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FPGA的WSNs低功耗节点设计与实现

基于FPGA结构灵活、可编程性强,具有强大的并行数据处理能力等优点,采用低功耗的Zig Bee技术对无线传感器网络(WSNs)节点进行软硬件设计。植入Nios系统和相关的IP核到芯片EP1C12Q240C8中,协同具有多种工作模式的CC1100射频芯片,实现节点的功能,并进行了功耗测试及比较。结果表明:节点功耗低,具有良好的可扩展性和移植性,达到了WSNs节点设计的要求,可用于工业生产。     

无线传感器网络低功耗设计综述

无线传感器网络(W SN)综合了传感器技术、嵌入式技术、分布式信息处理技术和网络通信技术,能够协作地实时监测、感知和采集各种环境对象的信息,并将信息传递给系统用户主机进行分析、处理。W SN中的节点,具有感知和路由的功能,在实际的应用中,功耗是影响节点工作寿命的关键因素。为实现一种低功耗的W SN,可以从W SN的体系结构、传感器节点以及网络各层次通信协议等角度去设计实现。在该领域还存在一些亟待解决的问题。     

一种休眠机制下无线传感器网络的自治愈方法

为减少无线传感器网络(WSNs)大规模应用中出现的节点同步失效、数据丢失的问题,通过对现有WSNs应用系统的研究,提出了一种全网节点同步休眠机制下WSNs的自治愈方法.详细介绍了该方法的设计思路、实现方法及测试过程.测试结果表明:此方法可针对数据丢失和时间同步失效的节点进行节点自救,实现丢失节点的再入网、再同步,提高WSNs系统的稳定性,为WSNs的应用提供更好的条件.     

基于TinyOS的传感器网络节点物理层的设计与实现

无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术。基于低功耗、短距离、RF收发芯片TR3000设计的无线通信硬件平台上,设计并实现了基于TinyOS的WSNs节点物理层,提供了无线分组收发、载波侦听以及休眠与唤醒的功能。测试结果表明:该方案具有较低的传输误码率,完全满足了设计需求。     

改进的无线传感器网络路由算法

无线传感器网络(WSNs)节点部署的分散性以及节点本身的资源有限性要求WSNs路由算法必须满足低成本、低功耗的设计原则。对包括Cluster-Tree,AODV,LEACH和RPL在内的多种WSNs路由算法进行了对比分析,并以节点间的传输距离和节点剩余能量为度量单位,采用能量均衡策略对RPL算法进行了改进。在Cooja仿真环境下,构建不同节点数的网络,进行了仿真测试,验证了提出的路由算法能够延长网络的生命周期。     

一种适用于近海环境监测的WSNs节点设计方法

针对传统近海环境监测无线传感器网络（ WSNs）节点存在开发成本高、可扩展性差、通信距离短等不足,提出了一种基于开源Arduino软硬件平台,设计近海环境监测WSNs节点的方法。方法依据近海环境监测的实际需求,首先对传感器节点的微控制板进行了选型与定制,并给出了节点总的功能模块设计框架;然后对节点软硬件设计中涉及的节点供电优化、多种通信机制的融合、长距离通信等关键问题提出了相应的解决方案。实际应用结果表明：设计的节点所构建的WSNs,能实现连续实时采集监测区域的多种环境要素,并将数据稳定可靠地上传至服务器,传感器网相邻节点的通信距离可长达1000 m以上。所设计的WSNs节点具有开发成本低、接口丰富、可扩展性强、组网简单等特点,节点除满足近海环境监测实时获取数据的功能需求外,还可以应用到淡水的实时环境监测,具有较好的应用前景。     

基于WSNs平台的Contiki通用移植方法研究

无线传感器网络（WSNs）目前已成为国内外备受关注的研究热点,作为一种新的信息获取和处理模式,WSNs已广泛应用于军事、医疗、环境监测等各个领域。而WSNs节点的存储能力和功耗成为目前设计人员面临的最大挑战。文中以此为出发点,研究比较了目前广泛采用的几种无线传感器网络操作系统（WSNsOS）的主要特点,选取小内存、低功耗,且易于移植的Contiki操作系统,对Contiki的系统架构及代码架构进行了深入分析;研究了基于WSNs平台移植Contiki的通用方法,并以微型传感路由器（MSR）作为测试平台,进行了Contiki移植的仿真测试,验证方法的可行性,一定程度上解决了文章提出的问题。     

基于WSNs的混凝土中钢筋腐蚀度无线监测系统设计

针对钢筋腐蚀传统监测方法的不足,提出了一种基于无线传感器网络(WSNs)的混凝土中钢筋腐蚀度远程监测系统的设计方案.该系统将WSNs技术与监测钢筋腐蚀的电化学方法相结合,利用MnO2全固态参比电极来跟踪测量混凝土结构中钢筋的腐蚀电位,选用低功耗芯片CC2530作为WSNs节点的射频收发器,将WSNs节点采集到的电位信号通过WCDMA网络和Internet发送到上位机,上位机采用Lab-VIEW软件设计一种人性化的监测界面,显示采集的混凝土钢筋腐蚀信息.实验结果表明:该系统采集到的电位信号能够较好地反映钢筋腐蚀程度,性能稳定,可靠性较强.     

