基于TDMA技术的无线传感器网络时间同步新方法

时间同步技术对于无线传感器网络的正常工作以及运转效率来讲都至关重要,是不可或缺的一环。传统的时间同步算法主要针对于节点信息包传输过程中的时间延迟和节点时钟的偏移和漂移,但由于很多复杂因素的影响,这一类时间同步算法的同步精度都不是很高。对此,将时分多址（TDMA）技术用于无线传感器网络的时间同步,网关节点发送信标通知各节点时隙分配,并且利用了节点侦听使得那些不在网关通信半径内的节点也能获取到时隙的情况,各节点在自己分配得到的时隙内发送消息。最后将媒体访问控制（MAC）子层的TDMA协议与网络层汇聚树协议（CTP）结合,通过对丢包率的计算来分析所提出方法的效果。实验结果表明,应用了TDMA技术后,丢包率明显减小,说明了TDMA对时间同步有很好的效果。     

基于群一致性的大规模无线传感网时间同步

时间同步对无线传感器网络的设计和应用起着至关重要的作用。只有当传感器网络中的所有节点保持同步,用户才能精确的知道在其检测的区域的信息。提出了一种新颖的完全分布式的无线传感器网络时间同步协议,称为GCTS(group consensus time synchronization)。每一个节点通过收集其周围一群节点的时钟信息,然后利用群一致性协议对这些时钟信息进行处理并将此值更新为新的时钟。该协议的优点是完全分布式,并且计算简单,收敛快速,能耗较低。同时利用Lyapunov稳定性理论和图论,对该同步算法的收敛性进行了理论证明。最后将此适合大规模无线传感器网络的协议在MATLAB中实现,其实验结果符合预期分析。     

基于无线公网和ZigBee无线传感器网络技术的输电线路综合监测系统

以无线公网(GPRS/CDMA)和ZigBee无线网络通信技术为基础研发了一套输电线路综合监测系统,该系统把与输电线路相关的各个监测硬件单元分别设计为独立的无线传感器节点,利用无线传感器网络进行数据收集,并通过无线公网把数据传回监测中心。文章详细阐述了监测主机以及用于监测弧垂、输电线温度和绝缘子的无线传感器节点的硬件结构和工作流程。采用ZigBee无线网络技术使得输电线路综合监测系统具有良好的可扩展性、可靠性和安全性,并且便于维护,功耗较低。     

空间相关性的数据收集协议的研究

高密度部署的无线传感器网络中节点间的监测数据具有很高的空间相关性,为有效去除传输数据中的冗余信息,减少网络通信量,提出一种能量感知的分布式抽样的数据收集协议DEAS,该协议在保证插值误差精度的情况下充分利用传感器节点间的数据相关性,通过迭代竞争机制选出近似最优的抽样节点集合来完成网络数据的收集任务。仿真结果表明每一周期的抽样节点更少,网络的能量消耗更加均匀,所提出的协议能有效降低网络能量消耗,与E2K和ODSA 2种协议相比,可延长网络生命周期30%~40%。     

矿井无线传感器网络高效MAC协议研究

针对矿山井下巷道容迟无线传感器网络环境,在EQ-MAC基础上提出一种基于预测接收节点发起传输时间的MAC协议,从而减少发送节点空闲侦听。引入短竞争报文避免接收节点处数据包的冲突,并建立节点退避状态模型对MAC层传输性能进行分析。仿真结果表明提出的MAC协议能较好的满足井下无线传感器网络环境对数据通信和监控可靠性的要求,短竞争报文退避传输机制能有效解决接收节点处数据包传输冲突问题。     

ZigBee技术在城市管网监测系统中的应用

针对目前城市管网运行中存在的问题,提出了一种基于ZigBee技术和GPRS通信网络的市政管网无线监测系统。给出了ZigBee无线传感器节点和网络协调器节点的软件和硬件设计方案。重点介绍了利用动态域名解析实现GPRS模块同监控中心计算机建立通信连接的方法。实验证明,基于ZigBee技术和GPRS通信网络的城市管网无线监测系统实现了监测区域内传感器的密集覆盖,保证了管网数据的实时性、可靠性和完整性。     

可充电的WSNs网络SIC干扰管理工作策略研究

随着无线传感器网络的规模不断扩大,开放信道中的通信干扰与节点能源有限问题严重制约传感器网络性能。研究在星型拓扑结构下可充电无线传感器网络的多用户介入通信干扰管理技术,旨在提高系统吞吐量、频谱和功率利用率,延长网络生命周期。首先针对多用户介入的通信干扰管理技术提出一种启发式的功率分类算法实现并发通信传感器节点的分簇,并对其分类效果进行验证。其次,结合并发无线通信中节点行为特征,引入无线能量补给设备,构建以最大化能量补给设备驻站时间比为目标的跨层优化问题,并将其转化为具有等优性的线性规划问题,进而求解得到无线传感器节点和无线能量补给设备的优化工作策略。仿真和实验证明,在维持传感器网络生命周期的前提下,采用并发通信的干扰管理策略和无线能量补给后,网络的通信能力和功率利用率都得到提升,该仿真场景下充电小车驻站时间占比η_s能达到47%。     

