单通道系统中无线信息与能量同时传输的新策略

为了提高无线体域网(Wireless Body Area Networks,WBAN)的通信性能,获得更高的吞吐量,研究了最优的资源分配方案,对能量资源合理收集、合理使用.基于能量收集技术建立了信能同传模型,通过信能同传技术提高WBAN的通信性能.研究了功率分割协议以及时间切换协议下的两种信能同传模型,并分别在两种模型下推导使系统吞吐量最大化的资源分配算法,即通过改变功率分裂因子和时间切换系数,使通信系统(从传感器节点到接入节点)获得最大吞吐量,得出通信系统吞吐量最大时的功率分裂因子和时间切换系数.最后,通过软件仿真验证该方案的有效性.     

基于无线体域网的多节点传输优化算法设计与实现

无线体域网(Wireless Body Area Networks,WBAN)系统需要处理大量的数据,为保证系统可靠性以及使用寿命,文中运用能量收集技术设计了一种多节点传输优化算法.针对无线体域网复杂的信道环境造成的阴影效应以及较低的系统吞吐量,在能量收集的基础上加入中继节点辅助传输,构建了中继传输模型.在接收端提出了基于最大比合并(Maximum Ratio Combining,MRC)算法,在对传感器传输功率的限制条件下,将系统吞吐量的优化问题转化为用拉格朗日乘数法求解的关于功率分裂因子的凸优化问题.仿真结果表明,该算法具有增大系统吞吐量的作用.     

全双工能量受限中继网络的安全波束成形设计

为了解决全双工能量受限中继网络的无线物理层安全问题,提出了一种基于能量和信息联合传输的安全波束成形方法.在满足中继节点和能量收集节点收集能量的约束条件下,通过联合优化能量信号协方差矩阵、波束成形矩阵和功率分配因子,实现了系统安全速率最大化.目标问题是非凸的,采用分步优化方法将原始问题转化为2个子问题.将第1个子问题转化为双层优化问题,外层优化问题采用一维搜索求解,内层优化问题采用半定松弛技术解决;然后通过一维搜索得到第2个子问题的最优解.仿真结果表明,提出的方法显著提高了系统的安全速率.     

基于转发节点的无线体域网节能策略研究

针对无线体域网的能量受限问题,该文提出了一种利用转发节点来平衡网络能耗的分簇路由算法CRSURN.该算法在单跳路由、多跳路由以及LEACH的基础上,综合考虑了节点的通信距离、数据速率以及簇头选定对网络能耗的影响.仿真结果表明,该方法相比于其它路由算法,在整个网络和单个节点中都拥有更长的生存时间.     

能量收集的无线传感器节点能量管理策略

针对能量收集无线传感器网络中传感器节点电池存在存储损耗和容量衰减特性的问题,建立了末梢节点电池存储损耗和容量衰减的通信模型,研究了无线传感器生命周期内吞吐量最大化的问题。将系统优化问题转化为凸优化问题,通过凸优化分析得到与当前能量收集水平、电池能量水平以及信道增益相关的信息传输功率控制策略;提出了适应电池存储损耗和容量衰减的双功率阈值算法,用于优化平均吞吐量;提出了最小化放电空间的电池充放电管理策略抑制电池容量的衰减速度,优化无线传感器的生命周期,并对无线传感器生命周期与电池放电空间进行理论估计。仿真结果表明,在不同电池存储效率、放电空间比例下,本文提出的双功率阈值算法相较于自适应定向注水算法能够通过减少电池的频繁充放电次数,降低收集能量的存储损失,优化了无线传感器的平均吞吐量和生命周期,使生命周期内的吞吐量最大化。     

物联网中一种基于无线射频识别和传感器节点的信息收集协议

为有效收集传感器节点的信息,本文将无线射频识别标签与传感器节点进行结合,提出了2种数据收集协议。首先提出了基于被动式标签数据收集协议PTC,该协议采用分割时槽方法,将每个帧分割为若干个大小不同的时槽,有效缩短了执行时间。在此基础上,提出一种基于主动式标签的数据收集协议ATC,该协议采用预先分配时槽的方法,减少空时槽和冲突时槽的分配,使得执行时间达到下界。为使信息收集准确可靠,提出了有效检测丢失标签和收集未知标签算法ADMCU,为PTC和ATC协议执行的正确性提供保障。实验表明:本文提出的两种协议与其他流行协议相比执行时间更短,且无论收集信息量如何变化,ATC的执行时间始终最短;同时,所提出的ADMCU算法在相同准确率情况下,耗时更短。     

