器网络部署研究[英文标题] Deployment of Wireless Sensor Networks Mobile Nodes Based on Particle Swarm Optimization Model[作者] 户晓玲 曾建潮[作者单位] 太原科技大学复杂系统与计算智能实验室,山西太原,030024[作者信息] 户晓玲、曾建潮,太原科技大学复杂系统与计算智能实验室,山西太原,030024[作者英文名] HU Xiao-ling ZENG Jian-chao[第一作者] 户晓玲[第一作者单位] 太原科技大学复杂系统与计算智能实验室,山西太原,030024[作者个数] 2[刊名] 计算机技术与发展[英文刊名] COMPUTER TECHNOLOGY AND DEVELOPMENT[期刊类别] TP[期刊ID] wjfz[核心期刊标记] 00000[年] 2009[卷] 19[期] 10[页码] 81-84,88[栏目名称] 智能、算法、系统工程[分类号] TP393[关键词] 无线传感器网络 部署 微粒群算法 覆盖盲区[摘要] 传感器节点的部署是无线传感器网络中的很重要的问题,因为它反映了传感器网络的成本和监视能力.为了减少传感器节点部署时产生的覆盖盲区,提高网络的覆盖率,提出了一种新的基于微粒群模型的移动传感器节点位置优化配置算法.该算法根据节点的位置信息建立节点部署优化模型.利用微粒群算法求解该优化模型,优化过程中的最优解作为节点的最终配置位置.仿真结果表明该算法最大可能地减少了网络中的覆盖盲区,有效改善了网络的覆盖率.[PDF全文] wjfz/wjfz2009/0910pdf/091022.pdf[URL文摘] wjfz/wjfz2009/0910/091022.htm[基金项目] 国家自然科学基金资助项目(60674104)[论文编号] 1673-629X(2009)10-0081-04[文献标识码] A[记录ID] wjfz200910022[入库日期] 20091124------------------------------------------[论文标题] 无线传感器网络任务分配的粒子群优化算法[英文标题] Research on PSO Algorithm of Task Allocation in Wireless Sensor Network[作者] 陈庆枝[作者单位] 福建莆田学院电子信息工程学系,福建,莆田,351100[作者信息] 陈庆枝,福建莆田学院电子信息工程学系,福建,莆田,351100[作者英文名] CHEN Qing-[第一作者] 陈庆枝[第一作者单位] 福建莆田学院电子信息工程学系,福建,莆田,351100[作者个数] 1[刊名] 苏州科技学院学报(工程技术版)[英文刊名] JOURNAL OF UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY OF SUZHOU(ENGINEERING AND TECHNOLOGY)[期刊类别] TA[期刊ID] szcjhbxyxb[核心期刊标记] 00000[年] 2009[卷] 22[期] 03[页码] 58-61,69[分类号] TP391[关键词] 无线传感器网络 任务分配 粒子群优化[摘要] 为延长网络生命周期,减少网络能量消耗和均衡网络负载,引入了离子群优化算法,提出了一种基于离散粒子群优化的任务分配算法.该算法根据任务总完成时间和能量损耗,建立代价函数,实现优化任务分配策略.引人变异算子,很好地保持了种群的多样性并提高了算法的全局搜索能力.仿真实验结果表明算法是可行的和有效的.[PDF全文] szcjhbxyxb/szcj2009/0903pdf/090315.pdf[URL文摘] szcjhbxyxb/szcj2009/0903/090315.htm[论文编号] 1672-0679(2009)03-0058-04[文献标识码] A[记录ID] szcjhbxyxb200903015[入库日期] 20091124------------------------------------------[论文标题] 无线传感器网络簇首生成算法的比较研究[英文标题] Comparison of Cluster-head Selection Algorithms in Wireless Sensor Networks[作者] 万润泽 许芷岩[作者单位] 湖北第二师范学院计算机学院,武汉430205[作者信息] 万润泽、许芷岩,湖北第二师范学院计算机学院,武汉430205[作者英文名] WAN Run-ze XUN Zhi-yan[第一作者] 万润泽[第一作者单位] 湖北第二师范学院计算机学院,武汉430205[作者个数] 2[刊名] 湖北第二师范学院学报[英文刊名] JOURNAL OF HUBEI UNIVERSITY OF EDUCATION[期刊类别] GA[期刊ID] pxyyj-hbjyxyxb[核心期刊标记] 00000[年] 2009[卷] 26[期] 08[页码] 24-26[栏目名称] 基础理论研究[分类号] TP393[关键词] 无线传感器网络 簇首生成 比较[摘要] 在无线传感器网络中,簇首节点通常具有较高的能量,负责其所在区域的内信息的处理和转发,因此簇首的选取对于网络的生命周期至关重要.本文对几种典型簇首生成算法从簇首产生速度、簇的形成速度、簇的维护开销、簇的负载均衡性和算法的健壮性、扩展性、节能性等方面做了综合分析.[PDF全文] pxyyj-hbjyxyxb/pxyy2009/0908pdf/090811.pdf[URL文摘] pxyyj-hbjyxyxb/pxyy2009/0908/090811.htm[基金项目] 湖北省高校中青年科技创新团队项目(资助号:T200904);湖北第二师范学院院管课题.[论文编号] 1674-344X(2009)08-0024-03[文献标识码] A[记录ID] pxyyj-hbjyxyxb200908011[入库日期] 20091124------------------------------------------[论文标题] 基于ZigBee的工业环境监测网络节点的设计[英文标题] Design of the Instrial Environment Monitoring Network Node Based on ZigBee[作者] 郝宪锋 刘广孚[作者单位] 中国石油大学(华东)信息与控制工程学院,东营,257061[作者信息] 郝宪锋、刘广孚,中国石油大学(华东)信息与控制工程学院,东营,257061[作者英文名] HAO Xian-feng LIU Guang-fu[第一作者] 郝宪锋[第一作者单位] 中国石油大学(华东)信息与控制工程学院,东营,257061[作者个数] 2[刊名] 科学技术与工程[英文刊名] SCIENCE TECHNOLOGY AND ENGINEERING[期刊类别] NT[期刊ID] kxjsygc[核心期刊标记] 00H00[年] 2009[卷] 9[期] 18[页码] 5562-5564,5581[栏目名称] 研究简报[栏目英文名] Research Notes[分类号] TP393.06[关键词] 环境监测 无线传感器网络 ZigBee CC2430[摘要] 介绍了Zigbee技术及网络拓扑结构,在此基础之上构建了基于Zigbee的工业环境监测网络.以CC2430芯片为核心,设计了一种应用于工业环境监测的无线传感器网络节点,并详细阐述了网络节点中无线通信模块和数据采集模块的设计.[PDF全文] kxjsygc/kxjs2009/0918pdf/091872.pdf[URL文摘] kxjsygc/kxjs2009/0918/091872.htm[论文编号] 1671-1819(2009)18-5562-04[文献标识码] A[记录ID] kxjsygc200918072[入库日期] 20091124------------------------------------------[论文标题] 基于虚拟栅格的无线传感器网络路由协议[英文标题] VIRTUAL GRID BASED ROUTING PROTOCOL FOR WIRELESS SENSOR NETWORK[作者] 云春峰 王培康[作者单位] 中国科学技术大学电子工程与信息科学系,安徽,合肥,230027[作者信息] 云春峰、王培康,中国科学技术大学电子工程与信息科学系,安徽,合肥,230027[作者英文名] Yun Chunfeng Wang Peikang[第一作者] 云春峰[第一作者单位] 中国科学技术大学电子工程与信息科学系,安徽,合肥,230027[作者个数] 2[刊名] 计算机应用与软件[英文刊名] COMPUTER APPLICATIONS AND SOFTWARE[期刊类别] TP[期刊ID] jsjyyyrj[核心期刊标记] H0000[年] 2009[卷] 26[期] 09[页码] 200-202,218[栏目名称] 网络与通信[关键词] 无线传感器网络 虚拟栅格 拓扑控制 路由协议[摘要] 提出一种基于虚拟栅格的分簇路由协议.在本协议中汇聚节点动态、随机地建立虚拟栅格,同时形成簇结构;并依据剩余能量以及簇的整体能量消耗选择簇头.本协议不但减少了控制信息和冗余信息,而且均衡了传感器节点的能量消耗.仿真的结果表明本协议是能量有效、可扩展的无线传感器路由协议.[PDF全文] jsjyyyrj/jsjy2009/0909pdf/090964.pdf[URL文摘] jsjyyyrj/jsjy2009/0909/090964.htm[记录ID] jsjyyyrj200909064[入库日期] 20091124------------------------------------------[论文标题] 无线传感器网络距离无关定位算法研究[英文标题] Research on Range-free Localization Algorithm in Wireless Sensor Networks[作者] 许秀兰[作者单位] 常熟理工学院计算机科学与工程学院,江苏,常熟,215500[作者信息] 许秀兰,常熟理工学院计算机科学与工程学院,江苏,常熟,215500[作者英文名] XU Xiu-lan[第一作者] 许秀兰[第一作者单位] 常熟理工学院计算机科学与工程学院,江苏,常熟,215500[作者个数] 1[刊名] 计算机与现代化[英文刊名] COMPUTER AND MODERNIZATION[期刊类别] TP[期刊ID] jsjyxdh[核心期刊标记] 00000[年] 2009[期] 10[页码] 6-9[栏目名称] 算法与分析与设计[栏目英文名] ANALYSIS AND DESIGN OF ALGORITHM[分类号] TP301[关键词] 无线传感器网络 节点定位 距离无关定位 定位算法 定位系统[摘要] 网络自身定位问题是无线传感器网络的基本和重要问题之一.由于range-based定位机制的局限性,无需配置测距或测角设备,硬件成本低的距离无关定位算法被提出.根据是否有无锚节点来论述和比较现有的距离无关定位算法,提出距离无关定位算法需进一步研究解决的问题.[PDF全文] jsjyxdh/jsjy2009/0910pdf/091003.pdf[URL文摘] jsjyxdh/jsjy2009/0910/091003.htm[论文编号] 1006-2475(2009)10-0006-04[文献标识码] A[记录ID] jsjyxdh200910003[入库日期] 20091124------------------------------------------[论文标题] 一种无线传感器网络的路由异常检测方案[英文标题] A Scheme for Routing Anomaly Detection in Wireless Sensor Networks[作者] 宋建华[作者单位] 湖北大学数学与计算机科学学院,湖北,武汉,430062[作者信息] 宋建华,湖北大学数学与计算机科学学院,湖北,武汉,430062[作者英文名] SONG Jian-hua[第一作者] 宋建华[第一作者单位] 湖北大学数学与计算机科学学院,湖北,武汉,430062[作者个数] 1[刊名] 湖北财经高等专科学校学报[英文刊名] JOURNAL OF HUBEI COLLEGE OF FINANCE AND ECONOMICS[期刊类别] FA[期刊ID] hbcjgdzkxxxb[核心期刊标记] 00000[年] 2009[卷] 21[期] 04[页码] 53-55[栏目名称] 教育研究[分类号] TP393.08[关键词] 无线传感器网络 路由攻击 异常检测[摘要] 路由安全问题是无线传感器网络的关键技术之一.本文提出了一种如何将异常检测技术应用到无线传感器网络的路由安全中的方案.[PDF全文] hbcjgdzkxxxb/hbcj2009/0904pdf/090415.pdf[URL文摘] hbcjgdzkxxxb/hbcj2009/0904/090415.htm[基金项目] 国家自然科学基金(60603069);湖北省自然科学基金(21306ABA016);武汉大学软件工程国家重点实验室开放基金(SKLSE20080709).[论文编号] 1009-170X(2009)04-0053-03[文献标识码] A[记录ID] hbcjgdzkxxxb200904015[入库日期] 20091124------------------------------------------

