无线传感器网络数据传输可靠性研究综述

无线传感器网络在资源受限和环境因素影响下数据传输的可靠性较低,然而在国防军事、工业控制等应用领域中数据传输的可靠性是评价网络性能的重要指标.首先介绍了无线传感器网络可靠性的研究意义,从可靠性评估和可靠的数据传输技术两个方面介绍了近年来的研究成果,对这些成果进行了分类、比较,进一步展望了无线传感器网络可靠性未来的研究方向.     

基于MB-OFDM的多媒体传感器网络峰均比特性研究

针对多媒体无线传感器网络数据处理和无线数据传输中信息量大、功耗限制严等具体问题,提出采用宽带数据传输技术——多频带正交频分复用(MB-OFDM)调制技术实现对大量多媒体传感信息的高速、可靠和实时处理。通过分析OFDM调制技术特点,研究其峰均功率比(PAPR)特性,提出了有效改善PAPR的插入相位识别码元序列技术方案。仿真结果表明:该方案可以用于提高多媒体传感器网络数据传输的可靠性,减少频带资源占用,减小系统发射功耗。     

一个使用多传感器现场总线技术的监控系统

1.引言 近年来,现场总线技术(Field Bus)[1,2]在工业过程监控领域得到了越来越广泛的应用,该技术特别适合于远距离多点信号检测,它利用双向、高速和可寻址的数字通讯手段,将若干传感器输出的模拟信号进行现场采集,并将原本由计算机完成的A/D转换、D/A转换、前置数据处理、发出命令等一些控制功能下移到现场智能控制模块,从而大大减少了监控主机的工作负担,极大地精简了远距离数据传输的内容,大大减少了传感器与计算机之间的物理连接线路,提高了数据传输的速度和可靠性.     

面向物联网的隐私数据安全问题研究

物联网已经成为当今社会现代化发展的重要战略产业,其涉及交通运输、国家安全、工业生产及医疗服务等多个领域,物联网的应用已经渗透到社会的方方面面.物联网由无线传感器、传感器节点、网络、存储设备等构成,无线传感器采集数据、传感器节点计算和分配数据,网络是数据传输的通道,数据库存储数据.数据传输安全是物联网可靠应用的基础,由于传感器节点数量大、传输网络存在被侵入等威胁,研究物联网数据安全尤其是隐私数据安全问题对于物联网的应用具有非常重要的作用.对现有物联网安全问题进行了分析,分别从信息获取和信息传输两个方面探讨了解决物联网隐私数据安全问题的方法,结合现有数据加密、双向认证、压缩感知等技术提出了物联网信息获取时双向认证机制解决信息获取时的安全问题,在构建物联网信息传输时,隐私数据安全传输模型解决信息传输时的安全问题.     

无线传感器网络在风力发电中的应用研究

为解决风力发电场中现有测控方法存在的成本高、维护难等问题,通过对无线传感器网络和风力发电场特点进行研究,设计了一种基于无线传感器网络的传输平台.该平台使用基于ZigBee技术的CC2420芯片进行数据传输,并利用OPNET软件对其网络传输特性进行网络仿真.仿真结果有力地证明了无线传感器网络应用于风力发电场的可行性,该网络平台能够很好地完成风力发电场的数据检测和数据传输任务.     

无线传感器网络路由协议研究进展

融合了传感器、微机电系统和网络通信等技术而形成的无线传感器网络(WSN)是一种全新的信息获取和处理技术.路由协议是无线传感器网络研究中富有挑战性的问题,现有无线自组网络和互联网络路由协议不适用于无线传感器网络.无线传感器网络路由协议主要考虑如何针对不同的应用和网络构成使用有效的路由算法,在不损害数据传输的前提下实现整个网络的生命周期最大化.根据网络中节点功能是否一致,无线传感器网络包括平面和分层路由协议两大类.本文根据各种协议的工作原理,对比分析了各种路由协议在路由方式、冲突避免、数据融合和网络生命周期最大化等方面的优劣,并指出了下一步的研究方向.     

高精度pH测量仪研究

研究并设计了一种工业用高精度酸碱度(pH)测量仪.该pH测量仪的研制是以低功耗单片机MSP430和pH电极传感器为核心器件,算法上采用软件二点标定和温度补偿法.该pH测量仪具有两点标定、自动温度补偿、历史数据存储、实时数据传输等功能,解决了pH测量仪的高精度、低功耗、历史数据存储和实时数据传输等问题.该pH测量仪已经在工业生产中得到了应用.     

