基于ZigBee无线传感网络的分簇时间同步算法

在无线传感网络中,时间同步技术在信道分配、数据收发、休眠调度中都有着关键作用。目前已有的时间同步算法,有些同步精度不高,有些需要进行频繁的数据交换导致功耗过大。因此设计出能同时满足高精度和低功耗两个要求的算法势在必行。提出的算法通过改变网络拓扑结构,构造分簇函数,选出簇头,进行分簇。在新的网络拓扑中,协调器与簇头之间通过频偏补偿来保证同步的精度,簇头与成员节点之间通过三次通信消除时延进行时间同步,从而实现全网时间同步。仿真结果表明,整个网络在较低功耗下也能有较高的同步精度。

无线传感网络拥塞控制中节点选择强制博弈方法

无线传感网络中节点数据流量较大,分布范围较广,节点选择寻优计算复杂,导致浪费大量算力在节点选择上,拥塞控制效果不佳。提出一种无线传感网络拥塞控制中节点选择强制博弈方法,计算单条网络链路传输成本,依据传输数据耗费能量,计算传输节点可用能量比值,在传输变量权重值基础上,求得传输节点实际拥堵指数,完成节点选择。计算网络连接层的数据包丢弃概率,确定网络拥塞程度,汇聚节点数据流建立节点选择强制博弈模型,明确传感网络稳态传输条件,利用流量正态分布算法,在节点选择博弈中做出强制选择。经仿真分析证明:所提方法分组递交率保持在83%以上,丢包数量保持在100 pkt/s之内,网络传输节点端到端的延迟在0.3 s以内。

嵌入式技术下无线传感通信网络拥塞控制系统

无线传感通信网络在数据传输过程中容易出现网络拥塞,存在全局吞吐量小、端到端延时大、节点丢包率高的问题,导致网络拥塞控制效果不佳。为了解决这个问题,设计一种嵌入式技术下无线传感通信网络拥塞控制系统。设计嵌入式以太网拥塞数据交换接口电路,采用嵌入缓冲器开环控制模块结构,根据排队长度变化控制数据包丢弃率。计算接收方通告窗口大小,检测高、低优先级传输网络拥塞情况。通过计算拥塞节点发送速率来控制高、低优先级传输网络局部拥塞。将全局拥塞竞争窗口变为当前窗口,使用检测缓存队列占空率方式控制全局拥塞。测试结果表明,所设计系统最大吞吐量为2600 b/s,最大端到端延时为18 s,最大节点丢包率为2.0%,使用该系统能够提升网络拥塞控制效果。

基于Zigbee无线传感系统的设计与应用

无线传感网络(WSN)近年来在不同的领域得到了广泛的应用,基于此,采用Zigbee无线网络数据协议,搭建无线传感系统,采用TI公司的CC2530F256无线通信芯片进行硬件和软件的详细设计.可将节点数据传送至协调员或计算机终端,具备显示和控制功能,收集和分析有关数据信息.并分析其搭载不同类型传感器在环境、工业、农业、智慧城市、军事等领域的的具体应用.

基于无线传感网络的矿井局部通风机风量自动控制

针对通风机风量自动控制常出现超调现象、控制效果不佳的问题,提出基于无线传感网络的矿井局部通风机风量自动控制方案。根据实际情况搭建无线传感网络;利用无线传感网络采集与传输局部通风机的功率数据;采用最邻近值填补算法填补缺失数据值;根据功率、转速和风量之间的关系确定局部通风机的风量,并与所需风量作差,识别局部通风机的风量误差;利用模糊PID自适应控制算法分析风量误差,确定控制量;通过PID控制器调控局部通风机风量,以实现基于无线传感网络的矿井局部通风机风量自动控制。实验证明,设计方法的超调量在2%以下,且可以在3 s内使通风机的风量恢复稳定状态。

