ISM频段无线热计量传感器网络节点模块的设计与开发

针对智能住宅建筑能效监管需求和现有热计量系统布线成本高、改造难度大的问题,将ISM频段无线收发芯片应用于无线热计量数据的传输过程中,对热计量传感器网络基本结构和工作原理进行了研究,开发了一种无线热计量数据传感器网络节点模块,设计了该节点模块的基本结构和主要电路,并重点介绍了其SPI接口连接方式及数据传输方法、无线收发芯片寄存器读写控制和热计量数据的无线收发过程。实验结果表明,所设计的无线热计量传感器网络节点模块在保证热计量数据稳定、可靠采集传输的同时,大大地增加了热计量传感器网络的灵活性和适用性,为住宅建筑能效数据的智能化采集、传输和管理提供了一种经济、高效的解决方法。     

基于无线传感器网络节点采集存储系统设计

无线传感器网络是当前前沿热点研究领域;随着无线传感器网络的发展,每一个节点采集信号的精度和速率成为关键因素;本设计以FPGA、DSP作为控制核心,实现了一种可对多路信号同时高速采集的系统,采样率为72 kHz,利用流水线技术对混合编帧后的数据进行存储,存储速率为6.282 MB/s,以解决数据量传送速率的问题,并利用无线传输将传感器节点信息传入汇聚节点输出;测试结果表明:该设计可以完成对多路信号的同时采集和存储且整个系统稳定可靠。     

基于分布式视频编码的低能耗视频传感器节点研究

在无线多媒体传感器网络中,如何提高节点能源的利用率,延长整个网络的生命周期是当前迫切需要解决的关键问题。从视频数据处理和传输能耗的角度出发,对分布式视频编码(DVC)基础理论及视频传感器节点的能耗模型进行分析和研究。通过实验仿真的方式将H.264帧内编码方案同DVC方案进行比较,实验结果表明了DISCOVER-DVC方案在节点节能方面的优势。最后基于DISCOVER-DVC算法,在S3C6410硬件平台和嵌入式Linux操作系统平台之上完成视频传感器节点设计,来降低节点能耗,提高节点生命周期。     

无线传感器网络中基于最小延时的数据汇集树构建与传输调度算法

无线传感器网络的数据通信模式问题是目前的研究热点,针对现有的无线传感器网络数据汇集算法延时较大这一不足,对最小延时数据汇集树和传输调度问题进行了研究。提出一种基于度约束的汇集树构建算法(DCAT)。该算法按照 BFS 方式遍历图,当遍历到每个节点时,通过确定哪些节点与汇点更近来确定潜在母节点集合。然后,选择图中度数最小的潜在母节点作为当前被遍历节点的母节点。此外,为了在给定的汇集树上进行高效地数据汇集,还提出两种新的基于贪婪的TDMA传输调度算法：WIRES-G 和 DCAT-Greedy。利用随机生成的不同规模的传感器网络,参照当前最新算法,对文中方法的性能进行了全面评估。结果表明,与当前最优算法相比,文中调度算法与文中汇集树构建算法结合起来,可显著降低数据汇集的延时。     

基于多Agent的无线传感器网络分层融合框架研究

客户端/服务器（C/S）模式和移动代理（MA）模式是无线传感器网络中的两种最主要的计算模式,MA计算模式可以弥补C/S计算模式能量消耗大、延时长等方面的不足。为了更好的降低能量消耗和缩短网络中数据融合时间,提出一种基于多Agent的无线传感器网络分层融合框架。将无线传感器网络监测区域分层若干个区域,将每个小的监测区域分为簇头―sink和簇头―簇成员节点两层,由sink节点根据用户需求向每个监测区域派遣移动Agent并完成数据采集和数据融合。这种模式可以有效地缩短网络中数据融合时间和降低能量消耗。     

一种高能效无线传感器网络MAC协议研究

为了解决无线传感器网络中MAC层空闲侦听、冲突和控制开销所带来的无效功耗等问题,提出了一种高能效无线传感器网络动态非等分时隙MAC新方法;该方法依据网络拓扑和监测类型分析了覆盖率模型,设计了通过选举最低剩余能量节点为休眠节点的动态选举算法,推导得到了非等分配时隙协议的算法公式,同时,采用簇内单向广播的时钟同步算法保证了网络节点拥有相同的时间基准;在无线传感器测试床上进行仿真对比实验,结果表明该方法较好地实现了动态调节工作节点数量和非等分传输时隙的协议功能,MAC层的能量有效性显著提高;该方法可有效使用网络能量,延长网络生命周期,是一种高能效的无线传感器网络MAC协议。     

基于DIJKSTRA的无线传感器网络分簇路由算法

为加快无线传感器网络最优路径搜索速度、减少路径寻优能量消耗和延长网络寿命,提出了基于改进的DIJKSTRA算法的无线传感器网络分簇路由算法;运用DIJKSTRA算法在无线传感器网络内以多跳接力的方式来搜寻从源节点到目的节点的最短路径;结合能耗优化策略,避免网络能耗热点问题,实现网络能耗均衡;通过与基于蚁群算法的路由算法对比分析,基于Dijkstra的网络分簇路由算法能优化网络分簇并建立较优传输路径,其快速收敛性能减缓了网络中簇头节点的能耗,延长了网络寿命,提高了网络鲁棒性。     

