基于ZigBee技术的无线传感器网络及其应用研究

无线传感网络是当前国内外传感器技术领域的热点研究课题,着重研究了基于ZigBee技术的无线传感器网络节点的软硬件设计,实现了ZigBee无线传感器网络节点的设计,并运用该无线传感节点建立了基于ZigBee技术的无线结构健康监测系统,利用模式匹配的方法实现了基于无线传感器网络的载荷定位和结构紧固件失效的实时监测.     

森林火灾无线监测预警系统的设计与实现

针对传统森林火灾监测措施实时性差、实际应用受限的问题,利用无线传感网络技术,构建了基于ZigBee和GPRS的森林火灾监测预警系统.介绍了系统的结构,给出了主要功能模块的硬件设计方法和ZigBee无线传感网络中各功能节点的软件设计.同时,对传统的无线传感网的自组网方案进行了改进,并在分布式组网方案基础上实现了ZigBee无线传感网络节点的分簇置放.实践证明,该系统实现了森林火灾监测和预警的功能,提高了系统中数据传输的实时性、可靠性以及系统的可扩展性.     

基于无线传感网络的大型结构健康监测系统

针对大型碳纤维复合材料机翼盒段壁板结构,实现了基于无线传感网络的多点应变结构健康监测系统,采用自组织竞争神经网络成功判剐了集中载荷模拟的损伤位置.本系统由传感采集子系统、无线传感网络子系统和终端监控子系统三部分组成.为了降低系统网络功耗及成本,提高系统的稳定性和可靠性,改善传感网络的实时性和同步性,设计了可直接配接无线传感网络节点的低功耗多通道应变传感器信号调理电路和基于无线传感网络的层次路由协议,开发了多通道应变数据采集、网络簇头转发和中继节点接收等主要软件模块.实验证明,相比于传统有线的监测方法和数据采集系统,基于无线传感网络的结构健康监测系统具有负重轻、成本低、易雏护和搭建移动方便等优点.     

采用自供电无线传感网络的电线安全监测系统

电线故障会引起火灾,对电线温度、电流进行在线监测能预防事故发生。设计了采用自供电无线传感网络的电线安全监测系统,系统由传感节点、中继节点、路由节点、服务器和客户端组成。采用自供电技术解决无线传感网络监测系统中传感节点不能持续供能的问题,对传感节点工作状态进行控制以降低传感节点能耗,传感节点具有体积小、能耗低、不用更换电池等特点。分析自供电条件下,无线传感网络的网络结构,引入中继节点,延伸通信距离。将系统用于电线安全监测,该系统通信可靠、工作时间长、数据实时、人机操作方便,为电线安全的监测提供了技术支持。     

一种低功耗无线传感网络节点的设计

无线传感器网络是物联网的传感层。在无线传感器网络的设计与实现中,低功耗成为系统应用的重要制约,因此设计低功耗节点是当前研究难题之一。在自主研发的基于无线传感网络的智能交通系统中,研究电源功耗问题,设计并制作完成了低功耗无线传感网络节点。     

一种低功耗无线传感网络节点的设计

无线传感器网络是物联网的传感层。在无线传感器网络的设计与实现中,低功耗成为系统应用的重要制约,因此设计低功耗节点是当前研究难题之一。在自主研发的基于无线传感网络的智能交通系统中,研究电源功耗问题,设计并制作完成了低功耗无线传感网络节点。     

无线传感网络中通用传感器节点硬件结构设计

无线传感网络是当前国内外传感器技术领域的热点研究课题。提出了一种构建无线传感网络节点实验平台的方法;基于该设计方案实现的无线传感网络节点可以有效地组建网络拓扑结构及多种传感数据采集传输。它还可以用于实现声音空间定位系统。关键词:无线传感网络;节点;拓扑结构;数据采集;声音空间定位     

一种虚拟传感器网络中事件监测的容错机制

事件监测是无线传感器网络中的重要应用之一,而准确检测出故障节点是提高事件监测效率的前提。为了实现多应用目标传感器网络中较高的节点故障识别率,在基于簇状树的虚拟传感网架构上,提出一种基于节点邻域中值的事件监测容错算法。该算法充分利用了无线传感网节点之间的空间相关性,融合邻域各节点的测量值,通过节点的数值与邻域中值之间的差值来判断节点状态。仿真实验结果表明,即使是在节点故障概率比较高的情况下,该算法依然具有优越的容错性能。     

