wsn无线传感器网络 「论文优选」感知世界的无线传感器网络（WSN）——《电子技术应用》优秀论文集锦

「论文优选」感知世界的无线传感器网络（WSN）——《电子技术应用》优秀论文集锦

人类如今处于信息时代，作为信息获取最重要和最基本的技术——传感器技术，也得到了极大的发展。

传感器网络的发展历程分为以下三个阶段：传感器→无线传感器→无线传感器网络。

第一阶段可以追溯至越战时期使用的传统的传感器系统，实际上是由震动和声响传感器组成的系统。

第二阶段从二十世纪80年代至90年代，主要是美军研制的分布式传感器网络系统、海军协同交战能力系统、远程战场传感器系统等。这种现代微型化的传感器具备感知能力、计算能力和通信能力。

第三阶段从21世纪开始至今，特点是网络传输自组织、节点设计低功耗，用于军事领域外的更多场景。

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是由部署在监测区域内大量微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统， 其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者 构成了传感器网络的三个要素。

WSN是一种分布式传感网络 ，它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。WSN中的传感器通过无线方式通信，因此网络设置灵活，设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。

如今物联网发展快速，无线传感器网络技术是实现物联网广泛应用的重要底层网络技术，可以作为移动通信网络、有线接入网络的神经末梢网络，进一步延伸网络的覆盖。

《电子技术应用》近年来刊登了一系列与无线传感器网络（WSN）相关的文章，包括一些出色的网络设计应用和定位算法，小编整理于此。欢迎大家推广引用！

1.WSN中一种基于RSSI的移动节点改进定位算法

摘要： 移动无线传感器网络的节点定位算法中，基于RSSI的MCL定位算法利用接收信号强度的对数正态模型对定位的预测和滤波过程进行了改进，改善了定位性能，但是仍存在计算量较大、功耗较大等不足。因为物体的运动状态不会发生突变，因而可以利用前几个时刻的轨迹，预测当前时刻的运动参数。采用Hermite插值法，对当前时刻的运动轨迹作了很好的预测。仿真结果表明，该算法与传统的算法相比，减小了采样范围，提高了采样准确率，从而提高定位精度，降低功耗。

中文引用格式： 黄海辉，李龙连.WSN中一种基于RSSI的移动节点改进定位算法[J].电子技术应用，2015，41(1)：86-89.

英文引用格式： Huang Haihui，Li Longlian.An improved localization algorithm based on RSSI in WSN[J].Application of Electronic Technique，2015，41(1)：86-89.

2.基于多功率移动锚节点WSN智能定位算法

摘要： 为了降低定位成本及提高定位精度，提出了一种使用单个锚节点移动进行未知节点坐标计算的SAPSO-SMPMA算法。该算法采用单个移动锚节点游历定位区域，并通过功率控制发射不同功率的信标信号，未知节点利用收到的不同位置锚节点信息结合自适应权重粒子群算法计算节点坐标。考虑到实际应用时锚节点可能带有误差，故加入了锚节点矢量误差分析。仿真表明，本算法在充分考虑锚节点自身误差及大幅降低定位成本的情况下，定位精度仍然较高，是一种实用的定位算法。

中文引用格式： 杜杨洋，毛永毅.基于多功率移动锚节点WSN智能定位算法[J].电子技术应用，2015，41(6)：88-90.

英文引用格式： Du Yangyang，Mao Yongyi.Intelligent algorithm for locating nodes in wireless sensor network based on the multi-power level mobile anchor node[J].Application of Electronic Technique，2015，41(6)：88-90.

3.基于最大似然估计与朴素贝叶斯的WSN故障检测

摘要： WSN中的故障节点导致网络的数据传递延迟与能耗增加，同时可引起网络拥塞等问题，对此提出一种基于最大似然估计与朴素贝叶斯分析器的WSN故障节点诊断与定位算法。首先，从数据包的协议部分提取大量特征作为训练数据集，从中估算边际概率并建立朴素贝叶斯分类器，使用最大似然估计估算条件概率。检测阶段则通过判断传输延迟是否满足阈值条件来决定可疑节点，然后使用朴素贝叶斯分类器检测故障节点，最终将节点成功进行分类。

中文引用格式： 敬明旻，肖莉，杨传书. 基于最大似然估计与朴素贝叶斯的WSN故障检测[J].电子技术应用，2015，41(7)：114-117.

