面向交通信息采集的智能无线传感器节点

为了准确实时获取交通信息参量,利用无线传感器网络技术作为智能交通感知前端和通信手段,融合GPRS技术,构建交通信息采集网,为道路交通信息采集提供了更加便捷的解决方案。设计了交通信息采集的传感器节点,提出了动态车辆探测算法和车速测量算法。实测结果表明:动态车辆探测算法和车速测量算法能够在计算能力有限的传感器节点上实现,能准确实时地获得车流量、车速等交通参量;该交通信息采集系统能满足网络大规模部署的需求,可应用于智能交通系统。     

无线传感器网络节点调度优化分簇算法研究*

节点调度优化分族算法根据网络节点部署的特点,在不影响网络服务质量的情况下,通过冗余节点调度优化分族的方法能有效减少网络中工作节点的数量,从而节约网络平均每一轮的网络能耗.仿真结果表明,与未考虑冗余节点状态调度的算法相比,节点调度优化分簇算法有效提高了网络能量利用率,延长了网络寿命.     

无线传感器节点定位功能测试平台

建模测试对无线传感器网络的研究以及相关商用产品的开发起着至关重要的作用.描述了用于监控无线传感器节点定位功能的测试平台的工作过程,构建了基于ARM嵌入式系统的无线传感器网络.采用相对定位方法,确定网络内各节点的相对位置,降低误差,以符合精度要求.分析了在μC/OS-Ⅱ操作系统的调度下,传感器节点利用GPS模块进行相对定位的流程,并对网络状态的显示界面作了相应介绍.利用该平台对传感器网络进行测试,所得定位数据符合实际情况,获得了预期的结果.     

无线传感器网络节点分布策略研究

提出了解决无线传感器网络寿命问题的基础是节点分布策略,在一般的无线传感器网络模型和通讯模型下给出了具体的h_max~η节点数分布模型,从根本上解决了制约无线传感器网络寿命的瓶颈节点问题。仿真结果显示,比起简单的节点随机分布模型,h_max~η节点数分布模型极大地延长了网络寿命。     

无线传感器节点加权平均跳距定位算法

为了提高无线传感器网络节点定位精度,在DV-Hop算法基础上提出一种加权平均跳距定位算法IDV-Hop(Improved DV-Hop).根据 DV-Hop使用简单平均跳距计算节点间距离,导致较大误差这个特点,为了减少误差新算法采用加权平均跳距代替简单平均跳距.仿真实验结果表明,与DV-Hop算法相比,IDV-Hop算法有效地减少了距离计算带来的误差,提高了定位精度,能更好地满足实际应用的需求.     

无线传感器网络节点的状态分析及Agent建模

为独立于内部结构和具体实现来理解和分析无线传感器网络节点的自治工作机制,分析了无线传感器网络节点的各种工作状态和自组织特性,建立了一种面向无线传感器网络节点的Agent类元模型。该元模型在Agent BDI模型基础上,扩展AUML Agent类图,引入符合无线传感器网络特性的Mental、Role和Protocol等模型元素来描述无线传感器网络节点的静态结构。实例分析表明,结合节点工作状态,Agent类元模型为无线传感器网络节点体系的研究提供了良好的可视化建模基础和分析工具。     

无线传感网络节点非视距定位方法的改进

在无线传感器网络定位中,节点精确定位面临的一个主要问题是信号的非视距传播,非视距误差是节点定位误差的主要来源。在分析基于位置残差检测的非视距误差抑制技术的基础上,提出了基于近似最大似然估计技术和残差检测技术的非视距定位算法。算法通过逐步减少视距信号个数的组合方式,在每一步选取残差最小的组合,利用改进的距离残差定位方法进行节点定位。通过理论分析与仿真比较,均表明改进算法的性能接近于PRT算法的性能,但能大大降低PRT算法的计算复杂度,验证了改进方法的优越性。     

无线传感器网络中被捕获节点的检测技术综述

无线传感器网络在许多应用场合都需要采集比较敏感的数据,因此安全问题至关重要。一旦传感器节点被捕获,且没有采取相应的措施,该节点内的所有信息将会泄露。利用被捕获节点,攻击者可在网络内发起内部攻击,导致网络的安全性能急剧下降。如何检测被捕获节点,目前已有多种技术可以解决这个问题。文章对目前的检测技术作了总结,并对未来的研究方向做了展望。     

