无线传感器网络节能探索与研究

无线传感器节点往往由电池供电,由于电池只能存储有限的能量,使得无线传感器网络注定寿命很短,因此,最大限度延长传感器设备的使用寿命是一个重要的研究方向和课题.在本次无线传感器网络节能探索研究中,分析了能量收集与管理策略,能量收集主要收集环境能源,如太阳能,通过超级电容实现能量的存储.能量管理主要通过能量预算让传感器节点处于能量中性区间.为了降低无线传感器节点能量消耗,采用超低功耗唤醒接收器在低能耗的情况下连续侦听信道,降低与通信相关的功耗.星型异步M AC协议和超低功耗唤醒接收器可以结合使用,以提高传感器网络的能源效率.实验结果表明,与传统方案相比,该方案在能源效率、功耗和吞吐量方面都有较大的提高.     

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。     

一种可执行功耗管理的无线传感器网络节点电源

为了使无线传感器网络(WSNS)节点能够执行动态电压调整(DVS)和动态电源管理(DPM),采用了独特的低功耗电源能量感知电路,通过调节电源电压、管理外围功能模块的电源,以降低节点功耗.对照实验表明,节点能够预测自己的剩余能量,可以在系统软件的配合下进行有效的DPM和DVS,关闭部分无效工作电路,并将电源电压由3.3 V降低到2 V.采用所设计的电源电路显著延长了节点的使用寿命,保证了传感器节点的工作电压不随电池电压降低而改变,从而使传感器节点在测量的长期一致性和稳定性上优于电池直接供电;使系统各个部分运行在节能模式下,较好地优化了节点能耗,提高了节点能量利用率,从而有效延长了网络的生存寿命.     

智能电网中能量收集技术及应用综述

电力传感器需求快速增长,其能源补给需求愈加明显,传统的单蓄电池供电方案的弊端愈加明显。同时,动能、温差、光伏、电磁等能量收集技术及集成电路技术的发展,给电力传感器能源供给问题提供新思路。促进智能电网中能量收集技术及电力传感器耦合能够提高社会效益,形成多方共赢的局面。首先对智能电网对能量收集技术的迫切需求进行分析;其次,分析能量收集技术及相关集成电路的发展现状;最后,根据能量收集技术在智能电网中应用的不足,提出适用于智能电网的能量收集技术研究方向。     

无线传感网中面向能量收集的数据重传协议

能量收集可以为下一代无线传感器网络提供能源,是目前无线传感器网络的研究热点。然而由于能量收集设备无法提供稳定的电源,导致基于能量收集的传感器节点不能与其他节点保持通信。节点无法知道相邻节点是否有充足的能量以接收它所传递的数据包。在数据报中继传输过程中,每进行一次中继传输,便会增加数据包的丢失概率。针对该问题,根据接收节点计算而得的接收概率和活跃间隔,确定传输一个报文所需次数,提出两种基于能量收集的无线传感器网络数据采集协议:基于概率的重传协议和基于冲突避免的重传协议。仿真实验结果表明,相比于已有的数据采集协议而言,该方案的数据送达率更高,延时更低。     

一种基于压电效应的振动能量收集电路

为了收集环境中的振动能量,实现传感器等低能耗器件的自供能,设计了一种可收集环境中低频机械振动能量的发电电能收集电路,通过三倍压电路将压电晶体产生的交流电压进行倍压放大,利用LTC3588-1电源管理芯片中的低噪声全波整流及高效降压转换器进行变换,获得可为传感器等低能耗器件供电的直流电压。分析与实验表明,设计的振动能量收集电路可为传感器等器件提供电能,实现微弱电能的收集。     

无线传感器网络密钥分配方法研究

研究无线网络安全设计,应优化加密方法.密钥分配是无线传感器网络的安全基础.传统密钥管理方案使传感器节点之间共享密钥,传感器节点之间出现能量消耗不均衡现象,引起整个网络安全性降低.为了提高网络安全性,提出一种基于能量均衡的网络密钥分配方案.方案首先根据传感器节点的能量建立源和目的传感节点之间的多条不相交路径,根据传能量最小和最大原理为源和目的传感器节点之间建立一条最优传感器节点不相交路径作为协商路径密钥的通道.仿真结果表明,改进密钥分配方案使网络能量更加均衡,提高了网络的安全性,是一种低能耗、安全性好的密钥管理方案.     