基于ZigBee的煤矿井下甲烷浓度检测系统设计

针对传统煤矿井下甲烷浓度采用工业总线检测方法的不灵活和存在盲点等问题,本文提出了一种基于ZigBee的煤矿井下甲烷浓度检测系统。系统采用ZigBee协议栈构建无线传感器通讯网络,该网络的终端节点感知和采集矿井甲烷的浓度,并将浓度数据通过无线传输至协调器,协调器再经过串口传输到地面的监控中心。详细介绍了检测系统的软硬件设计,并对系统进行了测试验证。     

基于概率假设密度的无线传感器网络多目标跟踪算法

针对无线传感器网络多目标跟踪过程中杂波难以去除以及由数据关联复杂带来的计算复杂度高的问题,将概率假设密度滤波器应用于无线传感器网络,以更好地对多目标状态信息进行融合估计;首先,建立簇-树型无线传感器网络模型,并运用随机有限集理论对目标状态模型和传感器观测模型进行描述;然后,根据目标与节点之间的距离设置观测阈值,当传感器节点测量值小于观测阈值时,概率假设密度滤波器将实时对该组测量数据进行处理,从而实现传感器网络对目标状态的联合检测与跟踪;仿真结果表明,在无线传感器网络的多目标跟踪应用中,该算法比粒子滤波算法具有更高的跟踪效率和精度。     

基于ZigBee的艇载无线传感器网络设计与实现

为减少飞艇上部署的线缆数量,提高飞艇的载荷能力,增加飞艇上数据传输的灵活性。对基于ZigBee的短距离无线通信技术进行研究,提出了在大型飞艇中运用ZigBee技术组成无线传感器网络,对分布在飞艇上的传感器采集到的数据进行无线传输。设计适合飞艇使用的ZigBee硬件电路,并通过软件仿真和实际侧量,验证网络链路的通畅,保证数据的可靠传输。从而验证了在飞艇上运用Zigbee无线传感器网络采集并传输数据具有可行性。为飞艇上数据的传输提供了新的方法和思路。     

基于物联网的设施温室监控系统中无线传感器节点设计

设计具有低成本、低功耗、易扩展的设施温室监控设备,深入研究无线网络构成,优化网络结构、降低组网难度、提高组网效率。采用 MSP430F149为核心的处理器;采用CC2530射频芯片实现无线传输;提供多种协议接口方便传感器的扩展,给出了土壤温湿度、空气温湿度、光照传感器的选型和指标参数;由本设计的无线传感器节点作为WSN中的全功能设备同时充当路由节点,搭建了MESH型的无线传感器网络结构。经测试,通过硬件设计及网络结构搭建,系统具有结构简单、组网快捷、数据传输可靠性高等优点,能较好的满足无线传感器节点在设施温室监控中的应用。     

Potential games for energy-efficient resource allocation in multipoint-to-multipoint CDMA wireless data networks

The problem of noncooperative resource allocation in a multipoint-to-multipoint CDMA cellular network is considered in this paper. The considered scenario is general enough to represent several key instances of modern wireless networks such as a multicellular network, a peer-to-peer network (interference channel), and a wireless network equipped with femtocells. In particular, the problem of joint transmit waveforms adaptation, linear receiver design, and transmit power control is examined. Several utility functions to be maximized are considered, and, among them, we cite the received SINR, and the transmitter energy efficiency, which is measured in bit/J, and represents the number of successfully delivered bits for each energy unit used for transmission. Resorting to the theory of potential games, noncooperative games admitting Nash equilibria in multipoint-to-multipoint cellular networks regardless of the channel coefficient realizations are designed. Computer simulations confirm that the considered games are convergent, and show the huge benefits that resource allocation schemes can bring to the performance of wireless data networks.     

一种应用于桥载设备监控网络CSMA/CA机制算法

在机场桥载设备在线监测管理网络的现场应用测试中,针对网络突发事件中高优先级节点传输延时长,节点能耗利用率低的问题,采用基于优先级调度策略思想的网络节点能量优化机制,对网络MAC层协议中的CSMA/CA算法参数做出调整,达到数据快速传输的目的,利用NS2软件进行网络仿真,结果表明该方法提高了高优先级节点的信道访问率,均衡了网络能耗并延长了网络生命周期。     

A novel multipriority reservation protocol for plastic optical fiber access network

