基于射频能量收集的无线中继网络资源分配

针对现有射频能量收集网络资源分配研究局限于单个数据源场景,无法适配于多数据源网络的问题,提出了一种适用于多数据源场景的射频能量收集中继网络传输协议框架,在该框架内节点可作为源节点或中继节点传输自身数据或转发数据,并在其他节点的数据传输过程中完成射频能量收集。以协议框架为基础,分别以系统吞吐量及用户公平性为优化目标设计两种资源分配方案。仿真表明,两种方案可有效改善网络吞吐量及资源分配公平性。

橘园无线传感器网络不同节点部署方式下的射频信号传播试验

为解决橘园中无线传感器网络(WSN)规划和快速部署问题,该文基于无线射频信号的传播特性,研究了橘园中WSN射频信号与影响因素间的关系。试验中选取433MHz载波频率,基于连续无线电波分析了WSN射频信号受植被深度、天线高度和通信距离等因素联合作用下射频信号在橘园的衰减情况,建立了橘园中不同影响因素作用下,433MHz无线射频信号接收强度与环境传播因子及通信距离间的线性模型,拟合曲线的R2最低为0.797,最高为0.980,验证了此模型用来预测橘园中影响因素对接收信号强度衰减趋势的可行性;得到了基于无线射频信号接收强度指示下不同植被深度、天线高度和通信距离变化联合作用下的最佳天线高度分布表,为无线传感器网络在橘园中的节点部署提供指导。

基于神经网络预测的无线传感器网络田间射频信号路径损耗

为解决应用无线传感器网络技术监测农田信息时无法快速预测射频信号路径损耗的问题,基于神经网络理论研究了田间路径损耗与其影响因素间的关系。试验中选取915和2470MHz2个载波频率,在冬小麦的不同生长阶段测量射频信号在田间各影响因素作用下的路径损耗,建立和验证基于神经网络的射频信号田间路径损耗预测模型。所建立模型模拟值与实测值的相关系数为0.92,应用建立的神经网络预测田间射频信号路径损耗并与实测值对比,最大预测误差绝对值为4.186dB,最大预测标准差为2.759dB,预测准确度为94.2%。所建立的BP网络可以对田间射频信号路径损耗进行预测。

低功耗射频唤醒无线传感器网络设计

针对无线传感器网络采用睡眠/唤醒机制来实现低功耗时,不可避免地引起网络响应时延的问题.在波束供电技术的基础上提出了无线传感器网络低功耗射频唤醒机制,给出了低功耗射频唤醒无线传感器网络节点的硬件结构和详细设计.节点通过从电磁波中获取能量来及时地唤醒自己,以达到提高实时性的目的.性能分析表明低功耗射频唤醒无线传感器网络节点比采用传统睡眠/唤醒机制的节点具有更高的实时性和更低的功耗.

双射频多信道802.15.4传感器网络节点性能研究

随着传感器网络中节点密度的增大和跳数的增加,单信道802.15.4网络容量急剧下降,一种有效的解决方法是为网络中每个节点装配多个射频。介绍了双射频多信道802.15.4传感器网络节点的设计,详细分析了链式拓扑中单跳和多跳802.15.4网络吞吐量的理论上限,最后对单跳和多跳802.15.4网络吞吐量和时延进行了实际测量。结果表明,使用多射频多信道方案能够显著提高网络性能。

无线传感器网络分布式射频干涉定位方法

针对现有无线传感器网络节点定位方法复杂度较高的问题,提出了一种基于射频干涉的分布式节点定位方法(DRIPS).首先利用2个锚节点形成射频干涉场,然后用其中1个锚节点的移动产生多普勒效应,从而各节点可通过测量自身低频接收信号场强指示的瞬时频率得到与移动锚节点之间的夹角信息.结合锚节点的地理位置,节点融合多组定位角度信息得到最优的位置估计.DRIPS方法仅需利用节点的常规无线通信设备,不需要额外的辅助测量装备,同时各节点独立进行自身的位置估计,不需要进行集中处理,是一种分布式的定位方法.仿真结果表明,对于200 m×200 m的定位区域,在多普勒频偏的测量精度为1 Hz时,节点的平均定位误差可以达到1 m以内.

一种多射频多信道的无线传感网络终端设计

随着无线传感网络中节点数量的增加,传统的单路射频通信会出现同频干扰、数据丢失和接收速度慢等问题。为此本文设计了一种基于多射频多信道的无线传感网络终端设备。该设备采用国产微处理器与4路射频连接的分体式架构,对固定信道分配算法进行优化,采用二级星型拓扑结构使得射频同时工作期间不产生干扰,基于频分多址和时分多址相结合的通信协议来解决数据冲突问题。通过对比实验,该终端设备信息处理速率为2008.5 kb/s,系统的丢包率为0.78%,在信道利用率、数据处理速率和系统稳定性方面优于传统单信道设备。

