基于嵌入式系统的无线传感器网络的应用研究

无线传感器网络是集成了传感器、嵌入式系统、网络和无线通信四大技术而形成的一种全新的信息获取和处理技术,它是一种新型的无基础设施的无线网络,能够实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理、传送到需要这些信息的用户.该文分析了嵌入式平台下无线传感器网络的组成原理及应用,同时给出了部分程序代码及仿真运行结果.     

外推人工蜂群算法在WSN部署优化中的应用研究

为解决无线传感器网络(WSN)覆盖部署优化的问题,提出了一种基于外推人工蜂群算法的节点部署优化方法。首先,设定网络系统基本假设,并以使网络覆盖率最大化为目标建立网络覆盖优化基本模型,再者,利用外推人工蜂群算法代入模型进行求解,获得覆盖最优的节点部署位置。仿真实验结果表明:外推人工蜂群算法能够很好地解决无线传感网络覆盖优化问题,相比于传统的遗传算法、人工鱼群算法、粒子群算法和人工蜂群算法,表现出更快的寻优速度和更高的覆盖率。     

基于概率感知模型的有向传感器确定性部署研究

节点部署是无线传感器网络技术应用过程中的关键问题。为了更加精确地描述网络对物理世界的感知范围和质量,本文采用由自身物理特性等诸多因素决定的概率感知节点对监测区域进行无缝覆盖。针对无线有向传感器网络中节点的概率感知特性,通过数值仿真,从冗余覆盖面积及感知概率两方面,分析比较采用不同确定性部署方式对同一监测的无缝覆盖。实验结果对区域覆盖的确定性节点部署方式的选择具有重要的指导性意义。     

基于无线传感器网络的水质监测系统研究

针对传统水质监测系统存在的布线麻烦、造价高与系统精度低等问题,通过对水质监测系统的数据通信模式、传感器节点硬件、传感器节点软件、水质信息感知元件等方面进行了研究。设计了一种基于无线传感器网络的水产养殖水质参数监测系统,该系统由多参数信息融合功能水质无线监测节点、无线路由节点、上位机监控中心组成。研究了水质信息传输过程,信息采集由传感器节点完成,系统采集到的数据由无线传感器网络发送给汇聚节点,汇聚节点再将水质数据通过RS232串口传送给本地监测中心。传感器节点采用了STM32高性能单片机,传感器部分采用了工业p H电极和YDC100溶解氧电极作为感知元件。研究了对水质进行实时监测、对超过限定数据进行报警,并且对水质状况进行预测预警等功能。对系统的性能进行了研究。研究结果表明,p H、溶解氧和温度的平均相对误差为4.06%、3.10%和0.85%,可满足水产养殖水质监测的应用要求。     

基于粒子均衡的移动传感器网络覆盖控制研究

现代仪器正在向着网络化和智能化方向发展,传感器网络则是具体体现之一,各个传感器测量的数据可以通过网络以单跳或多跳方式传送到控制节点,从而实现网络化的智能测量。传感器网络中各节点能否覆盖全区域,直接决定了测量结果是否为全样本覆盖集。本文在经典的虚拟力算法思想基础上,研究了基于粒子均衡的移动传感器网络覆盖控制性能,具体针对同构节点、异构节点、非规则区域等各种应用场合进行了分析和算法改进,利用仿真实验的方法验证了其性能。仿真实验证明,该算法对于同构节点和非规则区域均可以取得较好的覆盖效果和网络生命周期;对于异构网络则需要进行适当调整,将邻居区域的概念由同构节点网络中的两倍于感知范围扩展为最大的联合感知范围,使得节点在其邻居节点范围内能够维护最低限度的通信链路,就可以使其远离邻居节点,从达到预期的网络性能。同时研究了在实际应用中算法的鲁棒性,主要针对在部分节点丧失通信能力以及节点丧失移动能力时算法的性能,实验表明仍能表现出较好的网络覆盖度。     

基于GPRS的城市给水管网安全监测系统研究

饮水网和水利设施对人们的生活及社会发展至关重要。由于饮水网覆盖区域广阔供水点分散。难以对水网进行实时的安全监测,据此本文设计开发了一套饮水网安全监测系统,利用各种传感器采集饮水网供水泵站的数据信息,经预处理后通过GPRS无线传输模块。将数据信息送往联结在Internet网络上的远程安全监测数据库系统,从而实现了对饮水网的远程、无线安全空间监测。     

