改进的自适应物联网技术节能优化控制仿真

研究异构传感网节能优化拓扑控制优化问题.在异构传感器网络中,每个传感器节点普遍存在初始能量异构,节点在无线通信过程中通信链路异构等异构现象.为了延长网络的生存期,提出一种自适应优化异构无线传感器网络拓扑结构控制算法.算法主要难点技术问题在于对参数E的选择控制问题.该算法基于传输数据跳数和相邻传感器之间通信距离,依据相似三角形几何原理,结合具体应用场景对传感器节点的分簇、成簇等操作进行自适应优化控制.仿真实验表明,改进的算法可以高效控制给定数据采集监测区域所有节点的网络拓扑同时极大地延长了异构传感网的生命周期.     

无线传感器网络的覆盖优化机制研究

如何实现最优覆盖是无线传感器组网的一个基本问题.文章分析了传感器覆盖问题的背景,给出了节点调度方案的主要方法和技术原理,探讨了基于网络能量高效的覆盖优化与网络连通性之间的关系,重点阐述了实现区域覆盖和点覆盖的机制.对于覆盖薄弱地区,文章提出了采用分簇方式将覆盖地区划分成许多子区域或簇,用动态移动修复机制提供细粒度的网络监测与覆盖控制.文章认为调度传感器节点在休眠和活动模式之间进行切换,是一种重要节能方法;对于资源受限且拓扑动态变化的无线传感器网络,宜采用分布式和局部化的覆盖控制协议和算法.     

一种三角形网格空洞修复算法

无线传感器网络由大量传感器节点组成,在网络初始化时节点随机部署在目标区域中,导致某一区域未被覆盖而形成覆盖空洞.针对目标区域中存在覆盖空洞问题,设计了一种基于三角形网格的无需地理信息的空洞探测算法ATN和空洞修复算法TNR.利用ATN算法检测节点与其邻居形成的三角形网格是否被完全覆盖,TNR算法以ATN算法理论为基础,向三角形网格中添加节点使目标区域完全覆盖.理论与仿真实验分析表明,ANR算法能够探测出目标区域中所有空洞,TNR算法在部署密集的传感网络中能够快速完成空洞修复.     

基于非可加几何覆盖的无线传感器网络周界覆盖分析

在随机部署中,最为关注的问题是如何判断监控区域被部署的传感器节点所充分覆盖.本文首先将无线传感器网络的信息覆盖从概率测度空间推广到Sugeno测度空间,研究了传感器网络的非可加几何覆盖,并在此基础上提出了一种非可加几何覆盖的周界覆盖分析方法.理论分析结果显示基于非可加几何覆盖的周界覆盖分析方法比圆盘覆盖更加准确地反映了传感器网络的实际的区域覆盖范围,比概率覆盖更加灵活,可以满足实际部署中不同情况的要求.     

一种高效覆盖的水下传感器网络部署策略

传感器节点的部署直接关系到水下传感器网络的成本和性能.考虑到传感器节点间具有很强的协同能力,该文提出一种基于检测融合的部署策略.采用Neyman-Pearson准则融合单元网格内所有传感器节点的检测信息,实现正方形和正三角形两种单元网格的高效覆盖,进而分别给出针对两种单元网格的监测区域网格划分方法,从而确定监测区域需要的传感器节点数量以及放置的具体位置.通过仿真实验验证了该部署策略的有效性.结果表明,与不采用检测融合时相比,降低了传感器节点冗余度.使用相同数量的传感器节点,新的部署策略能够在保证一定感知质量的基础之上获得更大的覆盖范围.     

一种基于森林火险控制的自适应性WSN分簇算法

通过对森林防火现状的总结,分析了WSN在火险控制中的特点,文中提出了一种自适应分簇算法,将整个传感器网络划分成多层.在网络部署初期,为实现监测数据传输的实时性要求,各层簇首节点采用单跳方式与SINK节点直接通信;当节点对环境数据的监测达到一定程度形成预测趋势后,所有的节点可以自适应进入下一个阶段,进行多跳路由的建立,以提高网络的生命周期,延长传感器节点对火场环境监测的时间.     

