基于无线传感器网络的医学装备运行数据采集优化方法研究

目的:提出一种基于无线传感器网络的医学装备运行数据采集优化方法,以解决无线传感器网络采集医学装备数据丢包率高、时延长的问题。方法:先使用无线传感器网络获取医学装备运行的多维状态数据,基于蚁群优化算法对其实施融合;然后使用自适应步长果蝇算法优化路由策略,基于虚拟队列的拥塞控制算法从速率调整、主动丢包层面控制数据流拥塞。为了验证提出的医学装备数据采集优化方法的有效性及优越性,与基于无线传感器网络的医学装备数据采集方法、基于蚁群无线传感器网络的医学装备数据采集方法从丢包率、时延2个方面进行对比测试。结果:该方法在采样速率为80 Kibit/s时数据采集丢包率仅为8.6%,传感器节点数量为500个时平均时延约为0.115 s,远低于基于无线传感器网络的医学装备数据采集方法和基于蚁群无线传感器网络的医学装备数据采集方法。结论:该方法能够提高多维状态数据采集的效率、降低无线传感器网络数据流拥塞状况,为远程监测医学装备运行状态提供了参考。

可充电无线传感器网络动态拓扑问题研究

在可充电无线传感器网络中的能量补给设备兼任数据采集设备的情况下,提出了可充电无线传感器网络时变动态拓扑模型,并在此基础上根据最大化能量补给设备驻站时间比为目标提出了最优化问题。通过分析不同时刻不同传感器节点和无线能量补给/数据采集设备的工作情况及需要遵循的约束条件,得到与原问题具有等优性的多状态线性规划问题。求解该优化问题,获得可充电无线传感器网络动态拓扑下的周期动态路由和无线能量补给/数据采集设备的工作策略。与之前的研究成果相比,优化目标值均有20%以上的提升。

时延受限的无线传感网中移动式能量补充

为了延长无线传感网的生存期,基于可充电的移动设备,研究设计了一种无线传感网中移动式能量补充的方法,移动节点可以在为传感器节点补充能量的同时收集数据.首先,通过将无线传感器网络监测区域分割为大小相同的子区域,该子区域内的节点组成一个簇;其次,以一个簇内的总能量为计算依据,设计移动节点的路径生成算法以确定能量高效的移动路线;最后,使用10种不同的随机网络拓扑图进行了仿真实验,以节点移动速度和时延为限制条件分别得到了对比数据.结果表明,本文提出的算法与NJNP(nearest-job-next with preemption)算法相比在时延相同的条件下(800 s),生存期提升了6 000 s左右,在节点速度5 m/s条件下生存期提升了将近14 000 s.证明本文所提方法有效地提高了充电效率,延长了网络的生存期,可用于大规模的无线传感器网络.

RWSN中一种基于移动数据收集和移动充电的全网能量均衡机制

已有研究显示,可充电型无线传感器网络(RWSN)为解决传统网络中节点能耗不均衡等问题提供了新的思路。为了在移动充电器(MC)个数有限的情况下均衡网络中节点的剩余能量,提高网络的性能。提出了一种基于移动数据收集和移动充电相结合的全网能量均衡机制Ms Mc EBP。Ms Mc EBP包括2个部分,即移动充电策略MCS和移动数据收集策略MDCS。在Ms Mc EBP中,首先将整个网络划分为若干个子区域,然后为每一个子区域分配一个MC。MC不仅担任充电器,还担任数据收集器。MCS旨在为网络中能量消耗较高的节点进行能量补充并且由MC收集各个区域的数据。MDCS旨在解决Sink如何从MC处收集数据。最后,对Ms Mc EBP进行了模拟仿真。仿真结果表明,Ms Mc EBP具有较好的性能,在网络寿命结束时,网络中所有节点的剩余能量都趋近于0。并且在数据精确度要求不高的情况下,Ms Mc EBP可以实现网络的永久运作。