‘肆’ 急求有关传感器的外文文献翻译，包括英文全文和中文翻译

节能机制无线传感器网络

Bonuccelli毛主管:

论文commettee:保罗·Ferraggina,皮耶罗Maestrini

外部裁判Basagni,摩尼Srivastava:斯蒂法诺

国家commettee:Bugliesi,Panzieri,Meo

2005年12月27日起,

文摘

本文解决这个问题降低能耗的无线传感器网络。我们提出一套技术和

进口策略研究领域,可以应用于设计节能协议传感器网络。他们包括

时间序列预测,quorums系统的传感器性能和相互作用的协议设计的。我们运用这些技术能有效时间同步问题,从传感器网络数据收集,并确保较强的数据一致性保证在移动网络。

我们表现出[1、2、3、4]时间序列预测技术,特别是AR模型,可适用于传感器网络,以节省能源。我们学习一个简单的类型的时间序列模型的构建与短预测的窗口。我们已经选择了这个模式,它很能干

预测的数据得到了真实世界的传感器测量的物理现象,它非常容易加工的在modern-generation传感器网络。我们运用这些模式,解决两个有关问题进行传感器网络:问题能有效地收集传感器的数据在水槽,和时间同步的问题。

提出了一种节能框架,叫爱相似-通过适应性强的查询框架[1,2]),为近似查询及检测孤立点价值在传感器网络。这个想法是基于“增大化现实”技术结合当地建立在每个节点模型成为一个全球性的模型存储的根源,网络

(库),用来大约回答用户的查询。我们的方法使用显着比以前更少的传输采用基于“增大化现实”技术近似方法模型和组织网络集群基于数据之间的相似节点。数据定义基于相似系数模型的地方基于“增大化现实”技术,在水槽储存在技术,降低了能耗直接比较数据值,让我们可以得到有效的聚类算法大概是最佳的,总分组数所形成的网络。我们的集群建设有几个有趣的特点,使适宜也针对移动网络:首先,他们可以捕捉相似性地理相邻节点;二、聚类成员,不需要额外消耗适应节点;三、集群内不需要跟踪加入其他节点在产业集群。此外,大概正确的误差界爱提供并允许用户动态调整回答质量解答疑问在能源和资源有效地进行。

