Hub:一种无线传感器网络分级能耗平衡方案

针对现有无线传感器网络能耗平衡技术主要侧重于局部负荷分担的问题,提出了一种新的能耗平衡方案.应用感知相关原理和信息梯度的概念实现聚类,并建立类内传输路径;采用逐跳转发和直接转发相结合的混合传输模式,降低同一类内传输路径上不同节点间的能耗不平衡,通过相邻路径间的数据转发,降低类内路径间能耗差异;通过在多条路径中选择高残余能量路径实现类间能耗平衡.仿真结果表明,采用本方案能够有效降低无线传感器网络全网的能耗差异,延长网络寿命;同时本方案对由于不同事件源的活动性差异引入的网络负荷不均衡性具有较强的平抑作用.     

基于流内与流间网络编码的DTMSN广播传输机制

提出了一种基于流内与流间网络编码的延迟容忍移动传感器网络(DTMSN)高效广播传输机制.在该机制中,汇聚节点利用随机线性网络编码将原始数据处理成编码包,然后转发给传感器节点.传感器节点间利用一种优化的机会网络编码算法交换编码包.当传感器节点收到足够多的线性无关编码包时解码得到原始广播数据.理论分析和仿真实验表明,与仅基于随机线性网络编码的广播传输机制相比,该机制能进一步减小广播时延和网络负载.     

WSN能耗平衡变长传输研究

WSN中的能量空洞问题影响网络的生存寿命,能量均匀消耗被认为是解决该问题的有效方法.提出了变长传输的策略,将圆形无线传感器网络划分成不同宽度的同心圆环,圆环中的传感器节点采用相同的传输距离,以保证能将数据通过一跳传输到下一环.在已知环数和传感器网络半径的情况下,设计了二分搜索算法计算能耗平衡时环的宽度.数值计算证实能实现传感器能量消耗的平衡,并能求得各环的宽度配置,获得能耗均衡时总能量消耗最小时的环数.     

养殖水质自动监控系统设计

设计了一种基于无线传感器网络及GPRS的水产养殖环境参数自动远程监控系统,实现对水温、溶解氧、pH值、水位等现场数据的实时准确采集、处理、动态显示、储存、超限报警、历史数据查询、无线传输及远程控制等.系统以MSP430单片机为核心,通过CC2530构建无线传感网络,实现传感器节点、路由节点及协调器节点间数据的快速、准确传输.通过远程监控中心或手机终端可实现数据查询及对增氧机的远程控制.对数据采集及网络通信的准确性和可靠性进行了试验.测试结果表明:系统运行稳定,数据测量准确,控制及时有效,满足了水产养殖需求.系统成本低、实时性好、操作简便、人机界面友好、扩展性强,具有一定的应用价值.     

基于最大生存周期的无线传感器网络数据融合

针对无线传感器网络节点能量有限并且在进行信息传输时存在数据冲突、传输延时等问题,提出并设计了基于最大生存周期的无线传感器网络数据融合算法.该算法将均匀分布或非均匀的整个网络中的节点分成多个簇,并根据节点的位置、分布密度和剩余能量等信息选择传输数据的方式,从而形成传输数据的最短路径.根据集中式TDMA（时分多址）调度模型并运用基于微粒群的Pareto优化方法,使得网络在完成规定的信息传输时每个节点耗费的平均时隙和平均能耗最优.仿真结果表明,该算法不但可以最大化网络的生存时间,还可以有效地降低数据融合时间,减少网络延时.     

基于数据分片的WSN安全数据融合方案优化

无线传感器网络是物联网的重要组成部分,在数据融合的同时加入隐私保护机制是无线传感器网络隐私保护的重要手段之一.为解决SMART算法中数据融合精度低、能耗高等缺点,提出一种基于预测模型的安全数据融合算法P-SMART.通过预测模型预测感知节点的未来数值来弥补传输过程中丢失的分片,从而提高数据融合精度并减少数据通信量,降低能耗.仿真结果显示P-SMART算法不仅有效提高了数据融合精度,降低能耗,延长网络生命周期,还降低了节点间数据传输的延迟.     

WSNs中基于协作通信的分簇路由算法研究

针对无线传感器网络数据信息传输可靠性,提出一种无线传感器网络中基于协作通信的分簇路由算法。该算法主要对分簇、簇间路由和簇内路由三个阶段进行了设计,依据信噪比寻找满足网络数据传输可靠性的最佳路由,实现源节点和目的节点之间的协作通信。仿真结果表明,无线传感器网络中基于协作通信的分簇路由算法能够有效地优化网络路径,提高频谱利用率,增强数据信息传输的可靠性。     

基于Zigbee和GPRS相结合的粮食数量无线监控系统设计

在粮仓底面及侧壁排布压力传感器,通过压强值拟合出粮食数量.提出了一种将Zigbee短距离无线通信技术与GPRS相结合的远程粮情数据无线传输设计方案,完成了传感器网络中数据采集节点以及网络协调节点的硬件平台设计,并基于该平台开发了适合于粮情数据实时传输的通信协议及软件.测试表明,该系统完全可以测量粮仓中的储粮数量,测量误差不大于5％.     