基于ZigBee的无线传感器网络路由研究与设计

无线传感器网络能够实时地监测、感知和采集多种环境对象的信息,路由算法作为其关键技术之一,最近得到广泛的研究。本应用为了降低能耗,均衡网络的开销,对原有ZigBee路由算法进行了改进。采用AODVjr和Clus-tree路由算法相结合的方式,根据数据包发送方向的不同,选择对应的路由方式,另外根据网络中节点的父子关系,确定RREQ分组是否有在本节点附近广播的必要,从而减少广播分组的数目。通过NS2仿真软件验证其可行性。     

基于感知-行为的移动机器人全区域覆盖路径规划

针对未知环境信息下的移动机器人全局区域覆盖路径规划问题,提出了一种基于感知-行为的路径规划方法。根据移动机器人实时感知的传感器信息,建立机器人全区域覆盖的行为执行表,在机器人全区域覆盖过程中,通过这种感知与行为的关联能够实时有效地驱动机器人实现路径规划。模拟与仿真的结果证明了算法的简单性和实用性。     

无线传感器网络节点周期性休眠时间同步研究

为了实现无线传感器网络节点的有效时间同步,采用了OMNeT＋＋仿真工具,并改进了TPSN算法,提出了一种无线传感器网络节点周期性休眠时间同步算法。算法分为发现及收集子节点信息和节点同步两个阶段,实现了对无线传感器网络节点的实时精确时间同步。仿真结果表明,该时间同步算法能实现对网络节点十分准确的同步。     

无线传感器水下监测网络稀疏采样和近似重构

无线传感器网络在水下生态环境的监测方面有着广泛的应用,但是常常会碰到能量缺乏和生命周期较短的问题.为了克服这些问题,基于压缩感知理论,提出了一种网络节点调度和稀疏采样的优化方法,与传统的无线传感器网络节点调度方法不同,它采用随机概率采样模型,只对整个网络的一个子集进行采样,这是一种“物理静止,逻辑动态”的随机调度方案,节省了有限的带宽和能量.同时该方法在节点调度过程中,引入了状态转换图,对节点的状态进行分类控制,增加了网络覆盖要求和最小观测数等约束条件,使得设计的稀疏选择矩阵更为合理.同时研究了在满足最小l1范数的条件下,基于组合算法对稀疏信号进行重构的方法.实验的结果表明,与传统的无线传感器水下监测网络相比,基于上述节点调度方法所构建的无线传感器水下监测网络,具有较低的能耗和较长的网络生存时间,并且能对稀疏采样后的信号以较大的概率进行近似重构,使得重构信号逼近原始监测信号.     

基于分布式压缩感知重构算法的应用

针对无线传感器网络通信功耗大、导致节点寿命短的问题,引入压缩感知算法进行数据压缩,减小传输数据量、降低通信能耗。通过对无线传感器网络的分布式信号进行分析,提出了针对分布式压缩感知联合稀疏模型1的正交匹配追踪法的改进算法,减少重构算法计算量,使其适用于无线传感器网络。文中把改进算法用于处理温室大棚中所检测的温度信息,并进行性能分析。实验结果验证了理论分析结论,在保证复原信号精确度的前提下减少了计算量。     

无线传感器网络中基于语义路由的事件查询算法

在无线传感器网络中,为了监测多个事件,监测区域可能需要布置多种不同类别的传感器节点以监测不同的事件属性,通过对每个传感器节点感知属性信息的融合处理,来判别事件是否发生.如何快速地查询到相应事件的当前状态是个重要的研究课题.本文将分布式事件存储、语义路由以及查询算法相结合,提出了一种基于语义路由的事件查询算法.在该算法中,一个传感器节点只需要关心自己通信范围内的邻居节点,不需要知道整个网络的状况,算法具有冗余数据少、查询能耗小,网络生存周期比较理想、实现简单等特点.     

基于表面均匀配置的UWSNs覆盖控制方法研究

本文针对湿地水流较为平缓的特点,提出一种适用于湿地水环境监测、基于表面均匀配置的三维水下无线传感器网络覆盖控制方法.初始配置时,将传感器节点均匀等间距地分布于监测水域的表面,并按照分布式算法将各个节点下降至合适的深度,以实现对水下三维空间最大程度的覆盖.仿真结果表明,在不同的网络规模下,本方法在最大化由覆盖度和平均距离加权而成的综合指标这一覆盖控制方法的优化目标上,均优于二维随机法、一维随机法,以及深度随机法.     