基于动态认知PSO的无线传感网络高效路由

研究无线传感网络高效节能路由的问题. 无线传感网络中的节点需要使用电池等一次性能源来进行能量供应, 很多恶劣的环境下无法对节点进行能量补充. 传统的无线传感器网络路由协议主要集中在网络质量或者能源解决的某一方面, 保证了网络质量的网络如果网络工作时间较长就有一些节点因为能量耗尽而死亡, 相反如果仅保证能源节约的网络却无法保证网络的质量. 为此提出一种基于动态认知PSO的无线传感网络高效路由的方法, 分析无线网络的架构以后在传感器节点的路由寻找中引入动态认知的PSO算法, 对节点当前的能量状态与路由信息实时     

仿生六足机器人传感器系统电源管理技术的研究

研究了仿生六足机器人传感器子系统的电源管理技术,采用超时算法对所设计的电源管理单元进行了控制,通过MATLAB/Simulink/Stateflow对整个传感器子系统的电源管理过程进行了动态建模与数字仿真,并通过分析传感器子系统在有无电源管理单元进行控制以及在电源管理单元有无超时算法进行控制时的能量消耗情况,得出仿生六足机器人的电源管理单元只有通过相应的算法进行控制才能真正起到节能作用,否则在外界环境频繁变化的工况下还有可能带来能量的浪费;通过对传感器子系统电源管理单元及其相关技术的研究,可以将有关的设计思路和技术途径扩展到机器人的整个电气系统,这样就可在满足机器人整体性能指标的前提下,最大限度地降低其全系统能耗。     

无线传感器网络透视

无线传感器网络是一种由低功耗的微小传感器组成的密集的无线网络，主要用于感知和传输环境数据。它能够更精确地进行远距离自然环境的监视和控制，广泛应用于环境监控、军事目的和在无人区收集传感信息。由于传感器节点便宜，而且使用自组网方式进行部署，所以它们将受限于能量和计算。本文对传感器网络结构、路由、媒体访问控制、定位和安全及其最新研究情况给出了一个综述。     

随机功率控制在分簇结构无线传感器网络中的应用

分析了分簇结构无线传感器网络中随机功率控制的成功通信概率,并提出由网络对成功通信概率的要求来决定簇内通信时节点发送功率的最大值和最小值。仿真数据表明,在节点密度较高的分簇结构无线传感器网络中,随机功率控制与固定功率控制相比,有更高的能量效率。     

一种无线传感器网络节点硬件平台的设计与实现

介绍了无线传感器网络的基本原理,阐述了无线传感器网络的特点;分析了802.15.4协议的基本技术要点;给出了无线传感器的设计方案,分别从处理单元,通信单元,传感器单元和电源单元分析了设计思想。从工程实际出发,从器件的选择,接口方式,测试方法等方面实现了设计的全过程。列举了一些无线传感器网络的典型应用。     

T-LEACH: The method of threshold-based cluster head replacement for wireless sensor networks

In wireless sensor networks, power is the most essential resource because each sensor node has limited batteries. Many kinds of existing clustering protocols have been developed to balance and maximize lifetime of the sensor nodes in wireless sensor networks. These protocols select cluster heads periodically, and they considered only ‘How can we select cluster heads energy-efficiently?’ or ‘What is the best selection of cluster heads?’ without considering energy-efficient period of the cluster heads replacement. Unnecessary head selection may dissipate limited battery power of the entire sensor networks. In this paper, we present T-LEACH, which is a threshold-based cluster head replacement scheme for clustering protocols of wireless sensor networks. T-LEACH minimizes the number of cluster head selection by using threshold of residual energy. Reducing the amount of head selection and replacement cost, the lifetime of the entire networks can be extended compared with the existing clustering protocols. Our simulation results show that T-LEACH outperformed LEACH in terms of balancing energy consumption and network lifetime.     

An efficient power control scheme and joint adaptive modulation for wireless sensor networks

This paper considers wireless sensor networks (WSNs) and quantitatively rates energy efficiency obtained by combining adaptive power/rate control with adaptive modulation scheduling. For multi-access wireless sensor networks, adaptive modulation and power control are two important means to increase spectral efficiency. An adaptive modulation with power control scheme (AM with PC) which mainly reduces power consumption to achieve energy efficiency for wireless sensor networks is proposed in this paper. Cluster head node of each link adaptively adjusts its power control level and modulation type according to the signal to noise ratio (SNR) and target bit error rate (BER). The efficiency of this approach is further illustrated via numerical comparison with the original AM with PC. Simulation results demonstrate that the proposed scheme, which alleviates to save much transmission power and maintains the target bit error rate, can significantly improve the system performance.     

