应用于无线传感网的接收信号强度指示器的设计

采用SMIC 0.18μm CMOS工艺设计了应用于无线传感网(WSN)的接收信号强度指示器(RSSI),其核心电路是采用跨导放大器构成的限幅器、半波整流器和相应的偏置电路。其工作在电流模形式下,对工艺角和温度具有良好的补偿特性。芯片测试结果表明:在电源电压为1.8V时,RSSI的直流功耗为4.14mW,2MHz输入信号频率下的检测范围为-58～-7dBm(以50Ω阻抗作参考),对应的输出指示直流电压为0.48～1.45V,检测斜率约为18.2mV/dB,非线性误差小于±0.7dB。芯片面积为0.654mm×0.430mm。     

无线传感器网络基于无线测距校正的效能分析

节点自身定位是无线传感器网络的一种重要功能。距离测量通常是高精度定位的基础。研究联合校正方法在无线电RSSI测距方法中的效能及其对节点自定位算法定位性能的影响。本课题的新颖之处在于:1)我们研究在受控环境中得到校正模型,然后在实际环境而非同样的受控环境中进行自动校正的问题;2)我们使用实际的无线电RSSI测量实验系统而非仿真方法进行研究。     

基于多元高斯概率分布的无线局域网定位方法研究

针对无线局域网环境及室内目标定位需求,研究了基于接收信号强度指示的定位技术,提出了一种基于多元高斯概率分布的信号强度模式匹配方法,讨论了定位系统框架。试验结果表明,该方法具有较好的室内定位效果。     

基于自适应迭代搜索的三维质心定位算法

在加权质心定位算法和接收信号强度指示测距模型分析的基础上,提出了一种基于自适应迭代搜索的三维质心定位算法。首先计算未知节点的初始搜索步长,然后通过多次迭代、更新搜索点和搜索步长,提高节点的定位精度。该算法能自动调节搜索步长,减少迭代次数,具有一定的自适应能力。仿真分析了不同比例的信标节点、通信半径对定位误差的影响。结果表明,该算法的定位精度和稳定性良好,适用于无线传感器网络的三维定位。     

基于非对称往返测距的海洋无线传感网络节点定位算法

提出一种新的基于非对称往返测距的海洋无线传感网络节点定位(LMARR)算法,该算法利用节点间非对称的接收与发送测距信息的时间差,推算出节点间海水声速以及未知节点与其邻居参考节点之间的距离,将三维距离信息转换成二维,运用最小二乘法完成定位计算。与SWN和ARTL算法相比较,仿真结果表明:LMARR算法能有效地提高节点定位的精度,特别是在深度为20～120m海水声速持续变化的区域,定位精度比SWN算法提高了20%,比ARTL算法提高了33%;此外,LMARR算法还具有较高的稳定性。     

无线传感器网络定位技术研究

对无线传感器网络的应用来说,精确定位事件发生的位置非常重要,对整个国家、社会及经济将有重大的战略意义。本文对无线传感器网络定位算法的特点、节点位置计算方法、定位算法进行了分析,特别是对RSSI算法和CC2431定位机制进行了详细的介绍。     

基于距离分区的多级异构无线传感器网络成簇算法

为了防止无线传感器网络(WSN)节点因为通信距离过长而过早死亡,有效延长网络生命周期,提出了一种基于距离分区的高能效的多级异构无线传感器网络成簇算法(MHCADP)。此算法将监测区域分为三部分,并根据不同监测区域和基站的距离部署能量不同的三类节点,按照节点剩余能量与网络平均能量的比例来选举簇头节点,让较高初始能量和剩余能量的节点拥有更多的机会成为簇头。另外,在数据传输时,考虑节点和基站的距离以及自身剩余能量,选择单跳或多跳的传输方式。仿真实验结果表明,与现有的重要成簇算法——低能耗自适应分簇分层(LEACH)算法和稳定选举协议(SEP)算法相比,MHCADP算法能够有效减少网络能量消耗和平衡网络负载,使网络稳定周期和生命周期延长50%以上。     

基于遗传算法的三维无线传感器网络定位新算法

针对三维无线传感器网络节点自身定位问题,提出了一种基于遗传算法的新定位算法。该算法通过分析未知节点与它的无线射程范围内的已知节点之间的通讯约束和距离测量,对未知节点建立数学模型;针对此数学模型利用遗传算法求解,把该解作为未知节点的估计位置。理论分析和试验结果表明,该算法具有很强的健壮性,未知节点的失效和新节点的加入不会影响算法的性能,并且算法定位精度高,条件简单,适合各种规模的无线传感器网络的节点定位。     

基于DV-Hop的无线传感器网络定位算法

针对无线传感器网络中DV-Hop经典算法定位精度低的不足,提出了一种改DV-Hop定位算法;改进后的算法对锚节点的选取进行了优化,并改进节点跳数,还采用平均计算方法计算节点平均每跳距离。仿真表明,改进的DV-Hop算法对未知节点的定位精度有显著提高。     