融合无线传感器网络与射频识别的输电线路杆塔状态监测网络低延时技术

杆塔是输电线路体系中的关键组成部分,其稳定可靠性是整个输电线路运行安全的重要保障。提出一种融合无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)和射频识别(radio frequency identification,RFID)技术的输电线路杆塔状态监测网络,具有监测成本低、故障定位迅速和适合长期监测的优点。中继节点设置是所提出监测网络性能研究的关键,建立了中继节点传输延时模型,有利于分析不同条件下的监测网络延时性能。针对RFID冗余数据导致的融合监测网络延时,提出一种适用于输电线路杆塔状态监测RFID冗余数据处理方法,能有效削减阅读器端采集的冗余数据,具有算法简单、实时性强等特点。

无线传感器网络的2.4GHz低功耗低中频射频接收前端的设计

在0.18μm CMOS工艺下设计了一种用于无线传感器网络的具有低功耗、低中频特性的2.4GHz射频前端。该射频前端由一个共栅结构的可变增益低噪声放大器(VGLNA)和一个低功耗折叠正交吉尔伯特结构混频器构成,内部同时集成了一个给混频器提供IQ差分本振信号的二分频器以及一组缓冲器。其低噪声放大器具有高、低两个增益模式。为了弥补共栅低噪声放大器在增益和噪声等性能方面的不足,选取有一定增益的折叠吉尔伯特有源混频器结构。对共栅结构的低噪声放大器的设计过程、相关负载电感建模过程及混频器设计过程进行了详细分析,对整个射频前端芯片进行了测试,测试结果显示,射频前端核心电路在1.8V电源电压下工作电流为3.2mA,功耗为5.76mW;在高增益模式下,具有26dB的转化电压增益及8dB的噪声系数;在低增益模式下,输入1dB压缩点为-20dBm。

无线传感器网络中基于α-壳的射频攻击定位

传感器网络的特殊性使之易受到射频干扰攻击等各种攻击,为了下一步安全机制的实施和部署,确定攻击者的位置,利用α-壳概念及其性质提出基于α-壳的射频攻击定位算法。当1/α与最小包容圆半径相等时,节点集合的α-壳顶点可达到共圆,进而依据α-壳顶点的数目,计算最小包容圆半径。该定位算法实现了最小包容圆半径的求解和圆心位置的确定,从而实现了对射频攻击者的定位。模拟实验表明,与已有的增量算法相比较,基于α-壳的射频攻击定位算法定位误差小,且随着网络节点密度等度量值的变化,时间消耗也不会呈指数级增长,而只呈线性的略微增长。

基于灰色模型预测的无线传感器网络鸡舍环境射频信号衰减试验

为解决应用无线传感器网络技术监测封闭式鸡舍环境信息时无法快速预测射频信号衰减的问题,基于灰色模型预测理论研究了鸡舍环境射频信号强度衰减与其影响因素间的关系。试验中选取433 MHz载波频率,分析了无线传感器节点射频信号受节点高度、鸡笼高度、通讯距离等因素作用下射频信号的衰减情况,建立和验证了基于灰色理论的射频信号衰减预测模型。运用所建立模型的预测值与实测值对比,最大预测误差绝对值为6.52 dBm,预测准确率为90.5%,所建灰色模型可以用来预测鸡舍环境射频信号强度衰减。

多接口多射频无线Mesh网络部分重叠信道分配研究

在多射频多信道无线Mesh网络中,信道分配和路由共同决定了链路上流量的分布。因此,信道分配和路由设计相结合是一种高效的联合解决方案。IEEE 802.112.4 GHz标准由于其在实际网络场景中的适应性而在无线Mesh网络中被广泛使用,然而在IEEE 802.112.4 GHz中由于相邻信道的频谱部分重叠,通常只有有限的正交信道被使用,造成无线电频谱资源的浪费并导致网络容量降低。文章设计了一种使用部分重叠信道的联合信道分配和路由策略。该策略充分利用所有IEEE 802.11 2.4 GHz频段的频谱资源,实现了无冲突传输。仿真结果表明,本策略可以提高频谱利用率和吞吐量。

一种基于无线传感器网络和射频识别融合技术的研究

射频识别技术和无线传感器网络(WSN)技术是普适计算中两个最为重要的组成部分,它们各自具有不同的优点和应用领域。射频识别传感器网络,将射频识别融入WSN中,利用无线传感器网络覆盖范围广等特点,能够实现远距离的信息识别和网络整体信息的综合管理。本文探讨射频识别技术与WSN技术相融合,对其融合方案进行了比较,并分析了射频识别与WSN相互融合的状况和发展趋势。

基于射频芯片AT86RF230实现无线传感器网络节点的设计

ZigBee是一种基于IEEE802．15．4规范的无线技术，是介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案，主要用于近距离无线连接。它依据802．15．4标准，在数干个微小的传感器之间实现了相互协调和通信。它具有在IEEE802．15．4规范上创建的安全和应用层接口、工作于免授权的2．4GHz频段、以年计算的超低电池寿命。

射频供能无线传感器网络高能效数据收集方案

在射频供能无线传感器网络中,提高网络能效和吞吐率是一个重要的研究问题.该文统筹考虑信道分配、节点的能量阈值以及MAC(Medium Access Control)帧分块重传机制,提出高能效和高吞吐率的数据收集方案;推导了节点的充电时间、节点传输一个MAC帧的平均能耗和平均时延、网络能效和吞吐率,定义了网络效用函数,形成了最大化网络效用的优化问题.通过调整效用系数并求解优化问题,可以获得使网络能效和吞吐率最大化的最优能量阈值和MAC帧最优分块个数.仿真结果表明,所提方案的能效和吞吐率高于已有方案.