高集成度无线气体传感器节点设计

近年来,由于高含硫气田井喷、压力容器泄漏和沼气池维护不当等原因发生的有毒有害气体伤害事故发生较频繁,亟需集成无线传输功能、易于快速部署、具有一定防护功能的有毒有害气体监测设备。针对这种需求,本文设计并实现了一种针对油气田等复杂环境现场数据监测和采集的需求,集成气体浓度、温度、GPS信息等多种数据采集功能;通过自组织的无线网络进行数据传输;集成电池模块,易于快速部署;具有一定防护功能的高集成度无线传感器节点。该节点已通过了"中国计量院"的气体采集精度测试,已通过"电子工业安全与电磁兼容兼容监测中心"的外壳防护等级测试。并且已经成功在中国石油西南分公司试点应用。

WRSN联合无线充电和数据收集的周期性充电规划

针对无线可充电传感器网络中无线充电设备(WCE)兼顾充电和数据收集的情况,提出了联合无线充电和数据收集的周期性充电规划问题,并证明了该问题是NP-complete问题.首先分析了无线充电和数据收集对WCE路径规划的影响,根据传感器节点当前的剩余能量和数据量计算出WCE需要停留的时间;然后证明了最优方案是在周期时间最大化的前提下获得的;最后设计出多种群离散烟花算法(MFWA)求解该问题.在Matlab R2016a中生成不同节点数目的网络场景进行仿真,结果表明,MFWA算法的性能优于DFWA算法.

无线传感网合作式充电与数据收集算法研究

为同时改善无线传感器网络的能量补充效率和网络服务质量,本文提出了一种利用电子标签的无线传感器网络合作式无线充电和数据收集算法,根据通信方式的不同,具体提出了TBR和TDC 2种方案,通过将网络中的节点进行分簇,并在单个簇内部署簇内移动读取器进行路径移动,对簇内的各个节点进行充电和数据收集;在簇间部署簇间移动读取器收集簇内读取器内的数据并将数据传输给汇聚节点进行数据处理,通过分簇完成对节点充电和数据收集任务的分层处理。通过仿真验证,证明合作式充电策略可应用在大型区域内部署的网络,并且保证所需的移动读取器数量最少,数据传输至汇聚节点的时延最短,TBR方案与TDC方案有效。

带电清洗技术对通信设备故障率的影响分析

通过采集通信设备带电清洗前后运行环境参数,计算设备失效率的变化趋势,评估带电清洗的实际效果。结果表明,对设备进行带电清洗后失效率曲线呈下降趋势,因此带电清洗对降低故障率具有重要的意义。

WRSNs中基于PE-FWA算法的周期性充电路径规划

针对无线传感器网络(WSNs)中能量短缺问题和大量数据收集的场景,提出了一种无线充电和数据收集的移动设备(MD)路径规划方法。将传感器网络划分为多个小区,移动设备周期性的遍历每个含有传感器节点的小区进行充电和数据收集,在保证传感器网络持续运行的前提下,最大化MD单位能量所收集的数据量。设计了一种基于种群熵的离散烟花算法(PE-FWA)求解问题,与MDSA、DFWA算法进行对比,实验显示PE-FWA具有更好的性能。在此基础上,进一步优化了PEFWA算法中锚点的位置,使得目标值提高了31.8%。

基于扩展无线充电Qi协议的数据采集方法

无线充电具有充电安全、效率高的优点,应用于无线数据采集系统中解决了电源能量续航问题,延长了系统的工作寿命。然而,目前基于无线充电的无线数据采集系统全部利用附加的无线通信模块传输传感器采集的数据,增大了传感器节点的体积和功耗,在可植入医疗设备、体积受限密闭容器等数据采集应用中无疑是灾难性的。考虑到无线充电系统本身的能量与信号混合传输的方式,通过对Qi协议扩展,借助无线充电系统完成传感器采集数据的传输。该方法无需附加无线通信模块,减小了传感器节点的体积和功耗,简化了系统电路,降低了成本。

