传感器网络中一种基于分层的功率控制算法
计 算 机 系 统 应 用
传感器 网络 中一种基 于分层 的功率控 制算法①
袁辉勇 （ 湖南人 文科技 学院 计算机科 学技术 系 湖南 娄底 ４ ０ ０） １ ０ ７
易叶青 （ 湖南大学 计算机 与通信学院 湖南 长 沙 ４ ０ ２ １ ８） ０
略 ，在 靠近基站的 区域 布置较 多的节点。然而 ，对 于 密集型 的传 感器 网络 ，非均 匀的节 点分 布将导致 网络 流量增大。文献【 】 ３假定节点均匀部署在一个矩形监测 区域 中 ，为提高整个 网络 的数据容 量 ，提 出一种 非均 匀分布节 点初始能量 的方法 ，但该 方法在实际应 用中 较难实现。文献【 】 出一种基于非均匀分簇 的路 由协 ４提 议 Ｅ Ｃ ，采用基于距离的权重函数来计 算簇的规模 ， ＥＳ ＥＣ Ｅ Ｓ类似 于 Ｌ Ａ Ｈ协议 ，其簇头节点采 用单跳方式 ＥＣ
生存时间。
关键词 ： 传 感器 网络 ；功率控 制 ；算法 ；能耗 均衡 ；生存 时间
Ａ ｙ ｒＢａ ｅ ｏ ｒＣｏ ｔｏ ｇ ｒｔ ｍ ｅ ｓ ｒＮｅｗｏ ｋ Ｌａ ｅ ・ ｓ ｄ Ｐ ｗｅ ｎ ｒ ｌ Ａｌ ｏ ｉ ｈ ｉ Ｓ ｎ ｏ ｔ ｒ ｓ ｎ
Ｙ Ｎ ｕ— ｎ ＹＩ ｅＱ ｎ ＵＡ Ｈ ｉ Ｙｏ ｇ， — ｉｇ’ Ｙ
ｓ ｎ ｏ ｅ ｗｏ ｋ ａ ｕ ｈ ａ ｏ ｓｂ ｅ ｎ ｔ ｓｐ ｐｅ，ａ ｌ ｙ ｒｂ ｓ ｄ ｐ ｗ ｅ ｏ ｅ ｓ ｒ ｎ ｔ ｒ ｓ ｍ ｃ ｓ ｐ ｓ ｉｌ ．Ｉ ｈｉ ａ ｒ ａ ｅ — ａ ｅ ｏ ｒｃ ｎｕｏ ｌ ｏ ｉ ｍ ｓｐ ｏ ｏ ｅ ｏ ｌａｇ ｒｔ ｈ ｉ ｒ ｐ ｓ ｄ ｆ ｒ
（． ｐ ｒ ｎ ｆ ｏ ｕｅ ｃｅ ｃ ， ｕ ａ ｓ ｔｔ ｏ Ｈ ｍａｉｅ， ｃｅ ｃ ｄＴ ｃ ｎ ｌｇ ， ｏ ｄ １ ０ ０ １ Ｄｅ ａｔ ｔ Ｃ ｍｐ ｔ Ｓ ｉ ｅ Ｈ ｎ ｎＩ ｔｕｅ ｆ ｕ ｎｔ ｓ Ｓ ｉｎ ｅ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｌ ｕ ｉ ７ ０ ， ｍｅ ｏ ｒ ｎ ｎｉ ｉ ａ ４ Ｃ ｉａ ２ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｏ ｕｅ ｎ ｏ ｈｎ ； ． ｏｌ ｅ ｍｐ ｔｒ ｄＣ ｍｍｕ ｉａ ｏ ， ｎ ｎＵ ｉｅｓ ｙ Ｃ ａ ｇｈ １０ ２ Ｃ ｉａ ｅ ｏＣ ａ ｎｃｔ ｎ Ｈｕ ａ ｎｖｒｉ ， ｈ ｎ ｓ ａ ０ ８ ， ｈｎ ） ｉ ｔ ４
摘 要 ： 无线传 感器 网络 的能耗 决定 了网络的 生存 时间，如何设计有效的算 法来延 长网络的生存 时间是一个 重
要 的研 究课 题。针对矩形传感 器网络 ，提 出一种基 于分层 的功率控制算法 ，通过分析节点的能耗来计 算层的宽度和节点的通信半径 ，以达到 网络 能耗 的均衡分 布。仿 真 实验 表明 ，算法能有效延长 网络的
ｎ ｔ ｒ ｓ ｅ ｗｏ ｋ ． ‘
Ｋ ｅ ｗｏ ｄ ： ｅ ｏ ｅｗ ｏ ｋ ； ｏ ｒ ｏ ｔｏ ； ｎｅｇ ｏｎ ｕ ｐ ｏ ａ ａ ｃ ； ｌ ｒｔ ； ｅｗｏ ｋｓｌ ｅ ｍ ｅ ｙ ｒ ｓ ｓ ｎｓ ｒｎ ｔ ｒ ｓ ｐ ｗｅ ｎ ｒ ｌ ｅ ｒ ｙ ｃ ｓ ｍ ｔ ｎｂ ｎ ｅ ａｇｏ ｈｍ ｎ ｔ ｒ ｉ ｔ ｃ ｉ ｌ ｉ ｆｉ
ｈ ｓｏ ｅ ｏ ｈ ｍｐ ｒａ ｔｐ ｏ ｌｍｓｉ ｏ ｔ ｅ ｉ ｎ ａ ｆｅ ｔ ｅ ａｇ ｒｔ Ｔ ｕ ｎ ｆｔ ｅ ｉ ｏ ｔｎ ｒ ｂｅ ｓｈ ｗ ｏ ｄ ｓｇ ｎ ｅ ｆ ｃ ｖ ｌ ｏ ｉ ｍ ｏ ｐ ｏ ｏ ｇ ｔｅ ｌｆ ｔ ｆｔｅ ｉ ｈ ｔ ｒ ｌｎ ｈ ｉｅ ｍｅ ｏ ｈ ｉ
