基于RSSI和改进MCL算法的移动节点定位跟踪设计

由于传统节点定位方法大多针对静止传感器网络,不能适用于网络结构和节点位置动态变化的移动传感器网络,提出了一种基于RSSI测距和改进的MCL (Monte Carlo Localization)算法的移动传感器节点定位跟踪方法;首先描述了经典MCL算法和接收信号强度RSSI测距方法,然后设计了一种改进的MCL算法,将传统的MCL方法预测粒子位置的过程即预测和滤波两个阶段,更新为锚节点TTL受控泛洪方式广播自身位置、采用拉格朗日插值法预测节点下一时刻的位置和速度、求取锚盒采样区域、k 跳锚节点粒子滤波和根据预测下一时刻的节点位置和速度与当前时刻的位置信息确定各粒子权重的5个阶段;采用仿真器MCL-Simulator进行仿真,结果证明:文中方法能有效实现移动节点的定位,与其它方法相比,具有较小的平均定位误差,具有很强的可行性。     

基于改进蚁群算法的WSN分簇路由机制研究

针对现有的用于无线传感器网络(WSN)的分簇路由协议,存在着所有簇头直接与汇聚节点通信、远离汇聚节点的簇头能量消耗过快等一系列的问题,根据蚁群算法(ACA)及WSN分簇路由算法的特点,对ACA进行改进并引入到WSN分簇路由机制中,提出一种基于改进蚁群算法的WSN分簇路由算法;该算法将到汇聚节点的距离设定为启发函数以找到簇头下沉的最佳路径和提高蚁群算法的效率,同时,在选择节点概率公式时将该节点的剩余能量考虑在内,在数据传输过程中,减少了簇头节点的能量消耗,进而实现节点能量的高效利用,增强网络的使用寿命,以实现网络通信的高效;通过仿真,结果表明,该算法是可行的、有效的。     

基于分簇技术的水下声传感器网络的时钟同步研究

时钟同步是水下传感器网络节点协作的必要条件。不同于陆地传感器网络,水声信道具有随机的时频变化,声信号传播速率低,具有很大的时延。本文首先研究了水下传感器网络的分簇技术,在分簇的传感器网络中,实现了适用于水下的发送端—接收端的同步协议。通过MATLAB,利用水下声传播特性公式,对水下传感器网络的时钟同步能耗与同步精度之间的关系进行模拟仿真。最后得出了结论,证明了本文的研究意义。     

基于质心迭代估计的无线传感器网络节点定位算法

针对无线传感器网络非测距定位方法的应用,提出了基于质心迭代估计的节点定位算法.该算法首先计算当前连通信标节点所围成的平面质心的坐标及其与未知节点间的接收信号强度,然后用计算所得质心节点替代距离未知节点最远的连通信标节点,缩小连通信标节点所围成的平面,并通过多次迭代的方法提高节点定位精度.仿真实验结果表明,该算法的各项指标均为良好,适用于无线传感器网络的节点定位.     

无精准同步的小规模水声网络节点相对自定位

提出了一种无精准同步的小规模水声网络节点相对自定位方法。针对节点数量较少的小规模水声网络,利用水声通信在无精准时钟同步的情况下进行节点间测距,进而根据由相邻节点构成的三角形结构校正节点的相对位置。通过仿真得到,在几种典型拓扑结构下,该方法在测距误差不超过10 m时,将初始定位误差降低40%以上。在水声网络自组织的同时进行节点自定位,避免了传统的二次定位过程,节省了节点能耗和定位时间,并在一定范围内提高了定位精度。      

基于矢量传感器的频率估计算法在水声通信中的应用

本文给出了基于矢量传感器的ESPRIT频率估计算法，并将其应用于频率调制水声通信系统中。与声强频率估计算法相比，ESPRIT频率估计可在小样本的情况下，获得高精度的频率估计。仿真和湖试结果表明，基于矢量传感器的ESPRIT频率估计算法可以提高通信速率并降低对通信系统的带宽要求。本算法对信噪比的要求较高，目前看，较适用于近程高速水声通信。     

