无线多媒体传感器网络

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无线传感器网络技术

无线传感器网络技术
精选
2.2.2 典型的无线传感器网络节点
GAINS3节点的主要特性如下: • (1)通信距离编程可调0~300m,有效距离达100m
以上; • (2)采用的元器件大都为低功耗器件,在睡眠状
态,电流仅为5mA,在掉电节能模式下,电流更是 只有110μA左右; • (3)功能丰富、接口清晰的协议栈。
精选
2.2.2 典型的无线传感器网络节点
由南京邮电大学研发的Ubicell系列节点,涵盖了从 测量普通温、湿度数据到音频、图像、视频等多媒体数 据的多种无线传感器网络节点。普通UbiCell节点拥有强 大的8位精简指令系统微处理器,处理速度和精确性完 全可以满足各种应用需求;图像和音频UbiCell节点采用 了与普通UbiCell节点相同的处理器,但是扩展了存储空 间,采用了更为强大的无线通信芯片。UbiCell视频节点 则采用了强大的集成了硬件视频CODEC的ARM9处理 器,采用了更高像素的CMOS摄像头,无线通信模块采 用支持802.11标准的WiFi模块。
精选
2.1.2 无线传感器网络体系结构
簇头节点 监控接入
无线或有线 网络
簇头节点 监控终端
精选
2.1.2 无线传感器网络体系结构
应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
(a)


移管 动理 能管平 量理台 管平 理台 平

上层应用
时间同步
定位
传输控制
路由
数据链路
物理


/
QoS
安 全
网 络
/

2.2 无线传感器网络硬件基础
2.3 无线传感器网络操作系统
2.4 无线传感器网络的关键技术
2.5

第一章无线传感器网络WSNs概述

第一章无线传感器网络WSNs概述
传感器结点由电源、感知部件、嵌入式处理器、存储器、 通信部件和软件这几部分构成。电源为传感器提供正常工作所 必需的能源。感知部件用于感知、获取外界的信息,并将其转 换为数字信号。处理部件负责协调结点各部分的工作。通信部 件负责与其他传感器或用户的通信。软件是为传感器提供必要 的软件支持。
传感器网络的用户是感知信息的接收者和使用者,可以是 人也可以是计算机或其他设备。
发送
接收
空闲
通信
睡眠
图1-1传感器节点能量消耗情况
1.2.3传感器节点的限制
2.通信能力有限
无线通信的能量消耗与通信距离的关系为:
E= k × d n
其中k是系数,参数n满足关系2<n<4,n的取值与很多因素有关,例如传感器 节点部署贴近地面时,障碍物多干扰大,n 的取值就大;天线质量对信号发 射质量的影响也很大。考虑诸多因素,通常取n为3,即通信能耗与距离的三 次方成正比。 随着通信距离的增加,能耗将急剧增加。因此,在满足通信连通度的前提下应 尽量减少单跳通信距离。一般而言,传感器节点的无线通信半径在100m以内 比较合适。
第1 章
概述
1.1无线传感器网络的基本概念
目前无线网络可分为两种 :一种是有基础设施的网络;另一种是无基础 设施网,又称为无线Ad Hoc网络,结点是分布式的,没有专门的固定基站。 无线Ad Hoc网络又可分为两类:一类是移动Ad Hoc网络,它的终端是快速移 动的。另一类就是无线传感器网络,它的结点是静止的或者移动很慢。
1.2.1与现有无线网络的区别
另外,传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力 等都十分有限。传统无线网络的首要设计目标是提供高服务质量和高效 带宽利用,其次才考虑节约能源;而传感器网络的首要设计目标是能源 的高效使用,这也是传感器网络和传统网络最重要的区别之一。