１ 引 言
无线传感器 网络是 由具有感 知能力 、计算 能力和 通信能 力的微型传感 器节 点组成 ，可广泛地应 用于国 防军事 、国家安全 、环境监测 、交通 管理 、医疗 卫生、 反恐抗 灾等领 域。 由于节 点的 电源通 常不 可更换 ，网
络 的能耗直 接决定 网络 的生存 时 间， 因此 如何 充分 发
ｒ ｃ ａ ｇ ｌｒｆｅｄ ｓ ｎ ｏ ｅｗｏ ｋ ｎ ｔｉ ｃ ｅ ， ｅ ｗｉ ｔ ｆｔ ｅ ｌｙ ｒ ｎ ｏｍｍｕ ｉａ ｏ ａ ｉ ｓｃ ｎ ｂ ｅ ｔｎ ｕ ａ ｉｌ ｅ ｓ ｒｎ ｔ ｒ ．Ｉ ｓ ｓ ｈ ｍｅ ｔ ｄ ｏ ａ ｅ ｓａ ｄ ｃ ｈ ｈ ｈ ｈ ｎｃｔ ｎｒｄｕ ａ ｅ ｉ ｃ ｍｐ ￣ｄ ａ ｃ ｒ ｉｇ ｔ ｏ ｅ ｎ ｒ ｙ ｃ ｎ ｕ ｔ ． ｎ ｅ ｈｅ ｅ ｅ ｇ ｏ ｓ ｍｐ ｏ ｆｔ ｅｎ ｔ ｏ ｋ ａ ｅ ｏ ｕ ｃ ｏ ｄｎ ｏ ｎ ｄ ｓｅ ｅ ｇ ｏ ｓ ｍｐ ｏｎ Ｈｅ ｃ ，ｔ ｎ ｒ ｙ ｃ ｎ ｕ ｔ ｎ ｏ ｅ ｉ ｉ ｈ ｗ ｒ ｓｃ ｎ ｂ ｂ ｌｎ ｅ ｆｅ ｔ ｅ ｙ Ｓｉ ｌｔｏ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ａ ｅ ａｇ ｒｔ ｍ ｏ ｄ ｅ ｆ ｃｉ ｅｙ ｅ ｔｎ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｏ ｅ ａ ａ ｃ ｄ ｅ ｆｃ ｖ ｌ ． ｍｕ ａ ｎ ｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ｔｔ ｌ ｏ ｉ ｉ ｉ ｈ ｈ ｈ ｃ ｕｌ ｆｅ ｔｖ ｌ ｘｅ ｄｔ ｉ ｔ ｆｔ ｈ ｆｉ ｈ
挥 电源有效性 、延长无线传感 器网络 生存时间是一个
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｅｌ ｅ ｍｅｏ ｒｌｓ ｅ ｓｒｎ ｔ ｒ ＷＳ ｓｒ ｃ： ｈ ｉ ｔ ｆａｗｉ ｅ ｓｓｎ ｏ ｅｗｏ ｋ（ Ｎ）ｄｒｃｌ ｉｓｉ ｈ ｏ ｒｃ ｎ ｕ ｔ ｎ ｏ ｅｎ ｔ ｒ ． ｆｉ ｅ ｉ ｔ ｌ ｎ ｔｅｐ ｗｅ ｏ ｓｍｐ ｏ ｆｔ ｅｗｏｋ ｅ ｙ ｅ ｉ ｈ
一种基于功率控制的无线传感器网络MAC协议
ｄ ｉ １ ３ ６ ／ ．ｓｎ １ ０ —６ ５． ０ ０ ０ ． ９ ｏ ：０． ９ ９ ｊ ｉｓ ． ０ １３ ９ ２ １ ． ５ ０ ４
Ｎｅ Ｍ ＡＣ ｐ ｏ ｏ ｏ ａ ｅ ｎ ｐ ｗｅ ｏ ｔｏ ｏ ｒ ｌ ｓ ｅ ｓ ｒ ｎ ｔ ｒ ｓ ｗ ｒ ｔ ｃ ｌｂ ｓ ｄ ｏ ｏ ｒｃ ｎ ｒ ｌｆ ｒｗｉｅ ｅ ｓ ｓ ｎ ｏ ｅｗｏ ｋ
曾斌军 ， 费耀平 ， 李 敏 ，陶志坚
（ 中南 大学 信 息科 学与 工程 学院 ，长 沙 ４ ０ ０ ） １０ １
摘
要 ：提 出 了一种 基 于功率控 制 的无 线传 感 器 网络 ＭＡ Ｃ协 议 ， 据 节点接 收 阈值 ， 算 出节点 发 送 最优 功 根 计
率， 在根 本上 减 小发送 功率从 而 节省节 点能 量 。为 了减 少节点 间的碰 撞 ， 引入 了 自适 应 调 整竞 争 窗 口和 快速 退
Ａｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ： Ｔ ｓ ｐ ｐ ｒｐ ｅ ｅ ｔ ｄ ａｂａ ｉ ｎ ｐｏ ｒｃ ｎｔｏ ｒｌ ｓ ｅｎ ｏ ｅｗｏｋｓＭ ＡＣ ｏｏ ｏ ．Ｔｈ ｓｐ ｏｏ ｏ ｓ ｄ ｔｅ ｎ ｄ ｈｉ ａ ｅ ｒ ｓ ｎ ｅ ｓｎｇｏ ｗｅ ｏ ｒ ｌｗｉｅｅ ｓｓ ｓ ｒｎ ｔ ｒ ｐｒ ｔｃ １ ｉ ｒ ｔｃ ｌｕ ｅ ｈ ｏ ｅ ｒｃ ｉｅ ｔｒ ｓ ｏｄ ｖ ｌｅ，ｔ ｎ ｃ ｌ ｌｔｄ ｔ ｐｉ ｚ ｒ ｎｓ ｓｉｎ ｐ ｗｅ ． Ｉ ｏ ｌ ｌｉ ｔｌ ｅ ｕｃ ｄ ｏ ｓ ｍ ｅ ｅ ｅ ｇ Ｉ ｅ ｅ ｖ ｈ ｅ ｈ ｌ ａｕ ｈｅ ａｃｕａｅ ｈｅ ｏ ｔｍｉｅ ｔａ ｍｉｓｏ ｏ ｒ ｔｃ ｕ ｄ ｕ ｔｍａｅｙ ｒ ｄ ｅｎｏ ｅ ｃ ｎ ｕ ｎ ｒｙ． ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｅ ｕ ｈ ｏ ｌｓｏ ｅｗｅ ｎ ｎ ｄ ｎ ｈ ｒ ｔ ｆｔ ｄ ｅｌｓｅ ｉ ｇ ｔｍｅ．ｉ ａ ｄ ｄ ｓ ｌ－ｄａ ｔｖ ｏ ｅ ｔｏ ｎ ｗ ｒ ｅ ｏ ｒ ｄ ｃｅｔ ｅｃ ｌｉｉｎ ｂ ｔ ｅ ｏ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｄｕ ａｉ ｏ ｈｅ ｉｉ ｉｔｎ ｎ ｉ ｏｎ ｔ ｄ ｅ ｅｆａ ｐ ｉｅ ｃ ｎｔｎ ｉｎ ｗｉｄｏ
无线传感器网络中基于分簇的能耗优化算法研究
无线传感器网络中基于分簇的能耗优化算法研究无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）是一种由许多分布式，具有感知、处理和通信能力的传感器节点组成的智能传感系统。
传感器节点通过无线通信进行信息交换和协作，并将采集到的信息传递给应用系统或用户。
由于传感器节点部署环境通常是固定的，而且大多数情况下传感器节点所需的能源来源是有限的，因此如何减少无线传感器网络的能耗成为无线传感网络研究的一个重要问题。
分簇技术是解决无线传感器网络能耗问题的一种有效手段之一，该技术将传感器节点按照一定的规则分成多个簇，将簇头选举出来，并通过簇头对传感器节点进行协调和管理，这样可以达到减少能耗、延长网络寿命的效果。
目前，基于分簇的能耗优化算法是无线传感器网络能耗优化研究的重点方向之一。
无线传感器网络中基于分簇的能耗优化算法研究从以下几个方面进行探究：1.簇头选举算法研究簇头选举算法是分簇技术中的核心问题，如何选取具有较好的能力和生存能力的节点作为簇头，对于提高整个网络的能量效率至关重要。
目前，常用的簇头选举算法有轮流选簇、基于能量阀值的选簇、基于节点距离和能量等级的选簇、基于负载均衡的选簇等方法。
不同的选簇算法，适用于不同的网络场景，选择合适的选簇算法对于改善无线传感器网络的能源消耗有着非常重要的作用。
2.簇形成算法研究簇形成算法是指按照一定的原则把传感器节点分成若干个簇的算法。
目前，K-Means 算法和 LEACH 算法是最为典型的簇形成算法。
K-Means 算法在线聚类算法，算法计算复杂度较低，在分簇效果上也比较优秀。
在该算法下，传感器节点通过协作完成数据采集和处理的任务，并将数据传输给簇中的簇头节点，簇头节点负责数据的集中存储和处理。
该算法的缺点是不适合大规模无线传感器网络，且对物理环境要求较高。
LEACH 算法是一种基于概率型轮询策略的簇形成算法，LEACH 算法中每个节点节点有相等的概率成为簇头，有效降低了能量损失，且具有良好的网络负载均衡性。
黑大学习无线传感网络课后答案
