基于无线传感网络与UWB技术的煤矿井下采掘人员定位方法

由于传统方法在煤矿井下人员定位中应用效果不佳,不仅定位结果相对误差比较大,而且定位失败人员数量较多,无法达到预期的定位效果,为此提出基于无线传感网络与UWB技术的煤矿井下采掘人员定位方法。搭建无线传感网络场景,利用无线传感网络采集井下人员位置信号,利用自适应算法对信号自适应滤波处理,利用离散快速傅里叶变换对无线传感网络信号矩阵的各个维度做波束形成,对矩阵的各个维度传感信号进行加权合并,增强各个维度上目标信号的强度,利用UWB技术对信号传输,根据增强后的目标信号传输信息确定井下人员位置,以此实现基于无线传感网络与UWB技术的煤矿井下采掘人员定位。经实验证明,设计方法定位相对误差低于10 cm,定位失败人员数量与总人数比例为3%,设计方法在煤矿井下采掘人员定位方面具有良好的应用前景。

基于WSN+UWB的室内人员定位系统设计

随着社会发展,家长对幼儿安全越来越重视,幼儿园环境安全与否直接关系到儿童的健康及生命。为保障园区内幼儿状况及安全,文章提出了一种室内人员定位系统设计,该系统在满足基本定位需求的同时,采用了超宽带(Ultra Wide Band,UWB)技术,具有穿透性强、抗干扰和功耗低等优势,其性能表现已超过蓝牙和Wi-Fi,并以UWB技术作为主要技术依据,将无线传感网络(Wireless Sensor Network,WSN)技术与UWB技术相结合,设计了一款智能化的人员看护及定位系统,测试结果证明了该系统设计可满足园区内人员监测及定位警报的需求。

UWB无线传感器网络中基于匹配滤波检测的TOA估计

深入研究了UWB(ultra wideband)无线传感器网络中基于匹配滤波门限检测的TOA(time of arrival)估计算法.针对现有算法的不足,提出了一种三步TOA估计算法:先确定DP(direct path)搜索区域,然后使用门限检测确定DP的粗略位置,最后精确搜索到DP的中心.其中,用于计算检测门限的门限因子依据匹配滤波输出的峭度动态设置,设置模型独立于信道模式,其正确性通过与使用固定门限因子所获得的性能对比进行了验证.与其他算法的性能对比仿真结果表明,所提出的三步TOA估计算法在运算效率和TOA估计精度上取得了较好折衷,适合于当前实际应用.还通过对TOA估计误差的统计分析讨论了测距结果的可信度:依据峭度将测距结果划分为可信和不可信两个级别,并为各级别的TOA估计误差分别了建立概率密度模型.在定位模块中有效利用这些可信度信息,可进一步提高定位精度.

UWB无线传感器网络的无线节点定位模型研究

文章提出了一个UWB(Ultra-wide Band)无线传感器网络的无线节点定位系统模型,仿真分析表明,对于四个参考节点都是LOS(Line Of Sight)路径到达传感器节点的情况,其定位的精确度相当高;但是,如果四个参考节点中有一个节点是NLOS(Non Line Of Sight)路径到达传感器节点的话,当信噪比低于30dB,则定位误差不小于5m,这时候要保证较高的定位准确度,就应该保证较高的信噪比或者增加参考节点数目。

基于非相干检测的UWB无线传感器网络传输性能

论文首先给出了UWB无线传感器网络体系结构模型,接着利用UWB技术和非相干信号检测技术设计了一个非相干检测UWB传感器接收机。在此基础上,着重研究了UWB无线传感器网络的传输性能。通过仿真发现采用了非相干信号检测技术,对UWB无线传感器网络传输性能的提高具有重要意义。

UWB传感器网络跨层优化模型的构建与实现

跨层设计是提高无线传感器网络整体性能的一种有效方法.文中在综合考虑MAC层调度、物理层功率控制、网络层路由三方面因素的基础上,结合UWB技术超带宽、低信号功率的特点,以实现网络最大数据传输速率为目标,构建了UWB传感器网络跨层优化模型.仿真实验结果表明,根据模型最优解进行网络配置可充分利用网络资源、显著提高网络的数据传输速率,以构建、求解优化模型的方式解决网络跨层问题是切实可行的.

