基于无线传感器网络的温室环境监测系统

【目的】提出一种基于无线传感器网络的温室环境监测系统低功耗协议,使利用无线传感器网络来进行温室环境监测更节能。【方法】以温室环境监测系统为背景,提出一种改进后的低功耗LEACH协议,并利用NS2仿真软件对改进后的协议进行仿真验证及分析。【结果】改进后的协议能够通过简化簇头选择的过程和加入数据融合模型来节约能量,减缓节点死亡的速度,延长网络的生命周期。【结论】改进后的协议（New DA）比LEACH协议更适合在温室监测系统中使用。     

农田能量异构无线传感器网络簇首选择机制

农田无线传感器网络监测过程中,太阳能电池供电的无线传感器网络有着很多优势,同时也存在着成本较高的问题。在农田无线传感器网络监测中加入部分太阳能节点进行监测,可以降低成本并延长网络寿命。研究了农田环境中太阳能供电节点与干电池供电节点同时存在时无线传感器网络成簇过程,在LEACH算法的基础上改进了一种簇首选择方法,每一轮通过2次选举,达到优先利用太阳能节点,提高太阳能节点使用效率的目的。仿真结果表明,通过此方法可以提高太阳能的利用率,减缓节点死亡速度,延长网络寿命。     

面向新疆平原灌区的LEACH路由算法研究

已研究的无线传感器网络系统多使用于温室大棚、中部平原等环境中,并采用LEACH路由算法均衡网络能量,以达到延长网络寿命的目的;这些网络中节点与节点之间的距离较近、面积规模较小、每个节点能量相对充足,因此在使用LEACH路由算法时不容易出现因选取簇头不当、节点能耗过快而产生网络空洞等问题;但在新疆平原灌区中进行无线布网时,因硬件成本有限、地理环境复杂等各种因素的限制,导致部署出来的无线传感器网络是一种典型的Zig Bee广域网,该网络中节点与节点间距离较远,不同节点之间传输信息时能量消耗过大,因此当网络中选举不当节点作为簇头时会因该节点能量消耗过快而产生节点失效的问题,产生网络空洞现象;本文针对这种现象,在面向新疆平原灌区网络这一限制区域中,联合节点距离、密度及剩余能量提出了一种的改进型LEACH算法,该算法针对传统LEACH算法在随机选取簇头过程中的缺点,在簇头选取过程中,首先将网络按照终端节点与基站之间的距离等级划分为多个区域,使得距离基站越近的节点成为簇头的概率越大,然后通过各个区域中节点密度和剩余能量因素将适合的节点选举为簇头,提高网络利用率,解决网络空洞问题,延长网络生命周期。采用Matlab软件对改进算法进行仿真,实验结果表明在节点稀疏的网络中改进后的LEACH算法比传统LEACH算法的网络寿命提升了16%,且可以满足新疆平原灌区中广域网络要求,减少了网络空洞问题的产生。     

无线传感器网络LEACH协议的改进及仿真

随着网络的发展,无线传感器网络逐渐被应用于社会的各个方面。鉴于无线传感器具有能量有限性的特点,从硬件方面进行改进有一定的难度,所以就引出了无线传感器网络的路由协议,找到一个好的路由算法来延长无线传感器网络的生命周期。本文介绍了最典型的分簇路由协议LEACH协议及在LEACH路由协议算法缺点的基础上进行了改进的算法LEACH-C协议算法。从对两种路由协议的仿真结果来看,改进后的算法能够使各传感器节点的能量得到均衡,网络的负荷也相应得到了均衡,从而延长网络的生命周期。     

基于自适应萤火虫的农业传感网络均衡分簇算法

为了减少在非均匀分簇情形下容易出现网络负载不均衡、通信不可靠以及工作不稳定等问题,将群智能萤火虫算法与农业无线传感器网络分簇路由算法相结合,提出一种自适应萤火虫算法农业WSNs负载均衡分簇方法。该算法综合考虑负载均衡和能量消耗2个优化目标,搜索过程充分考虑了网络分簇的负载均衡性、簇内数据传输距离、跳数、时延和带宽等因素,最后选出合适的分簇数,完成源目的节点间的信息传输。仿真试验表明,提出的算法在感知范围内自适应地调整搜索步长,降低振荡现象,提高求解精度。与低功耗自适应集簇分簇型协议(LEACH,low energy adaptive clustering hierarchy)、ACO算法和PSO算法的分簇协议能耗相比,分别节省了32.5%、22.3%和12.8%,有效延长了农业无线传感器网络寿命。     

一种改进的无线粮情监测系统路由算法

针对无线粮情监测系统特点,基于LEACH协议提出一种改进的无线传感器网络分簇路由算法—EBHCR。EBHCR采用集中式簇首产生算法;簇内节点以单跳方式通信,簇首与网关间采用距离阈值判断和选择单跳或多跳通信方式;转发节点路径权值综合考虑了节点剩余能量、最优转发距离等因素。用NS2软件对EBHCR和LEACH进行对比分析,仿真结果表明,首个死亡节点出现时EBHCR算法比LEACH算法多运行135轮;70%节点死亡时EBHCR算法比LEACH算法多运行262轮,EBHCR有效生存期是LEACH算法的124.9%。EBHCR算法在能耗均衡性、存活节点数和网络有效生存期方面明显优于LEACH算法。     

基于无线传感器网络的温室生态智能监控系统研究

提出了一种基于无线传感器网络的温室生态智能监控系统,基于无线传感器网络的技术优势,利用集成了SHT11温湿度传感器和CMD4161气体传感器的传感器节点实时动态采集温室生态环境参数,利用基于zigbee协议的CC2430芯片实现传感器网络的建立和数据传输.相比有线监控系统,该系统有效地提高了温室环境监测的便捷性和可靠性.     