第一章、概述1.无线传感器网络系统通常包括哪三种节点？无线传感器网络系统通常包括：传感器节点（sensor node ）汇聚节点（sink）管理节点2.简述传感器节点结构，并指出各个功能模块的功能？传感器模块：信息采集、数据转换处理器模块：控制、数据处理、网络协议无线通信模块：无线通信，交换控制信息和收发采集数据能量供应模块：提供能量3.无线传感器网络的特点是什么？大规模网络自组织网络动态性网络可靠的网络应用相关的网络以数据为中心的网络4.在无线传感器网络中，传感器节点的限制有哪些？电源能量有限通信能力有限计算和存储能力有限5.无线传感器网络的三个基本要素是什么？无线传感器网络的三个基本要素：传感器，感知对象，观察者6.什么是无线传感器网络？无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，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。
第二章、拓扑控制1.网络拓扑控制与优化的意义？1）减少节点间通信干扰，提高网络通信效率2）为路由协议提供基础3）影响数据融合4）弥补节点失效的影响5）影响整个网络的生存时间2.无线传感器网络常见的拓扑结构包括哪两个？每种拓扑结构所采用的主要拓扑控制方法是什么？无线传感器网络常见的拓扑结构包括平面网络结构和分层网络结构。
无线传感器网络拓扑控制研究主要可以分为两大类:平面型网络中的节点功率控制和层次型网络拓扑中的分簇算法。
3.列举几个典型的节点功率控制算法典型算法如:本地平均算法LMA本地邻居平均算法LMN基于邻近图模型的DRNG算法、DLSS算法等。
4.列举几个典型的分簇算法。
典型算法如:低能量自适应分簇机制LEACH基于地理位置的分簇算法GAF算法TopDisc算法等第三章、通信与组网技术1.无线传感器网络物理接口的四个特性是什么？①机械特性;②电气特性;③功能特性;④规程特性。
2.无线通信物理层的主要技术包括哪几个？无线通信物理层的主要技术包括介质的选择、频段的选择、调制技术和扩频技术。
无线传感器网络中的节能算法和策略
无线传感器网络中的节能算法和策略随着物联网技术的快速发展，无线传感器网络在各个领域得到了广泛的应用。
然而，由于无线传感器节点的能量有限，如何有效地利用能量成为了无线传感器网络设计中的一个重要问题。
为了延长网络的生命周期，研究人员提出了各种各样的节能算法和策略。
一、功率控制算法功率控制是无线传感器网络中最基本也是最常用的节能策略之一。
它通过调整节点的传输功率，使节点之间的距离减小，从而降低能量消耗。
常见的功率控制算法有自适应功率控制算法和分层功率控制算法。
自适应功率控制算法根据节点的位置和距离调整传输功率。
当节点之间的距离较近时，降低传输功率，以减少能量消耗；当节点之间的距离较远时，增加传输功率，以保证通信质量。
这种算法能够在不同环境下自动调整功率，从而实现节能的目的。
分层功率控制算法将网络划分为多个层次，每个层次的节点具有不同的传输功率。
一般来说，网络中心的节点具有较高的传输功率，而边缘节点的传输功率较低。
这种算法可以根据节点的位置和任务要求，灵活地调整传输功率，从而降低整个网络的能量消耗。
二、数据聚合算法数据聚合是无线传感器网络中常用的一种数据处理方法。
它通过将相邻节点的数据进行合并和压缩，减少无线传输的数据量，从而降低能量消耗。
常见的数据聚合算法有基于路由的聚合算法和基于数据内容的聚合算法。
基于路由的聚合算法通过选择合适的路由路径，将相邻节点的数据进行合并和压缩。
这种算法可以减少网络中的冗余数据传输，降低能量消耗。
同时，它还可以提高网络的带宽利用率，提高数据传输的效率。
基于数据内容的聚合算法根据数据的内容进行聚合。
它通过检测相邻节点的数据内容，将相似的数据进行合并和压缩。
这种算法可以减少网络中的冗余数据传输，降低能量消耗。
同时，它还可以提高数据传输的可靠性，减少数据传输的错误率。