考虑节点间距的无线传感网络节点分配算法

节点间距在无线传感网络中分配的不合理,将导致算法存在节点能耗高、吞吐量低、分配效果等问题。为此,在考虑节点间距的基础上,提出了无线传感网络节点分配算法。分析无线传感网络在节点分配过程中的约束条件,在此基础上采用网格路由方法划分无线传感网络监测区域,结合贪婪算法实现无线传感网络节点的分配。仿真结果表明,所提算法的节点分配最高能耗为2.8×10^-11 W,分配后最大跳数为2,最高时间为0.62 min。由此证明所提算法具有一定的实用性。     

基于无线传感网络的输油管道泄露监测系统设计

针对当前的输油管道泄露监测系统存在滞后,实时性较差、准确性不高的问题;提出一种基于无线传感网络的输油管道泄露监测系统的设计方法;该系统由信息采集和信息处理两部分组成,运用当前较为流行的无线传感网络技术,远程监测管道中压力波的实时动态变化,通过MMA7260的传感节点加速器接入节点,保证系统的实时性、易用性;以该系统为主的管道监测站,能够大幅降低管道泄露定位的误差,缩短定位反应时间,定位误差缩短到2%。     

A survey on coverage and connectivity issues in wireless sensor networks

A wireless sensor network (WSN) is composed of a group of small power-constrained nodes with functions of sensing and communication, which can be scattered over a vast region for the purpose of detecting or monitoring some special events. The first challenge encountered in WSNs is how to cover a monitoring region perfectly. Coverage and connectivity are two of the most fundamental issues in WSNs, which have a great impact on the performance of WSNs. Optimized deployment strategy, sleep scheduling mechanism, and coverage radius cannot only reduce cost, but also extend the network lifetime. In this paper, we classify the coverage problem from different angles, describe the evaluation metrics of coverage control algorithms, analyze the relationship between coverage and connectivity, compare typical simulation tools, and discuss research challenges and existing problems in this area.     

无线传感器网络分簇路由节能研究

在大规模传感和环境监测中,节约能源延长传感器节点生命已成为无线传感器网络最重要的研究课题之一。提供合理的能源消耗和改善无线网络生命周期的传感器网络系统,必须设计一种新的有效的节能方案和节能路由体系。方案采用一种聚类算法减少无线传感器网络的能量消耗,创建一种cluster-tree分簇路由结构的传感器网络。该方案主要目标是做一个理想的分簇分配,减少传感器节点之间的数据传输距离,降低传感器节点能源消耗,延长寿命。实验结果表明,该方案有效地降低了能源消耗从而延长无线传感器网络生命。     

基于二项分布的无线传感器网络信任管理系统

由于无线传感器网络不同于传统网络的特点,导致其很容易受到来自妥协节点的内部攻击。信任管理系统是防御无线传感器网络内部攻击的最有效方法。针对无线传感器网络节点信誉和信任的评估,我们改进了用于无线传感器网络的基于贝塔的信誉系统BRSN( Beta Reputation System for Sensor Networks),提出了基于二项分布的无线传感器网络信任评估系统BTMS( Binomial-based Trust Management System)。 BTMS基于对节点行为的监控,利用二项分布来描述节点信誉的分布,并进一步得到节点信任值,从而指导中继节点的选择,降低内部攻击的危害。实验结果表明,利用BTMS可以有效的防御来自妥协节点的内部攻击,提高网络安全性。     

基于CAN和WSNs的井下皮带机打滑保护监测系统研究

针对目前井下皮带机监控系统的现状,设计了一种基于CAN总线和无线传感器网络(WSNs)技术的皮带机打滑保护监测系统,该系统以CC2430芯片为核心设计传感器节点,以CC2430和MCP2515设计Sink节点,并对网络通信协议进行了分析,给出了系统的硬件设计和软件流程.通过在煤矿井下皮带大巷实验,测得了2.4 GHz频...     