无线多媒体传感器上的高效的多宿主传输系统

对多媒体传感器网络中的实时视频传输来说,高效而可靠的通信是十分重要的。但是在实际条件下,当传感器向汇聚节点传输数据时,由于带宽的限制及传输链路不稳定等原因,传感器与汇聚节点之间的链接通常会变得不稳定。不稳定数据传输会影响传感器节点的正常数据传输,甚至会导致传感器节点无法与汇聚节点通信。这些问题让使用多媒体传感器网络的用户产生了较差的用户体验。为了解决这些问题,为无线多媒体传感器设计了一个全新的多宿主(multi-homed)多连接系统,并实现了原型系统。该系统的优势主要体现在以下三方面:(1)能够让多媒体传感器同时与多个汇聚节点(服务器)进行通信的系统架构;(2)能够适应多样的Wi-Fi环境和应用场景的多宿主传感器传输协议;(3)后续的实验结果也证明了该系统和协议可以提高多媒体数据传输的可靠性。与传统的单宿主(single-homed)连接模式相比,该系统能够在相同的带宽、内存和CPU资源限制下保持更加稳定的连接。     

面向无线传感器网络的数据融合技术

面向无线传感器网络的数据融合技术是避免数据传输拥塞、提升数据传输效率及降低能耗问题的有效方法.首先分析了数据融合技术的作用,其次根据在传感器网络协议栈中所处的层次对数据融合技术进行分类并详细介绍了每个分类的重要算法,最后指出数据融合技术发展所面临的挑战.     

基于北斗卫星系统的深远海GPS波浪浮标数据传输研究

国家海洋技术中心研制的GPS波浪浮标仅需一个GPS接收机,无需其他辅助传感器,其功耗低、尺寸小、布放方便、测量精度高、适用于大范围的对波浪进行精细化观测.为了解决GPS波浪浮标在深远海应用中的数据传输问题,通过对比Argos、铱星、北斗三种卫星系统的特点,该设备优先选用了基于北斗卫星系统的数据传输方式.对系统构成、硬件电路设计、测量原理及数据传输流程分别进行了详细阐述.通过实验室实验和现场海上试验,特别是GPS波浪浮标在遭遇台风等恶劣环境下仍能正常通信,验证了北斗卫星系统在深远海数据传输上的可行与可靠性.     

机载PHM中的无线传感器网络功率控制算法

由于机载环境的复杂性,机载故障预测与健康管理(PHM)系统采用无线传感器网络(WSNs)技术进行数据采集。鉴于机载PHM对消息传输高实时性的要求,需要通过功率控制来优化网络拓扑,减少网络平均长度。提出一种基于小世界理论的功率控制算法(PCS),该算法通过添加捷径来降低网络平均路径长度,并采用遗传算法对捷径进行优化,得到通信代价较小、网络平均路径长度较短的捷径。仿真结果表明:PCS算法优化了网络拓扑,缩短了网络平均路径长度,提高了信息传输速率,并且在较大的传感器网络环境下也具有较好的适用性。     

Discriminability-based evaluation of transmission capability of tactile transmission systems

Tactile transmission systems deliver tactile information such as texture roughness to operators of robotic systems. Such systems are typically composed of tactile sensors that sense the physical characteristics of textures and tactile displays that present tactile stimuli to operators. One problem associated with tactile transmission systems is that when the system has a bottleneck, it is difficult to identify whether the tactile sensor, tactile display, or perceptual ability of the user is the cause because they have different performance criteria. To solve this problem, this study established an evaluation method that uses the discriminability index as an evaluation criterion. The method lets tactile sensors, displays, and human tactile perception be assessed in terms of the ability to transmit physical quantities; the same criterion is used for all three possible causes so that their abilities can be directly compared. The developed method was applied to a tactile-roughness transmission system (Okamoto et?al. 2009), and its tactile sensor was identified as the bottleneck of the system.     

Remote monitoring system with wireless sensors module for room environment

A wireless sensor module with several air quality monitoring sensors was developed for indoor environment monitoring system in home networking. The module has various enlargements for various kinds of sensors such as humidity sensor, temperature sensor, CO₂ sensor, flying dust sensor, etc. The developed wireless module is very convenient to be installed on the wall of a room or office, and the sensors in the module can be easily replaced due to well-designed module structure and RF connection method. To reduce the system cost, only one RF transmission block was used for sensors’ signal transmission to 8051 microcontroller board in time-sharing method. In this home networking system, various indoor environmental parameters could be monitored in real time from RF wireless sensor module. Indoor vision was transferred to client PC or Personal Digital Assistant (PDA) from surveillance camera installed indoor or desired site. Web server using Oracle DB was used for saving the visions from web-camera and various data from wireless sensor module.     

Coordinated dispatching of proximity sensors for the surveillance of manoeuvring targets

The surveillance of a manoeuvring target with multiple sensors in a coordinated manner requires a method for selecting and positioning groups of sensors in real time. Herein, the principles of dispatching, as used for the effective operation of service vehicles, are considered. The object trajectory is first discretized into a number of demand instants (data acquisition times), to which groups of sensors are assigned, respectively. Heuristic rules are used to determine the composition of each sensor group by evaluating the potential contribution of each sensor. In the case of dynamic sensors, the position of each sensor with respect to the target is also specified. Our proposed approach aims to improve the quality of the surveillance data in three ways: (1) The assigned sensors are manoeuvred into “optimal” sensing positions, (2) the uncertainty of the measured data is mitigated through sensor fusion, and (3) the poses of the unassigned sensors are adjusted to ensure that the surveillance system can react to future object manoeuvres. If a priori target trajectory information is available, the system performance may be further improved by optimizing the initial pose of each sensor off-line. The advantages of dispatching dynamic sensors over similar static-sensor systems are demonstrated through comprehensive simulations.     