节点两次抛洒的无线传感器网络能耗平衡策略

针对无线传感器网络中的“能量空洞”问题,提出了一种将传感器节点分两次抛洒的能耗平衡策略。基于圆形区域网络的多跳传输方式,分析了无线传感器网络的能耗模型,并在各圆环内对传感器节点进行不均匀抛洒。为了克服节点密度较大圆环采集数据的冗余性,首先在各圆环内等密度抛洒只具有传感功能的节点,第二次抛洒的节点仅作为中继站向相邻圆环转发数据,根据节点平均能耗相等的原则,确定各圆环内的中继节点密度。传感节点和中继节点分别进行抛洒,不仅节省了硬件成本,而且减轻了网络的传输负载。仿真结果表明,该策略能够有效平衡节点能耗,缓解能量空洞问题,从而延长无线传感器网络的生存时间。     

无线粮情检测与管理系统设计

以无线传感器网络技术的应用为典型特征,研究和开发新一代的粮情检测系统.在该系统中,大量微型无线粮情传感器被自由地散布在粮堆内,通过无线自组网络将数据逐步传输到中心节点,再将其传输到系统上位主机的数据管理软件平台,进行数据的存储、显示、分析、判断.传感器节点以微型电池供电,可持续工作数年;中心节点采用太阳能供电.系统可以在多个波段工作,能够有效抵抗各类信号的干扰.     

Performance analysis of network code division multiplexing over wireless sensor networks

In a wireless sensor network (WSN), multiple groups of source nodes communicate with their respective destination nodes with the help of a common relay network. To remove the inter-session interference among multiple transmission sessions at each destination in a wireless sensor network, a network code division multiplexing (NCDM) scheme is proposed for the parallel session model. The fundamental of the NCDM scheme takes advantage of the property of the low-density generator matrix (LDGM) code to calculate the equivalent received signal. Then the NCDM scheme is analyzed. Based on the analysis of the soft processing, a new code design criterion for the construction of the generator matrix is developed. Simulation results show that by following the proposed code design criterion, the bit error ratio (BER) performance gap between the scheme we studied and the serial session scheme can be managed effectively.     

双向中继信道中Polar码与物理层网络编码的联合设计

为解决双向中继信道中采用低密度奇偶校验码LDPC(low density parity check code)或Turbo码的网络编码系统信道编码编译码算法及设备的复杂度太高这一问题,提出一种联合Polar编码与网络编码的中继转发策略.该策略利用无线通信中信号的叠加特性和Polar编码、网络编码的线性性质直接估计网络编码的码字,使得中继节点进行Polar译码的复杂度和信源节点之间的信息交换时间都比直接网络编码系统减少了50%.同时,由于基于信道极化理论的Polar码具有在离散无记忆信道BDMC(binary discrete memoryless channel)上达到信道容量及编译码算法简单等优点,使得所提方案不仅保证了系统的可靠性,而且更容易实现.仿真结果验证了该方案的有效性.     

Transmission performance of 2.4 GHz wireless sensor nodes when used in a working-face environment

Wireless sensor nodes have the advantage of being low-cost, easily deployed and of good mobility. If deployed in an underground mine with existing underground transmission systems a wireless sensor network can improve the collection of information. To get good transmission performance for 2.4 GHz wireless sensor nodes at the working face we calculated the reflection properties of electromagnetic waves from a fiat metal plate. Using the cascade impedance method (CIM), we studied transmission attenuation and compared the results to actual tests. The results show that the effective transmission distance of 2.4 GHz wireless sensor nodes meets the stipulations of the ZigBee protocol.     

