A. 无线传感网络的问题
涉及的内容是挺多的,
1.硬件方面的(目前处除了军用,或其他一些特定应用外,我们国家很多传感器芯片用的还都是国外的,没有过硬的技术啊)。
2.无线传感器网络协议研究。根据传感器网络自身的特点,结合应用,量身打造更合适的通信协议。
3.软件方面的。目前有系统级别的Tiny OS,编程语言nesC,针对特定应用编写轻量级程序。
4.无线传感器数据管理层面。可以研究网络数据流挖掘之类的。
哪个最有前景?1最有发展空间,但难度大。3是基础,最容易上手,想有突破很难。2和4,自己想吧。
以上都是个人粗浅见解,做个参考。
B. 1.无线传感器网络主要是由哪两种主要装置所构成 2.信息物理系统与物联
搜索词条╳无线传感技术中文名:无线传感技术定义:传递信息别称:传感器起源时间:上世纪70年代应用领域:电子信息等意义:上世纪70年代分享发展概述早在上世纪70年代,就出现了将传统传感器采用点对点传输、连接传感控制器而构成传
C. 在无线传感器网络中,如何根据接收信号的强度来判断发送者的距离有具体的计算公式么
基于RSSI的定位
RSSI测量,一般利用信号传播的经验模型与理论模型。
对于经验模型,在实际定位前,先选取若干测试点,记录在这些点各基站收到的信号强度,建立各个点上的位置和信号强度关系的离线数据库(x,y,ss1,ss2,ss3)。在实际定位时,根据测得的信号强度(ss1′,ss2′,ss3′)和数据库中记录的信号强度进行比较,信号强度均方差最小的那个点的坐标作为节点的坐标。
对于理论模型,常采用无线电传播路径损耗模型进行分析。常用的传播路径损耗模型有:自由空间传播模型、对数距离路径损耗模型、哈它模型、对数一常态分布模型等。自由空间无线电传播路径损耗模型为:
式中,d为距信源的距离,单位为km;f为频率,单位为MHz;k为路径衰减因子。其他的模型模拟现实环境,但与现实环境还是有一定的差距。比如对数一常态分布模型,其路径损耗的计算公式为:
式中,Xσ是平均值为O的高斯分布随机变数,其标准差范围为4~10;k的范围在2~5之间。取d=1,代入式(1)可得,LOSS,即PL(d0)的值。此时各未知节点接收锚节点信号时的信号强度为:
RSSI=发射功率+天线增益一路径损耗(PL(d))
2.2 基于RSSI的三角形质心定位算法的数学模型
不论哪种模型,计算出的接收信号强度总与实际情况下有误差,因为实际环境的复杂性,换算出的锚节点到未知节点的距离d总是大于实际两节点间的距离。如图1所示,锚节点A,B,C,未知节点D,根据RSSI模型计算出的节点A和D的距离为rA;节点B和D的距离为rB;节点C和D的距离为rC。分别以A,B,C为圆心;rA,rB,rC为半径画圆,可得交叠区域。这里的三角形质心定位算法的基本思想是:计算三圆交叠区域的3个特征点的坐标,以这三个点为三角形的顶点,未知点即为三角形质心,如图2所示,特征点为E,F,G,特征点E点的计算方法为:
同理,可计算出F,G,此时未知点的坐标为由仿真得,在图2中,实际点为D;三角形质心算法出的估计点为M;三边测量法算出的估计点为N。可知,三角形质心算法的准确度更高。
3 基于RSSI的三角形质心算法过程
3.1 步骤
(1)锚节点周期性向周围广播信息,信息中包括自身节点ID及坐标。普通节点收到该信息后,对同一锚节点的RSSI取均值。
(2)当普通节点收集到一定数量的锚节点信息时,不再接收新信息。普通节点根据RSSI从强到弱对锚节点排序,并建立RSSI值与节点到锚节点距离的映射。建立3个集合。