基于WSNs的城市绿地墒情监测硬件平台构建

针对北京城市绿地节水灌溉的需要,以CC2530无线射频芯片为核心,设计了基于无线传感器网络(WSNs)的低功耗终端数据采集节点和协调器,给出了节点硬件的低功耗设计思路,构建了绿地墒情监测硬件平台。实验结果显示:系统能够准确获得环境温度、土壤水分的数据。节点睡眠时的工作电流仅为10μA,节点实际平均工作电流仅为0.265 mA,功耗性能优于市场同类产品约30%。     

基于CC2530的水产养殖监控系统的设计

为了解决传统水质监测方案中遇到的布线困难、成本高等问题,并能实现对水质环境因子的准确测量与控制,介绍了一种基于无线传感器网络的智能监控系统在水产养殖中的应用。选用集数据收发和数据处理于一体的低功耗芯片CC2530,设计了以CC2530为射频收发器的低功耗无线传感器网络节点,实现了对水产养殖水质参数的采集、处理和显示。在IAR开发环境下编写和编译传感器节点程序,实现了无线传感器网络节点之间的数据传输功能。结果表明:该系统各项技术性能指标达到设计要求,而且系统结构简单,数据传输速度快,功能易扩展,具有推广和应用价值。     

基于蚁群的无线传感器网络路由算法

针对无线传感器节点能量、通信能力及计算能力有限等特点,将蚁群算法应用于无线传感器网络,提出一种改进的蚁群路由算法,考虑了节点的能量、距离、通信半径和传输方向等参数.实验结果表明:该算法有效地减少了网络能量消耗、节点死亡数、路由跳数和数据传输的路径长度,延长了无线传感器网络的寿命,实现无线传感器网络在通信过程中快速、节能的路由。     

无线传感器网络自适应性拓扑控制的研究

自适应拓扑控制方法用到多跳两层无线传感器网络(WSNs),在每个簇中用两类传感器,有效且低开销的传感器节点N感知环境现象信息,并传输它们的信息到汇聚节点S,所有Ss协同工作去除随机信息并传输数据到基站BS。因为覆盖范围依赖于它的汇聚节点的工作情况,而汇聚节点的能耗在网络的生命期中是关键性因素。这个方法主要是从节点路由能量匹配角度出发,设计可控制数据流路由路径,用于尽可能有效地保持网络能量,并不是仅仅考虑路径的最优选择,而是考虑能效的最优方式选择路由,从而增加整个网络的生命期。     

无线传感器网络分簇路由节能研究

在大规模传感和环境监测中,节约能源延长传感器节点生命已成为无线传感器网络最重要的研究课题之一。提供合理的能源消耗和改善无线网络生命周期的传感器网络系统,必须设计一种新的有效的节能方案和节能路由体系。方案采用一种聚类算法减少无线传感器网络的能量消耗,创建一种cluster-tree分簇路由结构的传感器网络。该方案主要目标是做一个理想的分簇分配,减少传感器节点之间的数据传输距离,降低传感器节点能源消耗,延长寿命。实验结果表明,该方案有效地降低了能源消耗从而延长无线传感器网络生命。     

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。     

无线传感器网络簇内多传感器数据融合算法

在无线传感器网络(WSNs)中,一般采用电池供电,节能是WSNs设计的研究重点。为了提高测量结果的准确度和降低网络的能耗,提出了一种两层模式数据融合方案。在传感器节点上用格林贝斯准则和顺序加权算法进行低层次数据融合,在簇头节点上用神经网络算法进行高层次数据融合。仿真实验结果表明:两层模式数据融合方案有效减少了网络中的数据传输量,提高了融合数据的精度,降低传感器节点的能耗。     

爆炸场地面压力测试的Wi-Fi无线传感器网络实现

针对爆炸场地面动态压力测试,研究了基于Wi-Fi技术的无线传感器网络。设计了基于事件触发的地面测试无线传感器节点,分布式节点在系统监控和数据传输时自动连入网络,可降低功耗。通过定向微带天线和增益放大器改善地面效应对天线性能的影响,实现远距离的无线通信。爆炸现场试验结果表明:此无线传感器网络实现了2 Msps信号采集、16 Mbyte单节点数据存储,1 Mbps无线通信速率和300 m的网络覆盖。     

Energy-aware node placement,topology control and MAC scheduling for wireless sensor networks

In the WSNs, the nodes closer to the sink node have heavier traffic load for packet forwarding because they do not only collect data within their sensing range but also relay data for nodes further away. The unbalanced power consumption among sensor nodes may cause network partition. This paper proposes efficient node placement, topology control, and MAC scheduling protocols to prolong the sensor network lifetime, balance the power consumption of sensor nodes, and avoid collision. Firstly, a virtual tree topology is constructed based on Grid-based WSNs. Then two node-placement techniques, namely Distance-based and Density-based deployment schemes, are proposed to balance the power consumption of sensor nodes. Finally, a collision-free MAC scheduling protocol is proposed to prevent the packet transmissions from collision. In addition, extension of the proposed protocols are made from a Grid-based WSN to a randomly deployed WSN, enabling the developed energy-balanced schemes to be generally applied to randomly deployed WSNs. Simulation results reveal that the developed protocols can efficiently balance each sensor node’s power consumption and prolong the network lifetime in both Grid-based and randomly deployed WSNs.     

基于无线传感器网络的远距离结构健康监测

针对复合材料结构健康监测的特点和需求,实现了一套基于无线传感器网络(WSNs)的远距离结构健康监测系统。系统构成包括前端传感监测子系统、WSNs子系统和远终端监控子系统。为了扩大系统的监测范围,降低系统网络功耗及成本,提高系统的稳定性、智能性和抗毁性,研究了自制的无线传感节点、多跳路由技术及小型化配接电路,改进了终端程序和网络节点程序。实验证明:相对于传统有线的监测方式,基于WSNs的结构健康监测具有灵活性高、负重轻、成本低、搭建移动方便、维护容易等优点。