无线传感器网络覆盖连通性研究

针对无线传感器网络部署区域由于通信障碍和其他一些因素产生的某些节点无法与网络通信的情况,绐出了一种使用节点代理解决监测区域内节点通信不可达的方案,并基于一般意义的网络系统模型提出了一种探测覆盖区域内节点连通性的算法,即基于深度探测的节点覆盖连通性判定算法DBDAFNCJ.节点连通性分析和仿真实验结果表明,节点代理方案可以很好改善节点部署区域内节点通信不可达的情况,同时表明DBDAFNCJ算法可以高效、准确地获悉部署区域内节点连通性的情况.     

移动传感器网络非均匀事件区域节点部署优化

针对移动传感器网络中热点事件监测场景,研究传感器节点的快速优化部署策略.首先假定事件随机产生,针对事件优先模型及节点感知误差函数推导基于Voronoi剖分时感知误差最小,然后定义节点有效覆盖权值,证明了当所有节点有效覆盖权值一致时,整个网络覆盖效能将达到最大.结合虚拟力及节点有效覆盖权提出一种分布式优化部署算法SDOA(Sparse Deployment Optimization Algorithm),其在保证覆盖能效最大化时保证网络连通性.最后仿真比较了本文提出部署策略能够快速有效实现对热点区域部署,并保证较高的覆盖效能.     

无线传感器网络的簇头功率控制技术

在军事侦察与环境监测中,无线传感器网络一般部署在无人区域或危险区域,不能依靠人对系统进行配置与管理.网络节点通过撒播造成分簇后密度不均,影响了网络性能.由于同簇节点通信使用同一信道,簇的大小直接关系到每个节点的通信能力.当簇内节点个数处于一个合适的范围时,网络才能发挥最好的性能.因此需要对簇头进行功率控制来优化网络结构.针对这一缺乏准确数学模型的过程,提出一种基于PID的模糊自适应的变步长簇头功率控制方案,把簇内节点数目控制在一个合理的范围内.其特点是概念简单、易于理解和提高系统的鲁棒性,仿真结果从理论上证明了通过控制分簇大小以后,网络的寿命和通信能力都有所增加.     

基于多目标生物习性激励的WSN传感器节点部署

为确保无线传感器网络(WSN)覆盖和连通性最大化以及能量消耗最小化的有效监测,提出一种基于多目标生物习性激励(MOBHI)的传感器节点部署算法。首先,将传感器节点的区域(领地)根据诸如最大覆盖、最大连通性和最小能耗等多个目标,基于领地捕食者气味标记行为进行标记,并模仿气味匹配识别其监测的位置;其次,对多个目标的优化问题应用非受控Pareto最优,将其分解为多个单目标优化子问题并同时对它们进行优化,得到所需目标的解。仿真实验结果表明,本文提出算法在网络覆盖、连通性和能耗等性能指标方面都优于其他传感器节点部署的多目标和单目标优化算法。     

基于无线传感网的多功能低功耗数据采集平台设计

针对有线数据传输方式成本高、布线不易等缺陷,采用以MC1322X为核心,设计实现了一套基于ZigBee技术的数据无线传输系统。系统由采集节点、路由节点、协调器节点和上位机监控软件组成。介绍了系统原理结构,详细阐述了系统的硬件设计、系统的软件流程图。测试结果表明,采集节点具备低功耗特性,系统能够进行实时可靠通信。     

基于CAN总线的数据采集节点的设计

CAN总线以其自身的技术特点和良好的性能在现代测控领域得到了广泛的应用,本文介绍了一种基于CAN总线的数据采集节点的设计方案,给出了系统总体设计和节点的基本结构,详细说明了以MSP430F449单片机、SJA1000为核心的节点的硬件及软件设计。可在CAN总线上挂载多个数据采集节点,解决了多个节点之间的通信问题。研究表明该方案具有硬件结构简单、成本低廉、采集精度高、抗干扰能力强等优点,实现了数据采集系统的网络化。     

DISAGREE: disagreement-based querying in wireless sensor networks

Traditional data acquisition methods for wireless sensor networks (WSNs) require all sensor nodes to transmit at least once to the sink node to obtain a full view of the network. In this paper we present Disagree, a different data acquisition method to retrieve data in WSNs that works in the opposite way as compared with traditional methods. In Disagree, only nodes that do not satisfy an assertion are required to transmit data back to the sink node in order to obtain a complete view of the network. We show that this behavior is the base of an energy-efficient way to gather all data. An important feature of Disagree is that it saves energy at the sensor level by exploiting data correlation. Rather than requesting explicit data readings from all sensor nodes, Disagree estimates the readings from sensor nodes that did not respond to the assertion. As a result of this policy, Disagree can obtain a view of the sensing field with different levels of resolution involving the transmission of only a subset of the sensor nodes by exploiting spatial data redundancy. We implemented Disagree in NS-2 network simulator and results indicate Disagree can significantly reduce the percentage of nodes replying to queries compared with flat and a cluster head based approaches.     