三、睡眠调度算法睡眠调度是无线传感器网络中常用的一种节能策略。
它通过合理地调度节点的睡眠和唤醒时间，降低能量消耗。
无线传感器网络的自组织与分簇控制方法
无线传感器网络的自组织与分簇控制方法无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是一种由大量分布在空间中的无线传感器节点组成的网络系统。
它具有自组织、自适应和自修复等特点，广泛应用于环境监测、智能交通、农业控制等领域。
在WSN中，节点之间的通信和协调是实现网络功能的关键。
自组织是WSN中的一个重要特性，指的是节点之间通过无线通信自动形成网络拓扑结构。
自组织能够提高网络的可靠性和适应性，降低网络部署和维护的成本。
在WSN中，自组织通常通过分簇控制方法实现。
分簇控制是WSN中的一种重要机制，它将节点分为若干个簇（Cluster），每个簇由一个簇头节点（Cluster Head）负责管理。
分簇控制可以提高网络的能效和可扩展性，减少网络中的冲突和能量消耗。
下面将介绍几种常见的分簇控制方法。
一种常用的分簇控制方法是基于距离的分簇（Distance-based Clustering）。
该方法根据节点之间的距离将节点划分为不同的簇。
具体来说，节点选择离自己最近的簇头节点作为自己所属的簇。
该方法简单有效，但容易导致簇头节点负载不均衡的问题。
为了解决负载不均衡的问题，一种改进的方法是基于能量的分簇（Energy-based Clustering）。
该方法根据节点的能量水平将节点划分为不同的簇。
具体来说，能量较高的节点更有可能成为簇头节点。
该方法能够均衡地分配节点的能量负载，延长网络的寿命。
除了距离和能量，节点的位置信息也可以用于分簇控制。
一种基于位置的分簇方法是基于虚拟网格的分簇（Grid-based Clustering）。
该方法将网络空间划分为若干个虚拟网格，每个网格由一个簇头节点负责管理。
节点选择离自己所在网格中心最近的簇头节点作为自己所属的簇。
该方法能够减少节点之间的通信开销，提高网络的效率。
另一种基于位置的分簇方法是基于分布的分簇（Distribution-based Clustering）。
一种结合功率控制的无线传感器网络区域定位算法
ＬＩＦａｎ ｒ ｉ ， ｇ— ｎ ａ ＧＯＮ Ｇ —ａｉ，Ｈ ａｎ Ｐｉ ｇ Ｓｉ ｌ ｎ
（ ｃｏ ｌ ｆｉｆ ｒ ａ ｉｎｅ ｇｎｅｉｇ，Ｗｕ ａ ｎｖｒｉ ｆ Ｔ ｃ ｎｌｇ Ｓ ｈ ｏ ｏｍ ｔ ｎ ｉｅｒｎ ｏ ｎ ｏ ｈ ｎＵ ｉｅｓｔ ｏ ｅｈ ｏｏ ｙ，Ｗｕ ｎ４ ０ ７ ， ｈｎ ） ｙ Ｈａ ３ ０ ０ Ｃ ｉｎ
ｈ ｎ ｅ ｔ ｅｒ ｌ ｂｌ ｙｏ ｅ ｗｏ ｋ Ａｔｌｓ ，ｔ ｅｔ ｅ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｒ ｓ ｌ ｏ ｌｏ ｉｈ ｉ ｈ ｗｎ ａ ｄ ａ ａｙ ｅ ． ａ ｃ ｈ ｅｉ ｉ ｔ ｆｎ ｔ ｒ ． ａ ｉ ａ ｔ ｈ ｈ ｉ ｌｔ ｅ ｕ ｔ ｆａｇ ｒｔ ｍ Ｓｓ ｏ ｎ ｎ ｌｚ ｄ ｏ
＊
李 方敏 ， 思来 ，韩 屏 龚
（ 武汉理工大学信息工程学院 ， 武汉 ４ ０ ７ ） ３ ０ ０
摘 要 ： 在无线传感器网络中， 获取传感器节点的位置信息对于许多相关的应用十分重要。首先分析了现有的无线传感器
网络定位算法 ， 然后提 出了一种结合功率控制的区域定位算法（ Ｐ ， ＡＬ Ｃ）该算法将传感器节 点的位置 估计在一个小 区域 中， 而 不是寻找它的精确 坐标 ， ｓ ｋ节点完成复杂的计算 ， 由 ｉ ｎ 传感器节点无 需进行 大量 的通 信和计算 ， 省 了能 量并延 长 了网络 的 节 寿命 ； 根据实测数据讨论 了时空域对信号传播模型的影响 ， 以及 这种影 响如何 改变定 位粒度 ； 利用 区域命 名机制减 小 了网络