In this paper, a novel multipriority reservation protocol for plastic optical fiber access network based on optical code division multiplexing access (OCDMA) technology is proposed. Conventional OCDMA system only allows finite units to transmit and access simultaneously according to the number of channels. The protocol is proposed to resolve this problem. By using the reservation scheme and a distributed arbitration algorithm, channel collision and destination conflict can be avoided. The protocol can efficiently support the transmission of multimedia messages that require the different time-delays. At the same time, each optical network unit is equipped with a fixed optical encoder/decoder that is always tuned to channel for control and the tunable optical encoder/decoder that is tuned to any of channel for data. The network throughput and average delay have been investigated by numerical analysis and simulation experiments. It is shown that the multipriority reservation protocol in this POF access net     

基于ZigBee和Android手机的无线监控系统设计

针对智能家居、环境监测等对实时性的要求,提出了一种将近距离无线接入技术与Android、嵌入式技术相结合的无线监控系统设计方案。在高性能嵌入式平台上实现Wifi、ZigBee的接入,根据实际应用环境的需要,选用相应传感器实现对环境变量的数据采集,通过ZigBee无线组网方式进行数据收发。另外,将Android手机终端通过Wifi与嵌入式平台建立连接并实现数据传输,ZigBee终端接收无线传感器节点发出的数据,通过协调器将数据信息发送给嵌入式平台,数据经过处理以后反馈给智能手机终端,手机端根据接收到的数据进而输出相应的指令。文中介绍了系统的软件设计流程,对系统整体实验证明节点性能良好、通讯距离较为理想,该系统具有较好的通用性,能够满足实时性的要求。     

一种用于塑料光纤接入网的多优先级控制协议设计

提出一种基于光码分多址(OCDMA)技术的塑料光纤接入网的多优先级控制协议.由于受传输误码率的限制,常规的光码分多址系统只允许有限个用户传输数据或接入网络,为了解决用有限的码字来实现多于码字数目的多媒体工作站间的信息通信,这种多优先级的控制协议通过使用预约和随机分配算法可以有效地解决信道冲突和目的地址的冲突问题, 该协议可以支持多媒体信息传输中各类信息不同的时间延迟要求.另外,在该接入网中,每个光网络单元均设有两套光编码器和光解码器,一套用于控制信道,另一套用于各个数据信道.利用本文提出的协议对塑料光纤接入网的网络吞吐量和平均延时时间进行了数值分析和仿真实验,结果证明了这种多优先级控制协议的有效性和高效性.     

Power control and channel allocation optimization game algorithm with low energy consumption for wireless sensor network

In a wireless sensor network(WSN), the energy of nodes is limited and cannot be charged. Hence, it is necessary to reduce energy consumption. Both the transmission power of nodes and the interference among nodes influence energy consumption. In this paper, we design a power control and channel allocation game model with low energy consumption(PCCAGM). This model contains transmission power, node interference, and residual energy. Besides, the interaction between power and channel is considered. The Nash equilibrium has been proved to exist. Based on this model, a power control and channel allocation optimization algorithm with low energy consumption(PCCAA) is proposed. Theoretical analysis shows that PCCAA can converge to the Pareto Optimal. Simulation results demonstrate that this algorithm can reduce transmission power and interference effectively. Therefore, this algorithm can reduce energy consumption and prolong the network lifetime.     

A single hop architecture exploiting cooperative beamforming for wireless sensor networks

In this paper, we propose a single hop architecture for a cooperative wireless sensor network and analyze the attained distributed beamforming gain performance using the theory of random arrays. All nodes in the system transmit a single carrier such that the signals add up constructively towards the direction of the fusion center. The potential directive beamforming gains are investigated for different sensor network densities which are expressed as the number of nodes per carrier wavelength squared. The multiple access capability of the sensor network is achieved by employing an on-off keying orthogonal signaling technique, which is usually employed in atmospheric optical systems. Finally, we investigate the average loss in directivity gain when the received signal from each sensor node follows a Ricean distribution. The results show that high directive gains can be achieved in practical wireless sensor networks using simple sensor nodes.     

具有旋转连接功能的双层光互连网络设计

在设计的双层光互连网络中,上层网络是星型连接,依靠数字路由结点进行通信.单通道最大传输速率为1.4 Gbps,数字路由结点吞吐率大于10 Gbps,底层为网络接口卡和结点机连成的环形网,峰值传输速率为1.056 Gbps.在底层网络中个别结点机与传感器之间配置有光纤旋转连接器,可传输动态数据.经计算,环网内最大通信延迟时间小于5.292 μs,互连网络的平均通信延迟时间为11.03 μs,环形网络的最大数据传输带宽为50 Mbit/s.     

一种针对无线传感器网络能量洞的节点分布策略

在无线传感器网络中,sink节点周围出现的能量空洞问题直接影响着网络的生存寿命。从延长网络生命周期的角度,对网络部署时距离和节点密度等因素进行了研究,设计了一种节点初始能量不同的能量均衡机制,通过合理地部署节点数量和相对位置,使得整个末端网络总能耗尽可能少;对于多跳过程中的单个节点,提出了一种基于剩余能量与距离的比重的方法,选择适当的转发节点。通过推导仿真,这种节点分布策略能够有效提高末端网络总体效能,对物联网末端网络不间断工作具有良好效果。