无线传感网LEACH协议的改进方法

为解决传统LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)协议网络节点能量消耗高、存活数量少和生存寿命短等问题,提出了一种LEACH-AD改进方案。该算法引入最优簇头比率P值、加入距离因子、剩余能量因子和密度因子等因素更新的阈值公式进行分簇以及簇间的传输。实验结果表明,改进后的LEACH-AD协议在首个死亡节点、10%死亡节点以及全部死亡节点分别比原LEACH协议延长138轮、195轮、628轮。在能量消耗方面比原LEACH协议多持续了631轮,改进后的路由协议减少了网络节点的能量消耗量,从而有效延长了无线网络与传感节点的工作时间,这对无线监测系统的研究与开发意义重大。

荒漠化防治的自供电风速监测系统设计

土地荒漠化的扩张严重威胁着生态环境的可持续发展,对区域风速进行实时监测能为荒漠化防治工作提供科学的决策支撑。然而,目前大多数风速监测装置都存在严重依赖外部电源、功耗高的问题。为此,设计了一种基于复合能量采集的自供电风速监测系统。测试结果表明,该系统能够通过能源管理电路对太阳能和风能进行复合采集和储存,以驱动后端电路。无线传输模块将摩擦纳米发电机的输出信号上传至数据终端,最终实现风速信息的显示和存储。此外,低功耗逻辑设计有效延长了传感节点的工作时长。这项工作推动了自供电传感技术在环境监测领域的应用。

基于Ti_(3)SiC_(2)/Ecoflex纳米复合材料的足底能量采集器

由于人体运动幅度以及频率往往毫无规律,且运动频率很低,这使人体运动能量难以有效采集。针对此问题,研制了一种可高效收集低频能量的足底能量采集器。Ti_(3)SiC_(2)/Ecoflex作为足底能量采集器的负性摩擦材料,经过掺杂和表面修饰后足底能量采集器的电学性能提升了107%。足底能量采集器在2 Hz的运动频率下输出功率可达1.66 mW,面功率密度为1.84 W/m^(2)。此外,在工作10 h后电学性能保持不变,具有优异的稳定性与耐久性。实验表明,当人处于行走或者奔跑状态时,足底能量采集器可以分别为50盏LED灯以及温湿度计供能。这进一步推动了摩擦纳米发电机在人体运动能量采集领域的广泛应用。

短距离无线传感网络传输链路性能评估硬件设计与试验

为提升城市主干道无线监测系统传输性能评估有效性,针对无线传感网络链路通信质量评估,设计出一种节点硬件电路。从不同评价因子影响角度,研究无线传感节点模拟在林荫小道上433 MHz频率下的传播特性,分别得出信号接收强度值(RSSI)、链路质量指示值(LQI)以及包接收率(PRR)与距离的关系。结果表明,拟合出的RSSI值呈对数距离损耗模型特性,η值在2.354~2.745,LQI值呈指数型曲线上升,PRR随着距离由近到远不断降低。通过传输衰减特点分析可知,在60 m处的稳定性较好,可以在此处布放节点建立传感网。传输链路性能评估的研究为实现无线传感网找到最佳理想通信路径和布放点提供了重要基础。

簇首优选改进算法设计及其网络能耗影响研究

无线传感网络是由大量传感节点构成的分布式自组织网络,而传感节点采用电池供电,其有限的能量严重影响了网络的生存周期。本文提出了一种新的异构感知路由协议(ED-SEP),该协议在分簇阶段综合考虑节点的剩余能量和覆盖半径范围内邻居节点的疏密程度及与基站的相对距离大小,从而选举出更具优势的簇首。采用MATLAB仿真分析了ED-SEP协议在改变基站位置和节点初始能量下的性能表现,并与稳定选举协议SEP、E-SEP进行比较。结果表明:通过改变网络中的参数,ED-SEP协议的网络稳定期相比SEP协议和E-SEP协议分别提高了29.6%和25.7%,基站的数据接收量达到了E-SEP协议的近3倍,有效提高了网络的能量利用率,极大地改善了无线传感网络的性能。