基于区分服务的无线多媒体传感器网络QoS路由协议

基于区分服务的无线多媒体传感器网络QoS路由协议
衷 柳 生 ,程 良伦
( 东工业 大学 自动化 学 院,广 州 5 0 0 ) 广 10 6
摘 要 :针 对无 线 多媒 体传 感器 网络 数据 量大且 不 同业务 传输 的 Q S约束不 同的特点 , 出了一 种数据 融合 的 o 提
区分服 务的 Q S 由算 法( FD Q ) o路 D —S R 。该算 法在 兴趣泛 洪期 间建立 实时 ( T 和尽 力 而为 ( E 业务 两类梯 度 , R) B )
i e sa d RT u ie s T e Smu ain rs lss o t a h o tng c n g a a te lw ae c e ur me t fr a—i u i n s n b sn s . h i l t e ut h w h tte ru i a u r ne o 1t n y r q ie n so e tme b s— o l
ns, nueQ Srqi m ns rh e —fr bs es blneteee ycnu pi n rl gte ewr ft e es esr o u e etf e se o ui s, a c nr osm t nadpo n to le m . e r t b t ft n o a h g o o hn ki i K yw rs i ls m hm dasno e ok( S s ; ot g d f et t ev e;Q S dt fs n e od :wr es u iei esr t rs WM N ) rui ; ie nie sri s o ; aa ui e nw n fr a d c o
ZHONG i —s en L u h g,CHEቤተ መጻሕፍቲ ባይዱG a g u Lin —ln
( aut o uo t n un dn n esyo eh o g ,G agh u50 0 ,C ia F cl y fA t i ,G a gog U irt mao v i fTcnl y u nzo 10 6 hn ) o Ab ta t A miga ag aa t nmis n v lme a d df rn o e urme t o a o st fc t nmis n lv l i sr c : i n tlre d t r s si ou n iee t0 S rq ie nsfrv r u r f r s si ees n a o f i ai a o wi ls u i dasn o ewok .it d c dad t uino iee t tdsrie Sruigag r h ( F DS r esm hme i e srn t rs nr u e aafs fdf rni e evc sQo o t loi m D — QR) n e o o f a n t .I

无线多媒体传感器网络的简述

无线多媒体传感器网络的简述
中图分类号 : T P 3 9 3 . 0 4 文献标识 码 : A 文章编 号 : 1 0 0 8 — 1 7 3 9 ( 2 0 1 3 ) 1 卜6 4 — 4
Di s c us s i o n o f W i r e l e s s M ul t i me di a S e ns o r Ne t wo r ks
ZH A 0 H u a
( He a l t h I n s u r a n c e Ce n t e r , X i s h a n C o a l — E l e c t r i c i t y Co mp a n y o f S h a n x i C o a l C o r p o r a t i o n , T a i y u a n S h a n x i 0 3 0 0 5 3 , C h i n a )
s i n g l e n o d e i n t h e s y s t e m i s c h e a p , he t d e s i g n o n o p i t mi z a i t o n t e c h n i q u e d e s i n g a n d a n l a y s i s o n i n t e me t p r o t o c o l s b e c o me e s p e c i a l l y
技 术 论 坛
计 算 机 与 网 络 创 新 生 活
无线 多媒体传感器 网络 的简述
赵 华
( 山西 焦煤 集 团西 山煤 电集 团公 司 医保 中心 山西 太原 0 3 0 0 5 3 )
【 摘 要】无线 多媒体传感 器网.  ̄( WMS N O 在 最近 的几年 中获得 了长足的发展 。 由于其广泛的应用性和 系统单个节点的廉 价性 , 在 设计方面的优 化技 术和 网络协议的分析 变得尤为重要 。针对在数据采 集等现代应 用的难题 , 无线传感 网络的构 架、 特 性、关键 技术 、通信协议 、以及新 型应 用前景在文 中获得 了详尽的分析,对 于新时代的无线 网络通信技 术有前瞻性的 贡献 。

无线多媒体传感器网络视频编码研究

无线多媒体传感器网络视频编码研究
( . c o l f n o mai n S in ea d En i e rn , n r l o t ie st , a g h 1 S h o I f r t ce c n g n e i g Ce ta u h Un v ri Ch n s a41 0 5 Ch n ; o o S y 0 7 , i a
信 源 编码 存 在 的 一 些 问题 进 行 讨 论 , 并指 出 了 未 来 研 究 的 方 向 。
关键 词 : 无 线 多 媒 体 传 感 器 网络 ;视 频 编 码 ; 资源 约 束 ; 个 体 信 源 编 码 ;分 布 式 信 源 编 码 中 图 分 类 号 :T 1 .1 N9 1 2 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :10 —3 X 2 1 )90 3—0 0 04 6 (0 1 —171 0
Ab t a t h r r a g u e fv d o d t a et ep o e s d a d t n mi e n r s u c — o sr i e r l s sr c :T e e ae a l r e n mb ro i e a ah v o b r c se n a s t d i e o r ec n tan d wiee s r t
p y a d p i e v d o c d n c e , i h mu t o sd rt e n d — f mo g e e g o s mp i n c mp e so ai l a a t i e o i g s h me wh c s n i e e o fa n n r y c n u t , o r s i n r t n e s ul lne ' e or Iet or V 1 o oil l - l nl ● ■ n ● l s m l ● e r t Oi s as 1 ・ ・ i ● a w Ks:a urve ■ s y

