无线地下传感网信道传播实验虚拟仿真与可视化教学

为帮助学生更好地理解和掌握无线地下传感网信道传播特性,推导并建立一个融合土壤特性参数的改进地下无线信道传播模型,在该模型基础上开发无线地下传感网实验虚拟仿真系统。该仿真系统不仅解决实验环境受限、难以开展实验教学的问题,且具有易于理解和操作的特点,仿真结果以图形化和可视化的形式呈现。通过此系统,学生可直观地观察和比较不同参数影响下地下无线信道传播变化情况,深入理解地下无线信道的复杂传播特性,提高学生的学习效率,激发学生的学习兴趣,促进学生学习的主动性和积极性。

应用消息传递和卡尔曼模型的无线传感网定位跟踪算法

针对无线传感网系统中传感节点的定位跟踪问题,提出了一种基于消息传递和卡尔曼模型的定位跟踪算法。将目标物与多个锚节点之间的测距整理为线性混合模型,通过贝叶斯公式进行因式分解,建立因子图。假定目标物位置随时间连续移动,相邻的定位坐标之间存在潜在的缓变关系,并利用卡尔曼模型挖掘该关系,即将测距、定位和卡尔曼模型整体进行优化。在因子图中选择合适的消息更新规则,对每条边上的消息进行更新计算,形成定位跟踪算法。最后,建立虚拟和实测环境对所提算法进行数值验证。由于将测距、跟踪和卡尔曼模型融合为一个整体进行优化,相比文献中已有方法,所提定位跟踪算法在仿真环境中表现出超过2 dB的性能优势,在实测场景下也具有接近1 dB的性能增益,证明了其有效性。

工业无线可充电传感网的数据收集及充电优化

随着工业的快速发展,其对工业无线可充电传感网的运行提出了更高要求,如海量传感器需要保持长时间的高强度工作状态;数据的传输需要更高的可靠性和实时性.然而,在利用多跳数据传输的工业传感网络中,传感器的转发负载极不均衡.这进一步加快了部分传感器的耗电速度,使得它们较其他传感器更快耗尽电量,并导致数据丢失和网络运行中断.针对这些问题,本文提出一种结合强化学习和边际效益近似算法的方案,以优化工业无线可充电传感网中移动充电车的移动数据收集及充电调度策略,使得每个传感器有足够的电量工作和提高数据传输的可靠性和实时性,并最大化系统效益.实验结果表明,本文所提出的方案在系统效益、移动充电车收集的数据总质量方面的性能明显优于其他对比算法.

低占空比无线传感网中使用无速率码的高效机会路由算法

低占空比无线传感网中的高效传输是一个研究的焦点。机会路由作为无线传感网中一种高效的传输算法,仍然存在着缺陷。对只有单邻居的弱连通节点,机会路由算法无法处理。即使在多邻居情况下,由于邻居醒来顺序的随机性机会路由也会尝试在低质量的链路上传输。对此提出一种使用无速率码的高效机会路由算法(Efficient Opportunistic Routing with Rateless Code,EORRC)。利用无速率码,EORRC可以在低质量链路传输时提高传输成功率,并能处理弱连通情景,从而降低时延与能耗。仿真实验证明了EORRC拥有更低的时延与能耗。

基于无线传感网及边缘网关的智慧农业大棚监控系统设计

在不断发展的物联网、大数据及云计算等技术的交叉融合下,基于无线传感自组网及边缘网关,应用边缘计算,设计实现了一种智慧农业大棚监控系统。系统设计基于物联网架构,传感层以CC2530芯片为核心分别构建了传感型采集节点和控制型节点;采用正三角形网格的节点部署方案,高质量实现了无线传感网构建。边缘网关以STM32F103ZET6 MCU为核心,一方面负责与无线传感器网络中的各节点进行数据通信,完成边缘计算并对网络中的节点进行管理和控制;另一方面通过WiFi、4G/5G等通信模块进行数据的无线传输,把采集到的数据封装处理打包传输到服务器端,实现边缘网关作为连接传感节点与服务器监控中心的相应功能。应用层通过EMQTT服务器和Node-RED搭建云平台构建,用户可以通过PC端、手机端登录数据处理中心的WEB服务器,实现对物联网设备的控制及环境的监测。

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。

基于流量延时调度的无线传感网数据传输拥塞控制方法

无线传感网络在数据传输时出现流量控制困难和节点拥塞的情况,为此提出一种新的基于流量延时调度的传输拥塞控制方法。引入流量延时调度,确定数据流量,滤波处理数据流量,设置延时阈值,通过流量与延时阈值的对比,判断是否需要重新传输数据,完成数据传输控制机制设计。利用数据生成树获取网络有效数据包,以此计算信道可以传输数据包的概率临界值,构建数据传输拥堵控制模型,实现无线传感网数据传输拥塞控制。通过仿真分析得知,所提方法拥堵控制的能量消耗仅为149 J,数据传输速率提升到80 Mbit/s以上,数据完整度在99.0%以上,所提方法有效提高了数据传输速率和完整度,降低了能耗消耗,可以有效控制数据传输拥塞,具备了可行性。

