基于粒子群优化的无线传感器网络可靠性研究

文章针对无线传感器网络的可靠性问题,从系统级的角度出发,结合无线传感器网络本身所具有的特点,应用传统可靠性分析的一般理论,构建无线传感器网络的可靠性优化模型,并给出了求解该可靠性问题的粒子群优化算法.仿真实验结果表明了算法的有效性和可行性.     

对3W无线对讲机的研究

本文根据作者的工作实际,主要介绍3W无线对讲机的工作原理和调试方法。     

无线无源LC谐振式位移传感技术研究

对无线无源LC谐振式位移传感技术进行了研究,运动的介质进入电容极板使电容量发生改变,进而使LC谐振频率发生改变,通过谐振频率值来推测介质进入电容极板的位移,通过制作PCB位移传感模型并对该模型进行天线无源扫频信号测试,测试结果表明LC谐振频率随着介质位移的增加而单调减小,而且在介质10 mm的位移量内,传感器谐振频率发生了17.5 MHz的变化。实验中由于电容边缘效应和电感寄生电容的影响,测试值与理论推导值有一定的偏差。     

RSSI-神经网络在无线传感网络定位中的应用

在传统RSSI(接收信号强度)定位方法中,由于RSSI值对于不同的环境适应能力比较差,测量距离往往存在误差,这就直接影响了无线传感网络定位的精度。针对这种不足,提出了一种RSSI-神经网络定位方法,即前期建立起未知节点的RS-SI值与坐标的映射关系,后期用神经网络进行定位。从而减小了不同环境对RSSI的影响,使该算法具有一定的鲁棒性。通过实验证明,该算法较传统的RSSI定位方法,在定位精度上有一定的提高。     

一种适合长距离带状无线传感器网络的路由协议

针对长距离带状无线传感器网络的能耗不均、易出现“热区”等问题,本文提出一种适合长距离带状无线传感器网络拓扑结构的能量高效的路由协议ERPLDB。ERPLDB协议通过网络能耗模型中的能量消耗公式计算出各个簇的网络节点平均能耗, 并使各个簇内的网络节点平均能耗近似相等来进行非均匀分簇,使越靠近Sink节点的簇规模越小,从而有更多的能量转发远程簇传输过来的数据,尽量减少“热区”问题的出现。仿真结果表明,本文提出的ERPLDB协议能均衡长距离带状网络的能量消耗、有效延长网络的生命周期。     

量子遗传优化粒子滤波的WSN目标跟踪算法

在无线传感器网络(WSN)目标跟踪应用中,传统粒子滤波算法存在多样性退化问题。为提高WSN目标跟踪精度,提出一种基于量子遗传算法优化粒子滤波的WSN目标跟踪方法。量子遗传算法不仅增加粒子多样性,防止粒子退化现象出现,有效缩短了计算时间且改善粒子跟踪能力。测试结果表明,所提出算法很好地减轻了粒子退化对目标跟踪精度影响,提高了WSN目标跟踪精度和跟踪的实时性,跟踪结果令人满意。     

控制黑棒和灰棒对AP1000反应堆Keff值影响的M-C模拟

采用正在三门建造的AP1000核电厂堆芯参数,使用MCNP5程序建立AP1000堆芯数学模型。考虑了燃料棒、黑棒与灰棒7种不同排布方式,分3种情况通过调节黑棒和灰棒在堆芯中的深度来研究有效增值因数Keff值的变化情况。模拟结果表明:随着黑棒和灰棒在反应堆堆芯中的插入,Keff值在1.44—1.22之间变化。为了验证其合理性,并用1 000×10-6(ppm)的硼酸溶液进行了化学补偿模拟试验,计算得Keff值在1.17—1.07之间,基本能够满足降低过剩反应性的要求。     

一种改进的基于移动信标的节点自定位算法设计

为了降低由过多固定信标辅助定位导致的网络成本开销,研究了一种改进的基于移动信标的节点自定位方法。首先,给出了移动信标运动的高斯马尔可夫模型,在对传统质心算法进行改进的基础上提出了一种基于RSSI比值的加权质心算法实现节点的初定位;然后,建立了节点位置的状态方程和RSSI强度值的观测方程,通过扩展的卡尔曼滤波算法实现对节点位置的迭代求精;最后对文中基于移动信标的节点定位算法进行了定义和描述。仿真实验表明,文中方法在仅有一个移动信标的情况下能实现节点的准确定位,且与其它方法相比,具有较小的定位误差。     

