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无线传感器网络与物联网技术研究
( 2018-05-27 阅读次 作者:)

1. 无线传感器网络

  无线传感器网络(WSN:wireless sensor networks)则是由大量无线传感器节点构成的自组织网络,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内目标对象信息,并将传送给需要的用户,实现目标的感知、定位与跟踪。WSN被认为是21世纪最重要的技术之一,它将会对人类未来生活方式产生深远影响。

  WSN的具有可快速部署、可自组织、隐蔽性强和高容错性的特点,可以部署至人难以到达的危险场合,因此非常适合在军事上应用,实现对敌军兵力和装备的监控、战场的实时监视、目标的定位、战场评估、核攻击和生物化学攻击的监测和搜索等功能。在民用领域也备受关注:如环境科学数据实时监测与跟踪,农业领域的作物生长状态、土壤酸碱度和施肥状况、温湿度等数据监测与控制,工业领域的煤矿、石化、冶金行业易燃、易爆、有毒物质的安全信息监控等,智能家居,远程医疗的人体健康指标监测等。

2. 无线传感器网络结构体系

  WSN通常包括传感器节点,汇聚节点(Sink)和管理节点。传感器节点任意的分布在某一监测区域内,节点以自组织的形式构成网络,通过多跳中继方式将监测数据传送到汇聚节点,最后通过Internet或其他网络通讯方式将监测信息传送到管理节点(远程数据监控中心)。同样的,用户可以通过管理节点进行命令的发布,告知传感器节点收集监测信息。

  无线传感器节点是一种集传感功能与微机系统(MEMS)驱动控制力、计算、通信于一体的资源受限嵌入式设备,具有低成本、低功耗的特点。其结构如下:

3. 无线传感器网络关键技术

  WSN有若干关键技术,主要包括网络支撑技术(物理层、MAC、路由协议,协议标准)、服务支撑技术(时间同步,节点定位,容错技术、安全设计,服务质量保证)及应用支撑技术(网络管理,操作系统以及开发环境)等方面。

4. 物联网技术

  物联网(IoT:The Internet of Things)是通过RFID、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物(人)通过互联网连接起来,进行信息交换,以实现智能识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。是无线传感器网络的演进。

  物联网的架构体系主要分为感知层、接入层、网络层、管理层、应用层。如下所示:

  IoT有6大核心关键技术,如下图所示:

5. 主要成果

  在国家自然科学基金项目(60132030)、863计划资助项目(2004AA639690)、高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20040486049)、湖北省教育厅科学技术重点研究项目“无线传感器网络自适应节点密度控制技术研究”的支撑下,主要开展了无线传感器网络的网络部署、感知信息的获取、RFID、定位与跟踪、路由、网络接入等技术的研究。解决了传感网检测目标时在给定检测概率条件下的临界节点密度问题,以利于无线传感网的部署;在此基础上利用生物智能算法还解决了传感网智能路由问题,以降低传感网的能耗,延长网络寿命;并且利用RFID标签,构建了基于RFID的目标定位的算法,以解决目标的跟踪问题。可以应用于数据采集、目标智能定位与跟踪、远程监控、智能物流管理、物联网等。主要成果有:

  Collaborative Detection Probability of Mobile Target for Coverage in Large-scale WSN, Proc of the WiCOM 2007(9)
  Effects of Inertia Weight on DPSO-based Single-hop Routing Protocol for Wireless Sensor Networks ,Proc of the WCICA 2008,2008(6)
  A New Parallel Ant Colony Optimization Algorithm for Traveling Salesman Problem, Progress in Intelligence Computation and Applications (ISICA’2008) ,2008(12)
  大规模WSN协同检测的节点临界密度,北京邮电大学学报,2007(12)
  无线传感器网络多目标路由的改进蚁群算法,华中科技大学学报(自然科学版),2007(10)
  面向移动目标的WSN单个检测模式覆盖问题,华中科技大学学报(自然科学版),2008(4)
  基于能耗预测的WSN单跳路由分簇算法研究,华南理工大学学报(自然科学版), 2008(5)
  一种无线传感器网络能量平衡路由,华中科技大学学报(自然科学版),2008(2)
  基于离散粒子群的WSN分簇路由算法,武汉大学学报(理学版),2008(1)
  基于LANDMARC的最近邻居改进算法,武汉大学学报(理学版),2013(3)
  基于微簇的无线传感器网络能量均衡路由协议,华中科技大学学报(自然科学版),2009(3)

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