此外,我们运用AR模型来解决时间同步问题的一种新的视角生物系的互补时钟同步问题[3,4]。更确切地说,我们分析的案例传感节点决定跳过一个或多个时钟调整,达到节能效果,或是暂时孤立的,但仍需要一个精确计算时间。提出了一种基于大概正确的时钟返回一个模型,是基于“增大化现实”技术一时间估计在一个常数(可调误差概率约束和问题。该方法是高度适应性强,并允许传感器来决定有多少

时钟调整它可以跳过同时保持精度,从而节约能源。此外,我们提出一套确定方法,降低了时间估计误差由至少一个因素2。更确切地说,我们提出大概正确的确定性时钟读数方法,叫做DCR方法,利用相关信息时钟偏差的标志,可应用于减少一半时钟周期的频率调整,同时还保持了同样的错误一定[3,4]。

该方法的实践和理论两个方面的兴趣。事实上,它导致了一个明显的节能,并详细地说明了较强的现实时钟模型可以导致精化的最优开往最大偏差时钟的定时同步。此外,我们还提出了一种广义版本的DCR方法,以提高其精度取决于稳定的时钟,一个方法的单调性,保证了生产的时间值。

第一次我们分析系统技术背景法定传感器网络:我们改造,并向自己的利益能耗方面[6]。法定人数系统有潜力在节约能源方面传感器网络,因为他们可以减少的数量明显的沟通,提高传感器节点之间的负载平衡,提高系统的可扩充性。然而,以前的法定人数系统和法定人数的度量标准,有线网络提出了,不适合传感器网络,因为他们并没有解决它们的性能特点和局限性。这些观察推动了我们重新设计的法定人数系统及相应的度量标准,考虑到限制和特点的感测器(例如,传输成本,有限的能量

源、物理的无线电广播),网络拓扑结构。更确切地说,我们重新定义下列法定度量标准:负载均衡、访问成本和法定人数能力,并设计策略的一些特点的基础上,对传感器网络的沟通量减少的人数系统设计时传感器网络。我们运用这些策略设计一个家庭的人数系统节能高弹性。特别是,我们提出一种法定人数减少建设成本,提出了一个访问数据扩散协议建立在节能上面减少能源消费的传输,缩短了碰撞产生的。

此外,我们分析的情况下的人数系统高节点移动性。更确切地说,我们学习困难的问题保证在两个quorums十字路口时不断移动路径沿着未知节点[7]。我们解决这个问题,并定义了一小说,提供流动性模型最低约束集推导出足够强劲的经济数据保证在高机动性的网络。在这种情况下,我们会告诉名校以前的法定人数系统,并提供一个条件是必要的,以保证数据的可用性和原子一致性在高节点移动性。我们还提出了一种新的班

法定人数的系统,被叫做移动传播(苦咸水淡化,适合于高度quorums移动网络,提出了一种最优建设法定人数方面,大小(例如,通信传输)[7]。然后,我们运用总经理法定人数体系,实行大概正确的原子读/写共享内存移动、稀疏的网络。

书目

[1],国立台湾Tulone·d·马登上尉。PAQ:时间序列预测为近似查询回答

在传感器网络。在第三Proc.欧洲研讨会,第1 - 11页。无线传感器网络21-37 2006年2月。

[2],国立台湾Tulone·d·马登上尉。查询框架了节能检测传感器网络中节点相似之处。

提交会议。

[3]·d·Tulone。全球的可行性评价隔离条件下的无线传感器网络。

出现在Algorithmica。

[4]·d·Tulone。节约型时间估计的无线传感器网络。在Proc.的第四届车间的原则下,第1 - 11页。52-59移动计算,2004年10月。

Tulone >[5]。如何能有效率及准确地得到参考时间之间的过程吗?国际。Symp.分布式计算,10月

2003年。简短的声明。25-32页。

[6]D。Demaine Tulone > >。重新设计的法定人数系统的无线传感器网络。提交会议。

Tulone >[7]。是否有可能确保强劲的经济数据保证在高机动性的网有关吗?提交会议。

‘伍’ 急 急 急 求一篇关于《通信网络仿真研究》的论文

帮您下了两篇，希望对您有所帮助哦！祝您愉快！

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题目：基于无线传感器网络仿真平台的研究
一、引言

传感器网络（WSN）日新月异,各种网络方案和协议日趋复杂,网络规模日趋庞大,对网络研究人员而言,掌握网络仿真的重要性是不言而喻的。WSN仿真能够在一个可控制的环境里研究WSN应用,包括操作系统和网络协议栈,能够仿真数量众多的节点,能够观察由不可预测的干扰和噪声引起的难以琢磨的节点间的相互作用,获取节点间详细的细节,从而提高节点投放后的网络成功率,减少投放后的网络维护工作。目前无线传感器网络使用的仿真工具主要有NS2、TinyOS、OPNET、OMNET++等等。其中TinyOS是专门针对无线传感器网络的特点而研究开发的。

二、无线传感器网络仿真简介

在传感器网络中,单个传感器节点有两个很突出的特点。一个特点是它的并发性很密集;另一个特点是传感器节点模块化程度很高.上述这些特点使得无线传感器网络仿真需要解决可扩展性与仿真效率、分布与异步特性、动态性、综合仿真平台等等问题。

三、无线传感器网络常用仿真工具

无线传感器网络常用仿真工具有NS2、OPNET、OMNET++、TinyOS,下面我们简要介绍它们各自的性能和特点。

3.1 NS2
NS是一种可扩展、以配置和可编程的时间驱动的仿真工具,它是由REAL仿真器发展而来.在NS的设计中,使用C++和OTCL两种程序设计语言, C++是一种相对运行速度较快但是转换比较慢的语言,所以C++语言被用来实现网络协议, 编写NS底层的仿真引擎; OTCL是运行速度较慢,但可以快速转换的脚本语言,正好和C++互补,所以OTCL语言被用来配置仿真中各种参数,建立仿真的整体结构, OTCL的脚本通过调用引擎中各类属性、方法,定义网络的拓扑,配置源节点、目的节点建立链接,产生所有事件的时间表,运行并跟踪仿真结果,还可以对结果进行相应的统计处理或制图.NS可以提供有线网络、无线网络中链路层及其上层精确到数据包的一系列行为仿真。NS中的许多协议都和真实代码十分接近,其真实性和可靠性是非常高的。