基于烟花算法的WSN按需充电与数据收集策略

传感器节点的能量与存储空间受限会影响无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)的性能和生命周期。文章采用移动小车(mobile car,MC)对WSN进行能量补充和数据收集,提出基于能量需求和数据收集(energy requirement and data collection)的节点选择(select)S-ERDC算法来选择部分需要充电和数据收集的节点,并通过提出的差分进化烟花(differential evolution fireworks,DEFW)算法对MC访问需求节点的移动路径进行调度,从而在保证网络永续运行的同时最小化网络能耗。仿真实验表明,使用了S-ERDC算法和DEFW算法的WSN在运行40个充电轮后,WSN中的能耗比原始烟花降低4.73%,比遗传算法降低22.49%。

联合无线充电与数据收集的移动充电装置多目标路径规划算法

针对无线传感器网络节点资源有限导致数据收集不完整和时效性差的问题,建立了联合无线充电和数据收集的移动充电装置(MCD)多目标路径规划模型,提出了一种基于贪心策略的联合无线充电和数据收集的MCD路径规划算法(PPGS)。首先,对监测区域采用基于正六边形的无缝划分策略,有效减少了MCD的访问单元数;然后,利用马尔可夫模型预测节点能量和数据采集量等参数,在此基础上预估了MCD锚点最小停留时间和最长等待时间。与现有时延受限移动式能量补充算法(DCMEC)和基于网格的移动装置调度算法(GBA+MDSA)相比,所提算法具有复杂度较低,且无需事先知道节点和锚点实际位置信息的优势。仿真结果表明:PPGS能以较少的MCD保证无线传感器网络数据收集的完整性和时效性。

一种风光互补型电动汽车充电桩

设计了一种风光互补型电动汽车充电桩,将远距离采集数据与GPRS、WIFI无线数据传输技术相结合,能够对风力发电机、太阳能电池板、蓄电池和负载等的电压和电流进行实时采样,并通过GPRS和WIFI无线通讯模块将风光互补电源的关键信息发送给远程监控中心或者用户,监控者可以根据实际需要发送控制命令调节电源的工作状态,从而对风光互补型电动汽车充电桩进行智能化管理,这样电源可以长时间无人值守的工作,并且运行安全稳定可靠。

基于CC2420的煤矿井下采掘设备无线数据采集装置

针对位置经常随机移动的采掘设备通过单机采集方式采集数据而存在操作不方便的问题,提出了一种基于CC2420的无线数据采集装置的设计方案。该装置中的数据采集模块利用采掘设备电控箱中的PLC完成采掘设备工作状态、工作参数等数据的采集任务,并将处理后的数据通过RS485串口发送给无线发送器,无线发送器通过射频模块CC2420将数据发送到无线接收器,无线接收器将接收到的数据先存储到缓存中,缓存满时,写入U盘。实际应用表明,该装置能够方便地采集位置随机移动的采掘设备的数据。

一种装备试验综合支持系统设计

针对装备试验工作中存在的试验设计效率低、试验节点管控难、数据采集手段少、分析评估难度大等难题,结合装备试验工作流程及特点,综合应用基于案例的知识推送技术、LTE技术、基于RTK北斗定位技术、嵌入式技术、多算法评估技术等,研究设计了一种装备试验综合支持系统。构建了"五层两系"的系统总体架构,阐述了系统总体设计及其应用流程,详细设计了各分系统的功能模块,分析了各分系统实现的技术路径。该支持系统集试验任务辅助设计、试验任务管理、装备多源数据采集与实时传输、试验数据态势实时显示与管控、多算法综合分析评估等多种功能于一体,可为装备试验提供全过程的支持,并已应用于某型舟桥装备试验任务,应用效果良好,也为其他装备试验工作开展提供了参考与借鉴。

基于成本优化的多跳无线充电问题研究

提出一个新的最优成本优化方案。根据能量消耗和能量补充之间的关系可以近似得到完成所有充电任务所需最少的SenCar数量,将传感器节点进行聚类,针对每个充电集合,分别求各节点的平均损耗,优先选择平均损耗最低的节点作为"锚点",且SenCar在给"锚点"充电的同时还对各传感器节点产生的数据进行移动采集。对所有选出的"锚点"求一条完整的TSP路径,再根据确定的SenCar数量将路径进行划分,保证每条路径都在一个SenCar的服务范围内,从而使得完成所有充电任务所需的总开销最低。