无线传感器网络节点硬件平台设计

针对无线传感器网络(W SNs)的功能需求,给出了基于高性能先进精简指令集机器(ARM)微处理器AT91SAM7S64、射频芯片CC2420、温度传感器MAX6666和加速度传感器ADXL202的W SNs节点的设计方案;分析了系统组成和原理;重点阐述了节点的硬件设计,基于SPI总线的CC2420驱动程序设计和温度传感器信号采集驱动程序的设计;最后,对传感器网络和节点上温度传感器的准确度进行了实验测试和分析。实验中,无线温度传感器网络的精度最高可达0.25℃。     

一种无线传感器网络定位算法的分析和改进

无线传感器网络(W SNs)能够实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象信息,有着广泛的应用前景。在W SNs中,节点定位技术是许多应用的支撑技术,定位的准确性直接关系到传感器节点采集数据的有效性。目前,已提出多种定位算法,Euc lidean算法由于通信开销小,具有一定的优越性,但在某些应用中存在定位精度较低的问题。针对这一问题,提出了一种新的改进Euc lidean的算法。用距离矢量路由技术替代直接测量节点间的距离,并运用迭代循环思想抑制定位误差的累计。计算机仿真结果证明:该改进算法能够明显地提高定位精度。     

无线传感器网络GEAR协议的一种改进方案

无线传感器网络(W SNs)被认为是未来改变世界的十大技术之首,但有限的计算、存储和通信能力,尤其是严重受限的能量使其应用前景面临巨大挑战,W SNs在应用之前需要解决许多关键问题,能量问题即是其中之一。能量对于W SNs的生命周期具有决定意义,设计W SNs路由协议需要重点考虑能耗问题,针对W SNs的GEAR路由协议,提出一种能耗上的改进方案并进行仿真,仿真结果显示:该方案能明显降低能耗。     

网络编码在无线传感器网络中的应用研究

介绍了一种新的传输技术,即网络编码;详细分析了编码的原理和在无线传感器网络(W SNs)中的编码、解码过程;评述了网络编码对W SNs通信性能的影响,包括提高网络吞吐量、节省网络能量消耗、提高网络链接鲁棒性。     

WSNs中一种新的编码协作通信方式

采用空间分集的方法可以有效地对抗无线信道中的衰落,由于受到体积、重量、成本等因素的限制,在无线传感器网络(W SNs)节点上实现多天线技术较为困难。在W SNs中提出了一种基于π旋转LD-PC码的编码协作通信方式,2个单天线节点通过共享自己的天线,形成了一个虚拟的多天线系统。LDPC码的不同部分通过不同节点的上行链路传输到基站,获得发送分集增益。在相同的系统带宽和发送功率下,与非协作通信方式相比,该编码协作方式可显著提高系统性能。     

无线传感器网络节点部署问题研究

节点部署是无线传感器网络(W SNs)研究的一个基本问题。合理的节点部署方式有助于提高网络工作效率,优化利用网络资源。针对与节点部署相关的覆盖、连通、能耗三方面基本问题,对现有主要研究成果进行了分类和比较,讨论了三者之间的关系,总结性地提出并分析了网络覆盖和连通性能的评价标准。     

一种基于簇的无线传感器网络能量有效路由协议

由于传感器节点的电源能量、通信能力和计算能力都十分有限。为了提高无线传感器网络(W SNs)的生命周期,提出了一种基于簇的高效节能的传感器网络路由协议。该协议提出了基于最小成本路径的数据转发法并运用于簇内路由中。同时,为了减小簇头节点的能量开销,簇头之间采用了多跳中继的方式将采集的数据发送到基站。仿真证明:该协议与LEACH协议相比,其网络寿命提高了500%,此外,该协议还提高了传感器节点的能耗均衡性、网络扩展性和可靠性。     

基于分布式中间件的传感器网络软件体系结构研究

传感器网络的特点决定了其软件开发具有特殊的需求,需要新的程序设计方法和技术.本文研究的目的在于提出一种开发框架,从根本上简化传感器网络的应用软件开发.本文提出了一种基于中间件的传感器网络软件体系结构,该体系结构包括节点软件体系结构和整个网络软件体系结构两个部分.中间件支持节点间协作数据处理、网络自组织、路由和能量优化等机制.采用该体系结构,可以实现基于中间件的灵活、可扩展的传感器网络程序设计方法.     

无线传感器网络中的跨层安全设计

无线传感器网络(WSNs)发展迅速,可广泛应用于军事、工业及科学等领域。传感器网络在无线信道中工作,其节点有限的能源、计算能力、存储能力使得其面临着严重的安全问题。已提出的许多安全方法都基于分层设计的概念。分析了分层安全设计的局限性,回顾了现存的W SNs的安全设计方案,提出了一些新的跨层解决办法,并指出了传感器网络中跨层安全的研究方向。     

基于时分复用的无线传感器网络MAC协议研究

对近年来无线传感器网络(W SNs)的基于时分复用(TDMA)的媒质访问控制(MAC)协议的最新研究进展进行了讨论和综述,描述了设计W SNs的MAC协议应该考虑的问题,详细论述了传感器网络的MAC协议的能量有效性问题,着重对一些具有代表性的基于TDMA的MAC协议进行对比、分析,并在此基础上提出了将来设计这类MAC协议的方向和建议。     

Intelligent service processing in common USN middleware

The Ubiquitous sensor network (USN) is composed of several heterogeneous sensors with a variety of characteristics. An application based on the sensor network also has various requirements to provide services to users. Therefore it is important to develop the common USN middleware for flexible integration between the sensor networks and applications. Especially, this paper focuses on intelligent service management which is one of the main functions of USN middleware. Several applications in the sensor network environment support not only monitoring services, but also sensor-based context-awareness and intelligent services. In many applications, however, approaches to support intelligent services depend on the application because the standard method has been undefined yet. Therefore this paper proposes a common method for processing intelligent services in USN middleware independent of an application. The proposed method is implemented and evaluated as a component of USN middleware.     

