无线传感器网络WSN硬件设计

传感器网络节点作为一种微型化的嵌入式系统,构成了无线传感器网络的基础层支撑平台。因为无线传感器网络大部分是采用电池供电,工作环境通常比较恶劣,而且数量大,更换电池非常困难,所以低功耗是无线传感器网络最重要的设计准则之一,从无线传感器网络节点的硬件设计到整个网络各层的协议设计都把节能作为设计的目标之一,尽可能延无线传感器网络的寿命。本文介绍了无线传感器网络的概念、特点以及无线传感器网络节点的组成,重点分析比较节点各组成单元各种常用芯片的特点,并且始终将低功耗作为比较的重要标准之一。     

矿井无线传感器网络设计

当前,煤矿安全生产监测大多采用有线方式,有线传输方式布线繁琐、线路依赖性强、安装以及维护的成本较高.井下工况条件恶劣,加大了布线的难度.为了解决有线传输方式存在的问题和不足,深入分析了煤矿井下无线传感器节点各模块的功能特点和性能要求,设计了基于STM32W108芯片的煤矿无线传感器节点,重点研究了各功能模块的工作原理,给出了硬件平台的总体设计方案和硬件电路图及软件流程图.无线传感器网络将煤矿井下环境参数与传输网络连接在一起,为人们提供直接、有效、真实的信息.     

无线传感器网络节点中AES协处理器的设计

针对无线传感器网络的特点,采用加解密复用,子模块复用技术,低成本MixColumn模块的设计,以及操作数隔离,编码优化,动态功耗管理等方法,基于Xilinx公司的Virtex4系列FPGA,完成了用于无线传感器网络节点中的AES-128加解密算法协处理器的优化设计以及FPGA实现。该设计处理速度、面积功耗等都满足常用无线传感器网络节点的要求。     

一种无线传感器网络的结构体系及节点设计

设计了以无线收发模块nRF401为核心，采用超低功耗MSP430系列单片机，结合外围传感器和nash存储模块的传感器网络节点．MSP430F149控制传感器采集环境中的温度、湿度警据，并对原始数据进行初步处理，再由无线收发模块nRF401将数据发送给相邻节点．数据经传感器网络节点的逐级转发，最终发送回主机，实现对数据的采集．     

基于无线传感器网络的噪声监测系统的设计

针对传统监测手段的局限性,提出了基于无线传感器网络的噪声监测系统的设计方案,详细阐述了环境噪声监测系统的体系结构以及无线传感器网络节点的硬件设计和软件功能的实现方法。该系统采用低功耗设计,可实现对环境噪声的远程实时监测。     

基于ZigBee技术的无线传感器网络设计研究

简要分析了ZigBee协议栈,提出了一种基于ZigBee技术的无线传感器网络的系统方案,详细阐述了终端节点和协调器节点模块的硬件设计方法和过程。     

无线传感器网络的结构分析与加密方案

在简要介绍无线传感器网络特点的基础上,给出了无线传感器网络的体系结构,随着无线传感器网络的广泛应用,网络安全成了很多传感器网络应用的关键,最后提出了一种基于密钥预分配无线传感器网络中的加密方案。     

一种无线传感器网络的结构体系及节点设计

设计了以无线收发模块nRF401为核心,采用超低功耗MSP430系列单片机,结合外围传感器和Flash存储模块的传感器网络节点.MSP430F149控制传感器采集环境中的温度、湿度数据,并对原始数据进行初步处理,再由无线收发模块nRF401将数据发送给相邻节点.数据经传感器网络节点的逐级转发,最终发送回主机,实现对数据的采集.     

无线传感器网络节点的硬件设计

IEEE802.15.4是目前国际上无线传感器网络新的通信协议,而无线传感器网络节点的核心必须是微处理器和通信协议兼容.在介绍了设计要求和功能模块的基础上,论述了网络节点的硬件设计思路和设计方法,基于JN5121无线传感器网络的硬件组成,包括微处理器的结构、性能特点、外围电路及硬件平台的设计.介绍了JN5121的软件开发环境、射频部分的组成、连接及控制、以及开发的实物产品.无线传感器网络节点硬件的应用不仅满足了设计要求,而且具有低功耗的特点.     

A low-cost compact AES architecture for wireless sensor network

The implementation of small size cryptography algorithm is a critical problem for wireless sensor network. A low cost compact intellectual property (IP) core of the entire advanced encryption standard (AES) algorithm for wireless sensor network is presented in this paper. A compact encryption and decryption system using only four sharing S-Boxes is obtained, employing sharing between the encryption and decryption processes. Our design proposes use of composite field data path for the SubBytes and InvSubBytes transformations. With an implementation of the AES block cipher with Virtex Ⅱ Pro FPGA using 0.13μm and 90nm process technology, our area optimized consumes 16.8k equivalent gates. The speed of this implementation is also reduced to 0.45Gbits/s. Compared with previous implementations, our design achieves significant low-cost area with acceptable throughput.     