锚节点集合:
(3)选取RSSI值大的前几个锚节点进行自身定位计算。
在B_set:中优先选择RSSI值大的信标节点组合成下面的锚节点集合,这是提高定位精度的关键。
对锚节点集合,依次根据(3)式算出3个交点的坐标,最后由质心算法,得出未知节点坐标。
(4)对求出的未知节点坐标集合取平均,得未知节点坐标。
3.2 误差定义
定义定位误差为ER,假设得到的未知节点的坐标为(xm,ym),其真实位置为(x,y),则定位误差ER为:
4 仿 真
利用Matlab仿真工具模拟三角形质心算法,考察该算法的性能。假设在100 m×100 m的正方形区域内,36个锚节点均匀分布,未知节点70个,分别用三边测量法和三角形质心定位算法进行仿真,仿真结果如图3所示。由图3可知,三角形质心算法比三边测量法,定位精度更高,当测距误差变大时,用三角形质心算法得出的平均定位误差比用三边测量法得出的小得多。
5 结 语
在此提出了将RSSI方法和三角形质心定位算法相结合的方法,通过仿真实验,将该算法和三边测量算法相比较,证明了该算法的优越性。下一步将研究在锚节点数量不同时的平均定位误差。
D. 无线传感器网络
无线传感器网络(wirelesssensornetwork,WSN)是综合了传感器技术、嵌入式计算机技术、分布式信息处理技术和无线通信技术,能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息,并对这些数据进行处理,获得详尽而准确的信息。传送到需要这些信息的用户。它是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成一个多跳的自组织的网络系统。传感器、感知对象和观察者构成了传感器网络的三要素。
无线传感器网络作为当今信息领域新的研究热点,涉及到许多学科交叉的研究领域,要解决的关键技术很多,比如:网络拓扑控制、网络协议、网络安全、时间同步、定位技术、数据融合、数据管理、无线通信技术等方面,同时还要考虑传感器的电源和节能等问题。
所谓部署问题,就是在一定的区域内,通过适当的策略布置传感器节点以满足某种特定的需求。优化节点数目和节点分布形式,高效利用有限的传感器网络资源,最大程度地降低网络能耗,均是节点部署时应注意的问题。
目前的研究主要集中在网络的覆盖问题、连通问题和能耗问题3个方面。
基于节点部署方式的覆盖:1)确定性覆盖2)自组织覆盖
基于网格的覆盖:1)方形网格2)菱形网格
被监测目标状态的覆盖:1)静态目标覆盖2)动态目标覆盖
连通问题可描述为在传感器节点能量有限,感知、通信和计算能力受限的情况下,采用一定的策略(通常设计有效的算法)在目标区域中部署传感器节点,使得网络中的各个活跃节点之间能够通过一跳或多跳方式进行通信。连通问题涉及到节点通信距离和通信范围的概念。连通问题分为两类:纯连通与路由连通。
覆盖中的节能对于覆盖问题,通常采用节点集轮换机制来调度节点的活跃/休眠时间。连通中的节能针对连通问题,也可采用节点集轮换机制与调整节点通信距离的方法。而文献中涉及最多的主要是从节约网络能量和平衡节点剩余能量的角度进行路由协议的研究。
E. 无线传感器网络故障的诊断技术
无线传感器网络故障的诊断技术
随着社会的发展与不断进步,无线传感器网络得到广泛应用,但是由于无线传感器节点的能量具有制约性,导致无线传感器网络的运用环境比较脆弱,下面我为大家搜索整理了关于无线传感器网络故障的诊断技术,欢迎参考阅读,希望对大家有所帮助!想了解更多相关信息请持续关注我们应届毕业生培训网!