基于物联网的设施环境综合参数测试系统

针对目前设施环境监测的需求,设计开发了一套基于物联网的设施环境综合参数测试系统,该系统对设施环境内的各种环境参数进行实时监测,并通过GPRS与Internet网络进行数据的异地观测和处理。本文给出了系统的设计方案,阐述了基于ZigBee的无线传感器网络技术、GPRS技术和传感器技术等物联网技术。在介绍无线传感器网络节点的基础上,对LEACH路由协议的原理进行了简要说明。系统采用基于自适应加权的数据融合算法对采集的数据进行融合处理,获得了更合理的数据融合效果。系统实现了对设施环境的实时监测、数据的无线传输以及各种环境参数报表查询功能。试验表明,系统工作性能稳定、功耗低、数据传输速率快且传输距离远,各项指标均达到了设计要求,能较好地满足设施环境监测的要求。     

基于WSN的温室环境信息远程监测系统

针对当前温室环境监测中存在的信号遮挡物多、监测范围大、管理不便等问题,设计一种基于无线传感器网络的温室环境信息远程监测系统。无线传感器网络采用433MHz射频进行信息传输,无线传感器节点和汇聚节点分别采用MSP430F149和LPC2478作为微控制器,实现温室环境信息的实时采集、信息汇聚和数据融合。系统采用星型网络拓扑结构,通过定时休眠、传感器掉电控制等方法来减少能量消耗,并通过基于CSMA/CA算法的无线传输协议,避免了节点间信息传输冲突,保证了传输成功率。无线传感器节点通信性能测试结果表明:使用10dBm射频功率时,距地表1.5m节点的有效通信距离为192m;在无太阳能充电且节点工作周期为30min18s的情况下,无线传感器节点生命周期理论值为98d。温室环境信息远程监测应用结果表明,该系统具有低功耗、高稳定性等优点,节点平均丢包率仅为1.1%。     

能量非均衡节点在无线传感网络立体空间的LEACH路由研究

针对无线传感器网络中节点初始能量不均匀且工作在立体空间中的网络分布问题,建立了整个无线网络数学模型,介绍了该数学模型中节点与节点间的能量扩散模式,并针对该模型研究网络中节点数据传输的能量消耗形式,给出了基于节点能量消耗模型网络中要选举的最佳簇头个数。通过分析LEACH算法和网络特性,提出了对LEACH算法的改进算法,并利用MATLAB对改进算法进行了仿真。结果表明,改进算法使网络所消耗的能量在节点间分布更加均匀,延长了网络的稳定周期。     

农业生产环境监测无线传感器网络路由算法研究

无线传感器网络以其低成本、低功耗、高可靠、自组织等特点,在农业生产环境监控中发挥着重要作用。针对无线传感器网络分簇结构中簇头节点能量消耗过快导致网络分割问题,提出了一种适用于农业生产环境监测的基于事件驱动的能量高效分簇路由算法。网络中所有节点部署完毕后即进入休眠状态,当环境中某个监测数值高于设定阈值时,感知范围内的节点被唤醒并启动事件响应分簇机制。在簇成立阶段,随机选择一个节点elector广播请求分簇消息,并接受其他唤醒节点的响应,elector根据各节点能量情况,选择剩余能量最大的节点作为簇头节点,能量次之的为下一轮elector;在数据传输阶段,根据节点剩余能量及到基站(BS)的距离选择转发节点。仿真实验结果表明,该路由协议减少了簇成员之间的通信开销,使得网络中各节点的能量消耗更加均衡,有效延长了传感器网络的生命周期。     

基于无线传感器网络的实时阈值路由算法(英文)

[目的]为实现农业信息化和智能化中实时性应用需求,提出一种基于物联网的智能温室实时监测系统设计方案。[方法]根据温室系统中无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)的应用特点,设计了基于物联网的智能温室监测系统的体系结构,并针对WSN中低功耗自适应集簇分层型协议(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy,LEACH)存在的负载均衡策略不完备性及系统高实时性要求提出了一种实时阈值路由算法(Real-time Threshold Routing Algorithm,RTRA)。[结果]通过MATLAB对RTRA的网络生存期和网络时延性能测试发现,在相同测试环境中,RTRA较LEACH具有较高的实时性,并在一定程度上节省了节点能量,延长了网络生存期,该算法能够满足农作物温室系统对实时性和节能性的要求。[结论]该试验设计的智能温室监测系统满足了实时性需求,为农业信息化和智能化研究发展奠定了基础。     