3.2 OPNET
OPNET是在MIT研究成果的基础上由MIL3公司开发的网络仿真软件产品。 OPNET的主要特点包括以下几个方面:(1)采用面向对象的技术,对象的属性可以任意配置,每一对象属于相应行为和功能的类,可以通过定义新的类来满足不同的系统要求; (2)OPNET提供了各种通信网络和信息系统的处理构件和模块;(3) OPNET采用图形化界面建模,为使用者提供三层(网络层、节点层、进程层)建模机制来描述现实的系统;(4) OPNET在过程层次中使用有限状态机来对其它协议和过程进行建模,用户模型及OPNET内置模型将会自动生成C语言实现可执行的高效、高离散事件的模拟流程;(5) OPNET内建了很多性能分析器,它会自动采集模拟过程的结果数据;(6)OPNET几乎预定义了所有常用的业务模型,如均匀分布、泊松分布、欧兰分等。

3.3 OMNET++
OMNET++是面向对象的离散事件模拟工具,为基于进程式和事件驱动两种方式的仿真提供了支持。 OMNET++采用混合式的建模方式,同时使用了OMNET++特有的ned(Network Discription,网络描述)语言和C++进行建模。OMNET++主要由六个部分组成:仿真内核库、网络描述语言的编译器、图形化的网络编译器、仿真程序的图形化用户接口、仿真程序的命令行用户接口和图形化的向量输出工具。OMNET++的主要模型拓扑描述语言NED,采用它可以完成一个网络模型的描述。 网络描述包括下列组件:输入申明、信道定义、系统模块定义、简单模块和复合模块定义。使用NED描述网络,产生.NED文件,该文件不能直接被C++编译器使用,需要首先采用OMNET++提供的编译工具NEDC将.NED文件编译成.cpp文件。最后,使用C++编译器将这些文件与用户和自己设计的简单模块程序连接成可执行程序。

3.4 TinyOS
TinyOS是专门针对传感器研发出的操作系统。在TinyOS上编程序使用的语言为nesC(C language for network embedded systems) 语言。

nesC语言是由C语言扩展而来的,意在把组件化/模块化思想和TinyOS基于事件驱动的执行模型结合起来。 nesC 组件有Mole(模块)和Configuration（连接配置文件）两种。在模块中主要实现代码的编制,在连接配置文件中主要是将各个组件和模块连接起来成为一个整体。

TinyOS程序采用的是模块化设计,所以它的程序核心往往都很小,能够突破传感器存储资源少的限制,这能够让TinyOS很有效的运行在无线传感器网络上并去执行相应的管理工作等。TinyOS的特点主要体现在以下几个方面:

(1)组件化编程(Componented-Based Architecture)。TinyOS的组件通常可以分为以下三类:硬件抽象组件、合成组件、高层次的软件组件;硬件抽象组件将物理硬件映射到TinyOS组件模型.合成硬件组件模拟高级硬件的行为.高层次软件模块完成控制、路由以及数据传输等。}

(2)事件驱动模式(Event-Driven Architecture)。事件驱动分为硬件驱动和软件事件驱动。硬件事件驱动也就是由一个硬件发出中断,然后进入中断处理函数。而软件驱动则是通过singal关键字发出一个事件。

(3)任务和事件并发模式(Tasks And Events Concurrency Model)。任务用在对于时间要求不是很高的应用中,任务之间是平等的,即在执行时是按顺序先后来的,而不能相互抢占,TinyOS对任务是按简单的FIFO队列进行处理的。事件用在对于时间的要求很严格的应用中,而且它可以占先优于任务和其他事件执行。

(4)分段执行(Split-Phase Operations)。在TinyOS中由于tasks 之间不能互相占先执行,所以TinyOS没有提供任何阻塞操作,为了让一个耗时较长的操作尽快完成,一般来说都是将对这个操作的需求和这个操作的完成分开来实现,以便获得较高的执行效率。

(5) 轻量级线程(lightweight thread)。轻量级线程(task, 即TinyOS中的任务)按FIFO方式进行调度,轻量级线程之间不允许抢占;而硬件处理线程(在TinyOS中,称为硬件处理器),即中断处理线程可以打断用户的轻量级线程和低优先级的中断处理线程,对硬件中断进行快速处理响应。

(6) 主动通信消息(active message)。每一个消息都维护一个应用层和处理器。当目标节点收到这个消息后,就会把消息中的数据作为参数,并传递给应用层的处理器进行处理。应用层的处理器一般完成消息数据的解包操作、计算处理或发送响应消息等工作。

TinyOS操作系统中常用的仿真平台主要是TOSSIM和Avrora

（1）TOSSIM(TinyOS simulation)是一个支持基于TinyOS的应用在PC机上运行的模拟器.TOSSIM运行和传感器硬件相同的代码,仿真编译器能直接从TinyOS应用的组件表中编译生成仿真程序。

（2）Avrora是一种专门为Atmel和Mica2节点上以AVR单片机语言编写的程序提供仿真分析的工具。它的主要特点如下：1) 为AVR单片机提供了cycle accurate级的仿真,使静态程序可以准确的运行。它可以仿真片上(chip-on)设备驱动程序,并为片外(off-chip)程序提供了有规则的接口;2)可以添加监测代码来报告仿真程序运行的性能,或者可以在仿真结束后收集统计数据,并产生报告;3)提供了一套基本的监控器来剖析程序,这有助于分析程序的执行模式和资源使用等等;4)Avrora可以用gdb调试程序;5) Avrora可以为程序提供一个程序流图,通过这个流程图可以清楚的表示机器代码程序的结构和组织;6) Avrora中提供了分析能量消耗的工具,并且可以设置设备的带电大小;7) Avrora可以用来限制程序的最大堆栈空间,它会提供一些关于目前程序中的最大的堆栈结构,和一些关于空间和时间消耗的信息报告。

3.5性能比较

TinyOS 用行为建模,可以仿真跨层协议;仿真程序移植到节点上,不需要二次编码。
通过对上述几种仿真软件的分析比较,我们可以清楚的看到各个仿真软件的特点、适用范围,我们可以根据研究需要选择适合的仿真软件,使得我们的学习研究可以事半功倍。

结束语

网络仿真技术为通信网络规划和优化提供了一种科学高效的方法。网络仿真在国内是近几年才发展起来的,但在国外网络仿真技术已经相当成熟,我们应该大胆地借鉴国外先进技术,促进国内网络仿真技术迅速发展。

参考文献
【1】于海斌,曾鹏等.智能无线传感器网络.科学出版社,2006,p283～p303,
【2】石怀伟,李明生,王少华,网络仿真技术与OPNET应用实践,计算机系统应用2006.第3期
【3】李玥,吴辰文,基于OMNeT++地TCP/IP协议仿真,兰州交通大学学报(自然科学版),2005年8月
【4】袁红林,徐晨,章国安,TOSSIM:无线传感器网络仿真环境,传感器与仪表仪器 ,2006年第22卷第7-1期

2

集群虚拟服务器的仿真建模研究

来源：电子技术应用 作者：杨建华 金笛 李烨 宁宇

摘要：阐述了集群虚拟服务器的工作原理和三种负载均衡方式，通过实例讨论了虚拟服务器的仿真和建模方法，创建了测试和仿真系统性能的输入和系统模型，并依据Q—Q图和累积分布函数校验了其概率分布。

