农用无线传感器节点基于混合能量收集和利用的自供电系统设计

智慧农业的实现基础是能够高效可靠地采集并传输农田环境信息。农业生产环境具有复杂、影响因素多、异质性大等特点,这对传感器节点的适应性及供电系统提出更高的要求。本研究创新性地设计了一种农业环境微能量收集系统。该系统将太阳能、土壤温差能和微型风能混合收集,并利用所设计的一体化发电系统实现对无线传感器网络节点自供电。采用高效的电能管理电路实现了各能量的互补利用,达到了通过对混合环境微能量的高效收集来为无线传感器节点稳定供电的目的。文中针对多种能量收集策略、最大功率点跟踪技术以及阻抗匹配功能实现等问题进行了分析研究,并总结了目前混合能量收集技术的现状及发展趋势。     

微型温差电池的无线传感器节点自供电系统

伴随全球性的能源危机,利用环境中的动态能量为无线传感器网络供电已经成为一种趋势.本文设计了一个基于BQ25504芯片的无线传感器节点自供电系统,该系统可以在330mV电压下启动,在工作时以最大功率跟踪方式采集低至80 mV的温差能量,并能够动态地将能量通过能量缓冲器电路供给无线传感器节点使用.该系统有效地解决了基于微型温差电池的无线传感器节点自供电的问题.     

环境监测无线传感器网络节点能源技术

节点能量提供与管理技术是无线传感器网络的关键技术之一。针对环境监测应用对无线传感器网络的特殊要求．提出了节点能源设计的基本原则，在此基础上，对可用的供电电池相关性能进行了比对。研究了适于环境监测的能源补充技术．设计了一套实用的太阳能能源补充系统，与单纯电池供电系统的供电能力进行了比对实验。最后讨论了降低节点能耗的相关技术。     

嵌入式低功耗无线传感器网络的探求

无线传感器网络是一门融合传感技术、计算机技术和无线通信技术的二十一世纪的通信网络,具有巨大的应用价值和重要的研究价值。无线传感器网络由大量集成传感器、数据处理单元和无线通信模块的节点通过自组织方式构成,可以将环境信息通过网络方式及时有效地传输到接收端。由于节点的供电单元能量有限且不易更换,能量消耗成为无线传感器网络的核心问题。可以从两个途径去解决该问题：一是提高电源的能量;二是通过低功耗设计技术提高网络的能量效率。然而,由于电源能量的提高存在瓶颈,提高网络的能量效率才是解决延长网络生存期问题的根本途径。     

基于感知网格的无线传感器网络动态采样策略

在分析无线传感器网络时空相关性模型的基础上,提出一种基于感知网格的无线传感器网络动态采样策略.将监测区域划分为多个感知网格,感知网格内只有簇头节点保持活跃状态,当出现异常数据后再激活感知网格内其他节点来获得更详细的信息.该策略通过减少无线传感器节点之间相同的或相近的采样数据上传来降低冗余信息的传输.仿真结果表明:该策略显著提高了无线传感器网络能量效率.     

基于无源技术的无线传感器网络节点设计

电源在整个无线传感器网络系统中具有极其重要的意义,为了满足系统为微型传感器节点供电的需求,本文设计了采用充电泵实现超低压启动、双电容蓄能的微弱能源采集电路。该电路能够在低温差条件下为蓄能电路积累能量,实现低温差环境下的微弱能量采集,并能够根据无线传感器网络节点间歇性工作的特点,快速做好供电准备。实验结果表明,系统具有能量收集效率高、传输距离较远等优点,有效地解决了无线传感网络节点能源供电的问题,具备较高的实用价值。     

无线传感器网络中能量敏感感知节点选择算法

如何保证在满足系统QoS需求的同时延长网络的生命周期是无线传感器网络面临的最重要问题之一。提供高质量感知数据是无线传感器网络的目的,感知节点是网络能否实现这个目标的关键因素。为了节省感知节点的能量并实现负载均衡,该文提出一种能量敏感、负载均衡并与物理位置无关的感知节点选择算法EASNS,综合考虑感知能力和剩余能量两因素对感知节点进行选择,用TOSSIM仿真工具对算法EASNS进行了仿真。仿真实验结果表明,采用EASNS算法与选择所有节点得到的平均温度之间的误差为0.3%,能够有效地减少能量消耗,能量消耗约为选择所有节点方法的25%,并能实现感知节点能耗负载均衡,延长系统生命周期。     