一种采用分簇的无线传感器网络中间件

无线传感器网络(WSN)已经开发应用于多种领域,然而WSN应用编程仍是一项困难且容易出错的工作.为了便于应用开发和提供通用服务,提出一种适应WSN特点的中间件TinyWare,它使用发布/订阅的方式实现异步通信,根据用户订阅的主题监测环境,并在事件产生后主动发布消息;采用基于分簇机制的消息通信模型,簇内节点根据不同角色和策略对数据进行网络内处理.TinyWare降低能量消耗,提高系统的自适应能力,可扩展性和鲁棒性.为了验证这一中间件,本文实现了一个环境监测应用实例.     

Mires: a publish/subscribe middleware for sensor networks

A wireless sensor network (WSN) consists of a large number of small devices with computational power, wireless communication and sensing capability. These networks have been developed for a wide range of applications, such as habitat monitoring, object tracking, precision agriculture, building monitoring and military systems. Meanwhile, middleware systems have also been proposed in to facilitate both the development of these applications and provide common application services. The development of middleware for sensor networks, however, places new challenges on middleware developers due to the low availability of resources and processing capacity of the sensor nodes. In this context, this paper presents the design and implementation of a middleware for WSN named Mires. Mires incorporates characteristics of message-oriented middleware by allowing applications communicate in a publish/subscribe way. In order to illustrate the proposed middleware, we have also developed an environment-monitoring application and a data aggregation service.

一种保证传感器网络实时服务的中间件机制

传感器网络技术的发展导致了在应用与网络之间建立中间件，根据系统资源及网络能源保证在网络上并发运行的应用的QoS。首先，本文结合传感器网络的特性及实时应用的特点，定义了一个事件驱动的保证实时QoS的传感器网络中间件框架。然后，定义了传感器网络中实时应用的执行模型，提出了一种基于时间戳相关的实现技术，在应用调度中结合应用语义保证实时QoS、数据流的时间一致性及并发应用执行的逻辑一致性。最后，给出了基于时间戳模型的调度算法。通过性能测试结果分析表明，它能够显著提高系统的运行效率及对高速外部采集数据处理的实时性，特别适应于处理间歇、高速的传感器网络外部采集数据。     

无线传感器网络中间件研究进展

无线传感器网络作为一种新兴的技术,受到了学术界和工业界的广泛关注.然而随着传感器网络及其应用的发展,系统的复杂性也随之增加,与传统网络相比无限传感器网络又具有其独特的特征,使得无线传感器网络的程序开发变得更加困难.中间件提供了一个编程抽象,方便了应用程序的开发,缩减了应用程序和底层设备的间隙.针对无线传感器网络的特点,分析了无线传感器网络中间件设计面临的问题,对有关设计方法进行了分类评述,并对几种典型中间件进行了比较,最后从通信范式、QoS支持和安全等方面提出了一些改进思路.     

Design and evaluation of lightweight middleware for personal wireless body area network

This paper presents a lightweight middleware to be used for wireless medical body area networks. The middleware is designed to reside in mobile devices, and acts as a gateway to receive sensor data as well as to control a set of sensor devices attached to the wearer. The main essence of the middleware is to simplify and accelerate the development of wireless healthcare applications by providing highly reusable codes. The architecture of the middleware including its main functions such as data acquisition, dynamic plug-and-play capabilities, on-the-fly sensor reconfiguration, and resource management (i.e., sensor sleep/wake-up, critical self-wake) will be discussed. A security feature as a means to protect critical sensor data from malicious/unauthorized parties has also been incorporated in our proposed middleware. The prototype system of the middleware has been built and is presented in this paper together with its performance measurements.     

支持多应用任务的WSNs中间件的设计与实现

无线传感器网络作为物联网的基础设施,需要同时运行多种应用任务来满足不同用户的复杂需求。现有的无线传感器网络中间件主要是为某一类应用领域而设计和开发的,其上运行的是单一应用任务。设计了一种支持多应用任务的无线传感器网络中间件架构,并根据此架构设计与实现了整个系统与各个功能组件,整个中间件可以根据不同需求承载多种应用任务,并且通过模拟网络的实验验证了该中间件系统具有较好的可行性和实用性。     

Mobile data collection in sensor networks: The TinyLime middleware

In this paper we describe TinyLime, a novel middleware for wireless sensor networks that departs from the traditional setting where sensor data is collected by a central monitoring station, and enables instead multiple mobile monitoring stations to access the sensors in their proximity and share the collected data through wireless links. This intrinsically context-aware setting is demanded by applications where the sensors are sparse and possibly isolated, and where on-site, location-dependent data collection is required. An extension of the Lime middleware for mobile ad hoc networks, TinyLime makes sensor data available through a tuple space interface, providing the illusion of shared memory between applications and sensors. Data aggregation capabilities and a power-savvy architecture complete the middleware features. The paper presents the model and application programming interface of TinyLime, together with its implementation for the Crossbow MICA2 sensor platform.     

无线传感器网络中间件技术研究综述

无线传感器网络在受到广泛应用与关注的同时,由于网络复杂度及网络应用的增加,普遍存在缺乏统一开放接口的问题。针对无线传感器网络结构及特点,介绍无线传感器网络中间件技术概念,在全面分析中间件面临的问题与挑战的基础上,比较几种不同设计方法,并且通过典型实例在几个重要性能参数方面进行了对比。最后在中间件QoS机制模型方面提出了一种改进方法。