Sensor deployment strategy for chain-type wireless underground mine sensor network

Wireless sensor networks (WSNs) are very important for monitoring underground mine safety. Sensor node deployment affects the performances of WSNs. In our study, a chain-type wireless underground mine sensor network (CWUMSN) is first presented. A CWUMSN can monitor the environment and locate miners in underground mines. The lowest density deployment strategies of cluster head nodes are discussed theoretically. We prove that the lifetime of CWUMSN with a non-uniform deployment strategy is longer than with a uniform deployment strategy. Secondly, we present the algorithm of non-uniform lowest density deployment of cluster head nodes. Next, we propose a dynamic choice algorithm of cluster head nodes for CWUMSN which can improve the adaptability of networks. Our experiments of CWUMSN with both non-uniform lowest density and uniform lowest density deployments are simulated. The results show that the lifetime of CWUMSN with non-uniform lowest density deployment is almost 2.5 times as long as that of the uniform lowest density deployment. This work provides a new deployment strategy for wireless underground mine sensor networks and then effectively promotes the application of wireless sensor networks to underground mines.     

无线传感器网络中基于验证点的安全定位协议

针对现有定位算法多是建立在假设锚点信息是正确的基础上,如果网络受到攻击,这些定位算法都将无法工作的问题,基于验证点思想提出既能使用不同定位算法,又不需要增加锚点(甚至不用锚点)的高质量安全定位协议———SLPDVNM。SLPDVNM通过使用动态验证点结合定位算法的机制完成节点安全定位。安全分析和基于MMSE定位算法的协议性能仿真表明,算法不仅可以有效克服恶意锚点的影响,而且对已知的多种攻击也具有极好的抵御能力。     

基于无线传感网络的煤矿井下瓦斯与温度监测系统

瓦斯和温度检测是煤矿安全生产中重要的工作,针对煤矿井下布线不方便的特点,提出了利用射频芯片的无线传感器网络来采集和传输瓦斯与温度信息的系统架构。系统由移动节点和固定节点组成。移动节点和固定节点、固定节点与固定节点之间采用无线技术传递信息。固定节点中的汇聚节点收集相应范围内的瓦斯与温度数据后通过载波方式将其传递给地面监控中心。实现了灵活组网、低开销、扩展性好和实时监测的功能,实施效果较好。     

国内外无线传感器网络研究透视

无线传感器网络被认为是21世纪最重要技术之一,将会对人类未来生活和生产方式产生深远影响.本文介绍了WSN研究背景,基本原理和主要特点,列举了目前研究关键技术、热点、难点问题、应用前景和未来发展趋势.主要分析了WSN节点定位技术.     

大坝廊道无线传感器网络节点铺设方法

为了满足灌浆工程中智能化监控的要求,了解无线传感器网络在复杂环境下灌浆数据传输的质量情况,对2.4 GHz无线信号在大坝灌浆廊道中的传播特性进行了研究.利用现场实验测试网络性能,指出廊道环境、数据传输时延、多跳跳数及采样率对节点能耗和无线传感器网络链路质量的影响,并提出基于信号强度的、动态n值的线性节点铺设方法.该方法在链路质量降低情况下可通过铺设冗余节点和测试丢包率等方法调整节点位置,使链路快速得到恢复.通过能耗分析、丢包率测试、定位误差测量等实验对动态n值相对于固定n值在数据传输网络中的性能进行了分析.实验证明:在恶劣施工条件下,基于信号强度、动态n值的线性节点铺设方法适用于灌浆廊道通信.     