基于条件生成对抗网络的无线传感网络多节点失效修复研究

当前主流的传感节点失效修复主要通过纠删码完成,修复后节点具有更高的空间利用率,但无法有效提升网络寿命。为此,提出基于条件生成对抗网络的无线传感网络多节点数据重构方法,完成失效修复。感知无线传感网络节点,对失效节点展开裁决,确定失效节点位置,并重构节点内数据;将获取的失效节点用于条件生成对抗网络(CGAN)框架中生成器与节点替换网络的训练,通过训练好的生成器,以失效节点为条件,生成未失效节点;为提升修复性能,使用粒子群算法寻优节点替换网络参数,完成节点重构数据置换,实现失效节点的有效修复。结果表明:利用所提方法进行修复时,能耗最高仅为17 J,剩余寿命最低可达到300 h,连通度最高可达到99.2%,具有较好的修复效果。

面向无线传感网络的同步时钟技术研究

考虑到传统的时钟同步技术在信息交互过程中产生的延迟具有不确定性,为了消除其对时钟同步的影响,提出了面向无线传感网络的同步时钟技术研究。通过对任意一个网络节点在真实物理时间的本地时间进行变换处理,构建无线传感网络的线性时钟模型,根据高斯分布所具有的加减特性,计算两个连续同步轮次的动态响应时间差值,在离散形式下,构建无线传感网络观测模型。通过计算无线传感网络时钟差值的均值,得到无线传感网络节点的时间戳,将无线传感网络节点数据交互误差补偿的目标函数转换成向量的形式,补偿无线传感网络节点数据交互误差,实现无线传感网络的时钟同步处理。实验结果表明,在微秒级延迟下,该技术的同步精度仍较高,可以有效消除网络信息延迟的不确定性对同步时钟的影响。

基于无线传感网络的电气设备温度智能监测系统

为防止由于温度异常造成的电气设备故障,提出基于无线传感网络的电气设备温度智能监测系统。利用无线传感网络及ZigBee网络采集节点,低功耗采集并传输电气设备温度信息到监测中心,利用DNN网络构建电气设备温度监测智能分析模型,实现电气设备温度的实时输出与处理。实验表明,该系统的信息传输功耗较低;可精准监测电气设备温度,可通过界面形式展现监测结果。

基于ZigBee无线传感器网络的灌溉控制系统设计

在采用一款ZigBee解决方案的射频芯片CC2430和ZigBee协议栈的基础上,设计了一个简单的无线传感器网络灌溉控制系统,给出了相应设计方案和软件中的实现细节。该系统实现了对土壤含水率的实时检测,并依据土壤含水率灌溉阈值进行自动控制灌溉,以达到节水灌溉的目的。初步测试证明,该系统运行稳定可靠,能够准确获取网络节点的属性,并进行节水灌溉控制。

基于ZigBee无线传感器网络的家庭控制系统(英文)

提出了一种基于ZigBee无线传感器网络的家庭控制系统,给出系统的软、硬件设计.所设计的网关节点具备网关的基本功能,并结合了Bluetooth和GPRS通信功能,可以支持近程和远程的综合接入.用户可以采用Pocket PC或者笔记本电脑实现实时数据的采集或者控制指令的执行,也可以通过发送短消息的方式实行远距离的控制操作.Pocket PC的软件开发平台(包括笔记本电脑监控平台)采用的是Labview图形开发软件.除了网关以外的其他节点都采用了休眠管理来降低能耗,并最终有效改善了整个系统的生命时间.

基于ZigBee无线传感网络的LED照明控制系统

针对当前传统照明系统存在的手动操作、布线复杂等缺陷,以及无法满足环境采集、线性调光要求的不足,提出了一种基于ZigBee无线传感网络的LED照明控制系统设计方案。该系统采用CC2530芯片,利用网状(Mesh)拓扑结构的ZigBee2007/PRO无线传感网络实时采集照明现场的光照度、移动目标、温度、LED状态等参数,随着环境参数变化以及预先设置的照明模式(手控、自控),控制系统自动做出智能判断,实现了PWM线性无极调光;基于VC6.0平台开发的PC上位机对LED照明控制系统进行了实时监控、集中管理,克服了传统照明管理落后、单一控制、人员浪费的缺陷。研究结果表明,该系统可实现"传感器节点实时采集环境参数,ZigBee遥控器准确控制,PC上位机集中管理"的设计目标,且实验数据理想。