基于DSP的UUV目标探测通用系统设计与实现

为实现UUV系统对不同的探测系统外围传感设备信号进行快速处理和控制,利用DSP的数据高速处理能力和FPGA的高速接口数据交互能力,设计了基于高速数字信号处理器(DSP)的UUV目标探测通用处理系统;该系统采用了XC7Z045T芯片扩展TMS320C6678芯片的硬件架构设计,通过配置SPI总线进行编程设计,产生250 MHz、156.25 MHz、100 MHz和50 MHz的时钟分配设计方案,支持2路百兆以太网接口通信和16路RS232串口数据的发送及接收,并可根据实际需求扩展CAN通信以及RS485通信;经实验测试,该系统设计方案可完成百兆以太网到目标探测传感设备的数据传输,实现对不同RS232传感器设备进行地址定义、读写和数据通信操作;结果表明,该系统设计方案达到了对以太网传感设备和不同RS232外围传感器快速处理和控制的目的,实现了基于DSP的UUV目标探测通用系统设计。     

CoCaMAAL: A cloud-oriented context-aware middleware in ambient assisted living

Research into ambient assisted living (AAL) strives to ease the daily lives of people with disabilities or chronic medical conditions. AAL systems typically consist of multitudes of sensors and embedded devices, generating large amounts of medical and ambient data. However, these biomedical sensors lack the processing power to perform key monitoring and data-aggregation tasks, necessitating data transmission and computation at central locations. The focus here is on the development of a scalable and context-aware framework and easing the flow between data collection and data processing. The resource-constrained nature of typical wearable body sensors is factored into our proposed model, with cloud computing features utilized to provide a real-time assisted-living service. With the myriad of distributed AAL systems at play, each with unique requirements and eccentricities, the challenge lies in the need to service these disparate systems with a middleware layer that is both coherent and flexible. There is significant complexity in the management of sensor data and the derivation of contextual information, as well as in the monitoring of user activities and in locating appropriate situational services. The proposed CoCaMAAL model seeks to address such issues and implement a service-oriented architecture (SOA) for unified context generation. This is done by efficiently aggregating raw sensor data and the timely selection of appropriate services using a context management system (CMS). With a unified model that includes patients, devices, and computational servers in a single virtual community, AAL services are enhanced. We have prototyped the proposed model and implemented some case studies to demonstrate its effectiveness.     

语义传感器Web中传感器本体的构建及应用

语义传感器Web的出现为物联网中传感器系统间的数据互操作、信息共享和知识融合提供了实现方式,传感器本体的构建则是实现这些功能的前提.本文在参考万维网联盟提出的语义传感器网络本体的基础上,对传感器及配套的数据采集仪构建了对应的本体,为传感器系统提供了有效的知识组织模型.通过建立的传感器和数据采集仪本体,可以实现传感器的自动分类管理,设定推理规则后可以提供传感器和采集仪间的配接推荐,提高检测现场多传感器系统设计的效率和可靠性,将领域知识应用到系统设计和管理中.最后以具体的传感器实例对推理规则进行了测试,结果满足应用要求.     

基于Zig Bee的无线传感器网络在输煤监测系统中的应用

将无线传感器网络应用于煤矿井下输煤安全监测,设计了一种矿井输煤安全监测系统。传感器首先将采集的数据通过无线信道传输到中继节点,然后,通过CAN总线传输到嵌入式控制器,由控制器对数据进行分析,监测输煤过程,保证其运行的安全性。该系统简单、可靠、经济,具有很好的应用前景。     

PVDF传感器和WSN的振动信号测量系统

为了满足振动传感器阵列对多点信号实时传输的要求,研制了一种基于压电薄膜(PVDF)传感器以及无线传输的振动信号测量系统。该系统包含振动信号采集模块及主控单元,前者集成了振动信号调理电路、ATmega8A微处理器以及nRF24L01无线传输模块,用于采集来自PVDF传感器的振动信号以及实现信号调理和无线传输功能;后者包括Cortex-M3微控制器、SD卡和无线接收模块,用于实现传感器数据的接收和存储。实验结果表明,本系统能够实现准确的振动信号测量以及实时、可靠的数据传输。     

无线网技术的区域家庭防盗报警系统

设计了一种新的区域家庭智能防盗报警系统,利用单片机控制技术、无线传感器网络技术和GSM移动通信技术,实现具有联网功能的区域智能防盗报警系统。无线防盗报警探头采用红外热释电传感器和振动传感器双重监测原理确认盗贼是否入侵,并以无线数据传输方式将报警信息传送给家庭报警主机,家庭报警主机再将报警信息通过短信的方式发送到用户手机、小区或地区报警主机上。报警信息发送及时,准确可靠。家庭报警主机可以设置无线防盗报警探头的数量和安装位置等信息,还可以设置报警用户电话、小区或地区报警中心电话。整个报警网络大小可以灵活配置,而且传感器采用无线方式布局,不需室内布线。