无线传感器网络是由大量传感器节点组成的,因为传感器节点廉价和微型的特点,促使无线传感器网络对节点的利用率非常高,尤其是在无线传感网络的监测区域,在自组织方式的参与下,以互相协作的形式完成无线传感器的监测任务,所以其应用的前景也是非常广阔的,但是传感器节点的工作能力是有限的,难免会发生系统故障。
1 无线传感器网络故障评价指标
无线传感器网络故障诊断的性能评价指标是以无线传感器的网络特点和网络应用为基础制定的,其标准主要体现在诊断精度、特殊环境诊断精度、能效性以及诊断时间四个方面。
诊断精度。无线传感器故障诊断精度是诊断机制对故障最直接的评价方式,特别是在网络安全性较高的环境中,如果不能保障故障诊断的精确度则会导致传感器网络系统出现安全漏洞,同时意味着此故障诊断精度的失效,诊断精度主要是以一次过程为故障诊断的依据,分析被诊断的节点状态与实际节点状态的相符程度,诊断精度中故障误报率和故障识别率为评价故障的两个指标。
特殊环境诊断精度。无线传感器网络在特殊环境中的应用是有特定的诊断精度的,例如自然灾害、人为破坏等特殊环境因素,由于故障的节点在网络中的分布不均匀,可能会出现故障区域节点的过分疏散或者是节点的过分密集等现象,普通的诊断精度是不适应的,所以只能采取特殊环境的诊断精度对故障进行评价。
能效性。受无线传感器网络能量供应方面的影响,能效性成为故障诊断评价机制中需要最先考虑的问题,能效性比较强的故障诊断机制可以促进网络使用寿命的延长,以便保障传感器网络监测、计算方面能量的持续供应,与能效性有直接关系的因素有数据通信、处理和采集三方面。
诊断时间。无线传感器网络投入使用后,如需进行故障诊断需要对传感器中节点与节点之间的关系进行协作性判断,主要是因为节点呈现激活状态的数量比较多,如果节点出现联系性的故障一定会对无线传感器网络造成巨大的能耗压力,所以节点故障诊断的时间不宜过长。
2 无线传感器网络故障诊断分类
无线传感器网络故障主要来源于传感器的节点,主要表现在四个模块上,分别为能量电池供应模块、无线网络通信模块、传感处理模块和传感器模块,基于无线传感器网络的运行和使用,其组成元件、部件会出现各种各样的问题,如干扰通信、线路老化、电能耗损以及接线松动等等,引发无线传感器网络发生故障。
2.1 节点级别的故障
节点级别的故障主要是发生在传感器网络的节点处,大部分故障主要是传感器的节点本身出现了问题,其又可分为节点软故障和节点硬故障,软故障是指节点在不影响无线传感器网络运行的前提下发生故障,只有对数据进行传送和测量时,可瞬间影响通信的故障;硬故障是指对节点本身以及对传感器网络造成的直接损害,例如节点本身损坏、电源布置不合理或电源能量不足都会造成无线传感器网络故障。
2.2 网络级别的故障
网络级别的故障是指无线传感器的节点本身是正常的,但是在节点与节点之间的传输、协作方面上出现制约性问题,导致网络连接异常、通信受阻、信息丢失、IP偏差、非法入侵等等,此故障的出现是直接作用于网络的,其故障的表现极其明显,而且故障出现的速度非常快,影响范围比较广,属于无线网络传感器网络中相对较为敏感的故障。
2.3 功能级别的故障
无线传感器网络功能级别的故障对于整体网络都是存在影响的,如出现功能级别的故障会造成网络中汇集点不能正常接收和收集网络中运行的全部信息,引起功能级别故障的原因主要有传感器节点的重启、死亡和失效,链接线路故障以及路由装置故障等。
2.4 数据级别的故障
数据级别的故障是指传感器节点表现正常,但是传达了错误的数据信息,致使网络形成错误的数据感知,数据级别故障的隐蔽性比较强,只有经过精细的检测才可发现传感器节点传递了错误的感知数据,因为即使节点感知数据传递错误,但是其本身的表现形式是没有任何问题的,因此无形中降低了无限传感器网络的运行性能,而且会错误的引导网络管理员检查维修。
3 无线传感器网络故障诊断技术
无线传感器网络故障诊断主要是针对其投入使用的期间,通过对网络传递的信息进行分析,判断无线传感器网络是否发生故障,根据故障发生的状态检测导致故障发生的基本根源,无线传感器网络故障的诊断是一项复杂而又系统的工程项目,基于其所处的环境以及自身运行的特点决定了故障诊断的难度,为降低诊断的难度,一般情况在进行故障诊断时需要以传感器各个节点日常的测量数据为主,以节点数据传输的附加信息为辅,促进故障诊断的效率。
