无线传感器网络能耗分析与策略研究

无线传感器网络技术得到了广泛应用,但是该技术一直受能量的制约,因此能量始终是无线传感器网络的核心问题。通过对传感器节点结构与网络体系的分析,得出了传感器网络的能耗特性。为了延长无线传感器网络的生命周期,对传感器节点工作能耗与传感网络能耗做了具体研究,再从低功耗节点设计、网络协议及环境中能量补给三个方面总结出了一套有效的节能策略。     

一种带轻便控制引擎的无线传感器网络节点设计

介绍了一种以低功耗单片机ATmega128L为核心的无线传感器网络节点的设计方案。所实现的无线传感器网络硬件平台由一个轻便的控制引擎支持,以开放、模块化控制架构来适应具有高度分布性的应用环境,在降低无线传感器网络硬件系统的价格和能耗的同时,提高了系统的开放性、灵活性和可扩展性。     

一种433MHz无线传感器网络的设计与应用

通过对无线传感器网络的研究和分析,同时结合低成本和低功耗的市场需求,搭建了软硬件平台,构建了一个基于TI CC430F5137的433MHz无线传感器网络,从而为无线传感器网络的实际应用提供了一种解决方案。描述了无线传感器网络的起源和特点,对比了其常用技术ZigBee和433MHz。同时基于CC430F5137的典型应用,提出了整个传感器网络的软硬件及网络结构。结果表明,在低成本和低功耗的前提下,对该无线传感器网络的性能进行了充分的展示,最后验证了其在节水灌溉具体应用中的可行性。     

无线传感器网络的自组织机制研究

无线传感器网络的自组织包含不依赖于固定通信基础设施的有规则联系和运动,本文在特定应用中研究这一过程.在定性分析无线传感器网络的自组织特性之后,提出自组织度和自组织单位能耗的自组织评价方法,在典型应用中以此量化分析无线传感器网络的自组织演化机制.仿真表明,在特定应用中的无线传感器网络表现出孕育、发育、成熟、衰退和死亡的自组织过程,自组织能耗依赖于特定的部署方式和无线模型.     

一种低功耗无线瓦斯传感器节点硬件电路的设计

能耗是制约无线传感器网络节点寿命的关键因素。无线瓦斯传感器节点因其传感元件的功耗远高于无线收发模块和微处理器,从而使其能耗问题更加突出。本文采用宽电压低功耗单片机C61F120和工作状态可控的直流稳压器件ME3101,设计了电源控制电路,以控制节点处于工作/休眠交替状态,降低节点能耗。最后对整个节点电路进行了能耗分析。结果表明,本文所给出的设计方法大大延长了节点的工作寿命。     

一种433MHz无线传感器网络的设计与应用

通过对无线传感器网络的研究和分析,同时结合低成本和低功耗的市场需求,搭建了软硬件平台,构建了一个基于TI CC430F5137的433MHz无线传感器网络,从而为无线传感器网络的实际应用提供了一种解决方案.描述了无线传感器网络的起源和特点,对比了其常用技术ZigBee和433MHz.同时基于CC430 F5137的典型应用,提出了整个传感器网络的软硬件及网络结构.结果表明,在低成本和低功耗的前提下,对该无线传感器网络的性能进行了充分的展示,最后验证了其在节水灌溉具体应用中的可行性.     

无线传感器监测系统的研究与实现

无线传感器网络是近年来IT行业的一个研究热点,但目前国内的研究一直停留在理论研究阶段,很少有在实践基础上的解决方法。为解决无线传感器网络对低功耗要求非常高这一难题,以无线传感器监测系统为例,从组网、低功耗设计等方面阐述实现过程。实现了基于TCP IP思想的由nRF2401无线收发芯片和单片机组成的无线传感器网络监测系统,提出了基于nRF2401芯片的无线传感器网络的拓扑机制、数据格式以及低功耗路由协议。根据能量均衡和能量节约的原则,提出了低功耗电源管理解决方案。     

