基于无线传感器网络及GPRS的水质监测系统设计

提出了一种基于ZigBee无线传感器网络和GPRS技术的多参数远程实时水质监测系统。无线传感器网络以CC2430通信模块为核心。传感器节点采集到的数据经路由节点汇总至协调器节点,通过GPRS模块及时远传至监控中心。设计信号调理电路,将传感器电极输出的微弱电信号进行放大、滤波。采用时间同步机制实现网络节点的同步唤醒,大幅提高网络的稳定性。对系统进行了多天连续测试。通信距离为100米时,网络的平均丢包率低于1%。pH值、溶氧度的平均相对偏差低于1%。测试结果表明,系统具有灵活、实时性好、准确性高、稳定可靠等优点,具有很强的实用价值。     

基于ZigBee无线传感器网络的输液监测系统的设计

结合ZigBee无线通信技术设计了一款输液监测系统,该系统有效地解决了静脉输液过程中存在的输液速度难掌控、输液中断无报警、输液完毕无提示等问题;采用ZigBee无线传感器网络和红外光电传感器对输液过程进行实时监测,并将采集的液滴速度、液位信息、输液量等信息反馈至上位机,医护人员通过上位机可视化软件平台监测输液过程;实施结果表明:该系统液体滴速检测准确,其误差在±2滴以内,当液位降低到一定量或者输液出现异常情况时,终端节点可以发出声光报警信息,上位机软件发出橙色或者红色报警信息,提醒医护人员有效地处理紧急情况,提高输液的安全性,减少医疗事故。     

无线传感器网络多跳路由协议研究

目的：无线传感器网络发展迅速,但传感器的高能耗问题成为制约其发展的主要瓶颈,高效节能的路由协议设计成为研究热点。方法：针对目前无线传感器网络常用的LEACH路由协议存在的簇首能耗过分集中、簇首分布不均衡问题,提出了改进的路由协议EEACRA,在总结、分析LEACH路由协议现有问题的基础上,给出了EEACRA路由协议的簇首选取门限值、簇首位置调整算法和基于能量代价最小的簇间多跳路由算法的实现方法,同时给出了具体的实现EEACRA协议的工作流程和关键算法。在MATLAB环境下对LEACH路由协议和EEACRA路由协议进行了仿真,对比了不同能耗降低措施对网络能耗降低的贡献。结果：仿真结果表明EEACRA路由协议的网络稳定期较LEACH路由协议有较大的改善。结论：证明了改进的路由协议EEACRA可以有效地提高网络的稳定期。     

基于相邻节点协作的无线传感器网络安全协议

在网络通信技术不断发展的今天,无线传感网络已日臻完善和成熟,被广泛地应用于社会各行业领域之中,且随着其技术的不断突破,现已同通信技术与计算机技术一道成为我国信息技术的三大支柱产业,在产业进步与经济发展方面扮演着极其重要的角色.但由于无线传感技术是以大量的静止的或移动的传感器以自组织或者多跳的方式构成的无线网络作为工作的基础,因此很容易受到外部环境的影响而无法正常地工作.因此,如何设计出一种高效节能且安全系数较高的无线传感网络安全协议成为当今信息技术领域的重要课题,也是难题.本文试从无线传感网络协议的工作模式以及网络密钥管理的角度出发,阐述基于相邻节点协作的无线传感器网络密钥管理方案的优势并进行安全性分析,希望能实现无线传感网络安全协议的突破.     