一种基于WSN的井下无线应急通信节点设计

摘　要：针对井下应急通讯需求,本文提出了基于无线传感器网络（WSN）的井下无线应急通信系统架构,设计由微处理器电路、无线收发模块、传感器电路、电源、和天线所组成的井下无线应急通信系统节点,低功耗设计。按照功能开展模块化,提高节点灵活适用性。最后测试了设计节点点对点通信性能,得到相应的距离与丢包率之间的关系曲线。井下无线应急通信有效通信距离达到45m,能够满足井下大规模应用组网需求。     

无线自组织网络时钟同步系统设计研究

根据在时钟同步方面(Wireless Sensor Network,WSN)无线传感器网络和自组织网络具有的相似属性,WSN时钟同步方法可以运用到自组织网络当中。由于影响时钟同步的要素很多,存在抗干扰性弱、同步精度差等问题。根据主从同步的特点,运用脉冲位置测量法,无线传感器与网络时钟之间的关系,构建出一套相对完整的无线自组织网络时钟同步系统,并通过实验成功实现网络时钟数据的同步。     

基于矢量传感器的水下双址接入研究

针对水声信道的特殊性,提出一种适用于水声通信的双址接入方法。旋转矢量传感器的组合指向性,使其零点对准某一信源,则该信源被屏蔽,此时信宿可以与另一信源进行通信,反之亦然。矢量传感器的空间指向性不随频率变化,该方法可以实现宽带双址异步通信。此外,当两信源之间的开角大于34.8°时,通过对矢量传感器声压和振速输出的联合处理,可以使分离出的不同信源所发射的信号获得一定的信噪比增益。理论分析、数值仿真和湖上实验结果表明:基于矢量传感器的双址通信算法实现简单,信道资源利用率高,可以与其它多址接入技术结合使用,并且矢量传感器的空间增益可以有效降低系统的误码率。由于水声信道的特殊性,水下信息网须采用多种多址接入技术,本文所提出的双址通信方案将是其它多址接入技术的有益补充。      

基于改进蚁群算法的无线传感器网络路由的优化

为了延长无线传感器网络(Wireless Sensor Network ,WSN)的生命周期,均衡各个节点间能量消耗,针对现有的WSN路由优化算法存在的问题,提出了一种基于改进蚁群算法的路由优化算法。首先通过对蚁群算法和遗传算法的优劣性比较,在蚁群算法的基础上,结合遗传算法的选择、交叉和变异的操作,从而提高蚁群算法的搜索速度和寻优能力。最优路径评价函数综合考虑节点能耗及节点的剩余能量,使剩余能量多的节点优先参与数据转发,均衡节点间的能量消耗。通过与经典蚁群算法及遗传算法的对比实验表明,随着数据转发轮数增加,改进的蚁群算法能耗小,剩余能量多,网络生命周期明显延长;随着整个网络运行时间的增长,改进的蚁群算法,节点均衡能耗性好,最优路径搜索的成功率也明显优于其他两种算法。     

基于频分多址的双信道水声通信网介质访问控制协议

在水下传感器网络中,有效解决隐藏终端与暴露终端问题,可以提高网络吞吐量和延长网络生存周期。文章提出了一种基于频分多址(Frequency Division Multiple Access, FDMA)方式的双信道载波侦听多路访问(Carrier Sense Multiple Access,CSMA)协议,将水声信道分成控制信道与数据信道,分别进行控制报文与数据报文的传递。仿真结果表明,此协议可以有效地解决由于隐藏终端与暴露终端引起的控制报文与数据报文的冲突,比单信道的CSMA协议性能有较大提升。实验结果表明,在双信道条件下,通信节点可以成功解码在时域上重叠的控制报文与数据报文,具有工程可实现性。     

An artificial hummingbird algorithm based localization with reduced number of reference nodes for wireless sensor networks

Wireless Sensor Networks (WSN) are widely used in recent years due to the advancements in wireless and sensor technologies. Many of these applications require to know the location information of nodes. This information is useful to understand the collected data and to act on them. Existing localization algorithms make use of a few reference nodes for estimating the locations of sensor nodes. But, the positioning and utilization of reference nodes increase the cost and complexity of the network. To reduce the dependency on reference nodes, in this paper, we have developed a novel optimization based localization method using only two reference nodes for the localization of the entire network. This is achieved by reference nodes identifying a few more nodes as reference nodes by the analysis of the connectivity information. The sensor nodes then use the reference nodes to identify their locations in a distributive manner using Artificial Hummingbird Algorithm (AHA). We have observed that the localization performance of the reported algorithm at a lower reference node ratio is comparable with other algorithms at higher reference node ratios.     