基于Q‒learning的变电站无线传感器网络路由算法

电力系统中的无线传感器网络(WSN)可以对工作中设备的状态和环境数据进行实时感知采集,是一种推动智能电网发展的重要技术。针对变电站场景中WSN的网络存活时间、传输时延、传输丢包率上的特殊要求,提出了一种基于强化学习的WSN路由方案。将数据包在WSN的发送过程抽象为一个马尔科夫决策过程(MDP),根据优化目标合理设置奖励,并给出了基于Q-learning的最优路由求解方法。仿真结果与数值分析表明,所提方案在网络存活时间、传输时延、丢包率等方面的性能均优于基准方案。

面向智慧教室的无线传感网边缘节点智能部署方法

为降低部署后的通信时延,提高智慧教室的数据发送与网络使用效率,提出面向智慧教室的无线传感网边缘节点智能部署方法;以智慧教室场景中良好的通信、最大限度降低部署边缘节点成本为优化目标,构建边缘节点智能部署的目标函数;针对目标函数设定流量约束条件、无线传感网数据流约束条件、节点计算能力约束条件;自适应调整粒子群优化算法的惯性权重、粒子更新速度、Pareto最优解保存策略,设计多目标改进粒子群优化算法求解目标函数,实现面向智慧教室的无线传感网边缘节点智能部署;测试结果表明,该方法优化目标为网络覆盖率时的最低网络时延为0.97 s,数据发送时延为0.14 s;优化目标为节点安全连通度时的最大网络时延为1.68 s,最大数据发送时延为0.68 s;整体连通度较高,遗漏节点为0;网络计算能力平均值为250.55 MB/s;在无线传感网边缘节点为2000个时,基本趋于稳定,时间复杂度稳定在3次;综上可知,应用该方法后的时延较低,部署效果较好,算法性能较优,保证了智慧教室无线传感网通信和传输质量。

面向输变电场景的无线传感网通信性能测试研究

无线传感网在输变电设备状态监测领域的应用,能够有效提升电网运行效率,实现更高的经济价值和社会效益。通过分析无线传感网在输变电场景下的通信特征,提出通信性能测试方法,构建闭环测试平台,对无线传感网的接入容量、组网性能等关键指标开展测试验证。结果表明,所提测试方法能有效评估无线传感网的终端接入、数据传输能力,可为无线传感网在电力系统的推广提供技术支撑。

基于GA-TS搜索算法的工业无线传感网节点定位研究

为了解决工业无线传感网覆盖过程中通信半径跳距离产生偏差过大的问题,设计了一种基于GA-TS搜索算法的节点定位方法,并开展仿真分析。研究结果表明,当通信半径不断增大后,算法误差产生不同程度的减少。与传统最大似然估计定位算法相比,GA-TS搜索算法的优化效果更佳,误差大概缩减30%;与移动锚节点算法相比,误差大概降低至15%。相比较之下GA-TS搜索算法定位精度误差最小,具有很大的应用准确性和适应范围。该研究有助于工业无线传感网定位精度,对保证网络信号的传输效率具有一定的意义。

基于变循环预估寿命均衡的无线传感网数据采集算法

智能电网等大型工业系统数字化转型需求逐年提升,相应的无线传感器近年来被广泛应用。然而,无线传感器的自主续航十分有限,面向对应自组网的能效优化因可显著提升其生命周期而意义重大。为此提出一种基于变循环预估寿命均衡的无线传感网(WirelessSensorNetworks,WSN)数据采集算法,首先构建面向指定区域远程感知需求的WSN系统模型,然后设计基于变循环预估寿命均衡的高能效数据采集算法,最后通过仿真分析证明所提出的算法可通过拓扑重构有效均衡节点剩余能量,进而优化网络能效,显著提升无线传感网生命周期。

基于无线传感网的桥隧坡健康监测预警系统

分析了高速公路桥梁、隧道、边坡健康状况监测预警的现状和需求,设计了一套基于无线传感网的自动监测预警系统,将孤立的桥梁、隧道、边坡安全健康监测纳入到一个统一的管理平台,使用统一的数据标准、通讯标准、软件平台,大大减少了重复投资,降低了维护费用和难度,提高了管理效率。同时,由于使用无线传感网作为现场监测设备的通讯系统,大大减少了通讯线缆的使用,降低了工程难度和投资,提高了系统的灵活性、易扩展性和易维护性。