PDR辅助UWB的室内非视距定位方法

为解决室内定位中非视距造成的定位误差问题,在UWB和PDR定位解算的基础上,提出了非视距校正系数β。当β大于经验阈值时,对UWB和PDR定位进行动态加权处理,用PDR定位来修正UWB在非视距下的定位误差。同时,采用了外推的方法得到非视距下PDR初始航向角,并使用广义延拓滤波对行人信息和解算的定位结果进行处理。实验结果显示,该方法有效降低了非视距情况下的定位误差,经广义延拓滤波处理后,定位结果更符合实际运动轨迹,和单一UWB室内定位方法相比,定位精度提高了53.7%,整体平均定位误差在0.1641 m左右。

基于UWB的无线传感器网络跨层优化模型研究

跨层设计是提高无线传感器网络整体性能的一种有效方法。在综合考虑MAC层调度、物理层功率控制、网络层路由三方面因素的基础上,结合超宽带技术大带宽、低信号功率的特点,以实现网络最大数据传输速率为目标,构建了基于超宽带技术的无线传感器网络跨层优化模型。仿真实验表明:模型最优解可有效提高网络数据传输速率;物理层功率控制对优化结果有着至关重要的影响。这证明以构建、求解优化模型的方式解决跨层设计问题是切实可行的,同时也为解决大规模超宽带传感器网络数据传输问题提供了一条新的解决思路。

基于DW1000的UWB室内定位系统设计

随着无线传感网络和移动通信快速发展,定位成为生活中不可缺少的功能。GPS具有定位精度高、覆盖范围广等优点,满足了人们户外定位的需求。然而由于室内环境复杂、GPS信号受到障碍物的遮挡会严重衰减而无法应用于室内定位。针对上述问题设计了基于UWB无线传感网络定位系统进行室内定位。基于DW1000定位芯片,以STM32F103为主控,通过信号放大模块增强定位系统信号的发送和接收距离,最后利用SnailRTLS上位机仿真室内定位环境,实现室内的精准定位。

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。

基于果蝇算法的无线传感网络信标节点定位

在无线传感网络中,多个节点需要协同工作来实现节点定位。但在传播过程中,信号受反射、散射等因素的影响,导致信号路径复杂、不确定性大,增加了信标节点定位的难度。因此,提出一种果蝇算法下无线传感网络信标节点精准定位方法。通过建立无线传感网络拓扑模型,分析节点结构,根据构建的模型获取无线传感网络信标节点的定位优化目标函数。通过改进果蝇算法求解定位优化目标函数,实现无线传感网络信标节点的精准定位。实验结果表明,所提算法的无线传感网络信标节点定位准确度在85%以上,且定位误差在0.1-0.4之间,表明所提算法定位精度高、整体应用效果好。

D-S Evidence Theory Based Trust Ant Colony Routing in WSN

This paper proposes a trust ant colony routing algorithm by introducing a node trust evaluation model based on the D-S evidence theory into the ant colony routing protocol to improve the security of wireless sensor networks. To reduce the influence of conflict evidences caused by malicious nods, the consistent intensity is introduced to preprocess conflict evidences before using the D-S combination rule to improve the reliability of the D-S based trust evaluation. The nodes with high trust values will be selected as the routing nodes to insure the routing security, and the trust values are used as heuristic functions of the ant colony routing algorithm. The simulation tests are conducted by using the network simulator NS2 to observe the outcomes of performance metrics of packets loss rate and average end-to-end delay etc. to indirectly evaluate the security issue under the attack of inside malicious nodes. The simulation results show that the proposed trust routing algorithm can efficiently resist malicious attacks in terms of keeping performances of the average end-to-end delay, the throughtput and the routing packet overhead under attacking from malicious nodes.