英文引用格式： Jing Mingmin，Xiao Li，Yang Chuanshu. Maximum likelihood estimation and Naive Bayes classifier based fault detection in WSN[J].Application of Electronic Technique，2015，41(7)：114-117.

4.基于Contiki和有源RFID的设备管理系统的实现

摘要： 系统基于Contiki实现了一种有源RFID阅读器节点，同时实现了一种边缘路由器，通过边缘路由器与阅读器节点可以组成无线传感器网络。用户通过网络控制阅读器节点收集和管理RFID标签，实现对设备的管理。本系统保持了无线传感器网络部署范围广的优点，通过融合有源RFID技术减小了网络的复杂性并降低了系统功耗。该系统工作稳定，适用于在较大范围内对设备进行管理。

中文引用格式： 董坤，陈波，赵中全. 基于Contiki和有源RFID的设备管理系统的实现[J].电子技术应用，2016，42(3)：57-60.

英文引用格式： Dong Kun，Chen Bo，Zhao Zhongquan. Implementation of equipment management system based on Contiki OS and active RFID[J].Application of Electronic Technique，2016，42(3)：57-60.

5.KW01-ZigBee无线传感网应用开发平台的研制

摘要： 为解决无线传感网应用开发难度大、周期长等问题，通过深入分析其产生原因和无线传感网应用开发技术的现状，按照软件工程思想和构件设计的基本理论，提出了四层架构的开发平台模型。据此研制了一种架构清晰、对外接口丰富、硬软件构件完备的基于KW01-ZigBee的无线传感网应用开发平台，从开发板及硬软件构件设计、工程框架设计等方面详细论述了整个研制工程。利用开发平台开发的实例工程及运行测试证明了研制的平台正确实用且易于使用，可以降低开发技术难度，提高开发效率。

中文引用格式： 蔡伯峰，蔡伟达，王宜怀. KW01-ZigBee无线传感网应用开发平台的研制[J].电子技术应用，2017，43(3)：55-58.

英文引用格式： Cai Bofeng，Cai Weida，Wang Yihuai. Design of KW01-ZigBee wireless sensor network application development platform[J].Application of Electronic Technique，2017，43(3)：55-58.

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基于无线传感器网络（WSN）的飞机健康监测系统

摘要：无线传感器网络技术应用于飞机健康监测系统中，可减少系统的重量和成本，增加系统的灵活性，还可以快速布局和监测数据，实时传输动态信息，可以使飞机健康监测和故障诊断技术相结合，推动航空维护技术的发展。基于这一理念，提出了用于飞机健康监测的无线传感器网络模型，并对可能存在的问题进行分析。

关键词：无线传感器网络，健康监测系统，网络模型

传统飞机上的飞机健康监测系统都是基于遵循相应的总线协议的有线网络实现的，但通过电缆链接的检测技术势必会增加飞机的重量和维修成本，降低测试系统的灵活性和可维护性。无线传感器网络（WSN）是一种新型的信息获取和处理技术，与传统有线网络相比，WSN具有耗资小、安装方便、维护和更新费用低等优势，非常适用于对布线困难、人员难以接近区域和一些临时场合的状况进行检测，为现有飞机健康监测存在问题提出了一种新的解决方法。

1、WSN

无线传感器网络（WSN）是由多个节点组成的面向任务的无线自组织网络，它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术，通过部署在监控区域的大量微型传感器节点，实时监测，采集信息，对其进行处理和传输。网络中的节点可能由于电池能量耗尽或故障从网络中退出，也可能是按照设定的程序退出，WSN能自动调整适应节点的移动、加入和退出，且采用多跳路由技术来实现较远距离节点传输。同时由于网络节点数量众多，因此要求无线传感器具有网络链路以及采集数据的冗余特性来保证整个系统的可靠性和容错能力。