无线传感器网络节点定位算法

针对无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)系统中节点的定位算法问题,提出了基于差分的DV-Hop定位算法,信标节点将测算的位置测定误差作为校正值向四周区域广播,未知节点接收到信标节点的校正信息后,据此修正自身的相对位置测算值,以减少节点定位误差,提高定位算法的精度。仿真测试表明,该算法与普通的DV-Hop算法相比,在定位误差与通信距离的比值等性能指标上得到了明显改善。     

具有机动能力的无线传感器网络节点的设计与实现

针对无线传感器网络机动能力的不足,提出一种具有机动能力的网络节点设计方法,并成功实现了移动节点样机Racemote。将该移动节点加入静态传感器网络中,能够解决目前无线传感器网络研究中存在的许多问题,可以拓展和增强传感器网络的功能。使用商业化组件方式设计的硬件平台具有较好的稳定性和可升级性,以嵌入式操作系统TinyOS为基础的软件平台简化了底层的硬件操作,使得应用程序开发更加方便快捷。验证实验结果表明,Racemote成功实现了基本的平面运动,可以很好地应用于无线传感器/执行器网络或移动传感器网络的平台搭建与实验研究。     

无线传感器网络在环境监测系统中的设计与应用

为了克服传统的环境监测系统布线复杂和数据采样困难的问题,提出了基于ZigBee无线传感器网络的解决方案。通过传感器节点采集环境监测现场的数据,并实时将监测数据通过CC2530的ZigBee通信协议无线传输至协调器,然后将数据传输到上位机进行监测与分析处理。实验结果表明,该无线传感器网络能够可靠、有效地采集相应环境数据,并及时传输至监测平台,为环境监测系统的高效、安全运行提供了可靠依据.     

无线传感器网络簇内可疑节点的博弈检测方法

针对无线传感器网络内部可能存在行为异常的可疑节点问题,在分簇路由协议的基础上,采用博弈方法通过簇内多个邻居节点对某一可疑节点进行判定,邻居节点产生的检测结果传输至簇头进行汇总. 簇头节点统计结果并采用多数投票方式对可疑节点进行判定. 为了保证数据传输的安全性,采用对称加密算法对各检测节点判定结果进行加密.若可疑节点是恶意节点,则该判定结果将在簇内广播,以达到隔离可疑节点的目的. 为了更符合实际环境,在博弈模型判定时,考虑攻防双方节点的能量消耗.实验结果表明,该多检测节点方案能够较好地分析无线传感器网络中可疑入侵节点和检测系统之间的博弈关系,提高了对可疑节点判定的准确性.     

化工装备运行状态的无线传感器网络监测系统

针对传统有线传感器系统对化工装备运行状态的实时监测存在布线繁琐、维护困难等问题,提出了一种基于无线传感器网络的化工装备运行状态监测系统方法.利用无线传感器网络代替有线传感器系统,结合现有实验设备,设计了基于虚拟仪器的数据采集与处理程序,借助"创世纪64"组态软件建立人机交互界面,实现了对化工装备运行状态的无线数据采集与实时在线或离线监控,具有实时显示、历史数据回放和报警信息处理等功能.     

基于无线传感网络的环境温度监测系统设计

为满足环境温度监测系统远距离,低成本,部署灵活等要求,设计并实现了一种树型结构的无线传感网络,通过无线传感网络采集环境温度数据并上传监控主机,实现远距离检测和监控.首先介绍了节点硬件设计,然后根据环境温度监测的应用需求进行软件设计,采用休眠机制以降低节点的功耗,最后将系统进行实地部署与测试.结果表明:该系统具有较高的实用性和可靠性.     

基于ZigBee的无线传感器网络监测系统设计

针对传统传感器网络在某些特殊场合检测点多、布线困难、成本高的问题,以CC2430芯片为核心,提出了一种基于Z-Stack协议栈的树形无线传感器网络检测系统。给出了系统的软硬件设计,为网络中路由器节点和终端节配备了多种传感器,可采集并监控不同节点的多种物理量,实现了节点的自动组网、数据的自组织传输。实地测试表明,系统具有较强的实用性和可靠性。     

基于ZigBee技术的煤矿井下无线语音通信系统研究

针对当前矿用语音通信系统的不足,提出了一种基于ZigBee技术的矿用无线语音通信系统设计方案,并给出了无线语音通信节点的软硬件设计.语音通信节点采用CC2530作为射频收发单元,通过CSP1027对语音信号进行A/D或D/A转换,并利用AMBE语音编解码技术对量化后的语音数据进行编解码,通过ZigBee无线通信协议IEEE 802.15.4实现各节点间语音信息的双向无线传输.实验证明,语音通信节点在有效通信距离内具有语音清晰、通话可靠,满足语音通信要求.     