基于最小能量法的无线传感器网络节点能量有效性研究

分析了传统无线网络系统模型中的能耗.利用最小能量编码（ME-Coding）作为信源编码的On/Off Keying(OOK)调制方法,对节点间传输的信号序列进行了优化,结果提高了信噪比,降低了误码率.但实验模拟仿真结果表明,当将链路能耗考虑进总体能量消耗中后,若使用传统系统模型,其总能耗并未得到优化. 因此提出并验证了更加适合最小能量法的系统模型,以便降低系统能耗和延长传感器网络节点的寿命.     

基于能量收集的协作中继传输性能

将协作中继技术与能量收集技术相结合,并将其运用到多用户传输系统中,研究了能量收集中继协作的多用户传输网络的中断性能。首先提出了一种基于能量分割接收机的能量收集多用户协作传输协议。然后分析了该协议在瑞利衰落信道下的中断概率性能。最后结合数值仿真与理论分析结果,进一步分析了源节点发送功率和中继位置对系统中断概率的影响。仿真结果表明:本文提出的能量收集多用户协作传输协议与传统的非协作传输协议相比,可以在不增加系统能耗的前提下提高系统的中断性能。此外,中继节点距离源节点较近时可以获得更低的系统中断概率。     

中继式传能绝缘子温度特性研究

磁谐振耦合式无线电能传输线圈嵌附在绝缘子上可为输电线路监控系统供电。这是一种可应用于电力系统的新型供电方式。在具有无线电能传输能力的绝缘子（传能绝缘子）长期运行过程中产生的温度升高现象影响着电力系统的安全运行。针对传能绝缘子的温升问题,文章讨论了中继式磁耦合谐振式无线能量传输（MCR-WPT）系统电能传输特性;利用多物理场计算软件,研究了传能绝缘子的电能传输效率及传能绝缘子在不同电输入功率和不同气象环境中的温度变化特性。仿真结果表明,在环境1和环境2中,系统的电输入功率可达到30 W,传能绝缘子传输性能仍保持在65%左右。实验结果表明:实验结果和仿真结果基本一致;实验温度为25.2 ℃、输出功率为6.5 W时,传能绝缘子连续运行25 min,表面最高温度升高约3 ℃。     

基于距离能量感知的AOMDV协议研究

基于无线传感器网络中链路的稳定性与数据传输可靠性有直接关系,该文主要研究AOMDV的能量有限性以及由于能量不足问题导致链路频繁中断问题。针对AOMDV协议在路由建立过程中对路径节点剩余能量的忽略,在请求包RREQ结构中加入节点剩余能量参考机制,目的节点根据该剩余能量参考值决定路由是否建立。仿真结果表明,协议在数据包发送率、端到端延迟、平均跳数等方面有较好性能,协议的性能有了显著提高。     

基于加载辅助线圈的高效无线能量传输技术

针对目前磁耦合共振无线能量传输方式中存在传输距离远造成系统传输效率低等问题,提出了加载辅助线圈的高效率无线能量传输技术,即在发射线圈与接收线圈之间增加一个辅助线圈。通过建立系统模型对基于加载辅助线圈的能量传输系统等效电路进行了分析,并讨论了整个系统的传输效率与耦合系数、辅助线圈自谐振频率之间的关系。仿真结果表明,与传统的两线圈磁耦合无线能量传输系统相比,加载辅助线圈技术能够使传输效率在收发线圈之间的耦合系数为0.01和0.1时分别能够提高48%和7%。     