无线传感器网络中一种能量有效的分簇组网算法
关键 词 ： 无线传感器网络； 分簇； 簇树； 生成树 ； 极小支配集
中图分类 号 ： Ｎ １ ． ３ Ｔ ３ ３ ０ Ｔ ９ ５０ ；Ｐ ９ ．３
文 献标 识码 ： Ａ
文章编 号 ：０ ４１ ９ （ ０ ７ ０ ．３ ７ｏ １０ —６ ９ ２ ０ ） ２ｏ ７ ．５
Ｅｎｅ ｇ ． ｒ Ｙ Ａｗａ ｅ Ｈｉｒ ｒ ｈｉａ ｕ ｔｒｎ ｇ ｒｔ ｍ ｏ ｉｅｅ ｓＳ ｎｓ ｒＮｅｗｏ ｋｓ ｒ ｅ ａ ｃ ｃ ｌＣｌ ｓｅ ｉ ｇ Ａｌ ｏ ｉｈ ｆ ｒＷ ｒ ｌｓ ｅ ｏ ｔ ｒ
ＳＵＮ ｕ ｇ ｎ ． Ｙ －ｅｇ ＺＨ ＯＵ ｉ Ｙ ｎ，ＢＩ ＡＮ ｉｎ ａ Ｗ Ｕ ｉ ｏ ｇ ａ ｇ Ｇｕ — ｉ ｎ， Ｘ ａ—ｕ ｎ
传感器技术、 微机电系统 、 计算机技术及无线通 信等技术的飞速进步 ， 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 理及无 线 通信 等 多 种 功 能． 线 传感 器 网络 无
就 是 由部署 在监 测 区域 内大量 的微 型传感 器节 点组
ｗｉｌｂ ｅｅ ｔ ｄ ａ ｌ ｓｅ ｅ ｄ ｏ ｅａ ｏ ｅ ｐ ｅｅ ｅ ｔ ｌ ｌ ｅ ｓ ｌｃｅ ｓ ｃｕ ｔ ｒｈ ａ ｒｒ ｌｙ ｎ ｄ ｒｆ ｒｎ ｉ ｌ ａ ｙ，ｆｎ ｌ ， ａ ｅ ｌ ｓｅ ｒ ｅ ｈ Ｉ ｉ ａｌ ｗｅ ｃ ｎ ｇ ｔａ ｃｕ ｔｒ ｔｅ ，ｔ ｅＳ ＮＫ ｙ ｎ ｄ ｓ ｔ ｅ ｂ ｏ ． ｈ ｉ ｅ ｈ ｌｏ ｉｈ ｉ ｘ ｃ ｔ ｄ ｐ ｒｏ ｉａ ｌ Ｓ ｉｈ ｙ ｅｆｃｅ ｔｃ ｍｍ ｕ ｉａ ｉｎ ｏ ｅ ｉ ｈ ｏ ｔ Ｏｎ ｔ ｅ ｓｄ ，ｔ ｅ ａｇ ｒｔ ｍ ｓ ｅ ｅ ｕ ｅ ｅ ｉｄ ｃ ｌ ｙ， Ｏ ａ ｈｇ ｌ ｆｉｉｎ ｏ ｎｃｔ ｏ
无线传感器网络中一种基于接收功率异常的入侵检测算法
第36卷 第3期2009年3月计算机科学Comp uter Science Vol.36No.3Mar.2009到稿日期:2008204217 本文受国家985工程项目(基于网格的高性能计算与复杂系统仿真平台建设)资助。
王 骐(1970-),讲师,博士研究生,主要研究方向为无线传感器网络安全、嵌入式系统应用等,E 2mail :wangqi_wh @ ;王 殊(1956-),教授,博士生导师,主要研究方向为无线传感器网络、智能信号检测、传输、处理及应用等;孟中楼(1976-),博士研究生,主要研究方向为人工智能与生物仿生。
无线传感器网络中一种基于接收功率异常的入侵检测算法王 骐1,2 王 殊1 孟中楼1(华中科技大学电子与信息工程系 武汉430074)1 (湖北第二师范学院物理与电子工程系 武汉430074)2摘 要 虽然静态传感器节点计算能力和通信能力较差,但是它们具有自己独特的特征,可以获取比较稳定的临域节点信息。
利用这个特征可以检测网络异常情况以及临域节点的通信行为,为传感器网络提供安全保障。
为了使传感器节点能够检测出入侵者,需要先建立一种简单的基于临域节点的动态统计模型,然后用一种低复杂度的检测算法监测已接收到的数据包的接收功率。
首先介绍了一种基于无线传感器网络安全的入侵检测算法,然后介绍了一种基于该算法的节点协作检测技术,节点协作指的是对攻击的联合确认,以及邻居节点共同反抗入侵者的协作行为。