无线传感器网络概率覆盖控制研究*

在无线传感器网络中进行覆盖控制能有效缓解无线传感器网络中节点能量受限的问题,通常采用的是基于二元感知模型的几何方法计算休眠冗余节点,其算法在实际应用中受到局限,不够精确。针对此问题,将提高能量利用效率作为重要指标,采用概率感知模型,提出一种新的覆盖控制算法(PSMC)。仿真结果表明,PSMC算法在较好地保持网络覆盖度的同时,可关闭大量冗余节点,有效地延长了网络寿命。     

基于改进蚁群优化算法的无线传感器网络路由研究

无线传感器网络为能量受限系统,为了促使网络节点能量消耗相对均衡,将蚁群优化(ACO)算法应用于无线传感器网络的路由选择,提出一种基于能量均衡的无线传感器网络路由算法。该算法将节点能量作为转移概率规则启发因子,通过计算转移概率和适应度值找到最优路径。仿真结果表明:该算法可以显著减低网络总能耗,从而延长无线传感器网络的生命周期。     

无线传感器网络低能耗协作频谱感知方法

针对无线传感器网络能量受限问题,以双门限能量检测为基础,以最小化系统感知能耗为目标,提出了一种适合无线传感器网络的休眠与审核相结合的频谱感知方法。在获得目标检测性能条件下,该方法让部分传感器负责频谱感知工作,其他处于休眠状态,只让有准确感知结果的传感器发送1 bit感知结果到融合中心。理论分析和仿真结果表明,与传统的能量检测方法相比,该方法既有效减少了系统的感知能耗,又节约了带宽。     

基于感知数据概率模型的无线传感器网络采样和通信调度算法

在无线传感器网络中,如何动态地管理能量,最大限度地延长网络的生命周期是一个关键的问题。文中提出了一种基于感知数据概率模型的传感器网络的采样和通信动态调度算法,使传感器节点根据感知数据的概率模型来确定自己的采样和通信时机,最小化采样频率和通信量,减少传感器节点的能量消耗,延长传感器网络的生命期。该算法是一种分布式算法,适用于无线传感器网络。该算法采用了简单的概率模型,资源需求量小,适合于在目前普遍使用的资源受限的传感器节点上运行。模拟试验结果表明,这种方法与其他方法相比,具有很高的能量有效性。     

基于H∞滤波能量预测中继选择协作传输技术*

研究了一种适用于分布式移动无线传感器网络数据传输基于能量预测的协作通信技术。针对无线传感器网络,协作数据传输技术难以有效解决无线网络动态拓扑结构、带宽和能量受限等问题,建立了一种基于H∞滤波器相邻节点剩余能量预测的分布式中继选择机制,并在此基础上建立数据协作传输技术。该技术充分利用无线信道的广播特性,首先根据H∞滤波器预测节点剩余能量,然后根据剩余能量值选择最大者作为协作节点,最后根据无线信道质量在放大重传和解码重传机制之间进行自适应调整。数学分析表明,H∞滤波器可以准确地预测节点的剩余能量,同时该协作传输技术能够显著提高无线传感器网络的资源利用率和系统吞吐率,有效延长网络寿命。     

基于能量收集和链路感知的无线体域网路由协议研究

为了提高无线体域网的能效和数据传输可靠性,提出一种基于能量收集和链路感知的无线体域网路由协议(EHLA)。针对传感器能量匮乏且电池不易更换等问题,引入能量收集技术为传感器补充能量。通过分析网络的能耗和信道特性,建立由剩余能量、链路质量和节点间距离所组成的多目标成本优化模型。最终根据EHLA路由协议得到最佳的下一跳转发节点和到Sink节点的最优路径。仿真分析表明,与现有EVEN和ELR-W协议相比,该协议有效地增加了网络寿命和数据传输可靠性。     

大范围WRSNs的数据路由和无线充电算法

针对传统电池供电系统能量有限问题,提出一种大范围无线可充电传感器网络(WRSNs)的数据路由和无线充电算法.以无线感知识别平台为基础,利用等边三角形的强覆盖性,并综合考虑网络路由协议和无线充电器特性对节点能量的影响,提出一种基于六边形路径的动态无线充电算法(IJRC_HP).算法包括两部分:依据充电器特性设计数据路由方法,使得能量接收功率高的节点承担更多的通信任务;依据该路由的特点设计充电方案,为能耗速度快的节点分配更多的充电时间.与等边三角形算法(TRIANGLE)、GRID算法进行仿真对比,实验结果表明,IJRC_HP算法在网络寿命提升、能量均衡、充电器移动效率和节点平均充电延时等方面具有优越性.     