微小型无线光电传感网络的实验系统设计

基于nRF905低功耗、高灵敏度无线收发的一体芯片实现了一种微小型无线光电传感网络实验系统。讨论了实验系统的硬件节点、网络通信协议及软件的设计。实验结果表明,在19.2kbit/s速率下,系统中任意两节点可实现30m(室内)至150m(室外空旷地带)范围内的无线通信。该系统具有硬件设计简单、软件及其协议编程方便等优点,可微型化、低成本的应用于无线光电传感器网络系统。     

基于无线传感器网络的智能LED灯控制系统设计

针对无线传感器网络为基础的控制系统中其板载电池的能量有限,从而影响无线传感器节点的运行寿命问题。本文设计并采取了嵌入式与分布式智能无线传感器网络（WSN）,目的是优化和使控制照明系统更加高效,为了克服这个问题,基于能量感知的通信协议被引入,以减少为了延长其使用时间的无线传感器网络的功耗。本文中的以智能无线传感器网络为基础的LED照明系统,经过实验结果表明,无线传感器节点都能够运行的时间较长,从87天至102天,而增加了约20％的工作寿命。     

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。     

基于无线传感器网络的飞行器测控通信系统测量方案设计

随着航天技术的发展,飞行器测控通信系统需要测量的参数种类和数量不断增加,但同时要求系统在进行方案搭建时满足更高的可靠性、更小的体积和更小的设备质量。为解决这类问题,提出了基于无线传感器网络的飞行器测量方案,方案重点从节点配置、时间同步、网络拓扑、能源供应等方面对方案进行阐述,最后给出了应解决的关键技术攻关方向。     

基于TinyOS的无线传感器网络AODV路由协议的实现与优化

针对无线传感器网络在矿山物联网的应用,本文提出了AODV路由协议在TinyOS操作系统下的实现框架,设计了数据帧、路由表与路由缓存机制。本文针对传统型AODV协议的丢包率与跳数之间呈级数增长的问题,分析了多跳衰减的原因,提出了一种基于RSSI的改进型无线传感器网络RSSI-AODV协议,采用RSSI作为路径选择的依据。实际测试表明：七跳链路总丢包率低至0.3%,优于传统AODV路由协议性能。     

一种基于势博弈的无线传感器网络拓扑控制算法

在实际的应用中,无线传感器网络常常由大量电池资源有限的传感器节点组成.如何降低网络功耗,最大化网络生存时间,是传感器网络拓扑控制技术的重要研究目标.随着传感节点的运行,节点的能量分布可能越来越不均衡,需要在考虑该因素的情况下,动态地调整节点的网络负载以均衡节点的能耗,达到延长网络生存时间的目的.该文引入博弈理论和势博弈的概念,综合考虑节点的剩余能量和节点发射功率等因素,设计了一种基于势博弈的拓扑控制模型,并证明了该模型纳什均衡的存在性.通过构造兼顾节点连通性和能耗均衡性的收益函数,以确保降低节点功耗的同时维持网络的连通性.通过提高邻居节点的平均剩余能量值以实现将剩余能量多的节点选择作为自身的邻居节点,提高节点能耗的均衡性.在此基础上,提出了一种分布式的能耗均衡拓扑控制算法.理论分析证明了该算法能保持网络的连通性.与现有基于博弈理论的DIA算法和MLPT算法相比,本算法形成的拓扑负载较重、剩余能量较小的瓶颈节点数量较少,节点剩余能量的方差较小,网络生存时间更长.     

无线传感网中基于质心的高效坐标压缩算法

鉴于无线传感网中有限的通信带宽和计算资源, 传感器节点传送压缩后的数据对于系统节能具有十分重要的意义. 本文提出一种利用反正切函数构建的非线性坐标压缩策略来降低系统的数据传输量. 得益于反正切函数的非线性特点, 在质心附近压缩率低, 离质心越远, 压缩率越高. 仿真结果显示, 所提算法特别适应于在质心附近具有高频分量的信号类型. 所提算法具有以下几个特点: 1)采样间隔是非均匀的; 2)可以在采样前实现压缩, 类似于压缩感知; 3)计算复杂度低, 算法简单易实现, 在实际应用中更具有优势. 关键词： 无线传感器网络 坐标压缩 非线性 质心     