无线传感器网络节点的低功耗设计

无线传感器网络(WSNs)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。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。设计分析了WSNs系统功率消耗的构成,并从硬件和软件方面提出和总结了WSNs的低功耗设计方法,设计了一种低功耗的WSNs节点,并进行了测试,结果证明:该方法适合WSNs节点的应用,具有易使用、低功耗特点。     

无线传感器网络节点近点加权质心定位方法

节点定位技术是无线传感器网络（WSNs）的基础技术,具有重要的研究意义。质心算法与基于RSSI的质心算法是目前常用的定位方法,但前者定位误差大,后者对每个信标节点进行加权定位,这在提高精度的同时也增加计算量和干扰因素（如路径衰减因子等）。基于此,提出一种利用距未知节点最近的若干个信标节点的位置修正其他信标节点的位置的近点加权质心算法,以提高初次定位的精度。进而,可以通过改变最近点、次近点、所有点位置之和三者的权值对初次定位进行校正。仿真结果表明了所提算法的有效性。     

Identifying defective nodes in wireless sensor networks

Wireless sensor networks (WSNs) have become ubiquitous, e.g., in logistics, smart manufacturing, smart city infrastructures or vehicular ad-hoc networks. WSNs tend to rely on ad-hoc infrastructures that are prone to a wide range of different defects, e.g., communication failures, faulty sensors or nodes that have been tampered with. Additionally, dealing with defects is challenging, as defects might occur only occasionally. In this paper, we introduce SEDEL, our approach for Sensor nEtwork DEfect Localization. SEDEL helps the WSN operator to pinpoint defective nodes in the routing topology of a WSN. In particular, we let the operator store graph representations of the routing topology, together with information if the WSN has produced errors. Based on this information, SEDEL assigns each WSN node a suspiciousness score that is correlated with the defect probability. Thus, our approach can be used with any kind of defect, and the kind does not have to be known, as long as the operator can decide if a certain processing is correct or not. We have evaluated SEDEL with a real sensor-node deployment. Our evaluation shows that the defective node is assigned a high probability in the vast majority of the experiments.     

农田环境信息监测的无线传感器网络节点设计

针对电子信号干扰、能耗大等因素对通信能力造成的影响,设计了基于低功耗微处理器MSP430的无线传感器网络节点.通过使用MCU的不同工作模式和对无线射频模块的不同状态等节能措施,增强了节点通信能力,大幅度降低了节点的能耗.经过背景项目实际农田环境的测试证明:节点不仅能够完成对农田环境要求信息进行准备采集,网络通信效率也得...     

Topology control algorithm for underwater wireless sensor networks using GPS-free mobile sensor nodes

Underwater wireless sensor networks (UWSNs) have been developed for underwater applications, such as resource exploration, pollution monitoring, and tactical surveillance. The topology control techniques of UWSNs and terrestrial wireless sensor networks are significantly different because of the particularity of underwater environments and acoustic communication, such as mobility pattern, propagation delay and energy consumption. Due to multifarious factors of underwater environments, node mobility becomes a non-negligible issue. However, GPS may not be feasible because of the limitations of satellite coverage or obstructions in adverse underwater environments. In particular, anchored sensor nodes towed by wires are prone to offset around their static positions, causing each node to move within a spherical crown surface (spherical crown mobility pattern). Nevertheless, most previous studies have not focused on this specific mobility pattern. In the current paper, a mobility model for UWSNs nodes is constructed, and three representative topology control objectives are attained. A distributed radius determination algorithm is designed for the mobility-based topology control problem. Results of theoretic analysis prove that the proposed algorithm is convergent, and it has preferable approximate ratios and polynomial complexity. Performance of the algorithm is analyzed through simulation experiments, which indicate a well-constructed topology. Every objective can still be upgraded without the dynamic location information of mobile nodes.     