基于WSNs和移动Agent的桥梁结构健康监测研究

针对桥梁结构大而复杂、传感器数目种类多、损伤形式多样等特点,引用无线传感器网络（WSNs）和移动Agent技术。以实际桥梁结构为研究对象,采用以CC2530为核心的无线传感器节点采集桥梁结构相关数据;利用移动Agent的移动性,迁移和访问网络节点,完成对节点数据的收集和处理;运用ZigBee无线通信协议将数据传送至网关节点加以处理;通过GPRS无线通信方式将最终数据送至监测中心,确定桥梁的健康状况。结果表明：该系统符合设计要求,且监测数据可靠,具有应用和推广价值。     

无线传感器节点实时能耗监测

无线传感器网络设计的关键技术环节之一是低功耗。首先要准确地检测到运行时各模块的能量消耗,然后才能够进行控制优化。然而,应用上的需求千差万别,导致硬件平台的多样性。本文选取无线传感器网络领域节点能量消耗检测作为研究方向,提出了一种便携的无线传感器节点能耗数据采集装置,能够实时采集节点的电压、电流信息。针对当前研究集中于仿真模拟,这种装置可用于实际环境的能量消耗检测,检测精度高。在MicaZ节点上的实验结果表明,该系统能以较高精度监测节点的能量效率。实际测量发现,传感器网络中传感器能耗也属能量消耗的一部分,且消耗量不可忽视,为今后的研究改进提供了新的参考。     

Fuzzy rule-based faulty node classification and management scheme for large scale wireless sensor networks

In a wireless sensor network (WSNs), probability of node failure rises with increase in number of sensor nodes within the network. The, quality of service (QoS) of WSNs is highly affected by the faulty sensor nodes. If faulty sensor nodes can be detected and reused for network operation, QoS of WSNs can be improved and will be sustainable throughout the monitoring period. The faulty nodes in the deployed WSN are crucial to detect due to its improvisational nature and invisibility of internal running status. Furthermore, most of the traditional fault detection methods in WSNs do not consider the uncertainties that are inherited in the WSN environment during the fault diagnosis period. Resulting traditional fault detection methods suffer from low detection accuracy and poor performance. To address these issues, we propose a fuzzy rule-based faulty node classification and management scheme for WSNs that can detect and reuse faulty sensor nodes according to their fault status. In order to overcome uncertainties that are inherited in the WSN environment, a fuzzy logic based method is utilized. Fuzzy interface engine categorizes different nodes according to the chosen membership function and the defuzzifier generates a non-fuzzy control to retrieve the various types of nodes. In addition, we employed a routing scheme that reuses the retrieved faulty nodes during the data routing process. We performed extensive experiments on the proposed scheme using various network scenarios. The experimental results are compared with the existing algorithms to demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm in terms of various important performance metrics.     

基于演化博弈的无线传感器网络节能分簇路由算法

考虑到无线传感器网络中节点在冲突环境下决策时具有有限理性,近年来学者引入博弈论解决传感网分簇路由中自私节点的簇头选举问题。以往经典博弈分簇路由算法要求知道所有参与者行动的完全信息,并假设节点完全理性,这对于资源有限的传感器节点不切实际。本文提出了一种基于演化博弈论的无线传感器网络节能分簇路由算法(EECEG),通过演化博弈复制动态方程证明存在演化稳定策略(ESS)。算法将所有节点模拟为自私的博弈参与者,参与者可决策宣称自己成为簇头候选者(D)或不成为候选者(ND)。所有参与者根据自身剩余能量、邻居节点个数等因素自私决策,通过观察和模仿对手进行演化,直到收益均衡。实验结果表明,EECEG协议可有效延长网络生命周期,均衡节点间能耗,同时使数据传输更高效。     

输电线路在线监测WSNs优化部署研究

应用于输电线路在线监测的无线传感器网络(WSNs)通常呈长链型,存在跳数多、时延大的问题。引入具备无线公网通信模块的异构节点能够优化WSNs时延性能。考虑网络中传感器节点分布不均匀引起的数据分布不均匀这一普遍现象及其对时延的影响,建立了异构WSNs的最大时延模型;同时考虑网段划分和异构节点部署对时延的影响,提出了一种基于局部搜索思想的网络优化部署方法来优化网络时延。仿真结果表明:上述方法能有效降低网络最大时延,提高网络实时性。     

无线传感器网络覆盖质量远程监控系统设计

无线传感器网络（WSNs）节点散布情况对其工作性能有着很大的影响,所以设计了通信定位平台用于远程监控节点的位置和覆盖质量.WSNs由基于北斗二代（BD2）定位模块、nRF905射频收发器和C8051F310单片机的无线传感器节点组成,网关节点采用询问的方式收集各传感器节点的位置信息,并最终通过北斗一代（BD1）通信卫星传递给远程数据监控中心.系统硬件设备简单,能够被广泛应用于各种远程WSNs的位置监控.