关键词：集群虚拟服务器负载均衡仿真建模概率分布

随着互联网访问量和数据流量的快速增长，新的应用层出不穷。尽管Intemel服务器处理能力和计算强度相应增大，但业务量的发展超出了先前的估计，以至过去按最优配置建设的服务器系统也无法承担。在此情况下，如果放弃现有设备单纯将硬件升级，会造成现有资源的浪费。因此，当前和未来的网络服务不仅要提供更丰富的内容、更好的交互性、更高的安全性，还要能承受更高的访问量，这就需要网络服务具有更高性能、更大可用性、良好可扩展性和卓越的性价比。于是，集群虚拟服务器技术和负载均衡机制应运而生。

集群虚拟服务器可以将一些真实服务器集中在一起，组成一个可扩展、高可用性和高可靠性的统一体。负载均衡建立在现有网络结构之上，提供了一种廉价、有效和透明的方法建立服务器集群系统，扩展网络设备和服务器的带宽，增加吞吐量，加强网络数据处理能力。提高网络的灵活性和可用性。使用负载均衡机制．大量的并发访问或数据流量就可以分配到多台节点设备上分别处理。系统处理能力得到大幅度提高，大大减少用户等待应答的时间。

实际应用中，虚拟服务器包含的真实服务器越多，整体服务器的性能指标(如应答延迟、吞吐率等)越高，但价格也越高。在集群中通道或其他部分也可能会进入饱和状态。因此，有必要根据实际应用设计虚拟服务器的仿真模型，依据实际系统的测量数据确定随机变量的概率分布类型和参数，通过分位点一分位点图即Q-Q图(Quaantile-Quantile Plot)和累积分布函数(Cumulative Distribution Functions)等方法校验应答或传播延迟等性能指标的概率分布，通过仿真软件和工具(如Automod)事先分析服务器的运行状态和性能特点，使得集群系统的整体性能稳定，提高虚拟服务器设计的客观性和设计的可靠性，降低服务器建设的投资风险。

1 集群虚拟服务器的体系结构

一般而言，首先需要在集群虚拟服务器上建立互联网协议伪装(Internet Protocol Masquerading)机制，即IP伪装，接下来创立IP端口转发机制，然后给出在真实服务器上的相关设置。图1为集群虚拟服务器的通用体系结构。集群虚拟服务器通常包括：真实服务器(RealServers)和负载均衡器(Load Balmlcer)。

由于虚拟服务器的网络地址转换方式是基于IP伪装的，因此对后台真实服务器的操作系统没有特别要求，可以是windows操作系统，也可以是Lmux或其他操作系统。

负载均衡器是服务器集群系统的惟一入口点。当客户请求到达时，均衡器会根据真实服务器负载情况和设定的调度算法从真实服务器中选出一个服务器，再将该请求转发到选出的服务器，并记录该调度。当这个请求的其他报文到达后，该报文也会被转发到前面已经选出的服务器。因为所有的操作都在操作系统核心空间中完成，调度开销很小，所以负载均衡器具有很高的吞吐率。整个服务器集群的结构对客户是透明的，客户看到的是单一的虚拟服务器。

负载均衡集群的实现方案有多种，其中一种是Linux虚拟服务器LVS(Linux Virtual Server)方案。LVS实现负载均衡的技术有三种：网络地址转换(Network Address Translation)、直接路由(Direct Routing)和IP隧道(IP Yunneling)。

网络地址转换按照IETF标准，允许一个整体机构以一个公用IP地址出现在Inlemet上。通过网络地址转换，负载均衡器重写请求报文的目标地址，根据预设的调度算法，将请求分派给后端的真实服务器；真实服务器的应答报文通过均衡器时，报文的源地址被重写，把内部私有网络地址翻译成合法网络IP地址，再返回给客户，完成整个负载调度过程。

直接路由的应答连接调度和管理与网络地址转换的调度和管理相同，但它的报文是直接转发给真实服务器。在直接路由应答中，均衡器不修改、也不封装IP报文．而是将数据帧的媒体接入控制MAC(Medium Aceess Control)地址改为选出服务器的MAC地址，再将修改后的数据帧在局域网上发送。因为数据帧的MAC地址是选出的服务器，所以服务器肯定可以收到该数据帧，从中获得该IP报文。当服务器发现报文的目标地址在本地的网络设备时，服务器处理该报文，然后根据路由表应答报文，直接返回给客户。

IP隧道是将一个IP报文封装在另一个IP报文中的技术。该技术可以使目标为某个口地址的数据报文被封装和转发到另一个IP地址。用户利用IP隧道技术将请求报文封装转发给后端服务器，应答报文能从后端服务器直接返回给客户。这样做，负载均衡器只负责调度请求，而应答直接返回给客户，不需要再处理应答包，将极大地提高整个集群系统的吞吐量并有效降低负载均衡器的负载。IP隧道技术要求所有的服务器必须支持IP Yunnehng或lP.封装(Encapsulation)协议。

2 集群虚拟服务器报文延迟的确定

通过一个装有5台真实服务器并使用网络地址转换技术实现Linux虚拟服务器的实际系统，可以得到有关请求和应答报文的时戳(Time Stamp)文件n根据这些文件．能够计算出集群虚拟服务器的仿真和建模所需数据。

为了确定随机变量分布类型和参数，应该统计下列延迟：(1)从客户到负载均衡器的传播延迟(Transport Delay)；(2)负载均衡器的应答延迟(Response Delay)；(3)从负载均衡器到真实服务器的传播延迟；(4)真实服务器的应答延迟；(5)从真实服务器到负载均衡器的传播延迟；f61负载均衡器对真实服务器的应答延迟；(7)从负载均衡器到客户的传播延迟。

在实际系统产生的时戳文件中，问接地描述了上述各延迟时间。文件包含的内容如下：

当一个服务请求到达集群虚拟服务器系统时，即产生带有惟一序列号的同步请求报文(Synchronized Request Package)，将该报文转发到某一真实服务器，同时建立该服务器与客户端的连接，每个这样的连接都带有惟一的端口号；该服务器处理通过该连接的确认请求报文(Acknowledgement Request Package)，直到服务器收到结束请求报文(Finished Request Package)。对每一种类型的请求报文，系统都给予一个相应的应答报文。因此，在不同的报文时戳文件中，如果两条记录具有相同的端口号、报文类型和序列号，则它们是同一个请求或应答报文，对相关的时戳相减即可得到集群虚拟服务器系统的仿真和建模所需的延迟数据。通过所编写的C++程序即可计算这些延迟。