Multi-modal vibration based MEMS energy harvesters for ultra-low power wireless functional nodes

In this work we discuss a novel design concept of energy harvester (EH), based on Microsystem (MEMS) technology, meant to convert mechanical energy, available in the form of vibrations scattered in the surrounding environment, into electrical energy by means of the piezoelectric conversion principle. The resonant structure, named four-leaf clover (FLC), is circular and based on four petal-like double mass-spring systems, kept suspended through four straight beams anchored to the surrounding Silicon frame. Differently from standard cantilever-type EHs that typically convert energy uniquely in correspondence with the fundamental vibration frequency, this particular shape is aimed to exploit multiple resonant modes and, thereby, to increase the performance and the operation bandwidth of the MEMS device. A preliminary non-optimized design of the FLC is discussed and physical samples of the sole mechanical resonator, fabricated at the DIMES Technology Center (Delft University of Technology, the Netherlands), are experimentally characterized. Their behaviour is compared against simulations performed in ANSYS Workbench?, confirming good accuracy of the predictive method. Furthermore, the electromechanical multiphysical behaviour of the FLC EH is also analysed in Workbench, by adding a layer with piezoelectric conversion properties in the simulation. The measured and simulated data reported in this paper confirm that the MEMS converter exhibits multiple resonant modes in the frequency range below 1 kHz, where most of the environmental vibration energy is scattered, and extracted power levels of 0.2 μW can be achieved as well, in closed-loop conditions. Further developments of this work are expected to fully prove the high-performance of the FLC concept, and are going to be addressed by the authors of this work in the on-going activities.     

带移动节点的无线传感器网络时间同步方法

为提高无线传感器网络中节点间时间同步的精度并且降低节点能量消耗,提出了一种基于移动节点与静态节点混合网络的时间同步方法.先建立一个带移动的节点的分簇网络结构,再结合发送者一接受者与改进的发送者一发送者两种同步模型从多个移动节点同时发起同步.通过数学分析和仿真得出该同步方法在同步时间精度和节点节能方面具有良好的性能.     

无线传感器网络节点多目标安全优化部署

针对目前无线传感器网络节点优化部署方案中,没有考虑网络节点位置移动会破坏节点间的共享密钥而破坏的安全通信链路的问题,本文将Pareto多目标优化策略引入到无线传感器网络节点部署中,设计了一种多目标安全优化部署方案,建立多目标节点安全部署模型,并将节点安全连通度和网络覆盖率作为目标函数,兼顾解决网络安全性和网络覆盖质量的问题;通过惯性权重自适应的调整和结合虚拟力算法更新速度的方式改进多目标粒子群算法,采用精英档案策略来存储非劣解。仿真实验表明,本文方案能够提高节点的覆盖率,并且能够保持较大的节点安全连通度。     

引入虚拟节点的无线传感器网络ELM定位算法

基于大部分距离无关算法能以改善锚节点比例提高无线传感器网络定位精度,提出了一种引入虚拟节点的无线传感器网络极限学习机(ELM)定位算法.通过引入的虚拟节点,寻找合适的未知节点升级为次锚节点,以增加锚节点比例,提高了定位精度.将ELM应用于节点定位,有效提高了定位的速度和精度,并因其强大的泛化性能,为无线传感器网络节点定位提供了新的思路.仿真结果表明:引入ELM定位算法和虚拟节点,有效提高了定位精度.     

无线传感器网络节点的非视距定位方案研究

在无线传感器网络定位中,节点精确定位面临的一个主要问题是信号的非视距传播,非视距误差是节点定位误差的主要来源。在分析非视距误差抑制技术的基础上,提出了一种新的残差加权定位算法。算法通过逐步减少距离测量值个数的组合方式,在每一步选取残差最小的组合,再用加权平均的方法,并利用改进的最小二乘法计算节点临时坐标。仿真结果表明,算法具有较高的定位精度,在不同的非视距误差下表现稳定。     

无线传感器网络中的簇头节点能耗平衡策略

无线传感器网络（WSNs）具有集中式数据收集和多对一数据通信等特点,使得越靠近汇聚节点的簇头节点能耗越大,最终导致网络中心出现能量空洞。提出一种基于簇内节点分配的簇头节点能耗平衡策略,根据WSNs的分簇汇聚拓扑结构,分析了其中簇头节点的能量消耗情况;在此基础上,通过在各簇内分配一定数量的基本节点,并成比例地增加附加节点的方式,使网络中各簇头节点的能量消耗相等。仿真结果表明：该策略能够适应网络规模和负载的动态变化,最终达到平衡簇头节点能耗的目的。