无线传感自组网在电力监控中的应用

阐述无线传感自组网技术具有低功耗、自组织、低成本的特性。探讨其在电力监控中的应用,包括输电线路监测、变压器状态监测、电力设备故障诊断,其为电力监控提供高效、灵活的解决方案。

基于无线传感网的中小型水电站泄水闸门自动控制方法

为解决现有控制方法在中小型水电站泄水闸门控制中剩余水量超出安全范围且流量较大的问题,本文提出一种基于无线传感网的中小型水电站泄水闸门自动控制方法。采用无线传感器网络采集实时水位数据,使用簇首节点对簇群中的所有边缘节点进行数据融合,将这些数据传送给协调器。利用小波包分解法提取闸门异常的特征,获得信号的子空间信号能量。计算信号子空间的异常值,确定需要控制的目标。运用PID法调整控制参数,获得最优指标参数。根据规则进行修正完成自动调节闸门控制。实验结果表明,实验组的剩余水量在安全范围10~20t之间;编号E1~E8的阀门随着开度值的变化,其流量均在65t之内,达到了预期目标。能够精准控制阀门开度,合理调整水流通过阀门的流量,使其能够达到安全目标。

强信号覆盖约束下移动无线传感网频谱微弱信号检测

移动无线传感网中的微弱信号在强信号的覆盖下,基础检测特征消失,形成检测难点,不利于信号传输。提出了一种移动无线传感网频谱微弱信号检测方法。明确移动无线传感网频谱监测原理,获取与弱信号属性相反的强信号,并利用空间谱估计消除强信号,使移动无线传感网频谱监测过程仅剩目标检测对象。利用信号幅值波动装置检测快拍间起伏特性明显的弱信号,实现移动无线传感网频谱监测微弱信号的检测。仿真分析表明,这种方法的检测结果与实际结果吻合,噪声环境中受噪声的干扰影响为0.012 dB,实现了较高质量的移动无线传感网传输。

基于超宽带和无线传感网络技术的夜间辅助系统

由于夜间值班人员巡查不到位,造成存在潜在的管理风险和安全隐患。为解决上述问题,本文利用无线传感网、超宽带室内定位、蓝牙Mesh无线通信等技术,构建了完整的夜间辅助系统。该系统随时查看活动路线、所处位置等。通过夜间时段判断是否出现异常状况,进而通知值班人员进行查看或是电话联系。本系统有助于提升管理人员及早发现异常状态,提升居住安全性。

基于多步预测的无线传感网络自适应采样技术研究

针对现有无线传感网节能算法计算量大、终端节点能耗高以及上位机数据更新实时性低的问题,提出一种基于多步预测的传感网络自适应采样算法。该算法在上位机和终端节点间建立自回归预测模型进行同步预测,同时通过比较预测模型的前向多步预测值与数据变化趋势拟合值,达到自适应改变采样步长的效果。为验证算法的节能性,基于ZigBee的船舶下水气囊气压监测系统平台进行实验。结果表明:所提算法在均方根误差为0.089 2的情况下,比固定周期采样节能36.252%,比传统自适应通信算法节能26.912%,具有更好的能耗表现。

基于整体映射机制的移动无线传感网区域收敛算法

为解决节点收敛次数较高且收敛时长难以控制等不足,提出了一种基于整体映射机制的移动无线传感网区域收敛算法。首先,根据节点干涉过程中发射信噪比的变化情况,设计了一种新的区域收敛机制,利用发射信噪比动态调整节点覆盖区域,以降低节点干涉现象,提升网络收敛能力。然后,采用时间退避方法对信号发射过程的时间窗口进行动态调节,以改善信号发射过程中存在的碰撞现象,有效降低网络收敛时间和节点收敛次数。由仿真实验结果可知,相较于移动无线传感网区域收敛领域中常用的逻辑模糊可信算法和网络寿命节约评估算法,本算法具有更低的网络收敛时间和节点收敛次数。

创新温室大棚故障判定定位系统的无线传感网技术的应用与实现

温室大棚在现代农业中扮演着重要角色,但其环境监测与故障判定仍面临挑战。本研究旨在探索无线传感网技术在创新温室大棚故障判定定位系统中的应用与实现。文章首先介绍了无线传感网技术的概念和特点,着重探讨其在农业领域的前景。随后,通过需求分析,凸显了温室大棚内部环境监测的必要性与挑战。接着,详细阐述了无线传感网在温室大棚中的应用,包括传感器选择、数据传输与通信技术,以及数据处理与分析方法。在故障判定与定位算法设计方面,文章介绍了相应算法的原理、设计与优化,并建立了实时判定与定位系统。通过系统实现与应用案例,展示了硬件平台搭建、实际应用案例及效果评估。在数据可视化与远程控制部分介绍了数据可视化平台设计和远程监控与实时控制功能的实现,同时分析了系统的优势与局限性,提出了未来的发展方向与改进建议。最终,总结了本研究的成果和发现。