关键词 无线传感器网络,接收功率异常,入侵检测算法仿真,节点协作检测技术中图法分类号 TP301.6 文献标识码 A Intrusion Detection Algorithm B ased on R eception Pow er Anom aly in Wireless Sensor N et w orksWAN G Qi 1,2 WAN G Shu 1 M EN G Zhong 2lou 1(Depart ment of Electronics and Information Engineering ,Huazhong University of Science and Technology ,Wuhan 430074,China )1(Depart ment of Electronics and Physics Engineering ,Hubei University of Education ,Wuhan 430074,China )2Abstract Although static sensor nodes have low computation and communication capabilities ,but they have specific properties ,and can acquire stable neighborhood information ,which can be used for detection of anomalies in networking and behaviors of the neighbor nodes ,to provide security for wireless sensor network.To make a sensor node capable of detecting an intruder ,a simple dynamic statistical model of the neighboring nodes is needed to build ,with a low 2com 2plexity detection algorithm to monitor received packet power levels.A detection algorithm based on security scheme for wireless sensor networks was introduced ,and then a novel node cooperative detection technology based on this detection algorithm ,which refers to affirm and stand against intrusion together ,was proposed.K eyw ords Wireless sensor networks ,Reception power anomaly ,Intrusion detection ,Algorithm simulation ,Node coope 2rative detection technology 1 引言无线传感器网络是一种特殊的Ad Hoc 移动网络,是一个分布式的感知探测系统,一般部署在无人值守的环境中。
无线传感器网络的关键技术
传感器网络关键技术无线传感器网络作为当今信息领域新研究热点，涉及多学科穿插研究领域，有非感常多关键技术有待发现和研究，下面仅列出局部关键技术。
1、网络拓扑控制对于无线自组织传感器网络而言，网络拓扑控制具有特别重要意义。