双信道无线传感器网络自适应频率切换算法

针对传统无线传感器网络频率切换策略中节点间的协商信息仍传输在当前受到干扰的信道上这一问题,文中提出一种双信道的频率切换算法。该算法使网络在工作时采用两个不同频率信道,并且每个节点仅需要配备单个无线收发机,两信道间有一定宽度的频率间隔。当其中一个信道受到干扰,关于切换该信道频率的协商信息传输在另外一个信道上,提高信息传输的可靠性。测试结果表明,相比于传统的采用单信道通信的频率切换方法,双信道频率切换算法提高了强干扰情况下频率切换的成功率,提升了网络的抗干扰能力。

兰花大棚内无线传感器网络433MHz信道传播特性试验

不同的应用环境对无线传感器网络的性能有一定的影响。该文针对兰花大棚环境中无线传感器网络节点部署的要求及其应用环境的特性,以433MHz为载波频率,研究了无线射频信号的传播特性和无线信号与影响因素之间的关系,影响因素包括发射功率、数据包长度、距离、发射端位置等参数,获得了接收信号强度、丢包率等数据,并进行了统计分析。试验结果表明,该无线传感器网络信号的衰减符合对数模型,其决定系数R2最大为0.9246,最小为0.8753;发射功率为0和-5dBm时,信号较强、通信成功率较高;发射功率处在0和-20dBm时接收信号强度波动较大;在数据传输速率为1.2kbps、和调制扩频为高斯频移键控方式等参数确定的情况下数据包的长度对丢包率的影响很小。在上述试验研究的基础上,建立了发射功率和接收信号强度之间的关系模型,模型参数与发射功率之间、传播环境因子n与发射功率之间成二次多项式关系,相关系数分别达到0.9967和0.8686;验证试验结果表明:该模型可以较好地预测不同发射功率不同通信距离的接收信号强度,为兰花大棚无线传感器网络的组建提供支持。此外,设计了接收信号强度三维曲面图和等高曲线图,可直观反映兰花大棚环境下无线信号的传播特性,为今后无线节点布置与组网提供依据。

基于特定导频序列的无线传感器网络信道估计方法

无线传感器网络由大量传感器网络的节点组成,以无线通信技术为核心,是当前国际上备受关注的多学科高度交叉的新兴前沿研究热点之一。针对无线传感器网络汇聚节点与数据处理中心之间的无线数据传输,本文提出一种新的信道估计方法,汇聚节点发送特定的导频训练序列,该训练序列具有理想的信号峰值,该算法可有效地消除汇聚节点与数据处理中心在数据传输过程中产生的码间干扰。仿真实验表明该方法收敛快、误码率低、有良好的信道估计性能。

无线传感器网络中一种抗无线局域网干扰的信道分配机制

无线传感器网络(WSN)易受到与其共享信道的无线局域网(Wifi)干扰,造成通信可靠性及吞吐量下降.当具有不同优先级的多个WSN受到Wifi干扰时,如何按优先级分配信道,并兼顾整体通信可靠性及吞吐量是一个重要问题.针对该问题,作者提出了一种抗Wifi干扰的信道分配机制EasiCAP(Channel Allocation for wireless sensor networks with Priority).该机制利用基于干扰强度和活跃比率的干扰特征模型(External Interference Model,EIM)度量WSN中各信道的Wifi干扰;同时,采用以接收端为中心的模型(Internal Interference Model,IIM)度量各WSN之间的干扰.然后,各WSN根据EIM和IIM度量的结果,采用局部化贪婪信道分配算法独立、实时地选择信道,通过保持信道、切换信道及抢占信道操作实现按优先级分配信道,并尽可能降低所有网络所受干扰之和.实际测量和仿真结果表明,EasiCAP可为各WSN提供与其优先级相对应的通信可靠性和吞吐量;而且该机制下的平均通信可靠性及吞吐量也比现有方法高.此外,EasiCAP未带来过大的开销.

低功耗射频唤醒无线传感器网络设计

由于传统模式下为了降低无线传感器电能损耗而使用的休眠或唤醒机制有着一定的弊端,对通讯网络的咨询反馈不及时,所以文章提出了采用基于波束供电程式来运行的无线传感器网络射频唤醒技术。低功耗的射频唤醒技术对于无线传感器网络来说,其节点经过电波的流动来收集能量,准时唤醒机体自身,最终实现成效性。根据性能分析报告发现,新型的低功耗射频唤醒无线传感程式较之传统唤醒程式来说,其节点体系具备更优的稳定性和较少的耗能,对于支持往后的生活需求以及生产运营来说都有着重大意义。