Research of cooperative transmission technology based on H ∞ filter energy prediction

研究了一种适用于分布式移动无线传感器网络数据传输基于能量预测的协作通信技术.针对无线传感器网络,协作数据传输技术难以有效解决无线网络动态拓扑结构、带宽和能量受限等问题,建立了一种基于H∞滤波器相邻节点剩余能量预测的分布式中继选择机制,并在此基础上建立数据协作传输技术.该技术充分利用无线信道的广播特性,首先根据H∞滤波器预测节点剩余能量,然后根据剩余能量值选择最大者作为协作节点,最后根据无线信道质量在放大重传和解码重传机制之间进行自适应调整.数学分析表明,H∞滤波器可以准确地预测节点的剩余能量,同时该协作传输技术能够显著提高无线传感器网络的资源利用率和系统吞吐率,有效延长网络寿命.     

一种能量异构自适应的无线传感网络覆盖控制协议

网络感知覆盖和能量消耗是无线传感器网络的两个核心问题,两者密切相关.网络覆盖决定了无线传感器网络对物理世界的监测能力,反映了网络所能提供的"感知"服务质量,能量消耗则决定了无线传感器网络的生存时间.提出了一种节点能量异构自适应的无线传感网络覆盖控制协议HEAP(a Heterogeneous Energy Adaptive controlcoverage Protocol),HEAP采用基于节点分层成簇的思想,根据节点邻居平均能量与自身剩余能量等参数竞选活动节点.理论分析与模拟实验表明,HEAP协议不但能够提供高质量的网络覆盖率,而且可以有效地适应于节点能量异构的网络应用场景,并且减少活动节点选取过程中的控制消息开销.     

构建能量敏感的无线传感器网络信任模型

为在无线传感器网络环境中构建一个高效、可扩展和安全的信任模型,研究了无线传感器网络信任模型,并提出了一种能量敏感的无线传感器网络信任模型.该模型构建了一种新的风险信誉关系模型,并将剩余能量因素推广到信任值中,将通信信任和能量信任结合在一起,全面的考虑了网络的安全因素,建立了一个更加安全、可信的无线传感器网络.仿真实验和分析证明,该模型较其他模型,能够更快的识别出恶意节点,在节点交易成功率和网络系统信息的安全性方面都有较大的提高,大大增强了系统的稳定性和安全性.     

基于感知概率的无线传感器网络节点部署算法

研究无线传感器网络节点部署优化问题,传感器节点的部署在一定程度上决定了无线传感器网络的性能和使用寿命;针对随机部署的无线传感器节点,提出一种基于感知概率模型的节点部署方案;使用证据理论通过计算对节点周围区域的综合感知概率,将虚拟力算法进行改造,使传感器节点向感知概率低的区域移动,实现对监测区域的最大覆盖;仿真结果表明,该部署算法实现节点合理分布,提高网络的覆盖率,减少节点的移动距离,达到延长网络使用寿命的目的。     

基于马尔可夫链的无线传感器网络分布式调度方法

能量效率是无线传感器网络(Wireless sensor network, WSN)研究中的核心问题之一. 当节点采用电池供电时, 有限的能量限制了网络的生存周期, 从而对无线传感器网络的大规模应用提出了挑战. 本文基于马尔可夫链, 提出了一种实用的、协作分布式的调度方法, 并从理论上证明了该方法的收敛性. 该方法不仅可对节点的休眠/唤醒进行调度, 还可以对节点数据发送进行调度以减少数据冲突的发生. 仿真实验结果表明, 该方法能够有效地减少节点能量的消耗, 且对其他网络性能的影响较小.     

基于最大流的能量采集型无线传感器网络路由算法

能量采集型无线传感器网络中的节点通过从外界采集能量来替代传统的电池供电,因此,适用于传统网络的路由协议不再适用于此网络。提出了一种新的算法,将无线传感器网络中的最大化吞吐量问题转化为最大流问题,并引入容差和单向传输约束优化了解决最大流问题的Ford-Fulkerson算法,最后应用于能量采集无线传感器网络。实验表明:改进后的算法不仅很好地适用于能量采集无线传感器网络,还在获取最大吞吐量上具有很好的稳定性。