蓝牙技术

本试图对蓝牙技术及其应用作一概括性的介绍。首先说明了蓝牙（Blue-tooth）的来历,阐述了它的两种中译名及其特色,给出了作对此的观点,同时对SIG-的译名也进行了讨论;本还介绍了蓝牙技术的主要特性,对它的应用进行了归纳,论述了它的前景及今后的发展。     

蓝牙技术

摘要 本文试图对蓝牙技术及其应用作一概括性的介绍。首先说明了蓝牙（Bluetooth）的来历,阐述了它的两种中文译名及其特色,给出了作者对此的观点,同时对SIG的译名也进行了讨论;本文还介绍了蓝牙技术的主要特性,对它的应用进行了归纳,论述了它的前景及今后的发展。
一、 蓝牙来历简介1998年5月,由爱立信(Ericsson)、诺基亚(Nokia)、东芝(Toshiba)、国际商用机器公司(IBM)和英特尔(Intel)联合宣布了一种小范围无线通信的新技术,取名为Bluetooth,并以这5家公司为发起组织,成立了Bluetooth Special Interest Group,简称BSIG或SIG,旨在制定和修改Bluetooth的技术规范和推广其应用。Bluetooth最初几个版本的技术规范(Specification of Bluetooth System)公布后,迅速得到国际上许多著名的通信、计算机、软件、芯片及家用电器等几乎IT行业各个领域的设备制造商和运营商的重视,纷纷宣布支持Bluetooth并加入SIG;2000年12月,美国的摩托罗拉(Motorola)、朗讯(Lucent)、微软(Microsoft)和3COM公司宣布支持Bluetooth并和前述5个公司一样,作为SIG的发起公司。到目前为止,SIG的成员已接近3000个。据悉,作为一个单项技术规范,在这么短的时间里得到这么多的著名公司这么热烈的响应,在历史上是绝无仅有的。究竟是什么使IT行业的巨头们如此动心并让众多的厂商走到一起？Bluetooth迷人之处何在？Bluetooth,它取自Harald Blaatand “Bluetooth” II —— 一位在10世纪为统一四分五裂的瑞典、芬兰和丹麦而立下不朽功勋的丹麦国王。发起者将其命名为一种技术标准,含有将IT领域四分五裂的局面统一起来的意思,期望着这种技术可在小范围内将各种移动通信设备、固定通信设备、计算机及其终端设备、各种数字数据系统(例如数字照相机、数字摄像机、监控设备等)甚至各种家用电器,使用一种廉价的无线方法将它们联结在一起。显然,这涉及到的设备面广量大,应用空间极为广阔,里面隐含着巨大的商机。从技术层面考虑,信息产业已保持了数十年迅猛发展的势头,特别是通信和计算机技术,已渗透到各行各业和人们生活的各个角落。因特网的发展使人们似乎一刻也不愿意脱离“网络”,人们期望能够将网络随身携带,这就必然要去寻求如何使用一种廉价的无线方法,随时随地实现多媒体传输,因此宽带无线通信成为新世纪IT行业的显著热点。但由于频率资源的不可再生性,使得宽带和大容量的矛盾越来越突出,任何可在低成本前提下有效解决这对矛盾的方案,都会引起人们极大的兴趣,其中小范围应用是引人注目的解决方案之一,而Bluetooth又是其代表作。这样,就不难理解为什么有这么多人在关心Bluetooth了。“蓝牙”是Bluetooth的中文直译名称。我国有些学者认为,蓝牙是“蓝色的牙齿”的简称,在字面上显得不够文雅;同时认识到这一技术必将对IT行业产生巨大影响,使得信息产业更加蒸蒸日上,于是提议译为“蓝芽”,作为“蓝色的萌芽”的简称,一方面在字面上显得更加文雅,另一方面赋予明确的涵义。因此,目前“蓝牙”、“蓝芽”这两种译名共存,这一状况同样出现在台湾、香港和海外的中文媒体中。究竟将Bluetooth译成“蓝牙”还是“蓝芽”是一件比较麻烦的事情。两者均基本符合信、达、雅的要求,但前者与英文原名有一个直接的对照,后者具有更深的涵义。虽然笔者完全赞成将其意译为“蓝芽”的理由,但在正规的译名上却倾向于直译“蓝牙”,一方面它直接保留了Bluetooth的全部内涵,“蓝色的牙齿”不仅不会给人以狰狞的感觉,反而会增添一些遐想和乐趣,而“蓝色的萌芽”可能会使Bluetooth原来的涵义荡然无存,甚至会出现需要更多的解释才能说清楚的现象。因此,在全国科技名词委尚未审定之前,本文使用“蓝牙”这一译名。类似的,SIG目前也有多种译法见诸媒体,如：特殊利益集团,特别兴趣小组,等等。