基于元胞自动机的无线传感网络整体行为研究

探讨自组织通信网络中局部行为与系统整体行为的关联, 对于相关系统的设计和控制具有重要应用价值. 利用二维元胞自动机模型对无线传感网络的拓扑控制过程进行模拟, 可以分析节点间局部交互作用规则对网络整体行为的影响. 研究表明, 在不同的局部演化规则作用下, 该系统呈现出复杂的时空演化现象, 发现系统整体行为空间中存在振荡、衰减、稳定等基本模式, 并且该模型可以反映系统内不同全局目标之间的折中关系, 为进一步研究无线传感网络整体行为的控制问题提供一种新的途径. 关键词： 自组织 元胞自动机 通信网络 无线传感网络     

A novel block encryption scheme based on chaos and an S-box for wireless sensor networks

The wireless sensor network (WSN) has been widely used in various fields, but it still remains in the preliminary discovery and research phase with a lack of various related mature technologies. Traditional encryption schemes are not suitable for wireless sensor networks due to intrinsic features of the nodes such as low energy, limited computation capability, and lack of storage resources. In this paper, we present a novel block encryption scheme based on the integer discretization of a chaotic map, the Feistel network structure, and an S-box. The novel scheme is fast, secure, has low resource consumption and is suitable for wireless sensor network node encryption schemes. The experimental tests are carried out with detailed analysis, showing that the novel block algorithm has a large key space, very good diffusion and disruptive performances, a strict avalanche effect, excellent statistical balance, and fast encryption speed. These features enable the encryption scheme to pass the SP800-22 test. Meanwhile, the analysis and the testing of speed, time, and storage space on the simulator platform show that this new encryption scheme is well able to hide data information in wireless sensor networks.     

基于PLC和组态软件的大棚环境监测系统设计

设计并实现基于PLC和组态软件的大棚环境监测与决策控制系统。系统以PLC为核心处理器,通过动力控制模块为整个系统提供动力;采用STH-TW2-RHT2-0A-P3-S0型温湿度变送器对大棚内温湿度进行采集,实际应用中,依据检测到的参数结果对执行设备进行参数调整。以汇编语言为主的软件设计过程中,完成了PLC和组态软件的开发,并给出了大棚环境监测与决策控制的程序代码,结果表明,所设计的系统具有精度高、成本低、控制范围大的优点。     

基于无线传感器网络的地震信号特征提取方法研究

为解决野外古墓葬安防网络中高采样率会缩短无线传感器网络寿命的问题, 提出了使用功率谱二次处理对地震信号进行特征提取的方法. 并通过三类地面活动数据采集进行对比识别实验, 分析了低采样率条件下地震信号特征提取方法的性能. 结果表明, 使用功率谱二次分析的特征提取方法能够降低网络通信能耗, 延长网络寿命, 提高系统目标识别的准确性.该方法已应用于秦始皇兵马俑野外文物安防系统, 经实践检验, 收到了良好的效果. 关键词： 地震信号 特征提取 功率谱二次处理 无线传感器网络     

一种强容侵能力的无线传感器网络无标度拓扑模型研究

针对无线传感器网络无标度拓扑容侵能力差的问题,本文借助节点批量到达的Poisson网络模型,提出了一种具有容侵优化特性的无标度拓扑模型,并在构建拓扑时引入剩余能量调节因子和节点度调节因子,得到了一种幂率指数可以在(1,+∞)调节的无标度拓扑结构,并通过网络结构熵优化幂率指数,得出了具有强容侵特性的幂律指数值.实验结果表明:新的拓扑保持了无标度网络的强容错性,增强了无标度网络的容侵性,并具有较好的节能优势.     

一种链式无线路由协议的液压支架压力监测系统设计

本文研究并设计了一种基于无线传感器网络的液压支架压力信息采集节点,并以此为基础搭建了监测系统平台。首先对无线网络拓扑结构分析,以提高网络整体生命周期为目的,设计了一种链式结构的简单无线路由协议。在此基础上,以CC2530为主处理器完成压力采集节点软、硬件设计。最后,给出了系统采集到的液压支架工作阻力数据。测试结果表明,系统能够实现液压支架压力实时监测功能,满足应用需求。