3 系统仿真模型

上述的集群虚拟服务器实际系统的仿真模型如图2所示，在负载均衡器、各通道、5台真实服务器中通过或处理的均为请求或应答报文。

4 随机变量模型的确定

对具有随机变量的集群虚拟服务器进行仿真，必须确定其随机变量的概率分布，以便在仿真模型中对这些分布进行取样，得到所需的随机变量。

4.1 实际虚拟服务器的延迟数据概况

在实际虚拟服务器的负载均衡器、各通道和5台真实服务器中，对请求和应答报文都有一定的延迟。部分报文延迟的统计数据如表1所示。

由表l中的数据可见，报文延迟的中位数与均值差异较大，所以其概率分布不对称；变异系数不等于l，导致概率分布不会是指数分布，而可能是γ分布或其他分布。

4．2 随机变量的概率分布

图3为第一台真实服务器到负载均衡器之间的通道报文传播延迟直方图，其中t为报文延迟时间，h(t)为报文延迟区间数。由图3可知，通道内的报文传播延迟数据近似服从γ分布或对数正态分布。

描述γ分布需要两个参数：形状(Shape)参数α和比例(Scahj)参数口，这两个参数与均值M、方差V之间的关系是非线性的：

描述对数正态分布也需要形状参数σ和比例参数μ，这两个参数与均值M、方差V之问的关系也是非线性的：

式(1)～(4)都可以通过最大似然估计MLE(Maximum Likelihood Estimator)方法或最速下降法(Steepest Descent Method)求出。表2给出了甩这两种方法求出的从第一台真实服务器到负载均衡器之间通道内的报文延迟概率分布参数。

使用累积分布函数和Q-Q图可以校验并进一步确定上述通道内报文传播延迟的概率分布。取用表2中的参数，可以得到γ分布的累积分布函数，如图4所示，其中t为报文延迟时间，F(t)为报文延迟的累积分布函数。为作比较，实验分布也画在该图中。γ分布和对数正态分布的Q-Q图如图5所示。

由图4和图5可以看出，γ分布较好地拟合了该通道内的报文传播延迟数据分布。其他通道报文延迟直方图也有类似形状。经计算和分析，这些通道的报文传播延迟概率分布也近似服从γ分布。

根据表1中的数据以及相关的直方图都难以确定在负载均衡器和真实服务器中报文延迟的理论分布。因此，采用实验分布作为其模型。

5 模型仿真

在建立了图1所示的集群虚拟服务器的系统仿真模型并确定了其随机变量的分布特性后，可以采用由美国布鲁克斯自动化公司(Brooks Automation)开发的仿真软件Automod输入该模型，并通过在Automod环境中编程进行集群虚拟服务器的仿真和分析。

在Automod的仿真过程中，可以直接利用软件提供的资源(Resource)作为各种报文数据处理的单元；系统各部分的报文排队活动可以直接通过排队(Queue)实现；建立一个负载产生器，等效为在Inlemtet上使用虚拟服务器的客户。

通过采用Automod的属性变量(Attribute Variable)可以解决负载均衡器的双方向报文处理功能的问题。负载均衡器使用轮转调度算法(Round Robin Scheling)，即假设所有真实服务器的处理性能均相同，依次将请求调度到不同的服务器。

验证仿真模型可以分别在实际虚拟服务器系统和Automod的仿真模型中从以下两方面进行对比：(1)在负载均衡器、各个真实服务器和通道中排队的应答或传播报文数量；(2)真实服务器及负载均衡器的cPU利用率。例如，当使用实际的应答或传播报文延迟数据时，在Automod的仿真模型中，如果设置一个较低的资源量，则在仿真过程中就会发现大部分的负载都被堵在真实服务器的排队中，即真实服务器处理报文的能力过低，无法与实际系统的状况相比；如果设置一个较高的资源量，则意味着服务器的并行处理能力增加，真实服务器的利用率提高，负载就很少或不会滞留在真实服务器的排队中。因此，在Automod中可以根据实际情况调整仿真模型的资源量大小。

如果在Automod中增加负载产生器的负载产生率，就等效为用户访问量增加，通过观察排队中的负载滞留比例，就可以发现系统的最大处理报文的能力以及系统各部分应答报文可能出现瓶颈之处。例如，将负载产生率增加一倍，虽然系统仍然可以处理所有的报文，但各台真实服务器的平均利用率将达80％左右。显然，这时系统应答报文的“瓶颈”为真实服务器，有必要在系统中增添一台新的真实服务器。

通过一个包括5台真实服务器的实际虚拟服务器系统。收集并计算了仿真和建模的样板数据。依据系统报文延迟的中位数、均值、变异系数和直方图等，确定了系统随机变量的概率分布；采用最大似然估计方法和最速下降法，得到了通道概率分布的具体参数；根据Q-Q图和累积分布函数进一步校验并最终确定通道的概率分布形式。使用Automod软件进行了仿真建模和编程，借助仿真结果可以发现虚拟服务器的最大处理能力和可能的“瓶颈”之处。通过及时定位系统“瓶颈”，可以有的放矢地进一步研究和改进系统，有效提高系统性能。所采用的仿真方法也可以用于其他领域的仿真建模或分析中。

在仿真模型中，负载均衡方式和调度算法还需要进一步增加，以便于比较不同的虚拟服务器系统。样本数据也需要进一步扩充，以避免报文延迟的自相关性。

‘陆’ 求传感器毕业论文前言、摘要！

摘要:本文简述了无线传感器网络的定义、组成及特点，并结合其特点介绍了无线传感器网络在各行各业广泛的应用价值和未来发展前景以及目前存在的技术问题。 关键词:无线传感器网络；组成；应用；发展 科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代。而作为信息获取最重要和最基本的技术——传感器技术，也得到了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展，并将会带来一场信息革命。具有感知能力、计算能力和通信能力的无线传感器网络（WSN, wireless sensor networks）综合了传感器技术、嵌人式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽而准确的信息，传送到需要这些信息的用户。 由于WSN的巨大应用价值，它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的广泛关注，被广泛地应用于军事，工业过程控制、国家安全、环境监测等领域。 无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种领域，是当前计算机网络研究的热点。 一、发展概述 早在上世纪70年代，就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络雏形，我们把它归之为第一代传感器网络。随着相关学科的不断发展和进步，传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力，并通过与传感控制器的相联，组成了有信息综合和处理能力的传感器网络，这是第二代传感器网络。而从上世纪末开始，现场总线技术开始应用于传感器网络，人们用其组建智能化传感器网络，大量多功能传感器被运用，并使用无线技术连接，无线传感器网络逐渐形成。 无线传感器网络是新一代的传感器网络，具有非常广泛的应用前景，其发展和应用，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。发达国家如美国，非常重视无线传感器网络的发展，IEEE正在努力推进无线传感器网络的应用和发展，波士顿大学（Boston University）还于最近创办了传感器网络协会（Sensor Network Consortium），期望能促进传感器联网技术开发。美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术，《商业周刊》预测的未来四大新技术中，无线传感器网络也列入其中。可以预计，无线传感器网络的广泛是一种必然趋势，它的出现将会给人类社会带来极大的变革。 二、无线传感器网络的定义和特点 无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据分布网络和控制管理中心三部分组成的。其主要组成部分是集成有传感器、数据处理单元和通信模块的节点,各节点通过协议自组成一个分布式网络,再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心。 无线传感器网络操作系统Tiny0S141的研制者，Jason Hill博士把WSN定义为： Sensing＋CPU＋Radio＝Thousands of potential application 哈尔滨工业大学的李建中教授将WSN定义为：WSN是由一组传感器节点以自组织的方式构成的有线或无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者。从硬件上看，WSN节 点主要由数据采集单元、数据处理单元、无线数据收发单元以及小型电池单元组成，通常尺寸很小，具有低成本、低功耗、多功能等特点；从软件上看，它借助于节点中内置传感器有效探测所处区域的温度、湿度、光强度、压力等环境参数以及待测对象的电压、电流等物理参数，并通过无线网络将探测信息传送到数据汇聚中心 进行处理、分析和转发。
原文出自： http://www.3qlw.com/gongxue/tongxinxue/2010-07-22/1420.html