基于Voronoi图的无线传感网络覆盖盲区检测方法

传感网络的空洞暴露程度较少,在检测网络覆盖情况时更容易出现误差,影响盲区的检测效果。为此,提出基于Voronoi图的无线传感网络覆盖盲区检测方法。根据节点分布关系推测无线传感网络覆盖情况,在Voronoi图的指导下排除已覆盖区域,获取具备检测条件的未覆盖无线传感网络空洞。计算网络空洞的暴露程度和节点能量,作为特征样本输入粒子群分离器中,根据分类器的输出结果,实现无线传感网络覆盖盲区检测。仿真结果表明,所提方法不同覆盖盲区数量下的检测时长低于0.2 s、不同节点数量下的检测能耗低于20 J、不同空洞圆心距下的覆盖盲区差异度最高为0.24,证明所提方法具有较好的无线传感网络覆盖盲区检测效果。

基于多策略改进蝴蝶优化算法的无线传感网络节点覆盖优化

针对无线传感网络(WSN)的节点覆盖存在着覆盖率低、节点分布不均匀的问题,提出一种基于多策略改进的蝴蝶优化算法(MIBOA)的节点覆盖优化策略。首先,将基础的蝴蝶优化算法(BOA)与麻雀搜索算法(SSA)结合改进搜索过程;其次,引入自适应权重系数提高寻优精度和收敛速度;最后,对当前最优个体进行柯西变异扰动,提高算法鲁棒性。基准测试函数的寻优实验结果说明,MIBOA基本可在3 s内求解测试函数最优值,且收敛平均值精度较BOA提高了97.96%。将MIBOA应用于WSN节点覆盖优化问题,与BOA和SSA相比,节点覆盖率至少提高了3.63个百分点;与改进灰狼优化算法(IGWO)相比,部署时间缩短了145.82 s;与改进鲸群优化算法(IWOA)相比,节点覆盖率提高了0.20个百分点且时间缩短了1112.61 s。综上,MIBOA可较好提高节点覆盖率并降低冗余覆盖率,有效延长WSN的生存时间。

基于LoRaWAN自适应数据速率的地下无线传感网络性能评估

随着城镇化进程的不断加快和物联网技术的迅速进步,地下复杂土壤介质中的无线传感网络正成为新的研究热点。在此背景下,首先概述了基于LoRaWAN的地下无线传感网络基本架构和研究现状,接着搭建了网络仿真器并实现了自适应数据速率(ADR)调节机制在传感器节点端和网络服务端的2个优化算法,最后依据网络整体数据接收率和网络能耗等性能指标,分别从传感器节点的地下部署环境(土壤含水量和传感器埋藏深度)和LoRa物理层参数两方面进行了网络性能定量评估。结果表明,针对土壤这一复杂介质,ADR调节机制对LoRaWAN中的物理层参数具有较好的调节能力,该机制可为地下无线网络性能优化提供有利手段,有望大幅降低网络能耗。

无线传感网络中一种基于RF-GAN模型的入侵检测算法

针对现有无线传感网络入侵检测算法存在的效率低、精度差等问题,提出基于RFGAN模型的无线传感网络入侵检测算法。首先,采集无线传感网络运行数据,通过去噪、缺失补偿等步骤,完成对原始数据的预处理;然后,利用RF-GAN模型提取无线传感网络运行特征;最后,通过提取特征与检测标准的匹配,得出网络入侵检测结果。理论分析及实验结果表明:优化设计方法的入侵类型误检率明显更低,入侵数据量检测误差为0.015GB,相较于现有检测算法具有一定优势。