一种带宽约束的无线传感器网络节点调度算法

研究了无线传感器网络在带宽受限时怎样最小化覆盖裂口,同时最大化网络生命期的问题。将带宽限制理解为活动节点的活动邻居数限制,且认为由于带宽约束,当需要的带宽大于实际能提供的带宽时,覆盖裂口就可能发生。进而提出了一种最小覆盖裂口的混合整数规划模型,并提出了一种求解此问题的启发式算法,同时也研究了带宽和节点数对网络覆盖的影响。仿真实验表明,增加节点数可延长网络的生命期,增加带宽可减少裂口的发生,这与理论分析的结果是一致的。     

基于能量优化模型的无线传感器网络分簇算法

考虑到无线传感器分簇网络中簇的规模、簇头数量和节点剩余能量是能量有效型分簇路由算法关注的重要指标,提出了一种基于能量优化模型(EOM)的分布式分簇算法——EOMC,该算法通过建立网络能耗优化模型,以最优簇头数构建分簇通信规模,并结合功率控制将候选簇头限制在一定宽度的选举环带,使得簇头分布均衡,同时兼顾到节点剩余能量进行分簇,以达到均衡节点能耗,延长网络生存期的目的。与低能耗自适应分簇分层(LEACH)协议的对比仿真的结果表明,该算法能够达到预期指标,算法的开销相对较小。     

时间异步无线传感器网络的目标跟踪动态成簇算法

为了解决时间异步无线传感器网络在目标跟踪时的节点协作管理和跟踪时间配准问题,提出了一种适用于时间异步条件下目标跟踪的动态成簇算法。该方法通过分析目标的无线信号强度和各节点至目标的距离来动态组建跟踪簇,然后依据目标及簇头的通信距离对簇头射频信号的覆盖区域进行功能划分,实现节点对目标的协作跟踪,同时以簇为跟踪时间的计算单元,通过簇内计时和簇间贯序传递的方法实现跟踪时间的配准。仿真实验表明,该算法进行目标跟踪时能有效均衡网络能耗,且具有较好的跟踪精度和系统鲁棒性。     

空中无线传感网复杂路径自主部署技术研究

为了能够完成对真实环境中复杂目标路径的监测,提出了一种基于虚拟力的三维空中无线传感器网络复杂路径自主部署算法,该算法创新性地采用由复杂路径产生的"引力曲线"构建虚拟力场,使无线传感器网络中的节点能够自适应地完成对复杂目标路径的覆盖。仿真实验表明,与传统的虚拟力算法相比,该算法的部署过程更为迅速,路径覆盖率、均匀度均有较大提升。     

时间异步无线传感器网络的分布式目标跟踪

为了降低无线传感器网络在目标跟踪过程中的网络能耗,提出了一种时间异步条件下的分布式目标跟踪方法.首先,依据节点到目标的距离进行动态成簇,以跟踪簇为时间的计算单元,由簇头完成簇内跟踪时间计算及簇间贯序传递,然后引入并行粒子滤波(PPF)算法将粒子集分为多个子集,在子节点处并行采样、计算权重和重采样,最后,簇头节点收集各子节点上传的结果并完成目标的局部状态估计.仿真结果表明,PPF算法具有较好的跟踪精度,且相比于集中式粒子滤波(CPF)算法,可降低约38%的通信量.     

基于局部网络拓扑特征的鲁棒节点定位算法

针对无线传感器网络的较大测距误差严重影响定位算法精度和鲁棒性的问题,利用节点均匀部署网络的拓扑特征,提出了一种基于局部网络拓扑特征的鲁棒节点定位算法(LFLS算法).该算法通过构建节点测距高估粗差阈值参数和测距低估粗差阈值参数,在对未知节点1跳测距数据集进行粗差识别及剔除等预处理滤波的基础上,使用高斯加权最小二乘定位算法实现节点定位.仿真结果表明,基于局部网络拓扑特征的鲁棒节点定位算法的定位精度明显优于未采用局部网络拓扑特征进行粗差预处理的加权最小二乘定位算法,其中粗差测距直接相关节点的定位精度改进尤为明显.     

一种低计算复杂度的无线传感器网络分簇定位算法

针对已有的集中式定位算法定位精度低,而分布式定位算法计算复杂度高、通信量大的问题,提出了一种适用于无线传感器网络的计算复杂度低的节点分簇定位算法.首先,提出满足最大连通度的多边界节点分簇算法,采用此算法把网络划分为若干个簇,各簇分别进行簇内节点定位;其次,各簇进行融合,最终实现全网节点的定位.仿真结果表明,这种分簇定位算法比分布式定位算法计算复杂度低、通信量小、定位精度相当或略差,比集中式定位算法计算复杂度低、通信量小、定位精度高.采用该算法可以降低传感器网络节点定位过程中的能耗,提高计算效率,延长网络寿命.     

事件驱动型传感器网络能量有效数据融合算法

从降低网络能耗和平衡网络负载的角度,提出了网络的一种能量有效的数据融合算法EFDAA,可应用于节点数量及覆盖度均较大的事件驱动型无线传感器网络.该算法采用正六边形网格划分方法,基于全网能量消耗模型计算所需的融合节点数,解决由于无规则选取融合节点数量而造成的网络能耗增加问题,并且能够优化融合节点的分布;为平衡网格内节点负载,以节点剩余能量、邻节点度和移动性作为选取融合节点的权重因子,基于距离信息自适应调整网格内节点间的单跳通信级别.仿真实验结果表明,融合节点数量的优选,降低了网络总的能量消耗;相比较于HEED算法,EFDAA有效延长了网络生命期.