通过拓扑控制自动生成良好网络拓扑构造，能够提高路由协议和MAC协议效率，可为数据融合、时间同步和目标定位等很多方面奠定根底，有利于节省节点能量来延长网络生存期。
所以，拓扑控制是无线传感器网络研究核心技术之一。
传感器网络拓扑控制目前主要研究问题是在满足网络覆盖度和连通度前提下，通过功率控制和骨干网节点选择，剔除节点之间不必要无线通信链路，生成一个高效数据转发网络拓扑构造。
拓扑控制可以分为节点功率控制和层次型拓扑构造形成两个方面。
功率控制机制调节网络中每个节点发射功率，在满足网络连通度前提下，减少节点发送功率，均衡节点单跳可达邻居数目；已经提出了COMPOW等统一功率分配算法，LINT／LILT和LMN／LMA等基于节点度数算法，CBTC、LMST、RNG、DRNG和DLSS等基于邻近图近似算法。
层次型拓扑控制利用分簇机制，让一些节点作为簇头节点．由簇头节点形成一个处理并转发数据骨干网，其他非骨干网节点可以暂时关闭通信模块，进入休眠状态以节省能量；目前提出了TopDisc成簇算法，改良GAF虚拟地理网格分簇算法，以及LEACH和HEED等自组织成簇算法。
除了传统功率控制和层次型拓扑控制，人们也提出了启发式节点唤醒和休眠机制。
该机制能够使节点在没有事件发生时设置通信模块为睡眠状态，而在有事件发生时及时自动醒来并唤醒邻居节点，形成数据转发拓扑构造。
这种机制重点在于解决节点在睡眠状态和活动状态之间转换问题，不能够独立作为一种拓扑构造控制机制，因此需要与其他拓扑控制算法结合使用。
2．网络协议由于传感器节点计算能力、存储能力、通信能量以及携带能量都十分有限，每个节点只能获取局部网络拓扑信息，其上运行网络协议也不能太复杂。
通信系统中的功率控制与功率分配算法
通信系统中的功率控制与功率分配算法一、引言在现代通信系统中，为了提高信号传输质量、降低干扰以及节省能源，功率控制与功率分配算法成为至关重要的技术。
本文将讨论通信系统中的功率控制与功率分配算法的原理、应用以及挑战。
二、功率控制算法功率控制是指在通信系统中根据信道环境、用户需求和系统资源情况，自动或人工调整发送功率的算法。
其目的是使接收信号质量达到一定水平，以满足通信质量要求的同时，尽量减少功耗。
1. 基于闭环的功率控制算法基于闭环的功率控制算法通过接收信号质量反馈实现功率的动态调整。
其中，经典的算法有迭代最小二乘法（ILS）和循环功率控制算法（CPC）。
通过周期性的信号质量测量，这些算法可以根据信道衰落、多径干扰等因素对发射功率进行实时调整。
2. 基于开环的功率控制算法基于开环的功率控制算法不依赖于接收信号质量反馈，而是根据系统需求和预测模型进行功率控制。
例如，在无线传感器网络中，传感器节点根据网络拓扑、目标距离和目标速率等因素计算合适的发送功率。
三、功率分配算法功率分配算法是指在多用户场景下，合理分配有限的功率资源，以提高系统容量和公平性。
常见的功率分配算法包括最大信干比（SINR）和最大求和速率（Sum Rate）等。
1. 最大信干比功率分配算法最大信干比功率分配算法通过优化功率分配和资源分配，以最大化接收信号质量与抑制干扰的比值。
通过对每个用户的信道状态信息进行测量和反馈，系统可以动态调整功率分配策略以满足不同用户的需求。
2. 最大求和速率功率分配算法最大求和速率功率分配算法考虑到整体系统的吞吐量，基于每个用户的信道质量和信道容量来动态分配功率。
通过最大化用户的吞吐量总和，这种算法可以在保证公平性的前提下，提高整个系统的传输效率。
四、挑战与未来趋势尽管功率控制与功率分配算法在通信系统中发挥着重要作用，但面临着以下挑战和未来发展趋势：1. 多用户干扰管理：随着用户数量的增加，干扰管理变得更加复杂。