‘柒’ 低功耗无线传感节点设计论文

S-MAC协议
S-MAC(Sensor-MAC)协议是较早的针对WSN的一种MAC协议，他是在802.11MAC的基础上，采用下面介绍的多种机制来减少了节点能量的消耗。固定周期性的侦听和睡眠：为了减少能量的消耗，传感器节点要尽量处于低功耗的睡眠状态。S-MAC协议采用了低占空比的周期性睡眠／侦听。为了使得S-MAC协议具有良好的扩展性，在覆盖网络中形成众多不同的虚拟簇。
消息传递技术：对于无线信道，传输差错与包长度成正比，短包成功传输的概率要大于长包。在S-MAC协议中消息传递技术将长消息分成若干短包，利用RTS／CTS握手机制，一次性发送整个长消息，这样既提高发送成功率，有减少了控制消息。流量自适应侦听机制：传感器节点在与邻居节点通信结束后并不立即进入睡眠状态，而保持侦听一段时间，采用流量自适应侦听机制，减少了网络中的传输延迟。
S-MAC协议与IEEE802.11 MAC相比，在节能方面有了很大的改善。但睡眠机制的引入，使得网络的传输延迟增加，吞吐量下降。针对S-MAC协议存在的不足，研究人员对其进行了改进，提出了一种带有自适应睡眠的S-MAC协议。
3.3.2 LMAC协议
LMAC协议使用时分多址 (TDMA)机制,时间被分成若干个时隙, 节点在传送数据时不需要竞争信道，可以避免传输碰撞造成的能量损耗。节点只能指派一个控制时隙，在时隙期间,节点总是会传送一条信息，此信息包含两部分：控制信息和数据单元。由于一个时隙只能被一个节点控制, 所以节点可以无冲突的进行通讯。
3.3.3 T-MAC协议
T-MAC(Timeout-MAC)协议与自适应睡眠的S-MAC协议基本思想大体相同。数据传输仍然采用RTS／CTS／DATA／ACK的4次握手机制，不同的是在节点活动的时隙内插入了一个TA(Time Active)时隙，若TA时隙之间没有任何时间发生，则活动结束进入睡眠状态。TA的取值对于T-MAC协议性能至关重要，其约束条件为：TA=m(C+R+T)，m>1，其中C为竞争信道时间，R为发送RTS分组的时间，T为RTS分组结束到发出CTS分组开始的时间。在仿真的时候，一般选取m=1.5，即：TA=1.5×(C+R+T)。
T-MAC协议虽然能根据当前网络的动态变化，通过提前结束活动周期来减少空闲侦听提高能效，但带来了“早睡”问题。所谓早睡问题是指在多个传感器节点向一个或少数几个汇聚节点发送数据时，由于节点在当前TA没有收到激活事件，过早进入睡眠，没有监测到接下来的数据包，导致网络延迟。为解决这个问题，提出了未来清除发送和满缓冲区优先两个方法。
基于竞争的MAC协议通常很难提供实时性保证，而且由于冲突的存在，浪费了能量。基于竞争的协议在有些应用场合(比如主要考虑节能而不太关心时延的可预测性时)有较大的应用，基于竞争的协议需要解决的是提供一个实时性的统计上界。根据这类协议的分布式和随机的补偿特性，基于竞争的协议没有确切的保证不同节点的数据包的优先级。因此，有必要限制优先级倒置的概率以建立统计上的端到端的时延保证。
3.3.4 Wise-MAC协议
Wise - MAC协议在非坚持CSMA协议的基础上，采用前导码采样技术控制节点处于空闲侦听状态时的能量消耗。与S-MAC和T-MAC协议相比，节能效果非常显着。
无线信道在传输过程中经常出现错误，所以需要链路层的确认机制来恢复丢失的数据包。Wise-MAC协议的ACK数据帧不仅用来对接收到的数据包进行确认，还会通知其他邻居节点到下一次采样的剩余时间。通过这种方式，每个节点不断更新相邻节点的采样时间偏移表。利用这些信息，每个节点可以选择恰当的时间，使用最小长度的唤醒前导码向目的节点发送数据。
Wise-MAC协议可以很好地适应网络流量变化，他是和WISENET超级功耗SoC芯片结合设计的。Wise-MAC协议的采样同步机制会带来数据包冲突的问题，也会由于节点学要存储相邻节点的信道侦听时间，会占用宝贵的存储空间，增加协议实现的复杂度，尤其是在节点密度较高的网络内这个问题尤为突出。
3.3.5 DMAC协议
数据采集树是无线传感器网络的一种重要的通信模式，DMAC协议就是针对这种数据采集树而提出的，目标是减少网络的能量消耗和减少数据的传输延迟。DMAC协议采用不同深度节点之间的接收发送／睡眠的交错调度机制。将节点周期划分为接收、发送和睡眠时隙，数据能沿着多跳路径连续地从数据源节点传送到汇聚节点，减少睡眠带来的传输延迟。
3.3.6 Z-MAC协议
综合CSMA和TDMA二者各自的优点，由RHEE 等在2005年提出了一种混合机制的Z-MAC协议。
Z-MAC将信道使用物化为时间帧的同时，使用CSMA作为基本机制，时隙的占有者只是有数据发送的优先权，其他节点也可以在该时隙发送信息帧，当节点之间产生碰撞之后，时隙占有者的回退时间短，从而真正获得时隙的信道使用权。Z-MAC使用竞争状态标示来转换MAC机制，节点在ACK重复丢失和碰撞回退频繁的情况下，将由低竞争状态转为高竞争状态，由CSMA机制转为TDMA机制。因而可以说，Z-MAC在较低网络负载下，类似CSMA，在网络进入高竞争的信道状态之后，类似TDMA。
Z-MAC并不需要精确的时间同步，有着较好的信道利用率和网络扩展性。协议达到即时的适应网络负载的变化的同时，TDMA和CSMA机制的同步和互换会产生较大的能量耗损和网络延迟问题。

‘捌’ 好写的物联网专业论文题目写作参考

物联网是通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。下面我给大家带来2021好写的物联网专业论文题目写作参考，希望能帮助到大家!