改进HK网络演化模型的研究

以HK网络模型为基础,提出了两个度分布与聚类系数均可调的改进HK网络模型。改进模型联合考虑“优先连接”、“三角结构”、“内部演化”等演化机制。在新节点加入时,分别考虑加入单个节点和社团的情况,将 TF 机理移到旧节点之间进行网络演化。仿真结果表明,两个改进模型不仅继承了HK模型的高聚类无标度特性,同时克服了HK模型演化过程中单一加入单个节点的方式及新旧节点之间TF机理的限制。     

可扩展节点的数据采集系统

介绍了基于CAN总线的主从式数据采集系统,采用MiniARM工控板作为主节点,由AT89S52单片机为核心构成底层采集控制节点。在硬件设计的基础上,提出了适合本系统的简单有效的CAN高层协议,使得系统具有良好的可扩展性和可靠性。     

基于PIR的三角交叉定位技术研究

摘要：由于单个PIR构成的单节点探测视场存在大量的探测盲区,盲区所占面积相对较大,不能对目标实施有效定位,定位误差基本上达到1.5-2.5m左右,基于此,提出了三角交叉定位技术研究。文中采用位于同一平面内的三个节点,对同样位于同一平面的目标进行交叉定位,经过实验验证,目标定位误差可以减小到1m以内,定位精度得到了一定程度的提高,具有一定的实际应用价值。     

An Energy-Efficient Routing Algorithm Based on Relative Identification and Direction for Wireless Sensor Networks

In studies of wireless sensor networks (WSNs), routing protocols in network layer is an important topic. To date, many routing algorithms of WSNs have been developed such as relative direction-based sensor routing (RDSR). The WSNs in such algorithm are divided into many sectors for routing. RDSR could simply reduce the number of routes as compared to the convention routing algorithm, but it has routing loop problem. In this paper, a less complex, more efficient routing algorithm named as relative identification and direction-based sensor routing (RIDSR) algorithm is proposed. RIDSR makes sensor nodes establish more reliable and energy-efficient routing path for data transmission. This algorithm not only solves the routing loop problem within the RDSR algorithm but also facilitates the direct selection of a shorter distance for routing by the sensor node. Furthermore, it saves energy and extends the lifetime of the sensor nodes. We also propose a new energy-efficient algorithm named as enhanced relative identification and direction-based sensor routing (ERIDSR) algorithm. ERISDR combines triangle routing algorithm with RIDSR. Triangle routing algorithm exploits a simple triangle rule to determine a sensor node that can save more energy while relaying data between the transmitter and the receiver. This algorithm could effectively economize the use of energy in near-sensor nodes to further extend the lifetime of the sensor nodes. Simulation results show that ERIDSR get better performance than RDSR, and RIDSR algorithms. In addition, ERIDSR algorithm could save the total energy in near-sensor nodes more effectively.     

无线传感器网络节点图像采集存储设计

为了监测和跟踪监控区域内的目标对象,提出了一种基于无线传感器网络节点的设计方案。随着高清图像传输速度越来越快、存储容量不断增大,使得每个节点的数据存储速率成为关键。以FPGA、DSP为控制核心,利用双片选交替双平面技术对混合编帧后的数据进行存储,实现了一种对图像的高速采集,并解决了数据存储速率的问题。通过对系统采集回的数据进行科学分析和图像还原,结果表明该设计能够可靠、有效的实现对图像信息的采集与存储。     

无线传感器网络远程监测节点的功能扩展电路

在节点现有功能基础上进行外围电路功能扩展是传感器网络应用开发中的常见问题之一。本文以JN5139系列节点为基础,用测量范围较大的高温采集电路,替换了原有的常温传感器;配备了蓄电池电压检测电路,使得监测中心能及时了解节点能量供应情况;通过纽扣电池为节点时钟芯片提供电源,保证节点时钟计时准确性;采用GPRS开关控制电路,降低了汇聚节点能量损耗;设计的看门狗控制电路,提高了节点工作的可靠性和稳定性。