无线多媒体传感器和操作器网络(WMSANs)在智能电网中的应用

无线多媒体传感器和操作器网络(WMSANs)在智能电网中的应用

在 风力 发 电 中 , 度 、 力 、 温 压 湿度 和 风 向对 于风
部 分 , 别是 发 电部 分 、 配 电部 分 和使 用部 分 , 分 输 本
节 介绍 了 WMS ANs 在智能 电网各环 节的应 用 。
1 1 发 电 .
1 1 1 风 电 场 . .
任 务 管 理 节 点 和 传 感 器/ 作 器 通 信 测和 操控 平 台的
探 讨 了 W MS ANs 分 布 式发 电厂 、 电线 、 电站 、 业 建筑 、 业建 筑和 家庭 用 户的潜在 应 用 , 在 输 变 工 商 wM—
S ANs 目前 尚需解 决连接 质量 、 迟 、 频 流 、 策和控 制 算法等 关键技 术 问题 。 在 延 视 决 [ 关键 词] 智 能 电 网;无 线 多媒 体传 感 器和操作 器 网络 ;实时监测
Ne wo k o he S a tGr d t r s f r t m r i
YA O o g n Du — a g
( h iH u i a we u l mp n H u i a h i 2 2 0 Ch n ) An u a n n Po r S pp y Co a y, a n nAn u 3 0 7, i a
能力 , 随着 低 内存 图像 处 理 算 法 的 发展 以及 采 集 多 媒 体数 据 的 C MOS照 相 机 和 麦 克 风 等 硬 件 成 本 的 降低 , MS W ANs将 在 未 来 的智 能 电 网 中得 到 广 泛
应 用 。 本 文 探 讨 了 W MS ANs在 智 能 电 网 中 发 电 、
[ 图分 类号 ] TM7 4 中 3 [ 献标识码]A 文 [ 章 编 号 ] 10 —9 6 2 1) 10 3 —3 文 0 63 8 ( 0 20 —0 10

