无线传感器网络定位技术研究进展

在无线传感器网络（WSNs）中,通过对节点的定位以确定事件发生的位置是WSNs需要具备的基本功能。介绍了WSNs定位技术的国内外研究现状,分析了静态传感器网络定位、移动信标节点定位和移动传感器网络定位的原理及方法,讨论了几种主要算法的优缺点,给出了移动传感器网络定位技术进一步研究的方向与面临的挑战。     

基于UKF区域交叉定位的WSNs Sink节点动态跟踪算法

为了提高无线传感器网络（ WSNs）使用寿命,对WSNs的目标跟踪方式进行研究,提出基于无迹Kalman滤波（ UKF）的WSNs Sink节点动态跟踪算法,以实现高效节能的资源管理和利用方式。首先利用UKF算法对目标节点的下一位置进行预测,然后通过四圆区域定位交叉定位算法对Sink节点的位置区域进行局部准确定位。实验结果表明：这种动态的Sink节点预测定位算法能够有效缩短数据发射传感器和Sink点之间的距离,减少跳数,从而实现负载均衡降低能耗的效果。     

一种无线传感器网络节点定位算法的改进

利用无线信号强度实现了煤矿安全监测无线传感器网络（WSNs）节点问的自定位,提出了一种新的节点定位算法,介绍了算法的基本原理和实现方法。该算法不需要任何额外的硬件支持,节点间通信开销少。仿真结果表明：所提出的算法可以有效地提高WSNs节点的定位精度。     

基于BADV-Hop的无线传感器网络节点定位方法

针对无线传感器网络（WSNs）节点的定位误差较大的问题,提出一种蝙蝠算法（BA）和DV-Hop算法融合（BADV-Hop）的定位算法.首先测量未知节点与锚节点之间的距离,然后采用DV-Hop算法初步确定未知节点的坐标,再采用BA校正DV-Hop算法的定位误差,最后在Matlab 2012平台上对算法性能进行仿真分析.实验结果表明：相对于DV-Hop算法,BADV-Hop算法提高了传感器的节点定位精度.     

无线传感器网络的分区域质心定位算法

针对无线传感器网络（WSNs）质心定位算法定位精度较低和一般的改进型质心算法计算复杂及数据通信量大的问题,提出一种新的质心定位算法——分区域质心定位（RPCL）算法.该算法将包围未知节点邻居锚节点组成的三角形划分为7个区域,每个区域的确定1个质心作为未知节点的估计位置.仿真结果表明：RPCL算法的平均定位误差比一般的质心定位算法减小20％以上;参数优化后,误差减少到49％左右.     

基于无线传感器网络的应急气象观测系统设计

针对传统车载移动气象台在复杂地形中灵活性差和覆盖面积小的缺点,提出了一种基于无线传感器网络的应急气象观测系统。系统包括数据采集层和远程数据传输层,数据采集层实现了一种基于无线传感器网络的便携式气象观测节点,远程数据传输层实现了一种具有通用分组无线业务（GPRS）和北斗卫星通信模块的车载网关。测试结果表明：系统在应急气象观测中便于部署,可以有效扩大气象观测网络的覆盖面积,提高气象观测密度和精度,保证气象观测数据的稳定传输。     

WSNs中的位置隐私评述

随着无线传感器网络（WSNs）的广泛应用,隐私已成为WSNs成功应用的一大障碍。当WSNs用于监控敏感对象,被监控对象的位置隐私成为一个重要问题。特别是WSNs在军事上的应用,基站一旦被控制或破坏,后果不堪设想。分析了WSNs的安全特点、位置隐私性能评价、面临的隐私威胁,并基于对WSNs位置隐私问题的分析和评述,指出了今后该领域的研究方向。     

动态无线传感器反应网络事件驱动定位算法

动态无线传感器反应网络（WSANs）是传统无线传感器网络（WSNs）的衍生物,是由大量资源受限的传感器节点和少量资源不受限的反应节点组成的动态网络,采用无线通信的方式进行通信,具有很强的实用性和应用前景。在充分分析动态WSNs特点的基础上,提出了一种基于接收信号强度指示（RSSI）测距的分布式事件驱动定位算法,并利用OPNET网络仿真软件对所设计的算法进行了仿真验证,结果表明：所设计算法具有较高的定位精度和能效性。     

改进QGA在WSNs节点部署中的应用

对含有障碍区域的无线传感器网络（WSNs）节点部署问题进行研究。建立节点探测模型和网络覆盖率评价方法,基于概率传感器模型提出一种部署方式,即对障碍区域进行随机布撒节点,确定区域采用量子遗传算法（QGA）寻找最优节点部署位置,实现对同构WSNs节点构成的目标区域的高效覆盖。仿真结果与GA,QGA相比：改进QGA有效提高了算法整体的搜索能力和收敛速度。     

一种鲁棒性强的无线传感器网络位置隐私保护方案

传统无线传感器网络（WSNs）位置隐私保护方案难以解决安全性与网络能耗之间的均衡,为了提高网络隐私信息的安全性,提出一种鲁棒性强的无线传感器网络位置隐私保护方案.首先通过增加伪源节点和伪汇聚节点防止攻击者获得关键节点的位置信息;然后采用伪汇聚节点分组、概率丢弃冗余数据包降低网络资源消耗;最后在Matlab 2012平台下进行仿真对比实验.结果表明：该方案可以提高网络攻击事件检测率,降低网络时延,有效地保护源节点和汇聚节点的位置隐私.     