无线传感器网络最优簇首节点数量研究

在无线传感器网络中能耗是必须考虑的一个重要因素,由于无法对节点的能量进行再输送,应尽可能地减少系统能量的开销、延长整个网络的生存时间。文中对无线传感器网络的能耗与最优簇首节点数量之间的关系进行了理论分析与研究,得出的结论对无线传感器网络规划、设计有一定的指导作用。     

分级有序路由无线传感器网络的研究与测试

本文提出了无线传感器网络分级组织的网络架构。在对这种网络的4层协议模型进行深入研究的基础上,在物理层利用超低功耗MCU和nRF905射频收发器设计了无线传感器节点,链路层上设计了双信道跳频媒体访问控制策略,网络层上提出了分级有序分配路由策略。网络测试结果表明,该分级有序路由无线传感器网络具有低功耗、自组织和稳定的特点。     

安全高效的无线传感器网络远程身份验证协议

针对无线传感器网络节点资源受限及通信链路易出错的问题,给出一种安全高效的无线传感器网络远程身份验证协议。该协议采用集中式基于簇的分层无线传感器网络选出最优百分比的簇头,并对其与相邻节点的通信进行授权,再最小化节点能耗实现网络负载平衡,然后每个簇头作为服务器在每个传递消息的有效负载内保证数据认证与交换,对相邻节点进行身份验证后即可构成簇。由仿真分析结果可知：该协议的安全性、抗攻击鲁棒性、握手持续时间、平均能耗和网络平均吞吐量指标都优于已有改进的低功耗自适应集簇分层协议(imp-LEACH)与安全LEACH协议(sec-LEACH)。     

基于太阳能的温室无线传感器网络监测系统设计

设计提出了基于太阳能的温室无线传感器网络监测系统设计,利用无线收发设备传输数据,无需专门架线,系统结构简单,节省了人力物力,通过监测管理中心可实现对温室温湿度的控制、二氧化碳含量测量、光照度信息采集和图像监控等功能,实现真正意义上的无人值守,与普通无线技术相比,还具有低功耗、低成本和网络容量大等特点.传感器节点采用基于太阳能的能量供给系统无线传感器网络节点结构.该结构采用MSP430超低功耗MCU以及低功耗网络传输芯片nRF24L01,尽可能降低系统能耗.另外,该系统利用多级能量内存,结合能量管理与能量转移技术,使由太阳能电池采集到的能量得到合理的利用,从而构成具有自我管理能力的能量供给系统,实现了为无线节点永久性供电与无线传感网络无限使用的目的.     

基于MSP430的无线传感器节点动态功率管理研究

针对无线传感器网络节点低功耗设计问题,介绍无线传感器节点组成及其能耗,分析动态功率管理原理及其算法,研究混合自动控制并对其进行改进。改进的混合自动控制算法通过对环境变量的变化值划分来控制无线收发模块的收发频率,能减少收发次数,降低系统功耗。最后介绍了在MSP430,nRF905和SCA3000组成的无线加速度传感器系统中对倾斜角测量时改进的混合自动控制算法的应用。     

基于分簇的WSN路由算法研究及改进

为了更好地满足无线传感器网络（WSN）低功耗的要求,延长网络的生存周期。对WSN分簇路由算法LEACH（低功耗自适应分簇）的簇头节点选择机制进行改进,提出了改进算法LEACH-IMP,实现减少网络能耗、延长网络生存周期的目的。利用网络仿真工具NS2进行仿真,对LEACH算法与改进算法进行比较与分析,仿真结果表明,改进算法有效地延长了网络的生存周期。     

基于LEACH的WSN路由算法研究

为了提高无线传感器网络的可扩展性在其路由协议中通常会采用分簇技术。由于无线传感器网络由能量有限的节点组成,网络中节点的能量多为电池供电,因此高效节能以延长网络生命周期是无线传感器网络必须要充分考虑的问题。针对LEACH(低功耗自适应分簇)路由算法在簇首选择时存在的问题,提出一种改进建议。对改进算法利用仿真工具NS2进行仿真,并对节点存活率和网络能耗两个方面进行比较与分析,仿真结果表明,改进算法很好地延长了网络的寿命。     