无线传感器网络技术

无线传感器网络技术

无线传感器网络技术无线传感器网络技术是一种集成了无线通信、传感器技术和数据处理技术的新兴技术。

它通过无线传感器节点的部署和组网,使得传感器节点可以感知和采集所需的数据,并通过无线通信协议进行数据传输和处理。

无线传感器网络技术在农业、环境监测、智能城市、工业控制等领域有着广泛的应用。

本文将介绍无线传感器网络技术的原理、特点、应用及发展趋势。

一、无线传感器网络技术的原理无线传感器网络技术的核心原理是将多个分布式的传感器节点通过无线通信进行连接,形成一个自组织的网络。

每个传感器节点都具备感知环境的能力,可以采集和处理各种类型的数据,如温度、湿度、光照强度等。

传感器节点通过无线通信协议将采集到的数据传输到基站或其他节点进行存储和处理。

无线传感器网络技术通过布置在目标区域的传感器节点,可以实时地监测和收集环境信息,为决策提供重要的数据支持。

二、无线传感器网络技术的特点1. 自组织和自适应:传感器节点能够自主组网,自身能力会自动适应网络的变化和环境的改变。

2. 分布式处理和协同工作:传感器节点之间可以通过无线通信进行协同工作,共同完成任务。

3. 资源受限:传感器节点的能量、存储和计算能力有限,需要进行能量管理和优化设计。

4. 高度部署和灵活性:传感器节点可以大规模部署,根据需求进行灵活的布局。

5. 系统可靠性和安全性:无线传感器网络技术需要具备对数据的可靠传输和隐私的保护能力。

三、无线传感器网络技术的应用1. 农业领域:在农业生产中,无线传感器网络技术可以用于土壤湿度的监测、作物生长的监控、气象数据的采集等。

2. 环境监测:无线传感器网络技术可以用于城市环境的污染监测、水质监测、大气污染的监测等,为环境保护提供数据支持。

3. 智能交通:在交通管理中,无线传感器网络技术可以用于交通流量的监测、交通信号的优化调度等,提高交通效率和安全性。

4. 工业控制:无线传感器网络技术可以应用于工业自动化生产中,实时监测工艺参数、设备状态,提高生产效率和安全性。

一种无线多媒体传感器网络仿真器设计方案

一种无线多媒体传感器网络仿真器设计方案
性 特征 的仿 真实 验工具 仍然 滞后 。分 析 了无 线传 感器 网 络仿 真 技 术 , 针对 现 有仿 真 实 验 工具 的 缺 陷与 不 足 , 结合 仿 真无
线多媒体传感器网络时所遇到的新问题 , 提出了一种无线多媒体传感 网络仿真器的设计方案 , 并给出了该方案关键部分
的 实现框 架 。
W ANG n W A G a - n W U a - i F Ho g. Do g。 N Xio mi g, S n b n. U n BAIDo g l n n -i g a
( o eeo o p tr c ne h ax oma Un esy ia 10 2 C ia C H g f m ue i c ,S an i r l i ri lX ’n7 06 , hn ) C Se N v t
O 引 言
关键词 : 无线多媒体传感器网络; 网络仿真技术; 仿真器
中圈分 类号 :P9 .1 T 330 文献标 识码 : A 文章 编号 : 7— 2 X 2 1 )9 00 — 5 1 3 69 (0 10 — 0 1 0 6
De i n o i u a o o iee sM u t d a S n o t r s sg fS m l t r f r W r ls l me i e s r Ne wo k i
王 栋 , 小 明 , 三斌 , 王 吴 付 红 , 东亮 白
( 陕西师范大学 计算机科 学学院, 陕西 西安 70 6 ) 10 2

要: 无线多媒体传感器网络扩展了传统无线传感器网络的应用范围 , 延伸了人们感知世界的物理空间, 其在军事、 民
用、 商业等诸多领域都具有十分广阔的应用前景。网络仿真技术作为传感器网络研究的基础 , 在这个快速发展 的研究领 域逐步成为测试新网络应用与验证新协议算法的通用方法。无线多媒体传感器网络虽 已成为 当前研究热点 , 但适于其个
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摘要无线多媒体传感器网络(Wireless Multimedia Sensor Networks,WMSN)是随着半导体技术的发展,在无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)中引入低功耗视频和音频传感器而形成的。

无线多媒体传感器网络由于丰富的传感信息已经成为一个研究热点,被广泛应用于图像注册、分布式视频监控、环境监控以及目标跟踪等项目中。

由于传感器类型的变化,在基于无线多媒体传感器网络的目标跟踪过程中,需要采用不同于传统无线传感器网络的新方法和策略。

本文提出了目标定位方法和基于动态分簇的目标跟踪架构,以提高目标跟踪的性能。

在提出的目标定位方法中,首先分析了无线音频传感器的信号衰减特性和传感器分布位置对目标定位精度的影响,形成目标跟踪的传感器节点选择原则。

然后,分析了现有计算机视觉领域的摄像头标定技术和无线视频传感器节点的特点,利用监控区域有限点的位置坐标,通过CamShift单目标跟踪和双节点的平移特性,求解出摄像头标定的旋转矩阵R与内部参数矩阵K,从而通过视频传感器节点以低复杂度的方法完成了目标定位。

在动态分簇研究中,提出了基于动态分簇的目标跟踪架构,通过设计架构中的动态分簇算法以及路由协议,提高了目标跟踪的鲁棒性和精度,降低了目标跟踪的能量消耗。

动态分簇算法基于运动目标的历史轨迹数据,对目标的将来轨迹和当前速度进行预测。

通过预测结果优化选择簇头和簇半径,并以簇内节点完成目标跟踪。

簇内普通节点完成目标的感知后,将数据发送给簇头。

簇头完成目标定位,再将位置坐标发送给汇聚节点以完成目标跟踪。

为了保证目标跟踪数据传输的可靠性,降低链路的丢包率,基于蚁群算法设计了最小能量消耗率路由协议,对链路的最大负载进行限制。

在具有安全机制的动态分簇协作处理研究中,首先利用节点的自定位功能,提出了基于位置坐标的任务分配算法TAAC。

TAAC以最小的能量消耗为目的,以任务处理的实时性为限制条件,将计算与通信任务分配给目标附近的传感器节点,通过传感器节点的并行计算提高网络的处理能力,降低网络能量消耗。