2、安装区域和功用

(1)油箱区域：监控飞机的燃油量；

(2)飞机机轮区域：监控轮胎压力；

(3)发动机区域：监控发动机温度以及内部元器件的状态；

(4)机翼区域：采集机翼舵面变化、周围环境的震动变化以及监测可能导致机翼损伤的裂缝；

(5)灭火以及其他安全区域。

应尽量避免安装在以下区域：

(1)数据量大，缺乏需求的频带；

(2)无线信号发射能力弱的地方，可能导致信号无法被终端接受；

(3)对于可靠性要求高的信号，如果网络拥堵，可能产生数据丢包现象。

3、层次网络模型

第一层

部署于监测区域的具有不同探测功能的传感器节点构成了该模型的第一层，与传统传感器仅仅发送感应数据不同，此类传感器具有自主性功能，它自身携带电池，对感应数据进行检查，仅当数据超过门限值或故障发生时候才会发送。为了更好的资源整合，具有相应关联的传感器节点构成了簇（cluster），每个簇都由相应的簇头（cluster head）和多个簇内成员构成。

第二层

簇头（Cluster Head）构成了该模型的第二层。

大量的传感器节点被用于提供监测信息的精确统计特性，但节点能量有限不能直接与无线访问节点通信，就需要有效整合传感器节点资源。通过将相关联的节点进行组合，根据相应的路由算法计算出一个簇头，来构成相应的簇组。簇头询问和收集传感器采集的信息以及对收集的信息进行优化，如减小冗余度、优化通信损耗等。

第三层

模型中的第三层包括无线访问节点（Access Point）和中央数据处理库（Central Data Repository）

(a)无线访问节点（Access Point）

簇群中的传感器安装是有一定距离间隔的，为了更好实现不同的簇头与中央数据处理库之间的通信，需要在两者之间设置相应的访问节点。

(b)中央数据处理库（Central Data Repository）

中央数据处理库自身包含的飞机健康监测算法可以有效的分析和计算接受来自节点的数据，判断故障是否产生及产生机理，从而实现对飞机健康状态的有效监测。

该模型中提供两种类型的通信方式，当簇头询问簇内节点相关信息或簇内节点探测相关信息时，簇内通信产生；当作为中继节点的簇头传输相关信息至最近的无线访问节点时候，簇间通信产生。这两种类型的通信方式占用ISM不同的频段以避免冲突。AP和传感器节点基于不同的传输协议，前者遵循IEEE802.11，后者遵循IEEE802.15.4。在WSN中引入适配层可以有效地支持相同网络下WLAN和WSN的工作，对此文献4有详细的讨论。

4、所面临的问题

（1）通信可靠性

电磁环境、气候以及网络的抗干扰能力能都可能影响WSN通信的可靠性，其中最严重的是网络传输延迟和数据包丢失。

（2）机载WSN专用频带

基于安全性能以及机载通信、导航、监视设备以及可能安装的客舱无线网络对WSN都会产生干扰的考虑，WSN需要有相应的机载专用频段。

（3）电源

使用传统的电池技术来满足WSN的供电不仅增加了系统的尺寸和重量，也限制了WSN的服务寿命从而需求更昂贵的维护。WSN中节点应采用尽可能多的方法从环境中吸取能量，以确保传感器能够长期、可靠、稳定的工作。现阶段流行的方式是在采用能量收集技术自主产生电能来满足传感器的供电需求。通过能量收集技术以及苛刻的电源管理技术，WSN可以自由的实现维护功能，文献6和文献7对此有详细的讨论。如果某种情况下能量收集技术失效则利用机载汇流条供电。

（4通信协议

由于WSN内的传感器节点携带电源有一定的事件寿命，节点自身的计算、存储和通信能力有限，各节点只能采集特定区域的数据，通过簇头汇总经过AP访问，这要求节点间的通信协议不能太复杂。同时，WSN拓扑结构具有的动态变化属性和使用环境的变化，传感器节点配置情况和随机形成的网络拓扑也不同，WSN使用的通信协议应该适应坏境的变化。

（5）WSN的认证

目前，对于WSN在机载安全苛求系统上的使用，FAA还未指定相应的评估和认证体系，因此需要有相应的评估体系来完善WSN机载标准。

5、结论

针对现今飞机监测系统测量参数众多和布线复杂等问题,利用无线传感器网络技术提出一种解决这些问题的系统模型。飞机健康监测WSN实现故障监测和飞机状态管理等功能，通过无线传输的方式将采集的飞机状态参数传给用户端，通过计算机对监测结果进行定性、定量分析，判断飞机有无故障以及恶化程度，以便决定是否维修，从而减少维修事件、降低维修费用，为飞机的故障诊断和维修提供了可靠的科学依据。

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