无线传感器网络MAC层能耗与时延的权衡

无线传感器网络节点设计的最重要约束之一就是要求低能耗,这与传统网络依赖持续的能源供应而致力于提供尽可能高的服务质量截然不同.研究了一个结合无线传感器网络的能耗特性而提出的MAC协议S-MAC协议,并在对802.11MAC、S-MAC中的能耗状态与时延特征进行理论和数学分析的基础上,通过仿真实验得出了在模拟网络环境中802.11MAC和S-MAC的能耗和平均时延,S-MAC协议中引入节点周期性睡眠、冲突串音避免和消息传递等新技术,以牺牲时延为代价换取高效的能量利用,提供了一种高效可扩展的在能耗和时延之间进行权衡的方案.     

基于两个参数的无线传感器网络分簇算法

分簇使无线传感器网络层次清晰,便于管理,节约能量,同时可以降低传输过程中的数据冗余.基于节点剩余能量和邻居节点数目两个参数,提出了一种分布式的无线传感器网络分簇算法.该算法将分簇过程分为两个阶段并引入退位机制,第1阶段以节点剩余能量作为参数,第2阶段还引入了邻居节点数目参数.实验结果表明,它有效地解决了簇间重叠的问题,同时只要求较小的通信开销.     

节能无线传感网络系统设计

Wireless sensor networks have already enabled numerous embedded wireless applications such as military, environmental monitoring, intelligent building, etc. Because micro-sensor nodes are supposed to operate for months or even years with very limited battery power source, it is a challenge for researchers to obtain long operating hour without scarifying original system performances. In this paper, the energy consumption sources of the wireless sensor networks are firstly analyzed, with the digital processing and radio transceiver units being emphasized. Then, we introduce the design scheme of our energy-aware wireless sensor network (GAINS). In GAINS, techniques to conserve the energy are exploited including the energy optimization node, software and energy-efficient communication protocol. The design architecture of our ultra low power wireless sensor network (WO-LPP) is specially presented.     

基于LEACH的WSNs分簇优化策略

针对LEACH算法中能量消耗不均匀的缺陷,本文提出了一种改进的路由协议来提高无线传感器网络的能量效率。在簇首选择阶段,引入节点剩余能量和初始能量来调节传感器节点随机数的大小;在成簇阶段,该算法将节点的剩余能量和距离汇聚节点的远近作为成簇的依据,使簇首的分布更加合理;在数据传输阶段,将节点与汇聚节点之间的距离及节点的剩余能量相结合,提出一种单跳与多跳相结合的传输方式,从而减少了能量消耗。仿真实验表明,改进后的算法能够更好的减少能耗,延长无线传感器网络的生命周期。     

无线传感网络中基于无线能量补给的能量感知路由算法

针对无线传感网络中随机分布传感器节点能量消耗不均衡的问题,提出了一种基于无线能量补给的能量感知路由算法。休眠节点不仅可以在无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)传输方式下通过功率分割方法进行无线能量补给,还可以在信息传输方式下通过无线能量收集方法进行能量补给,重新进入活跃状态,为信息传播提供更好的路由,提高传感器节点的能量利用,延长传感网络的使用寿命。在该算法中,通过优化节点间的信息和能量分配,最小化传输功率,引入能量路由度量方法,选择能耗最小的路径作为传输路径。仿真结果表明,本文提出的算法可以有效地利用节点资源,均衡多跳能量受限无线传感器网络中的能量分布。     

基于无线传感器网络的定位系统设计

无线定位应用需求日益增长,研究无线传感器网络的定位应用具有重要意义。首先介绍基于无线传感器网络的定位系统的软硬件结构,然后从能量消耗、网络通信量和可靠性等方面来分析和选择移动结点的工作方式,并提出了使信标结点实现动态快速组网、提高网络通信效率和通信链路稳定性等所采取的措施,最后给出了在TinyOS下传感器结点的程序结构和实现,以及在服务器端实现的改进的加权质心定位算法。