无线传感器网络故障诊断的指标为传感器高质量的服务和能量的有效保护,而故障诊断策略的衡量指标主要有错误警报率和检测率,其中错误报警率反馈的是无效警报在诊断报告总警报中的占据比例,错误报警率较低即可说明此次诊断结果具有较高的可信度;检测率反馈的是被检测出的故障在网络总故障中占据的比例,与错误报告率相反,检测率越高则说明诊断策略的有效性比较高。目前对无线传感器网络故障诊断技术的`研究主要以传感器的故障、场景类型为中心,对传感器节点的功能、读数故障进行探讨,分析无线传感器网络故障的诊断技术。
3.1 传感器节点读数故障的诊断技术
节点读数故障的诊断技术主要是针对无线传感器网络中错误的测量数据,错误数据产生的情况主要有外界环境干扰导致网络受到安全攻击、节点部件的损坏等等,针对节点读数故障提出以下诊断技术。 (1)WMFDS诊断技术。此技术主要是对传感器节点与节点之间的数据进行空间相关性的测量,越临近的节点其测量结果的相似性越大,所以只能通过正常读数的空间关系,根据此理论提出WMFDS诊断方法,主要是对两节点之间的故障率、分布密度进行分析,判断节点是否出现问题,此方法还可对相邻的节点进行加权处理,但是此方法只可以用于具有空间相关性的节点读数上。
(2)FIND诊断技术。此技术利用无线传感器节点在监控区域具有可持续性监测的特点,感知网络的突然事件,此节点的数据读取可反馈事件发生点到节点相对应的距离,传感器节点的信号强度与距离是呈现相反关系的,即相对距离越大,节点信号强度越弱,节点信号的强弱变化被称为单调变化特性,所以节点的单调特性是反馈节点出现读数故障的判断标准,比如故障节点会表现出与相对距离单调特性相反的现象。
(3)CSN诊断技术。此诊断技术是有一定局限性的,主要是以移动设备为检测对象,利用加速器得出节点的地震运动,故障节点的读数会存在阈值,此阈值与实际历史差距比较大,通过计算机分析节点比例,如出现较高阈值则说明此节点出现了一定的问题。
3.2 传感器节点网络故障的诊断技术
传感器节点网络故障主要表现在链路受环境因素的影响导致网络可靠性降低等现象,针对传感器节点网络故障提出的诊断技术主要有以下三种:
(1)网络软件调试法。在传感器的节点中采取调试代理,利用软件的调试命令,对节点处的网络状态进行分析,收集节点网络数据,确定节点网络故障的来源。
(2)特定模型推断法。特定模型推断法主要包括两种,分布式和集中式的方法。分布式的诊断技术是针对网络中的所有节点,利用从局部到整体的决策方法,分布式诊断技术的代表方法有LD2和TinyD2,最终通过节点网络的整合,得出诊断报告;集中式的诊断技术是在网络节点处植入小型探测器,以便对经过节点的应用数据进行分类、分组,但是探测器对得到信息的分析能力是非常有限的,所以需要感知系统的参与,以此为基础进行节点网络故障的细化诊断。
(3)无声故障诊断技术。此诊断技术在三种技术中是具有一定特殊性的,其可对无经验故障进行有效诊断,例如AD诊断技术,即是比较典型的代表,通过对节点各类型诊断信息之间相关性图表的变化,发现网络中存在的隐藏故障,即无声故障,此技术可提高故障诊断的准确率,同时降低了故障出现的频率。
综上所述,利用无线传感器故障诊断技术诊断无线传感器网络中出现的问题,并对其进行及时有效的处理,一方面可以提高无线传感器网络的运用效率,另一方面提高了无线传感器网络的使用率,所以无线传感器网络的正常运行在一定程度上促进我国经济效益和社会效益的发展和提高。
综上所述,无线传感器网络在世界范围内的关注度是比较高的,其渗透多项科学技术,例如无线通信技术、传感器技术以及信息处理技术等等,无线传感器的研究不论是在经济效益上还是在社会效益上,都是具有极其重要的意义的,无线传感器有效的网络故障诊断技术一方面可以提高无线传感器的利用效率,另一方面对能源节约具有一定的实际价值。
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