一种适用于近海环境监测的WSNs节点设计方法

针对传统近海环境监测无线传感器网络（ WSNs）节点存在开发成本高、可扩展性差、通信距离短等不足,提出了一种基于开源Arduino软硬件平台,设计近海环境监测WSNs节点的方法。方法依据近海环境监测的实际需求,首先对传感器节点的微控制板进行了选型与定制,并给出了节点总的功能模块设计框架;然后对节点软硬件设计中涉及的节点供电优化、多种通信机制的融合、长距离通信等关键问题提出了相应的解决方案。实际应用结果表明：设计的节点所构建的WSNs,能实现连续实时采集监测区域的多种环境要素,并将数据稳定可靠地上传至服务器,传感器网相邻节点的通信距离可长达1000 m以上。所设计的WSNs节点具有开发成本低、接口丰富、可扩展性强、组网简单等特点,节点除满足近海环境监测实时获取数据的功能需求外,还可以应用到淡水的实时环境监测,具有较好的应用前景。     

Distributed optimal dynamic base station positioning in wireless sensor networks

Base station (BS) positioning is an effective method for improving the performance of wireless sensor networks (WSNs). A metric-aware optimal BS positioning and relocation mechanism for WSNs is proposed. This technique locates the BS with respect to the available resources and the amount of traffic traveling through the sensor nodes. The BS calculates its own position over time in response to the dynamic environment in which the sensor nodes operate. In most WSN environments, communication channel experiences nonlinearity that is influenced by path loss, attenuation of signal as it propagated through space, greater than 2. In this work, we solved the problem of BS positioning in nonlinear environments. We propose a weighted linear or nonlinear least squares optimization depending on the value of the path loss exponent. We also propose a distributed algorithm that can effectively handle the required computation by exploiting node cooperation. The goal is to minimize the total energy consumption and to prolong lifetime of the WSNs. The performance of the proposed technique is evaluated for various network setups and conditions. Our simulation results demonstrate that BS positioning and relocation can significantly improve the lifetime and power efficiency in WSNs.     

基于RSSI值的WSNs节点测距算法改进与定位实现

针对采用接收信号强度指示(RSSI)值进行无线传感器网络(WSNs)节点定位中,存在的因节点放置高度不同而产生的测距精度存在差异的问题,在大量实验数据的基础上,分析了RSSI值与距离d在节点布设高度不同时的关系,同时采用分段拟合法对测量曲线进行处理,并在此基础上提出了以恒定步长进行节点趋势移动的校验法,计算RSSI值所对应的距离d。验证结果表明:应用此校验法,节点测距的相对误差有了明显的改善。最后,将改进的测距算法应用到WSNs定位中,仿真结果表明:提出的分段拟合与移动校验法能有效改善定位的精度。     

爆炸场地面压力测试的Wi-Fi无线传感器网络实现

针对爆炸场地面动态压力测试,研究了基于Wi-Fi技术的无线传感器网络。设计了基于事件触发的地面测试无线传感器节点,分布式节点在系统监控和数据传输时自动连入网络,可降低功耗。通过定向微带天线和增益放大器改善地面效应对天线性能的影响,实现远距离的无线通信。爆炸现场试验结果表明:此无线传感器网络实现了2 Msps信号采集、16 Mbyte单节点数据存储,1 Mbps无线通信速率和300 m的网络覆盖。     

基于概率阈值通信感知的WSNs目标跟踪算法

针对移动Sink节点目标跟踪定位时间长,能耗大等问题,提出基于概率阈值通信感知的WSNs目标跟踪算法。采用离散数据传输方式,并定义目标信息传输概率阈值来确定是否将节点当前位置信息由传感器节点传输到Sink节点。若当前位置信息不传输到Sink节点中,则使用最近一次通报的目标位置信息进行目标定位。然后开启目标周围相关传感器节点来有效降低算法数据传输量,并保持足够的定位精度。仿真结果显示：该方法比预测跟踪算法降低数据传输量87%左右,比动态目标跟踪算法降低跟踪时间33.7%左右。     

Privacy preserving secure expansive aggregation with malicious node identification in linear wireless sensor networks

The Wireless Sensor Networks (WSNs) used for the monitoring applications like pipelines carrying oil, water, and gas; perimeter surveillance; border monitoring; and subway tunnel monitoring form linearWSNs. Here, the infrastructure being monitored inherently forms linearity (straight line through the placement of sensor nodes). Therefore, suchWSNs are called linear WSNs. These applications are security critical because the data being communicated can be used for malicious purposes. The contemporary research of WSNs data security cannot fit in directly to linear WSN as only by capturing few nodes, the adversary can disrupt the entire service of linear WSN. Therefore, we propose a data aggregation scheme that takes care of privacy, confidentiality, and integrity of data. In addition, the scheme is resilient against node capture attack and collusion attacks. There are several schemes detecting the malicious nodes. However, the proposed scheme also provides an identification of malicious nodes with lesser key storage requirements. Moreover, we provide an analysis of communication cost regarding the number of messages being communicated. To the best of our knowledge, the proposed data aggregation scheme is the first lightweight scheme that achieves privacy and verification of data, resistance against node capture and collusion attacks, and malicious node identification in linear WSNs.     

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。     

无线传感器网络的通信能量有效性的研究

无线传感器节点通常依靠电池供能,为了满足无线传感器网络的往往长达数年的生命周期要求,应当努力提高其能量有效性,特别是消耗大部分能量的通信模块的能量有效性.首先系统讨论了无线传感器网络的通信的能量有效性的研究现状,然后基于传感器节点的通信模块的功耗特性,运用应用驱动和跨层优化的方法,设计了一种无线传感器网络通信架构--ADCOCA (Application-Driven and Cross-layer Optimized Communication Architecture).理论分析表明,ADCOCA改善了无线传感器网络通信的能量有效性,延长了网络的生命周期,推动了无线传感器网络应用的普及.