危化品管道非介入式声波泄漏监测传感节点设计

面向危化品输送管道的非介入式声波泄漏检测,介绍了一种基于无线传感网络的非介入式声波泄漏监测传感节点设计方法.传感节点包括传感器及信号调理模块、多节点时间同步模块、数据采集及处理模块和能量捕获模块.利用STM32F407单片机内部基于DMA方式的ADC数据采集和数据串行通信,结合GPS授时实现多节点信号同步采样和定时器校正;利用单片机内部的浮点运算单元实现小波数据压缩,与数据错时发送相结合实现无线数据可靠传输,避免多节点大数据量同时发送导致网络堵塞和数据丢包.测试结果表明:传感节点数据采集准确、通信稳定可靠,为危化品输送管道的非介入式实时泄漏监测提供了一种有效的技术手段.     

基于Zigbee和零序电流增量法的配网单相接地故障定位方法

针对目前配电网单相接地故障定位结果不够准确的问题,提出了基于Zigbee无线技术和零序电流增量法的配电网单相接地故障定位方法。分析了Zigbee无线传感器网络技术以及利用其采集线路零序电流的优势,设计了基于无线传感器网络的单相接地故障定位系统结构,采用了精确时钟协议（PTP）的时间同步算法解决了时间同步性问题, 完成了用于构建无线Zigbee网络的协调器节点和传感器节点的软硬件设计。在实验室环境下,对电流传感器的幅频特性和无线传感器网络实测的线路零序电流进行了实验分析,结果表明,提出的采集分布式线路零序电     

智能配电网无线传感器通信网络的跨层协作控制

为提高智能配电网无线传感器网络通信的实时性和可靠性,提出一种堆栈协议层之间跨层协作的控制模型。以无线传感器网络节点内各个影响因素为概念节点,建立起节点内模糊认知图结构模型,利用隶属关系确定该模型内概念节点之间的影响程度,进而建立整个通信系统的跨层控制模型。控制模型根据网络电力数据的通信状态,通过自学习和训练方法获得各个协议层参数之间的影响权重,实时调整物理层、MAC层、传输层参数以及路由策略相互协作,来保证数据通信的实时性和可靠性。最后对系统的网络接收的数据量、节点队列传输数据的平均延时以及网络的吞吐量等指标进行测试。结果表明,所提出的基于模糊认知图的无线传感器网络跨层协作控制方案符合智能配电网无线传感器网络通信特征,并能够满足其通信实时性与可靠性的需求。     

基于生存周期的自组网同步研究

主从式同步作为TDMA方式下自组网同步方式的一种,因其同步精度高、收敛速度快而被广泛研究.为了提高同步的收敛速度和同步精度,解决已有的主从式同步方法中存在的一些问题,文章利用网络节点的生存周期提出一种新的自组网同步方法.首先结合具体时帧设计和时隙接人详细论述了同步方法的实现过程,随后通过OPNET仿真软件对不同接入情况下所有网络节点的收敛时间和同步精度进行了测试.仿真结果表明即使当节点接入冲突数量达到最大时,在不同的入网状态下,所有节点中最长的同步收敛时间也不超过1 S,并且源节点和距离6跳的节点之间的同步误差只有0.37 ms,验证了同步方法的快速收敛性和精确性.     

基于关键节点备份的多路径可靠路由协议

为了提高无线传感器网络中数据传输的可靠性,设计了一种基于关键节点备份的多路径可靠路由协议（BK-MR-RP）.首先,采用侦听机制来获取邻居节点的路由信息,通过对链路质量和路径相关因子的综合评估选择一条或多条备用路径;其次,针对相关度较高的网络找出路径关键节点,采用节点备份技术对路径关键节点进行备份,以此提高数据传输的可靠性;最后,提出在数据包中添加多个附加位的方式来指示源节点选取的数据包发送的路径.仿真结果表明,随着网络中节点数目的增加,BK-MRRP协议使数据传输的成功率提高5％～10％,传输延迟降低10％ ～ 25％.     