能量协作下中继系统性能推导及仿真分析

由于无线传感器网络频繁使用中继节点带来了能量空洞问题,所以提出了一种单中继通信下基于能量协作的降低中断概率和减少能量消耗的方案。该方案假设中继节点分布为泊松点过程,并且源节点和中继节点能够从环境中收集能量。首先,在发送数据的初始阶段,源节点依据自身电池储能状态有概率地选择直通链路或者中继链路,再结合中继节点位置与电池稳态分布,利用信噪比推导出系统的中断概率表达式;而后,建立以消耗能量值最小化为目标函数的最优化模型,通过粒子群算法求出使系统消耗能量最少时的参数分配。由仿真结果可知,与原有方案相比,所提出的模型能获得更低的中断概率,且证明了能量协作可明显地减少通信过程中的能量消耗。     

基于概率的能量均衡无线传感器网络路由协议

该文讨论了路由协议在实际中的应用及存在的问题,并进一步提出了基于概率的能量均衡路由协议.分析对比证明基于概率的能量均衡路由算法与一般最短路由算法相比,具有能量均衡且低能耗的特点,实验表明,该算法能使网络均衡,从而有效的延长网络寿命,获得更好的性能.     

一种基于LEACH的能量高效分簇路由协议

针对LEACH协议中簇首节点随机选择和簇首节点与汇聚节点间传输数据时采用单跳方式,增加能量损耗的问题,提出基于LEACH协议的能量高效路由算法EEPBL。相比于传统的LEACH协议,EEPBL通过对PEGASIS节点成链思想研究,在簇首选择阶段采取集中控制的方式,首先,基站选取剩余能量较多的节点担任簇首;其次在簇间进行数据传输时,借鉴PEGASIS协议的链式结构,通过贪婪算法将簇首节点从基站最远端形成一条链路,使数据沿着由簇首节点组成的链路传送至基站。另外在簇内簇首轮换方面,设置能量阈值,当簇首节点剩余能量高于能量阈值时可不必进行簇首轮换。仿真实验结果表明,相比于LEACH协议,EEPBL延长网络生命周期约30%,数据传输总量约为LEACH的3.9倍。     

基于节点位置信息的无线传感器网络安全组播路由协议

针对如传统的安全路由协议不适用于组播通信的问题,提出一种基于节点位置信息的安全组播路由协议。采用随机密钥预分布模型对无线传感器网络中的节点进行密钥预置,并利用节点位置信息建立虚拟Steiner树,根据虚拟Stei-ner树建立安全组播路由协议,再对此协议进行安全性分析。结果表明:该协议能使每一个节点与其邻居节点间共享一个对称密钥,阻止非法节点参与路由过程,达到建立安全组播树的目的。     

优化传输性能的机会协作中继系统动态时间分配策略

为了优化能量收集无线网络传输性能,延长网络中能量受限型节点的生命周期,提出了一种基于解码转发策略的机会协作中继系统动态时间分配策略.在满足系统最低传输速率的约束下,推导出中断概率与时间分配系数之间的关系表达式;通过减小系统中断概率来优化时间分配系数,得出系统吞吐量和能量效率的表达式;设计了一种基于次优迭代的时间分配算法,实现问题的求解.仿真实验结果表明,在非理想信道状况下,所提出的策略有较高的系统吞吐量和能量效率,可优化无线网络的传输性能,提高可靠运行度.     

基于可调电感的无线能量传输系统优化设计

针对磁耦合谐振无线电能传输系统的参数漂移影响能量传输性能问题,将可调电感Lsc和Ldc分别安装在发射端和接收端,利用小型步进电机控制可调电感Lsc和Ldc,通过这一新技术对系统进行优化设计,实现在高效率的情况下提高系统的接收功率.分析了调谐目标和特征,设计了调谐电路和优化算法,并依据所测数据确定发射端和接收端的匹配参数.为了验证调谐方法的可行性,搭建了实验平台,并做了相关的实验验证.     

一种改进的能量多路径路由协议

以优化无线传感器网络的传输路径、延长网络寿命为目标,在已有的能量多路径路由协议的基础上,提出了一种改进的能量多路径路由协议。为了达到更佳的传输效果,该协议综合考虑了通信路径上的消耗能量、剩余能量和跳数。理论分析表明,该协议既能使数据传输均衡消耗整个网络能量,延长网络的生存期;又能减少网络的传输时延,提高传输效率,使有限的资源得到充分利用。