为了更好地翻译这个名称,笔者认为有必要弄清楚这个组织的任务。众所周知,为了使蓝牙技术更快地推广应用,SIG将蓝牙标准定义为非专利性质,即只要支持蓝牙标准,按蓝牙标准去研制和生产设备,都可以免费地使用蓝牙标准及其中的技术,但任何冠以蓝牙名称的商标则必须通过SIG授权的专门机构的认证。任何机构(包括公司、大学和各类研究开发单位)都可以申请成为SIG的成员。目前,SIG的成员分为4类,即：发起会员(Promoter),为前述的9个公司,是蓝牙标准的起草者;高级会员(Associate Member),可以提出对标准的修改意见;早期会员(Early Adopter),有权进入内部网站提前浏览或下载尚未公布的内部文件;独立会员(Independent)。由此可见,虽然参加蓝牙SIG最根本的驱动是各自的利益,但其初衷却是SIG所标榜的“竞争前的合作”,因此首先是兴趣,故以笔者之见,SIG译成“专业兴趣团体”较为贴切。为了使更多的人对蓝牙有个初步的了解,下面对它的技术特性、应用、前景及今后的发展,作一简单介绍。二、 蓝牙的主要技术特性蓝牙的设计初衷就是将诸如移动电话、笔记本电脑、掌上电脑以及各种数字化的信息设备之间的联结都能不再用电缆,而用一种小型化、低成本和微功率的无线通信技术,进而形成一种个人身边的网络,使得在其覆盖范围之内各种信息化的移动或固定设备都能无缝地实现资源共享。其实质内容是要建立通用的无线电空中接口及其控制软件的公开标准,使通信和计算机进一步结合,使不同厂家生产的这类设备在没有电线或电缆相互连接的情况下,也能在近距离范围内具有互用、相互操作的性能。蓝牙从1.0B开始的各版本都是可生产的。下面的介绍根据1.1版本(SIG于2001年2月对外公布)的标准。(1)射频特性蓝牙设备工作在2.4 GHz的工科医频段(ISM,Industrial,Science and Medicine),在大多数国家为2 400～2 483.5MHz,使用79个频道,间隔均为1 MHz;采用时分双工(TDD,Time Division Duplex)方式;调制方式为BT=0.5的GFSK,调制指数为0.28～0.35;最大发射功率分为三个等级,分别是：100mW (20dBm),2.5mW (4dBm) 和1mW (0dBm),在4～20dBm范围内要求采用功率控制,由此可见,蓝牙考虑的最大通信距离大约为10～100米。(2)时分多址的结构到1.1版本,蓝牙的基带符号速率仍为1Mb/s,采用数据包的形式按时隙传送,每时隙0.625μs。不排除将来采用更高的符号速率。蓝牙系统支持实时的同步定向联接和非实时的异步非定向联接,分别称为SCO链路(Synchronous Connection-Oriented Link)和ACL链路(Asynchronous Connection-Less Link)。前者主要传送话音等实时性强的信息,在规定的时隙传输;后者则以数据为主,可在任意时隙传输。数据包被分成3大类：链路控制包、SCO包和ACL包。大多数数据包只占用1个时隙,但有些包占用3个或5个时隙。(3)提供的服务蓝牙支持64kb/s的实时语音传输和各种速率的数据传输,语音编码采用对数PCM或连续可变斜率增量调制(CVSD,Continuous Variable Slope Delta Modulation)。语音和数据可单独或同时传输。当仅传输语音时,蓝牙设备最多可同时支持3路全双工的话音通信;当语音和数据同时传输或仅传输数据时,支持433.9 kb/s 的对称全双工通信,或723.2kb/s、57.6 kb/s 的非对称双工通信,后者特别适合无线访问因特网。另外,还采用CRC (Cyclic Redundancy Check)、FEC (Forward Error Correction) 及ARR (Automatic Repeat Request) 以提高通信的可靠性。(4)使用跳频技术跳频是蓝牙使用的关键技术之一。对应于单时隙包,蓝牙的跳频速率为1 600跳每秒;对应于多时隙包,跳频速率有所降低;但在建链时(包括寻呼和查询)则提高为3 200跳每秒。使用这样高的跳频速率,蓝牙系统应该具有足够高的抗干扰潜力和多址能力。(5)设备的组网及其工作状态蓝牙根据网络的概念提供点对点和点对多点的无线链接。