一种基于树状结构的无线传感网络低功耗算法

针对无线传感器网络（Wireless sensor networks,WSNs）的能耗问题,在保证低延迟率的前提下,通过降低空闲模式下的能量消耗,提出一种适用于大型树簇状无线传感器网络结构的位图辅助式低功耗算法（Bit-map assisted low power algorithm,BALPA）,建立了能量模型。仿真结果表明：此算法和传统TDMA、低功耗TDMA（E-TDMA）算法相比,在相同参数下,最多能减少35%的能耗,显著降低能量开销和数据包延迟速度,延长系统的使用寿命。     

基于OMAPLl38芯片的无线传感器网络节点设计

随着传感器技术、无线网络技术的迅速发展,无线传感器网络在军事和商业领域有着广泛的应用前景。无线传感器网络中的节点具有感知和路由的功能,是构成无线传感器网络的基本单元。针对传感器节点的特点,基于双核架构OMAPLl38为核心设计了一种低功耗高性能无线传感器节点。在介绍OMAPLl38的基础上,详细阐述了传感器节点设计及实现过程,包括硬件体系结构和软件开发流程,提出一种无线传感器网络节点设计方案。该方案可广泛应用于其他区域的无线传感器网络构建。     

基于无线传感器网络农田信息自动检测系统的设计与实现

农田信息的及时准确获取是精准农业实施的基础。基于当前无线传感器网络在农田信息采集中的应用现状,提出了设计体积小、成本低、低功耗、工作持续时间长的农田信息采集无线传感器网络节点的必要性。系统采用Atmel公司的低功耗处理器芯片ATmega1281和AT86RF231射频芯片,最终实现了低功耗、低成本、低复杂度的检测系统,通过对温湿度等环境因子的检测,能够达到对作物种植环境进行实时监测的要求。     

基于内容的无线传感器网络路由协议

针对无线传感器网络环境下低功耗路由问题,根据无线传感器网络是一种以数据为中心的网络的特点,提出了一种基于内容的低功耗路由协议CBP。其基本思想是:Sink节点根据上层应用构造谓词,并对谓词进行广播,网络中所有传感节点以Sink节点的谓词为依据建立路由表,实现数据路由。与现有无线传感器网络路由协议相比较,此路由协议具有低功耗,占用节点资源少,网络容错能力强等特点。仿真结果表明,在节点数量大于100的大规模网络中,基于内容的无线传感器网络路由协议功耗比定向扩散协议功耗降低19%。     

IEEE802.15.4标准的无线传感器网络自组网方案

无线传感器网络需要低功耗短距离的无线通信技术,IEEE 802.15.4标准就是针对低速无线个人区域网络的无线通信标准,把低功耗、低成本作为设计的主要目标,由于IEEE 802.15.4标准定义的LR-WPAN网和无线传感器网络存在很多相似之处.所以把它作为无线传感器的无线通信平台.在分析LR-WPAN网的网络拓扑及形成过程的基础上,实现无线传感器网络的自组网方案.     

超高层构筑物智能监测系统的低功耗优化方法

针对无线传感器网络中各传感器节点电源能量和通信能力有限的问题,给出一种基于优化LEACH算法的超高层构筑物智能监测系统的应用方案。硬件系统采用双处理器结构,具有较高的数据处理性能和低功耗特性,网络使用间接轮询的ZigBee协议实现数据传输,避免了电池的快速消耗,从而降低了系统的能耗。仿真结果表明,使用优化LEACH算法时,第一个节点死亡的轮数较LEACH算法提高了19.5%,节点平均能耗减少了10%,有效地提高了网络的生命周期且具有较好的抗毁性。