基于交叉层的无线传感器网络协议

无线传感器网络节点采用电池供电,能量有限。很多情况下电池无法更换,网络中的节点会因能量耗尽而失效。节点的主要能耗是网络通信开销,因此,设计低能耗的网络协议成为无线传感器网络研究的核心问题之一。描述了无线传感器网络的主要能量消耗来源,介绍了Cross-layer设计思想和协议结构,对在Cross-layer框架下开发相关网络协议的能量有效性进行了必要的分析。     

基于非理想电池模型能量收集无线传感器网络的链路调度

近年来,为了解决传感器节点能量受限问题,能量收集无线传感器网络成为了研究热点。针对传感器节点中电池存在容量有限、充放电损耗和能量泄漏等不足,提出了非理想电池模型的收集 使用 存储能量存储结构。综合路由、链路调度和能量分配3个方面建立数学模型,通过求解混合整数线性方程的方法得到最短帧长,从而提升网络吞吐量。仿真实验表明,充放电效率从0.6提高至0.9,帧长最多可减少48%;能量泄漏速率从0.04降低至0.01,帧长最多可减少33%;而扩大电池容量对帧长基本无影响。对比收集 存储 使用能量存储结构,帧长最多可减少11%,从而验证了利用所提方法,可以提高充放电效率,降低能量泄漏速率,大幅度提升网络吞吐量。     

无线传感器网络中一种能量有效的数据存储方法

如何有效地对传感器在过去历史时间段内采集的大量感知数据进行存储,以备将来的信息查询和数据分析已经成为无线传感器网络应用面临的一个难题.介绍了一种基于树型路由的分布式数据存储方法,通过采用动态规划方法选择存储节点,使存储节点能量均衡和所有节点能耗之和最小,从而达到整个无线传感器网络能量有效.仿真实验结果表明,这种数据存储方法能够获得较好的能量均衡和总能耗较小,从而有效地延长整个无线传感器网络的生命周期.     

一个能量收集无线传感器网络路由协议

针对周期性数据收集无线传感器网络应用,提出一个能量收集无线传感网络路由协议EHRP,以高效的能量估计和链路评估为基础,通过基于收集能量优先的选路实现多跳报文转发,构建起能量均衡消耗的多跳传感器网络.仿真结果表明在具有能量收集能力的传感器网络中,EHRP能够充分利用节点的能量收集能力,实现网络能量均衡,延长网络的生命周期,同时提高了数据传输的可靠性.     

环境能量收集技术及其在无线传感器网络中的应用

针对目前无线传感器网络不能长时间工作、更换电池不易等问题,为了提高其工作生命周期,对环境中可易收集到的三种微能源的特点和收集方式进行了分析,并且根据无线传感器节点所处外界环境的特点,给出了一种能同时采集这三种环境微能源的低功耗能量管理系统,来实现能量的充分利用。实验表明,从多个来源进行收集增加了能量供应的可靠性,能够让无线传感器节点长期稳定工作。     

无线传感器网络基于能量效率的系统设计

无线传感器网络是传感技术、计算技术和通信技术的融合.由于传感器节点的能量限制,能量效率是设计无线传感器网络所关注的一个主要内容.文章主要研究网络节点如何配置使系统能量效率提高.通过对传感器节点无线通信能耗模型的扩展,在两种线性网络模型下,分析并仿真实现了多数据源负载时的系统能耗;通过对比分析,在无线传感器网络节点配置时,提出两种有效可行的配置机制:节点等间距放置和优化间距放置.这两种机制对提高能量效率,延长网络寿命提供了很大的帮助.     

能量和移动距离有效传感器网络部署

作为新兴的无线传感器网络具有十分广阔的应用场景,包括军事、环境监测、目标追踪、科学观察和预报等领域.然丽在实现各种网络协议和应用系统时,存在着一些现实约束.比如传感器节点体积微小,通常有能量十分有限的电池;但同时传感器节点个数多、分布区域广、部署区域环境复杂,通过充电或更换电池的方式来补充能源是不现实的,因此节能是无线传感器网络研究的重要目标.无线传感器网络的能量消耗直接决定了网络的使用寿命,通过有效配置传感器网络节点可以合理覆盖感知数据区域,延长网络的生命周期.采用已有传感器感知模型和虚拟力法(Virtual Force Algorithm),假设节点为势力场中的粒子,根据节点间力的作用部署节点,通过改进的虚拟力算法获得均匀的网络部署效果,达到能量有效的目的,使得网络均匀覆盖、延长网络的使用寿命.     