智慧园区无线传感网络能量均衡覆盖优化系统

针对传统LEACH协议存在数据传输效率较低以及节点能量分布不均的缺陷,文中从功耗和效率层面出发,提出了一种无线传感网络能量均衡覆盖优化系统。对于节点能量分布不均的问题,设计了由剩余能量因子与距离因子所组成的系统权重因子,并根据该因子及竞争半径来选择簇头。同时基于遗传算法提出了一种单链多跳路由协议,进而提升了系统的功耗水平,解决了数据传输效率偏低的问题。以某智慧园区为模型进行的实验测试结果表明,所设计系统的存活节点个数、系统剩余能量以及数据包接收数量这三个指标均大幅领先,充分说明了改进后的算法能够有效减少系统的能量损耗并提升节点的利用率,使其可以存活至1200轮,从而延长整个WSN系统的运行周期。

面向航天运载器的通用化无线传感网络设计方法

无线传感网络作为航天领域的一项新兴技术,凭其无缆化测量的显著优势,已成为航天运载器环境参数测量的重要手段。目前航天运载器上搭载的无线传感网络纷繁复杂,技术路线各异,难以有效提高产品的性能和可靠性。提出了一种面向航天运载器的通用化无线传感网络设计方法,重点介绍了通用化产品架构、设计要点、应用难点及发展思路,旨在提高产品性能及可靠性,最终形成性能分档、可靠性高的货架产品。

无人机辅助无线传感网络的节能保密通信数据收集方法

无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)在保密无线传感网络(Wireless Sensor Network,WSN)中能作为移动数据搜集节点的同时延长传感网络的使用周期,窃听方(Eavesdropper,Eve)的存在使传感器和UAV之间的保密通信过程受到了严重威胁。因此,保密通信方不得不消耗更多资源来保证通信的保密性能。针对WSN中保密通信的资源受限问题,提出一种UAV辅助节能保密通信数据收集方法,通过联合优化UAV轨迹和传感器节点(Sensor Node,SN)的调度策略,最小化SN能耗的同时增加传感器的保密容量;通过基于块坐标下降法解决复杂混合整数的非凸优化问题;通过连续凸优化方法联合求解UAV轨迹优化问题和传感器调度优化问题。仿真结果表明,与现有方法相比,所提方法在节能和保密速率提高上具有显著的优越性。

基于改进蚁群的无线传感网络路由优化方法

常规的无线传感网络路由优化方法在数据传输过程中容易出现重复传输和增加节点传输能耗的问题。为解决这一问题,本研究提出了一种基于改进蚁群算法的无线传感网络路由优化方法。首先,划分无线传感器网络的传输区域,将网络分为直接传输和间接传输两个部分。为了使节点分布更加均匀,利用簇头节点选取节点的空间位置。然后,构建一个无线传感网络路由优化模型,通过改进蚁群算法寻找源节点和通信节点之间的最短路径,以减少路由传输的能量消耗,并进一步优化网络的生存周期。最后,通过调节参数,进一步优化无线传感网络的路由协议,提高路由通信的效率。实验结果表明,该方法的优化效果更佳。

无线传感器网络中低能耗多径传输算法研究

近年来,许多研究主题都集中在无线网络中作为可扩展路由协议的集群算法的研究传感器网络。在这些算法中,通过使用数据聚合技术和减少应采用的传感器进行长距离通讯,总能耗网络寿命缩短。针对传感器能量有限的问题,论文提出的一种新的算法DECSA,该算法是基于经典聚类的改进算法LEACH。通过考虑节点距离彼此和节点的剩余能量,DECSA算法尝试选择适当的节点作为CH。另外,在此算法中旨在产生一个多层次的聚类层次结构,并基于CH到基站的距离,选择了一些CH作为基准站CHs。论文基于DECSA算法和负载均衡提出了聚类算法。该算法结合了DECSA支持最低和最大可接受负载这两个门槛。因此,当群集在一帧中加载时小于最小阈值,则群集的帧为展开,并且大于最大阈值时,每个帧中群集负载的一部分被转移到第二个CH节点。