在任意一个有效通信范围内,所有设备的地位都是平等的。首先提出通信要求的设备称为主设备(Master),被动进行通信的设备称为从设备(Slave)。利用时分多址(TDMA),一个主设备最多可同时与7个从设备进行通信并和多个从设备(最多可超过200个)保持同步但不通信。一个主设备和一个以上的从设备构成的网络称为蓝牙的皮可网络(Piconet)。若两个以上的皮可网络之间存在着设备间的通信,则构成了蓝牙的分散网络(Scatternet)。基于时分多址原理和蓝牙设备的平等性,任一蓝牙设备在皮可网络和分散网络中,既可作主设备又可作从设备,还可同时既是主设备又是从设备。所以,它是典型的无中心网络。(6)全球范围内的工作蓝牙的基本出发点是可使其设备能够在全球范围内应用于任意的小范围通信。任一蓝牙设备,都可根据IEEE 802标准得到一个唯一的48 bit的公开的地址码,可以通过人工或自动进行查询。以该地址码为基础,使用一些性能良好的算法可获得各种保密和安全码,从而保证了设备识别码在全球的唯一性以及通信过程中设备的鉴权和通信的安全保密。(7)软件的层次结构和许多通信系统一样,蓝牙的通信协议采用层次结构。其底层为各类应用所通用,高层则视具体应用而有所不同,大体上分为计算机背景和非计算机背景两种方式。前者通过主机控制接口(HCI,Host Control Interface)实现高、低层的联接,后者则以嵌入式应用为典型,可不用HCI。这种层次结构使其设备具有最大可能的通用性和灵活性。三、广泛的应用根据通信协议,各种蓝牙设备无论在任何地方,都可以通过人工或自动查询来发现其他蓝牙设备,从而构成皮可网络或分散网络,实现系统提供的各种功能。目前,蓝牙标准中提供了如下多种应用模型：基本接入模型、服务发现应用模型、无绳电话应用模型、对讲系统应用模型、串口应用模型、耳机应用模型、拨号网络应用模型、传真应用模型、局域网接入应用模型、通用对象交换应用模型、对象推入应用模型、文件传送应用模型、同步应用模型等。由此可见,蓝牙可使蜂窝电话系统、无绳通信系统、无线局域网(WLAN)和因特网等现有网络增添新功能,使各类计算机、传真机、打印机乃至各种室内电子、信息和电器设备增添了无线传输和组网的功能,应用空间极为广阔。跳频、时分双工以及时分多址和码分多址的混合多址方式等技术的使用,使得蓝牙的射频电路较为简单,通信协议的大部分内容可以用专用集成电路和软件来实现,因此从技术上保证了蓝牙设备的高性能和低成本。根据我们的体会,蓝牙产品将会较快地和如下设备或系统融为一体：各种电话系统、车载通信设备、无线电缆、无线局域网、无线公文包、各类数字电子设备、电子商务、信息家电、工业控制、智能化建筑物和各种特殊场合应用等。四、蓝牙的前景及其今后的发展蓝牙的出现使嵌入式无线电的概念悄然兴起。当嵌入式的无线电芯片达到价格可被接受时,它的应用可能会达到无所不在的程度,就像现在的微处理器和普通IC芯片一样,虽然到处在用,但人们并不知道或并不介意它们的存在。举例来说,若干年后每个家庭可能会使用数十片甚至更多这样的嵌入式无线电芯片,将家中的所有电子信息设备甚至电气设备构成无线网络;人们可以真正地把网络随身携带,无论是在家中、办公室、公共场所还是在车上、旅途中,形成以人为核心的网络,它可以最大限度地利用功能强大的固定网络,采用小功率的无线接入技术将人所携带的便携式设备和这庞大的固定网络相联结,这就是“无线个域网”(WPAN,Wireless Personal Network)的概念。蓝牙直接催生了无线个域网概念的产生,并且已是后者的雏形,两者相辅相成,将对未来的无线移动数据通信业务产生巨大的推动作用。但是到目前为止,蓝牙并没有干扰躲避机制,跳频的抗干扰能力和潜力尚未发挥出来;1Mb/s的速率在多媒体应用中有较低之嫌;蓝牙芯片的价格没有像人们期待的那样迅速下降,致使许多应用难以普及;大量的应用技术细节问题(例如硬件兼容性以及软件安全性等)还有待解决。这些问题已引起各方面的重视,正在逐步得到解决,相信在蓝牙的后续版本的标准中将陆续体现出来。综上所述,蓝牙技术虽然不能独立构成通信系统,但它可以和现有设备相配合,使其具有无线传输的能力,或者使其传输更经济,使用更便利;也可以派生许多新系统,提供新服务,让人们生活更舒适。它的应用几乎可以渗透到IT行业的各领域,相信具有很强的生命力和极为广阔的应用前景。