微型温差电池的无线传感器节点自供电系统

伴随全球性的能源危机,利用环境中的动态能量为无线传感器网络供电已经成为一种趋势.本文设计了一个基于BQ25504芯片的无线传感器节点自供电系统,该系统可以在330mV电压下启动,在工作时以最大功率跟踪方式采集低至80 mV的温差能量,并能够动态地将能量通过能量缓冲器电路供给无线传感器节点使用.该系统有效地解决了基于微型温差电池的无线传感器节点自供电的问题.     

无线传感器网络中传感器节点的布置

在无线传感器网络中，传感器节点收集本地数据，通常通过其它节点将数据转发给基站，因而离基站越近的节点，消耗的能量越多．如果采用通常的方法，即均匀布置传感器节点，则基站附近的节点将很快消耗完能量，基站也就无法收集数据．本文通过研究无线传感器网络中的能量消耗，得到了一个布置传感器节点的密度函数，按此函数布置传感器节点可以有效地延长系统的生命期．理论分析和模拟结果表明，本文的布置方案将系统生命期提高到均匀布置方案的3R/2t倍，这里t为传感器节点的通信距离，R为传感器节点的分布区域半径．     

无线传感网中链路级能量有效策略的研究

无线传感器网络是一组带有无线收发装置的传感器节点组成的临时性的网络自治系统,由于无线传感器网络的节点是用有限寿命的电池来提供的,因此能量有效策略成为无线传感器网络研究的关键问题.由于传感节点的能耗主要集中在数据的接收和发送过程,因此研究传感节点之间链路级能量有效策略具有重要意义.主要针对链路级能量有效策略的研究,分析和总结了差错编码和低功耗调制的能量有效策略,提出了新的MAC层协议,并给出了OPNET仿真结果分析.     

低功耗射频唤醒无线传感器网络设计

针对无线传感器网络采用睡眠/唤醒机制来实现低功耗时,不可避免地引起网络响应时延的问题.在波束供电技术的基础上提出了无线传感器网络低功耗射频唤醒机制,给出了低功耗射频唤醒无线传感器网络节点的硬件结构和详细设计.节点通过从电磁波中获取能量来及时地唤醒自己,以达到提高实时性的目的.性能分析表明低功耗射频唤醒无线传感器网络节点比采用传统睡眠/唤醒机制的节点具有更高的实时性和更低的功耗.     

移动低占空比无线传感网中数据收集的研究进展

移动低占空比无线传感网(Mobile Low-duty-cycle Wireless Sensor Networks,MLDC-WSN)是一种新型的传感器网络,它能克服传统无线传感网络(WSN)中仅考虑静态网络、网络能耗大等问题。但是,MLDC-WSN的新特性给数据收集应用带来了新的挑战,例如:移动性会导致网络拓扑结构不断改变,造成网络连通性不稳定;节点的苏醒时间短,造成通信延迟大。针对MLDC-WSN中数据收集的研究现状进行了分析和对比,分别从节点移动性管理、节点睡眠调度、数据收集协议等3个方面进行了综述。此外,还总结了该领域中待解决的重要科学问题,并对未来的研究方向进行了展望。     

一种高效低能耗移动数据采集与无线充电策略

在无线可充电传感器网络（wireless rechargeable sensor network,简称WRSN）中,所面临的一项重要挑战是如何在高效收集传感器节点数据的同时,降低网络整体能量消耗.大多数现有数据收集策略或是不能适应大规模的充电传感器网络,或是没有充分考虑到传感器节点能量补充的问题,这将严重降低网络的通信量和生命周期.为此,针对WRSN中数据收集和网络能耗的问题,提出使用数据收集小车（data collection vehicle,简称DCV）和无线充电小车（wireless charging vehicle,简称WCV）分别负责数据收集和节点充电,从而在优化数据收集的同时,保证网络的持续性.首先,为了提高数据收集和充电效率,根据传感器节点的邻域相似度以及节点之间的距离,将网络自适应划分为多个子区域;随后,根据传感器节点k跳路由之内的电池能量和节点社交性,选择各个区域内数据收集锚点;接着,通过分析传感器节点自身能量消耗与网络系统能耗之间的关系,设计了网络能耗优化函数,通过对偶分解和次梯度的方法求得优化函数的最佳节点感知率和物理链路传输率;最后,实验验证了该网络不仅能有效降低网络整体能耗,而且具有较低的节点死亡数目.     