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17、 基于物联网思维的商业银行管理重构的战略思想

18、 面向矿山安全物联网的光纤传感器

19、 基于物联网的水质监测系统的设计与实现

20、 工业物联网环境下隐式人机交互消息传播方法

21、 基于物联网技术的智慧农业监控系统设计

22、 疫苗冷链物流风险管理中物联网技术的应用

23、 基于物联网远程血压监测结合APP管理对高血压患者的影响

24、 公安物联网技术在社会治安防控中的应用

25、 物联网中增强安全的RFID认证协议

26、 农业物联网技术供需双方决策行为分析——演化博弈模型及其仿真

27、 物联网环境下数据转发模型研究

28、 基于云计算的物联网数据网关的建设研究

29、 基于Citespace的技术机会发现研究——以物联网技术发展为例

30、 利用物联网技术探索智慧物流新未来——访神州数码集团智能互联本部物联网事业部总经理闫军

31、 物联网虚拟仿真实验教学中心平台建设

32、 物联网智能家居的远程视频监控系统设计

33、 是德科技中标福州物联网开放实验室窄带物联网低功耗测试系统以及射频一致性测试系统

34、 基于物联网的智慧家庭健康医疗系统

35、 农业物联网技术研究进展与发展趋势分析

36、 新工科背景下物联网专业学生创新实践能力培养

37、 新工科语境下物联网专业课程设置研究

38、 铁塔公司基于LoRa物联网的共享单车方案研究

39、 面向大数据的突发事件物联网情报采集

40、 区块链技术增强物联网安全应用前景分析

41、 物联网工程专业实验室建设方案研究

42、 大数据时代基于物联网和云计算的地震信息化研究

43、 矿山物联网 网络技术 发展趋势与关键技术

44、 基于物联网与GPRS技术对武汉市内涝监测预警系统的优化设计

45、 基于物联网的医院病房智能监护系统设计与实现

46、 基于电力物联网边缘计算实现脱网应急通信的方法

47、 物联网商业方法的专利保护探析

48、 物联网分享还是人工智能垄断:马克思主义视野中的数字资本主义

49、 基于MQTT协议的物联网电梯监控系统设计

50、 基于时间自动机的物联网网关安全系统的建模及验证

物联网 毕业 论文题目参考

1、基于物联网的火电机组远程诊断服务实践

2、语义物联网中一种多领域信息互操作方法

3、矿山物联网服务承载平台与矿山购买服务

4、物联网环境下的锰矿开采过程监测软件设计

5、基于物联网的馆藏系统实现

6、地方转型本科高校物联网专业人才培养方案研究

7、基于物联网的智能家居环境监控系统的设计与分析

8、智能建筑中物联网技术的应用剖析

9、关于物联网关键技术及应用的探讨

10、蓝牙传输发现服务助力实现协作型物联网

11、无线传感器网络与物联网的应用研究

12、物联网系统集成实训室建设的探索与实践

13、高校物联网实验中心规划方案

14、面向异构物联网的轻量级网络构建层设计

15、探索物联网环境下企业组织架构的转变

16、物联网技术下校园智能安防系统的设计

17、物联网在农业中的应用及前景展望

18、战略新兴物联网专业校企合作模式研究

19、物联网/传感网时代下新型图书管理模式探析

20、物联网信息感知与交互技术

21、探讨农业物联网技术的创新运用方式

22、基于物联网技术的远程智能灌溉系统的设计与实现

23、农业物联网技术创新及应用策略探讨

24、基于物联网的园区停车管理系统的设计与实现

25、基于物联网技术的“蔬菜”溯源体系探索

26、基于物联网技术的气象灾害监测预警体系研究

27、物联网接入技术研究与系统设计

28、基于物联网技术的数据中心整体运维解决方案研究

29、基于工作导向的中职物联网课程实践教学分析

30、面向服务的物联网软件体系结构设计与模型检测

31、面向物联网的无线传感器网络探讨

32、物联网环境下多智能体决策信息支持技术研究

33、物联网和融合环境区域食品安全云服务框架

34、高职《物联网技术概论》教学思考与实践

35、基于物联网的远程视频监控系统设计

36、物联网分布式数据库系统优化研究

37、物联网隐私安全保护研究

38、璧山环保监管物联网系统试点应用研究

39、智能家居无线物联网系统设计

40、物联网温室智能管理平台的研究

好写的物联网论文题目

1、物联网的结构体系与发展

2、对于我国物联网应用与发展的思考

3、物联网环境下UC安全的组证明RFID协议

4、农业物联网研究与应用现状及发展对策研究

5、物联网时代的智慧型物品探析

6、基于Zigbee/GPRS物联网网关系统的设计与实现

7、物联网概述第3篇:物联网、物联网系统与物联网事件

8、物联网技术在食品及农产品中应用的研究进展

9、物联网——后IP时代国家创新发展的重大战略机遇

10、物联网体系结构研究

11、构建基于云计算的物联网运营平台

12、基于物联网的煤矿综合自动化系统设计

13、我国物联网产业未来发展路径探析

14、基于物联网的干旱区智能化微灌系统

15、物联网大趋势

16、物联网网关技术与应用

17、基于SIM900A的物联网短信报警系统

18、物联网概述第1篇:什么是物联网?

19、物联网技术安全问题探析

20、基于RFID电子标签的物联网物流管理系统

二、物联网毕业论文题目推荐:

1、基于RFID和EPC物联网的水产品供应链可追溯平台开发

2、物联网与感知矿山专题讲座之一——物联网基本概念及典型应用

3、我国物联网产业发展现状与产业链分析

4、面向智能电网的物联网技术及其应用

5、从云计算到海计算:论物联网的体系结构

6、物联网 商业模式 探讨

7、物联网:影响图书馆的第四代技术

8、从嵌入式系统视角看物联网

9、试论物联网及其在我国的科学发展

10、物联网架构和智能信息处理理论与关键技术

11、基于物联网技术的智能家居系统

12、物联网在电力系统的应用展望

13、基于物联网的九寨沟智慧景区管理

14、基于物联网Android平台的水产养殖远程监控系统

15、基于物联网Android平台的水产养殖远程监控系统

16、基于物联网的智能图书馆设计与实现

17、物联网资源寻址关键技术研究

18、基于物联网的自动入库管理系统及其应用研究

19、互联网与物联网

20、"物联网"推动RFID技术和通信网络的发展

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‘玖’ 计算机论文参考文献

计算机论文参考文献

在学习、工作中，大家都跟论文打过交道吧，论文对于所有教育工作者，对于人类整体认识的提高有着重要的意义。你知道论文怎样才能写的好吗？下面是我为大家收集的计算机论文参考文献，欢迎阅读与收藏。

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