传感器网络上群组密钥协商协议的设计与实现

针对无线传感网节点群组通信存在的安全问题,在无线传感器网络上设计并实现了基于椭圆曲线的固定轮数的群组密钥协商协议。从设计和实现的角度,首先,对椭圆曲线标量乘进行基于NAF表示法的窗口滑动技术优化;然后,分析群组密钥协商协议在传感器网络上存在的问题,提出了数据流驱动网络协议解决方案;最后,在国产无线传感器节点GAINST-CC2430上,首次使群组密钥协商协议在实际无线传感器网络上得到实现。     

An asynchronous pipeline architecture for the low-power AES S-box

To obtain a low-power and compact implementation of the advanced encryption standard （AES） S- box, an asynchronous pipeline architecture over composite field arithmetic was proposed in this paper. In the presented S-box, some improvements were made as follows. （1） Level-sensitive latches were inserted in data path to block the propagation Of the dynamic hazards, which lowered the power of data path circuit. （2） Operations of latches were controlled by latch controllers based on presented asynchronous sequence element： LC-element, which utilized static asymmetric C-element to construct a simple and power-efficient circuit structure. （3） Implementation of the data path circuit was a semi-custom standard-cell circuit on 0.25μm complementary mental oxide semiconductor （CMOS） process; and the full-custom design methodology was adopted in the handshake circuit design. Experimental results show that the resulting circuit achieves nearly 46% improvement with moderate area penalty （ 11.7% ） compared with the related composite field S-box in power performance. The presented S-box circuit can be a hardware intelli-gent property （IP） embedded in the targeted systems such as wireless sensor networks （WSN）, smart-cards and radio frequency identification （RFID）.     

一种基于LEACH的无线传感器网络改进路由算法

延长网络的生命周期是无线传感器网络研究中的重要问题,针对经典LEACH路由算法分簇机制中存在的不足,提出了一种改进LEACH算法.该算法分簇机制综合考虑了节点的状态以及分簇机制带来的开销,它通过计算每轮网络能量消耗速度来动态调整分簇的策略以减少了分簇机制产生的开销.改进协议将每轮分为簇的建立、簇问路由的形成、簇头簇内的...     

Multi-objective optimization sensor node scheduling for target tracking in wireless sensor network

Target tracking in wireless sensor network usually schedules a subset of sensor nodes to constitute a tasking cluster to collaboratively track a target.For the goals of saving energy consumption,prolonging network lifetime and improving tracking accuracy,sensor node scheduling for target tracking is indeed a multi-objective optimization problem.In this paper,a multi-objective optimization sensor node scheduling algorithm is proposed.It employs the unscented Kalman filtering algorithm for target state estimation and establishes tracking accuracy index,predicts the energy consumption of candidate sensor nodes,analyzes the relationship between network lifetime and remaining energy balance so as to construct energy efficiency index.Simulation results show that,compared with the existing sensor node scheduling,our proposed algorithm can achieve superior tracking accuracy and energy efficiency.     

传感器定位节点的应用设计与实施

将定位功能融入到节点中,设计并实施了一种具有定位功能的传感器网络节点.该节点具有内置定位引擎,通过获取节点间的接收信号强度,转换成相应的距离信息.当获取3个以上已知节点坐标后,采用极大似然估计法给节点定位.实验结果表明,该节点定位精度3 m,可以满足一般传感器网络应用的需要.     

基于无线传感网的图像监测系统的设计与实现

针对观测传感网中的灾害应急监测,设计一套基于ZigBee网络的图像监测系统。该系统的感知层与传输层由摄像头模块、无线传输模块、MCU控制模块和电源模块组成;采用低功耗CC2430为主控芯片,实现图像数据的采集与传输;通过SIFT特征匹配算法实现来源于应用层多种终端设备的监测图片的拼接。本系统具有简单、组网灵活、低功耗、低成本等优势,适用于地面无基础设施或灾后应急的图像监测,是空天地多平台、多传感器的协同观测系统的有效补充。     

Design and validation of wireless acceleration sensor network for structural health monitoring

0IntroductionCivil engineeringstructures suffer damages caused byenvironmental loads,fatigue,caustic effect and materialaging;thus,their strength reduces inevitably during theservice time.In order to assess these damages and makeappropriate decisions to keep the structures in good ser-vice,itis essential toimplement a damage detectionstrat-egy,and the process is referred to as structural healthmonitoring(SHM)[1].In an SHMsystem,a set of sen-sors are mountedinstructuresto measurethe structure…     

无线传感器网络动态调度分簇算法

提出了一种基于K均值的无线传感器网络动态调度分簇算法(DSCA),不但考虑了能量感知这一重要问题,还针对无线传感网络的稳定性和可靠性,提出了节点的同步失效概念,通过采用K均值得到更加平衡的分簇,使得能量消耗更加平衡.该算法发展了一种基于信号接收强度指标(RSSI)而无需知道节点坐标的簇质心求解方法,提出了基于局部信息集中的动态多簇头选举机制和动态时分复用(TDMA)通信轮数分配机制,这些机制使无线传感网络的能量消耗达到了高度均衡,保证了节点的同步失效,提高了传感网络的稳定性和可靠性.仿真结果表明,算法可以减少约70%的簇重构次数.