一种适用于无线传感器网络的功率控制MAC协议

功率控制技术通过减少节点的发射功率来降低能耗,但节点间不对称的发射功率会增加网络的冲突概率并降低吞吐量.根据实际环境中的节点部署情况,引入了基于Pareto分布的系统模型.研究了传感器网络中功率控制技术在节省能量方面的性能,提出了一种基于SMAC(sensor-MAC)可适用于无线传感器网络的功率控制MAC(media access control)协议.此协议使用功率控制调度算法选择最优相邻节点,使网络中节点的拓扑连接得到优化,在保证网络连通性的同时,降低通信的冲突率,扩大网络的吞吐量.信息的传递以最优功率发射,并使通信节点具有反作用冲突节点的能力,从而在降低网络能耗的同时保证了节点间通信的公平性.实验仿真结果显示,与现有的几种重要方案相比,新的功率控制MAC协议使网络具有了更大的有效吞吐量及更长的生存时间.     

Energy efficient approximate self-adaptive data collection in wireless sensor networks

To extend the lifetime of wireless sensor networks, reducing and balancing energy consumptions are main concerns in data collection due to the power constrains of the sensor nodes. Unfortunately, the existing data collection schemesmainly focus on energy saving but overlook balancing the energy consumption of the sensor nodes. In addition, most of them assume that each sensor has a global knowledge about the network topology. However, in many real applications, such a global knowledge is not desired due to the dynamic features of the wireless sensor network. In this paper, we propose an approximate self-adaptive data collection technique (ASA), to approximately collect data in a distributed wireless sensor network. ASA investigates the spatial correlations between sensors to provide an energyefficient and balanced route to the sink, while each sensor does not know any global knowledge on the network.We also show that ASA is robust to failures. Our experimental results demonstrate that ASA can provide significant communication (and hence energy) savings and equal energy consumption of the sensor nodes.     

一种新型唤醒机制的无线传感器网络节点设计

寿命过短一直困扰无线传感器网络(WSNs)与实际应用结合的难题。通过对WSNs工作效率低问题的研究,提出了一种新型射频唤醒机制的WSNs节点的设计方法,对降低节点的功耗和延长WSNs的寿命都有帮助。详细说明了节点设计的硬件结构和软件中的程序流程。可行性分析论证了节点的实用性和低功耗特性。     

基于无线传感器网络的安全网络运行环境构建

无线传感器网络被广泛应用到了军事和民用领域,安全问题始终是无线传感器网络需要突破的重要瓶颈,目前安全机制主要针对单一的攻击行为或针对攻击的某个阶段进行防护,没有形成一套完整的计算环境的安全保护机制。针对上述问题,提出了一种无线传感器网络安全运行环境构建方案,充分考虑无线传感器节点的计算能力及能耗,静态度量和动态度量相结合,主、被动相结合保障无线传感器网络组网和运行过程中计算环境的安全。仿真实验表明,该方案可以有效识别恶意节点,能耗较低,能够确保少量节点遭到攻击时全网仍能正常运转。     

面向车辆环境的WSN能效优化

面向车辆环境的WSN组网可有效降低现有汽车有线连接的布线复杂度和提高车辆集成效率。车载有线网络升级为无线互联的过程中,模块节点的供电是个问题,为解决这个问题,节能必不可少,而且节能和环保也是绿色新能源汽车的发展趋势。为此,面向不同业务类型的传输速率需求,首先提出了基于WSN的车载多制式无线组网方案,实现车内数据的无线采集和传输;然后基于Atmel开发平台,提出了基于节点睡眠唤醒的节能机制;最后设计了多节点能耗测试方案,验证了所提节能机制的有效性。实验结果表明,所提节能机制可使网络节点具有较低的功耗,有效延长了节点的生命周期。     

一种支持多分辨率查询的数据存储策略

减少空闲侦听是延长无线传感网络生命周期的有效途径。文章分析了无线传感网络在数据处理和数据传输时的能耗问题,提出了一种支持多分辨率查询的数据存储策略。该策略是将指定区域内所有无线传感节点的工作时槽以一种蛇形排列方式进行分配,使各节点周期性地进入睡眠或侦听状态。在任意时刻,有且仅有两个传感节点处于工作状态,既保证了系统的可靠性,又降低了系统的开销。仿真实验表明,该方法减少了空闲侦听,降低了传感器的能耗,有效延长了网络的生命周期。     

无线传感器节点实时能耗监测

无线传感器网络设计的关键技术环节之一是低功耗。首先要准确地检测到运行时各模块的能量消耗,然后才能够进行控制优化。然而,应用上的需求千差万别,导致硬件平台的多样性。本文选取无线传感器网络领域节点能量消耗检测作为研究方向,提出了一种便携的无线传感器节点能耗数据采集装置,能够实时采集节点的电压、电流信息。针对当前研究集中于仿真模拟,这种装置可用于实际环境的能量消耗检测,检测精度高。在MicaZ节点上的实验结果表明,该系统能以较高精度监测节点的能量效率。实际测量发现,传感器网络中传感器能耗也属能量消耗的一部分,且消耗量不可忽视,为今后的研究改进提供了新的参考。