基于物联网的智能温室实时监测系统设计

[目的]为实现农业信息化和智能化中实时性应用需求,提出一种基于物联网的智能温室实时监测系统设计方案。[方法]根据温室系统中无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)的应用特点,设计了基于物联网的智能温室监测系统的体系结构,并针对WSN中低功耗自适应集簇分层型协议(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy,LEACH)存在的负载均衡策略不完备性及系统高实时性要求提出了一种实时阈值路由算法(Real-time Threshold Routing Algorithm,RTRA)。[结果]通过MATLAB对RTRA的网络生存期和网络时延性能测试发现,在相同测试环境中,RTRA较LEACH具有较高的实时性,并在一定程度上节省了节点能量,延长了网络生存期,该算法能够满足农作物温室系统对实时性和节能性的要求。[结论]该试验设计的智能温室监测系统满足了实时性需求,为农业信息化和智能化研究发展奠定了基础。     

基于无线传感器网络的精准农业控制系统构建

根据农田环境的应用需求,设计了基于无线传感器网络的精准农业控制系统,该系统由无线传感器网络、无线网关和监测中心三部分组成.传感器网络由低功耗无线传感网络节点通过ZigBee自组网方式构成,采用层次型分簇拓扑结构,采取适当的休眠机制降低系统功耗.采用基于ZigBee协议的CC2530芯片设计无线节点,给出了应用系统体系结...     

基于护林防火的无线传感器网络路由协议研究

近年来随着我国森林面积的逐步扩大,对于森林的保护,也成为国家和社会关注的重点。加强森林防火工作是林业问题中的重中之重。针对护林防火监测中的问题,传感器网络提供了很好的解决方案。在本文中,阐述了1种应用于护林防火的改进的无线传感器网络算法,该算法是基于LEACH算法的改进算法,称为LEACH-HD。该算法通过推导一阶无线能量模型,得到最佳簇首数目,通过加入节点的剩余能量因子和节点与主机节点的平均距离因子,改进簇首节点的选择方式。仿真结果表明,LEACH-HD算法能够提升节点的存活时间,数据接收量,降低网络能耗。     

基于CC2430的温室无线传感器节点设计与应用

针对温室环境监控的特点,以CC2430芯片为核心设计一种传感器节点。传感器节点上有温湿度、光照度等传感器,并留有外接接口可以扩展各种传感器。各节点工作在频分多址(FDMA)通信模式下无线传输数据,组成一个小型的无线传感器网络(WSN)。温室大棚内的各采集节点将采集的数据通过各自的传输信道传输到网关节点上,最终计算机通过串口接收到网关节点的数据,并通过软件保存数据。试验结表明：设计的无线传感器节点在FDMA通信系统模式运行下,能够稳定、高效、低能耗地监测温室大棚。     

无线传感器网络LEACH路由协议的改进

从簇的形成以及簇首的选取2个方面对LEACH协议进行了改进,使簇首尽可能的按照节点的稠密程度进行分布,并能将剩余能量较高的节点优选为簇首。仿真实验表明:改进后的LEACH协议能够延长节点存活时间,减小网络能耗。     

基于物联网的温室远程测控系统设计

温室远程测控系统由基于TI的Zigbee SoC的无线监测网络和GPRS远程数据传输与控制网络组成,实现了智能温室大棚土壤环境的远程监测.通过以CC2530为核心的传感器节点获取实时数据,采用ARM微处理器(S3C6410)的控制器,配置相应外围接口和显示器件,实现节点的数据汇总;并通过互联网,完成远程数据传输.后台服务器作为远程数据中心,负责数据存储、检索、控制和查询等服务.该系统的设计开发是物联网在现代农业的实践应用案例.     

农田信息采集系统中传感器网络簇内广播认证方案研究

传感器网络在农业生产信息采集领域具有一定应用前景,有限的节点资源限制了传感器网络的实际应用。借鉴分簇传感器网络在提升系统吞吐量、降低系统延迟以及节省能量方面显示出越来越大的优势,在农业环境监测传感器网络中引入分簇思想。已有的动态簇形成方案的典型代表是LEACH,该方案存在安全威胁,而且协议没有提供广播认证功能。由于簇首选择及簇形成的动态性使得大多数已有安全方案不适用于分簇传感器网络。该研究在基于分簇的传感器网络协议中加强安全性考虑,引入簇内广播认证机制,提出针对LEACH的安全解决方案,基于该方案的农田信息采集系统传感器网络性能得到有效提高。     

基于距离与移动节点的 WSN分层路由协议

分层无线传感器网络簇首节点容易成为网络瓶颈、制约网络性能.针对此问题,提出一种低能耗的路由协议.采用普通传感器节点与Sink(汇聚)节点之间的距离来量化分级,选取同一量化级别下能量高的节点成为簇首;引入移动节点来承担Sink与簇首之间的数据转发,使簇首只需负责收集本簇成员的数据从而降低其负担.仿真实验验证了基于距离与移动节点的路由技术能高效地克服簇首处网络瓶颈问题,并降低网络能耗,提高网络生存时间.