用于大规模无线传感器网络突发事件监测的路由策略

针对大规模无线传感器网络(Wireless sensor network:WSN)突发事件监测的应用问题,提出了一种基于事件驱动成簇和时延梯度路径树的路由策略。该策略在簇头选举时综合考虑了节点剩余能量、距离Sink节点的跳数、与邻居节点的连通性以及父节点数目等因素以节省和均衡网络能耗,并通过时延梯度路径树和多路径选择实现数据的及时和可靠传输。仿真结果表明:该策略能够提高无线传感器网络的能量效率,使网络生命周期比LEACH(Low-energy adaptive clustering hierarchy)算法和AEEC(Adaptive and energy efficient clus-tering algorithm)算法分别提高2倍和1.4倍,比ARPEES(Adaptive routing protocal withenergy efficiency and event clustering for wireless sensor networks)算法延长了15%。     

一种新型节能无线传感节点的设计与组网

设计了一种节能无线传感节点.该设计在智能节点的平台上,完成一个小型无线传感网络的搭建,实现“节点级节能”和“网络级节能”,从2个方面同时节约能耗,达到较好的节能目标.节点节能是通过传感节点的射频功率自适应来实现的,节点可以自动选取最小必要发射功率,在保证可靠通信的基础上实现发射功率最小;而网络节能则是通过估计星型网络和...     

无线传感网非测距三维节点定位算法

采用DV-hop算法中距离矢量跳数和平均跳距计算方法,依据几何学原理,引入位置估算偏差值,利用加权质心算法进行位置估算,设计了一种新的无线传感网非测距三维节点定位算法,给出了该算法设计的理论依据和实现步骤．仿真结果表明,作为非测距定位算法,在设定的三维空间中,随机放置40个锚结点,能对所有节点进行定位,并可以达到0.4以下的较高精度,而且通信开销相比于二维定位方法增幅不大．     

A multipath routing protocol for wireless sensor network for mine security monitoring

Underground mining is a hazardous industrial activity. In order to provide a safe working environment for miners, a Wireless Sensor Network (WSN) technology has been used for security monitoring. It can provide a wide range of surveillance with a relatively low cost. In this study, an Energy-Based Multipath Routing (EBMR) protocol is proposed, which considers residual energy capacity and link quality in choosing hops and routing paths. Hops and paths with a high residual energy capacity and link quality will have the best chance to be selected to transmit data packages. Since the EBMR stores several routes in the routing table, when the current path fails, another path will be chosen to fulfill the task immediately. In this way, EBMR improves reliability and decrease time latency. Compared to AOMDV and REAR, EBMR decreases time latency by 51% and 12%.     

基于锚圆交点加权质心的无线传感器网络定位算法

针对无线传感器网络节点能量有限,基于距离的定位算法有时并不适用的问题,在研究了未知节点与其无线射程范围内的3个锚节点之间的通信约束和几何关系的基础上,提出了一种基于锚圆交点加权质心的定位算法。该定位算法仅基于网络连通性而不需要测量距离,算法计算量小,节点通信开销小。仿真结果表明,当在100m×100m的区域范围内随机部署100个传感器节点,通信半径为30m、锚节点密度为16%时,相对定位误差为22.7%。     

基于区分服务的无线传感器网络性能研究

根据网络数据区分服务的思想,对无线传感器网络MAC层协议的CSMA/CA算法进行改进.新算法可通过改变协议参数的方式达到无线传感器网络对网络数据区分服务的目的.针对改进协议所进行的仿真证明,新算法可以为网络数据提供多层次的服务.     

埋入式无线传感网络节点天线的设计与仿真

对埋入式无线传感网络节点天线进行了相应的分析.结合相应理论介绍了一些天线工作中的主要参数的计算方法.同时针对实际工程应用对传输频率为433 MHz的无线传感器网络节点的天线进行了设计,并采用Ansoft HFSS仿真软件对其进行仿真和优化,仿真结果显示所设计的天线符合实际的应用需求,具有工程应用价值.