Interference of human's ankle to the channel characteristics of near surface WUSN

Because of its potential applications in agriculture, environment monitoring and so on, wireless underground sensor network（WUSN） has been researched more and more extensively in recent years. The main and most important difference of WUSN to terrestrial wireless sensor network（WSN） is the channel characteristics, which determines the design methodology of it. In this paper, the propagation character of electromagnetic（EM） wave in the near surface WUSN is analyzed, as well as the path loss model of it is given. In addition, the influence of human＇s ankle to the channel characteristics of near surface WUSN is investigated by electromagnetic theory analysis, simulation and experiment. A novel path loss model of near surface WUSN which takes the interference of human＇s ankle into consideration is proposed. It is verified that the existing of human above the WUSN system may cause additional attenuation to the signal of near surface WUSN which propagates as lateral wave along the ground. Moreover, the relation of the attenuation and operating frequency is deduced, which gives a reference to extend the frequency band applied in WUSN.

无线地下磁感应通信系统研究与实现

无线磁感应通信通过准静态磁场耦合的方式实现数据传输,可以克服传统电磁波无线通信在地下环境中信道不稳定、天线尺寸大等问题,更适用于无线地下传感器网络。针对无线地下传感网络的应用需求,本文建立了基于收发线圈的磁感应耦合式无线通信模型,分析了发射磁场的分布特点,设计了无线地下磁感应通信系统,搭建了实验测试平台。实验结果表明,该系统在地下环境中可以实现短距离的无线数据传输,通过增大收发线圈的半径和增加匝数可以延长通信距离,改善系统通信性能,为无线地下传感网络的应用提供参考。

无线超声传感器网络在开关柜局部放电中的在线监测研究

开关柜局部放电是引起开关柜绝缘老化导致电力事故发生的重要因素。结合腰站变电站工程,将3只超声波传感器安装在35kV开关柜与电缆沟的接头处,对开关柜局部放电进行在线检测。局部放电现象的发生会伴随声的物理变化过程,根据超声波特征量和局部放电的定量与定性关系便能检测和诊断开关柜绝缘状况。监测数据表明：超声波传感器数值范围为204~422mV。数据的曲线走势一定程度上反映开关柜局部放电的变化,为进一步的电力故障预报提供了有效的支持。

无线地下传感器网络节点放置算法

为解决在土壤环境中传感器信号的衰减作用影响传感器网络性能的问题,对地下土壤环境中电磁波的衰减情况进行分析并建模,提出一种新的用于地下传感器网络的、基于网格模型的三维节点放置算法MCC3D(Max Coverage Connectivity 3 Dimension)。简要讨论了天气和季节变化对土壤中信号衰减情况的影响以及可行的解决措施。该算法使用尽可能少的传感器达到预定的覆盖率要求,并同时保持最优的网络连接性能。仿真结果证明,该算法可达到预定目的。与随机节点放置算法相比,其覆盖性能和连接性能均大大提高,在满足预定覆盖率门限的要求下,使用的传感器数目可减少约33%。同时。

应用于地下无线传感器网络的磁通信电路分析

针对地下无线传感器网络中通信效率低、接收点有用信号弱的现状,基于磁感应原理,以磁通信电路模型的建立为切入点,运用互感理论,推导出负载功率、路径损耗和传输效率的表达式,通过理论分析,得到路径损耗以及传输效率分别与天线参数、工作频率、通信距离的具体关系。试验仿真结果表明:通过改变工作频率和天线参数可以弥补实际通信距离的需要,提高通信质量,为地下无线传感网络的应用提供参考。

基于NS2的无线地下传感器网络信道模型的扩展与实现

无线地下传感器网络作为一个全新的研究领域,它的大多数研究还在理论阶段。建立一个更接近真实地下环境的仿真平台,可以减少部署实验所耗费的资源。本文以现有的双径模型叠加多径瑞利衰落的地下信道模型为基础,建立考虑电磁传播信号所有成分的地下信道模型,同时增加地下-地上信道模型以及地上-地下信道模型,在NS2上进行仿真实现。在实现的平台上进行仿真,分析了吞吐率和丢包率这2个性能指标在不同通信距离的变化规律。仿真结果表明,所采用的模型能很好地反映地下通信情况,验证了模型用于地下环境仿真的可行性,为无线地下网络的学习和研究提供了参考及工具。

基于NS2的无线地下网络信道模型仿真

受限于复杂的地下通讯环境,对无线地下传感器网络的大多研究还停留在理论阶段。主流仿真平台所提供的信道模型都只适用于地上无线通信的仿真,没有合适的模型能反映电磁信号在地下环境能量严重损耗的情况。为解决以上问题,给无线地下网络研究提供仿真实验平台,本文采用双径模型为基础叠加多径瑞利衰落的信道模型,在NS2上加以实现并在实现的平台上进行仿真实验。分析吞吐率和单位有效比特能量消耗这2个性能指标在不同含水量下的变化规律。结果表明,所采用的模型能很好地反映地下通讯情况,验证了双径叠加多瑞利分布模型用于地下环境仿真的可行性,为以后的无线地下网络研究提供参考。

基于磁感应的无线地下传感网信道研究进展

无线地下传感器网络(WUSNs)是指将大部分无线传感器节点埋在土壤中的传感器网络,其优势显著,有着十分巨大的社会价值和实用前景,已经成为21世纪的一个新研究领域。无线磁感应(MI)通信通过准静态磁场耦合的方式实现数据传输,克服了传统电磁波无线通信在地下环境中信道不稳定、天线尺寸大等问题,更适用于WUSNs。复杂且具有挑战性的通信信道是制约WUSNs发展的重要原因。本文从信道建模、信道性能、信道估计等方面综述了近年来基于MI的WUSNs(MI-WUSNs)信道方面的研究进展,并提出了该领域的一些新的研究挑战。