无线传感器网络MAC层传输性能模型研究

无线传感器网络数学建模是网络传输性能定量分析的有效方法之一。该文在分析IEEE802.15.4标准MAC层无信标模式信道竞争机制的基础上,通过节点缓冲队列状态分析、网络节点状态分析和无线信道状态分析,建立了MAC层网络吞吐率、有效吞吐率、节点通信平均延时和信道冲撞概率的数据传输性能数学模型。采用MATLAB软件和QualNet网络仿真软件对所提出MAC层传输性能分析模型和相应性能参数进行仿真测试。仿真结果表明,所提出的数学模型能较为准确的模拟无线传感器网络MAC层通信性能。

移动模型研究综述

移动模型决定节点如何移动,它是对节点运动方式的抽象,已被广泛应用于无线网络相关研究中。首先介绍了当前常用的移动模型,并对其进行了分类比较;接着论述了当前研究主要集中在提出新的适合各种移动环境的移动模型、对移动模型的节点移动特征进行分析、对追踪移动模型的追踪策略研究和对移动模型的评估等;然后给出了移动模型目前存在的问题;最后指出了移动模型的研究趋势。

带盲区巷道网络人员全局定位系统

针对现有煤矿人员定位系统成本高、精度低、不能进行全局位置预测等问题,提出一套基于无线传感器网络的巷道网络人员全局定位系统。该系统将井下巷道网络分割成多个以网关为中心的分布式定位单元,当人员经过定位单元时,首先由其随身携带的移动节点通过定位引擎实时计算其在局部定位单元内的位置坐标,并将该位置信息通过网关传送到井上计算机;再通过坐标变换计算出人员在井下巷道网络的三维位置坐标;进而得到人员在监控单元内的速度、方向等信息,并通过位置估计算法预测出人员在盲区的位置。实验结果表明,该系统在地下防空洞环境静态定位误差为2.87m,在室内楼道环境运动估计误差约为4.5m,且长期连续运行无故障,具有很好的可靠性、可扩展性和定位性能。

巷道网络全局定位系统关键技术分析与实验

提出并实现了一种新型带盲区的煤矿巷道人员全局定位系统,介绍了国内外煤矿人员定位系统的研究现状,分析了发展带盲区巷道网络全局定位系统的必要性。从系统应完成的目标角度考虑,较全面地分析了全局定位系统中的基本问题、数据模型、拓扑优化及全局定位等关键问题;构建了全局定位原型系统,并对定位系统在地下巷道环境进行了较全面的实验测试。将全局定位系统和现有的煤矿人员定位系统进行了对比分析,结果表明:全局定位系统在功能、定位性能、成本、可靠性和可维护性等方面具有较大优势。

野外地表无线传感网信道传播模型的测定与分析

针对三种典型传感网的野外布设环境,对地表低空收发天线的路径损耗特性进行了现场实验测定,并对测试结果进行了线性拟合分析和建模。测试和拟合结果表明,地表无线信道与传统蜂窝无线信道模型存在较大差别,但仍可采用单折线或双折线模型进行表征,同时得出了一些有助于研究和设计无线传感网的信道传播特性和规律。所得的分析结果有助于深入研究野外地表无线传感网络,提高其仿真实际有效性。

一种平滑高斯半马尔可夫传感器网络移动模型

在总结现有实体随机移动模型优、缺点的基础上,提出一种能够较好地反映现实节点运动规律的参数独立可控性比较强的平滑高斯-半马尔可夫实体随机移动模型(smooth Gauss-semi-Markov mobility model,简称SGM),并利用马尔可夫过程及更新过程理论证明了该模型具有平均速率时间平稳和点空间分布均匀的特性,适用于移动无线传感器网络的模拟仿真研究.

OMNeT++平台上无线传感器网络仿真系统的研究

仿真系统对于无线传感器网络尤其是大规模无线传感器网络的性能评价是必不可少的。通过仿真,人们能够在一个可控的环境里研究无线传感器网络,观察由不可预测的干扰和噪声引起的节点间的相互作用,减少投放后的网络维护工作。OMNeT++是一款开源的、基于组件的、模块化的开放网络仿真平台。在OMNeT++平台提供的网络仿真基础类库和开发环境的基础上,紧密结合无线传感器网络自身特点,从仿真模型、实现机制和应用场景等方面设计了无线传感器网络仿真系统,并在Linux操作系统上编程实现。通过实验验证,该仿真模型可以正确仿真MAC协议、路由协议和网络拓扑结构,并且具有较好的性能。