基于概率事件的无线传感网络能耗分析研究

延长无线传感节点的存活时间,对于无线传感网络意义重大。应用马尔科夫链,分析了无线传感网络的能耗和数据传输的关系,并建立了无线传感节点的能耗模型。实验表明：当节点的密度较大或传输的分组较长时,网络中的传输效率会随之下降。根据节点的密度,动态调整分组的长度,可以降低能耗,提高网络的生命周期。     

基于近邻算法的无线传感器网络功率控制

针对因无线传感器网络节点部署的密集性和随机性造成单一、不变的发射功率无法满足无线传感器网络能量高效的要求,提出基于近邻算法的无线传感器网络功率控制算法(NNPC).该算法中Sink节点保存整个网络拓扑结构的信息,利用多近邻算法评估节点密度,确定最优通信距离.结合Friss自由空间模型和两线地面传播模型计算当前网络最优发射功率,Sink节点广播通知节点采用最优发射功率发送数据.如果节点没有接收到广播包,那么节点采用默认的最大发射功率.仿真结果表明,基于近邻算法的网络功率控制算法能提高整个无线传感器网络的生存时间,节省网络的平均能耗.     

合作博弈下无线传感器网络功率控制策略

无线传感器网络在动态变化的信道和干扰环境工作时,为获得较高的信干噪比,节点会提高发射功率,致使节点间的干扰不断增大,为抵消其带来的消极影响,节点将继续增加发射功率,这将导致网络环境逐渐恶化,同时过多浪费节点能量.针对以上问题,本文提出一种合作博弈下无线传感器网络功率控制策略,为使节点能够更加精准的根据周围环境信息动态调节发射功率,算法引入节点间距离作为干扰权重因子以修正有效干扰模型,进而改进信干噪比模型;基于合作博弈理论将节点信息传输速率和自身剩余能量整合,建立合作博弈下的效用函数,在对不同效用权重因子下的归一化信息传输速率、发射功率方差值、信干噪比和网络效用4种结果进行综合权衡后,得出适当的效用权重因子值,并证明效用函数存在纳什均衡解,通过算法多次迭代后得出使网络效用达到最高时的节点最优发射功率.仿真结果表明,本文算法得出的最优发射功率方差小,算法收敛速度快,网络在节点较低发射功率时即可获得较高的信干噪比,网络生存周期得以延长,实现更高的网络效用.     

无线传感器网络在环境监测系统中的设计与应用

为了克服传统的环境监测系统布线复杂和数据采样困难的问题,提出了基于ZigBee无线传感器网络的解决方案。通过传感器节点采集环境监测现场的数据,并实时将监测数据通过CC2530的ZigBee通信协议无线传输至协调器,然后将数据传输到上位机进行监测与分析处理。实验结果表明,该无线传感器网络能够可靠、有效地采集相应环境数据,并及时传输至监测平台,为环境监测系统的高效、安全运行提供了可靠依据.     

Routing optimization of the wireless sensor network with energy and path constraints

An algorithm for routing optimization of an energy and path constrained wireless sensor network is proposed to solve the energy limitation problem which is caused by the frequent use of a single path by traditional wireless sensor network routing algorithms. By considering the load balancing and energy efficiency of wireless sensor networks, the concept of flight feasible domain is introduced to achieve efficient data transmission. Furthermore, energy and distance factors are added to ensure uniform and reasonable energy distribution among network nodes, so that the low-power and energy-efficient functional requirements of the wireless sensor network are satisfied. . Experimental results show that the proposed method can improve the network load balancing effectively, avoid the network segmentation caused by premature exhaustion of some nodes, and prolong the lifetime of the network.     

无线传感器网络中基于时空分集的分布式能量有效成簇算法

为了延长无线传感器网络的生存时间,需要设计适合无线传感器网络特点的能量有效的协议。成簇算法能够减少无线传感器网络的能量消耗,对增强网络的可扩展性和延长网络的生存时间有着重要的作用。但现有算法对多路衰退的链路并不十分能量有效,针对这些算法的不足,提出了基于时空的分布式能量有效成簇算法,每个簇由一个簇首节点和一个协作节点相互合作运用时空编码实现数据传输的时空分集,以减少网络能耗和均衡节点能量。模拟实验结果显示,与现有重要成簇算法相比,该算法能够提供更长的网络生存时间。     

无线传感器网络簇内可疑节点的博弈检测方法

针对无线传感器网络内部可能存在行为异常的可疑节点问题,在分簇路由协议的基础上,采用博弈方法通过簇内多个邻居节点对某一可疑节点进行判定,邻居节点产生的检测结果传输至簇头进行汇总. 簇头节点统计结果并采用多数投票方式对可疑节点进行判定. 为了保证数据传输的安全性,采用对称加密算法对各检测节点判定结果进行加密.若可疑节点是恶意节点,则该判定结果将在簇内广播,以达到隔离可疑节点的目的. 为了更符合实际环境,在博弈模型判定时,考虑攻防双方节点的能量消耗.实验结果表明,该多检测节点方案能够较好地分析无线传感器网络中可疑入侵节点和检测系统之间的博弈关系,提高了对可疑节点判定的准确性.