Energy-Efficient Clustering Mechanism of Routing Protocol for Heterogeneous Wireless Sensor Network Based on Bamboo Forest Growth Optimizer

In wireless sensor networks (WSN), most sensor nodes are powered by batteries with limited power, meaning the quality of the network may deteriorate at any time. Therefore, to reduce the energy consumption of sensor nodes and extend the lifetime of the network, this study proposes a novel energy-efficient clustering mechanism of a routing protocol. First, a novel metaheuristic algorithm is proposed, based on differential equations of bamboo growth and the Gaussian mixture model, called the bamboo growth optimizer (BFGO). Second, based on the BFGO algorithm, a clustering mechanism of a routing protocol (BFGO-C) is proposed, in which the encoding method and fitness function are redesigned. It can maximize the energy efficiency and minimize the transmission distance. In addition, heterogeneous nodes are added to the WSN to distinguish tasks among nodes and extend the lifetime of the network. Finally, this paper compares the proposed BFGO-C with three classic clustering protocols. The results show that the protocol based on the BFGO-C can be successfully applied to the clustering routing protocol and can effectively reduce energy consumption and enhance network performance.     

水下无线光通信自组织网性能分析

针对无线光通信工作频率高、通信频带宽、数据传输能力强、传输距离远的特点,提出建立水下无线光通信自组织网。为解决水下无线光通信点对多点通信的问题,提出了一种组合折反射镜,为建立移动自组织网（MobileAdhocNetwork,MANET）提供条件。研究利用OPNET对按需距离向量协议（AODV）进行仿真,通过设置移动节点参数模拟水下无线光通信自组织网,分析了不同网络规模、不同节点速度、不同发包率对网络的吞吐量、时延、误比特率等性能的影响。仿真结果表明,AODV在节点速度5m／s--10m／s以下,网络规模10个节点左右,发包率小于20packets／s时对网络拓扑变化的适应性较好。     

时间反转滤波器组多载波水声通信方法

针对水声滤波器组多载波(Filter Bank MultiCarrier,FBMC)传统均衡方法效率低、复杂度高等问题,提出了单阵元无源时间反转镜(Passive Time Reversal Mirror,PTRM)和虚拟时间反转镜(Virtual Time Reversal Mirror,VTRM)的均衡算法,该算法利用时间聚焦原理可以降低水声信道带来的符号间干扰(Inter Symbol Interference,ISI),并且不需要在FBMC符号中插入导频,进一步提高了通信速率.通过仿真和外场实验验证了水声FBMC系统采用单阵元PTRM和VTRM的有效性,结果表明,这两种均衡方法能够有效减少ISI,提高系统可靠性能。      

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。     

Adaptive and efficient nonlinear channel equalization for underwater acoustic communication

We investigate underwater acoustic (UWA) channel equalization and introduce hierarchical and adaptive nonlinear (piecewise linear) channel equalization algorithms that are highly efficient and provide significantly improved bit error rate (BER) performance. Due to the high complexity of conventional nonlinear equalizers and poor performance of linear ones, to equalize highly difficult underwater acoustic channels, we employ piecewise linear equalizers. However, in order to achieve the performance of the best piecewise linear model, we use a tree structure to hierarchically partition the space of the received signal. Furthermore, the equalization algorithm should be completely adaptive, since due to the highly non-stationary nature of the underwater medium, the optimal mean squared error (MSE) equalizer as well as the best piecewise linear equalizer changes in time. To this end, we introduce an adaptive piecewise linear equalization algorithm that not only adapts the linear equalizer at each region but also learns the complete hierarchical structure with a computational complexity only polynomial in the number of nodes of the tree. Furthermore, our algorithm is constructed to directly minimize the final squared error without introducing any ad-hoc parameters. We demonstrate the performance of our algorithms through highly realistic experiments performed on practical field data as well as accurately simulated underwater acoustic channels.