为了保证协作处理的安全,针对两跳分簇协作处理架构,提出一种新的密钥管理协议。

通过建立簇密钥对,降低了密钥存储开销,解决了密钥对建立和更新过程中通信开销大的问题。

具有安全机制的协作处理的研究,既提高了目标跟踪的实时性,又为网络提供了安全保证。

最后,本文设计并实现了小规模的目标跟踪无线多媒体传感器网络。

主要包括低功耗无线图像传感器节点、无线温度传感器节点和服务器的软硬件设计与实现。

相比现有的同类型传感器节点,本文的节点提高了处理速度和传输带宽,降低了能量消耗。

网络能支持温度和图像数据的多跳传输,错包率低。

无线图像传感器节点感知目标的出现后将图像数据发送给汇聚节点,并通过Shape Matching 算法对目标进行匹配,减少同一个目标数据的重复发送,降低网络的能耗。

关键词:无线多媒体传感器网络,目标定位方法,目标跟踪,动态分簇,任务分配,路由算法,密钥管理,平台设计AbstractWith the development of semiconductor technology, the low power video and acoustic sensors are widely used in the Wireless Sensor Networks (WSN) to foster the Wireless Multimedia Sensor Networks (WMSN).The WMSN becomes a hot research spot for its abundant sensed information and has been applied to applications such as image registration, smart video surveillance, environment monitoring and target tracking.Due to the difference of sensors, the new method and strategy are needed in the target tracking based on the WMSN. This paper has proposed the localization method and the target tracking architecture based on dynamic clustering to promote the performance of target tracking.In the proposed target localization method, the characteristics of the attenuation of audio signal and the impact of target localization precision affected by sensor positions have been analyzed to get the nodes selection principle. Then, the camera calibration technologies in computer vision area and the characteristics of wireless video sensors have been analyzed. Through the coordinates of several points in the field of view, based on the CamShift and the two nodes in a parallel model, the new calibration algorithm solves the rotation matrix R and interior parameter matrix K. Then, the target localization has been carried out by the low-complexity method base on wireless video sensors.In the research of dynamic clustering, the architecture for target tracking based on dynamic clustering is proposed. The dynamic clustering algorithm and routing protocol have been designed to improve the robustness and precision of target tracking performance. The energy consumption has been reduced as well. In the dynamic clustering algorithm, with the history target coordinates, the direction and the speed of the target is forecasted. Based on the forecasted results, the cluster head and radius are optimized. The cluster members detect the target and send the results to the cluster head at which the target localization are carried out and send to the Sink. In order toensure the reliability of data transmission and reduce the packet lost ratio, a Minimum Energy Consumption Ratio Routing Protocol based on Ant Colony is proposed and the maximum load of the path is constrained as well.In the research of cooperative processing with secure mechanism in the dynamic clustering, the task allocation algorithm based on coordinates (TAAC) is proposed. The TAAC, which takes the minimum power consumption as optimization target and the real-time as constraints, allocates the computation and communication tasks to the nodes near the target. The sensor nodes promote the processing power by computing in parallel. In order to guarantee the security of cooperative processing, a key management protocol for two hop clustering structure is proposed. Through creating the cluster key, the protocol reduces the key storage cost and resolves the problem of high communication cost for key distribution and renewing. The research of cooperative processing with secure mechanism not only promotes the real-time performance, but also guarantees the network security.In the last chapter, a small-scale target tracking wireless multimedia sensor networks has been designed and implemented. The hardware and software of low power wireless image and temperature sensor nodes, as well as the software of the server, have been carried out. Compared with the existing sensor nodes, the processing power and bandwidth have been promoted and the energy consumption has been reduced. The wireless multimedia sensor networks can transmit temperature and image data in multi-hop model with low packet error ratio. The wireless image sensor can detect the target and send the image data to the server. In order to avoid transmitting the image of the same target and reduce the energy consumption, the wireless image sensor matched the targets by Shape Matching Method.Keywords: Wireless Multimedia Sensor Networks, Target Localization Method, Target Tracking, Dynamic Clustering, Task Allocation, Routing Algorithm, Key Management, Platform Design.。

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