基于层次结构的无线传感器网络时间同步研究

结合变电站运维管理的工业现场特点,和无线传感器网络时间同步协议的研究,提出了汇聚节点的双向时间同步定时偏差补偿与传感节点虚拟双向同步相结合的时间同步算法。在网络部署的初期,按照模型布置网关节点和汇聚节点,汇聚节点和传感节点采用不同的时间同步方法。仿真实验表明网络收敛时间和同步精度具有良好性能。     

基于负载感知和伪流言机制的高稳定性路由协议

通过建立无人机自组网可以有效满足无人机集群作战的组网通信需求,但相较于传统移动自组网,无人机自组网具有节点移动速度更快,网络拓扑高度动态变化的显著特征.针对链路频繁断开带来网络性能下降严重的问题,提出了一种基于负载感知和伪流言机制的高稳定性路由协议.网络拥塞和节点移动性是影响路径稳定性的两个主要因素.针对网络拥塞问题,提出了基于节点负载预测的伪流言受限洪泛机制,在发起路由请求过程中,通过动态调整节点转发概率,均衡了网络负载的同时降低了控制开销.针对无人机节点的高移动性特征,基于接收到分组信号功率强度,提出了链路稳定性的联合度量指标.仿真结果表明,与AODV协议及其他改进型协议相比,该协议有效减少了网络的控制开销,提高了分组投递率,降低了平均端到端时延,显著改善网络性能,增强了数据传输的实时性和可靠性.     

一种基于地址划分的无线传感网络高能效协议

针对工业应用的无线传感器网络中传感器节点相对固定、且传输的数据量一般不同的情况,为平衡各节点的能耗,延长网络生存周期,提出了一种基于地址划分的高能效协议。该协议采用了分簇结构,并且极大地简化了簇建立的过程,消除了簇头建立过程产生的网络延时。同时,该协议合理地分配了不同传感器节点的工作量,延长了网络生存周期。     

WSAN二次分簇架构模型中实时路由策略研究

为解决无线传感器／执行器网络受到干扰导致实时性降低的问题,提出基于节点间数据传输成功率的实时分簇路由协议（RCRPSR）。通过节点一次成簇、节点二次成簇、执行器节点到sink节点路由选择,选择数据传输成功率较高的路径传输数据,降低传输失败的概率,减少数据传输时延,提高网络实时性,同时使用二次分簇架构,划分了3层网络和3种不同功能的节点,使不同功能的节点采用不同的发射功率,在保证网络连通性的同时减少能量消耗,延长了网络寿命。仿真结果表明,在网络中数据传输成功率下降时,相比传统协议,采用RCRPSR协议传输时延降低2—5倍。     

基于IEEE1588的配电网同步对时网络研究

为解决配电网中配电终端的同步对时问题,提出利用网络测量和控制系统精确时钟同步协议标准(standard for a precision clock synchronization protocol for network measurement and control system,IEEE 1588)实现配电终端同步对时的方法。深入研究IEEE 1588中的时钟类型、IEEE 1588报文格式、延迟请求响应机制和IEEE 1588时钟同步过程,并提供基于IEEE 1588的配电网同步对时网络的实例。通过系统测试,对精度、馈线自动化测控终端(feeder terminal unit,FTU)的B码对接性能和同步可靠性进行全面检测,证明了基于IEEE 1588的配电网同步对时网络的优越性。     

LR-WPAN中节点能量优化方法

针对特定的应用场合,考虑低速率无线个人局域网(LR-WPAN)网络节点的能耗问题,提出了一种基于CSMA/CA与TDMA相结合的传输方法。方法以网络同步为前提,通过增加网络休眠时间和划分数据传输时间槽等措施,降低网络的整体功耗。实验结果表明,所提方法在增加路由节点的休眠时间和减少终端节点载波侦听功耗方面都优于CSMA/CA算法,延长了网络生命周期。     

基于无线传感器网络的温湿度数据采集平台分析

为了能够实时、高效的采集环境中的温湿度数据,采用了一个以TinyOS为依托的无线传感网络数据采集平台,使用cc2538cb作为传感器节点,运用了blip协议初步完成了对温湿度监测应用程序的开发,实现了点对点通信,并且以轮询服务的机制作为基础,开发了点对多点的通信。实验过程中,通过将多个传感器节点置于不同的实验环境中,根据各节点在不同环境中采集数据的情况,证明了此种设计方法能够应对环境因素多变化的情形,能够成功的完成对环境中温湿度数据的采集,也避免了数据在传输过程中发生丢失的情况。     

高效节能的无线传感器网络数据收集协议

无线传感器网络中的节点具有有限的能量,为了延长网络寿命,提出了一种分布式的高效节能的无线传感器网络数据收集协议DEEC-MR.协议中节点根据自身剩余能量竞争簇头,每个簇头节点根据相邻簇头节点与基站的距离、剩余能量等信息寻找父簇头节点,构造一颗以基站为根的近优最小汇集树.簇头将采集到的数据聚合后沿汇集树以多跳的方式传输至基站.仿真实验证明该协议能有效降低网络能耗,与其他两种数据收集协议(LEACH,PEGASIS)相比,DEEC-MR将网络寿命分别提高1600％和200％,同时使能耗均匀分布在每个节点上,避免部分节点过早死亡,具备很高的可靠性.