基于无线传感器网络的空气质量监测系统

为了随时了解城市空气质量状况,设计了一种基于无线传感器网络的空气质量监测系统。由无线传感器网络及GPRS网络组成的空气质量监测系统可以实现远程实时数据采集。大量的传感器节点部署在监测区域,负责采集各种空气信息,再经GPRS网络传送到与Internet网络相连的远端监控中心;工作人员通过对接收的数据进行分析,及时发布天气信息,为城市规划提供依据。系统移植能力强,换用不同的传感器,可以应用到其他监测领域。     

自主多决策粒子群的无线传感器网络覆盖优化

网络节点覆盖是无线传感器应用的重要一环,为提高网络节点覆盖率,提出一种基于自主多决策粒子群的无线传感器网络覆盖算法。该算法首先引入Bernoulli混沌与Logistic混沌映射耦合成为一种新的精英混沌映射来初始化种群,提高初始解质量,为全局寻优奠定基础。其次,引入一种多决策方法,通过随机赋予粒子不同学习方式,使它们获得不同于其他群体的自主决策能力,增强算法的局部寻优性能。然后,利用一种融合柯西变异与反向学习的交替扰动策略对最优粒子进行扰动变异,提高算法跳出局部最优的能力。在典型测试函数的实验结果表明,自主粒子群所提算法收敛速度更快、寻优精度更高、稳定性更强,且用其优化的无线传感器网络节点分布更均匀、覆盖率更高,验证了该算法的有效性和可行性。     

基于物联网的智能瓦斯监测系统

针对目前瓦斯监测系统存在的问题和缺陷,设计了一个由感知层、网络层、应用层组成的智能化瓦斯监测系统.给出了系统的设计方案,阐述了利用基于ZigBee的无线传感器网络技术、GPRS技术和传感技术等物联网技术,实现对井下瓦斯浓度智能化的实时监测、数据的无线传输以及瓦斯超标预警的功能.并分析了其较之传统瓦斯监测系统的优势.物联网技术的应用提高了信息的采集效率,增强了瓦斯监测系统的实时性和准确性.     

基于TinyOS2.x的WSN图形化仿真平台设计与实现

由于无线传感器网络(WSN)规模大、难以人工维护等特点,仿真实验成为评价大规模无线传感器网络性能指标的重要方法。TinyOS2.x仿真工具TOSSIM只能在字符界面中进行无线传感器网络仿真,并且TOSSIM无法实现节点能量监测。针对现有TOSSIM的不足,根据改进的能耗模型,提出了一种无线传感器节点的剩余能量计算算法;并根据剩余能量计算算法,设计了TinyOS2.x传感器节点剩余能量计算组件和传感器节点应用程序,通过Qt软件开发技术设计了图形化仿真软件。实验结果表明,改进的仿真工具可以直观、准确地实现无线传感器网络实时仿真。     

无线传感器网络路由协议研究

无线传感器网络综合了微机电系统技术、无线通信技术、传感器技术和网络技术等多种技术,是一种全新的信息获取和处理平台,有着广阔的应用前景。介绍传感器网络的系统结构,重点分析了无线传感器网络简单的无线结构路由协议和能量感知路由。     

基于无线传感器网络的中央监控系统的设计

设计了一种无线传感器网络中央监测系统.以承栽ZigBee技术的CC2430芯片为无线节点的检测与信息处理核心,结合温度、湿度传感器模块,构成无线传感器网络终端检测节点,对现场环境实时检测.并通过路由节点将数据上传;路由节点模块设计,采用无线或RS-485标准的方式与中心节点进行信息通讯,现场循环检测数据能实时传送给中央监控计算机.实现深入现场内部的多点检测和实时监测.在草莓大棚的应用表明,系统可以满足大棚信息采集需求.     

无线传感器网络节点定位算法的研究综述

作为一种全新的信息获取和处理技术,无线传感器网络（WSN）可以在广泛的应用领域内实现复杂的大规模监测和追踪任务,而节点定位是大多数无线传感器网络应用的基础。介绍了无线传感器网络节点定位的概念和原理、节点定位计算的一般过程,讨论了现有的传感器网络节点定位算法的分类方法,着重综述了近年来该领域具有代表性的算法的原理和特点,简要介绍了节点定位算法的最新发展。在对现有算法进行了分析比较的基础上,通过归纳和总结,提出了基于移动锚节点的定位算法将成为以后研究热点的看法。