文摘
领域的无线传感器网络是当前全球工程领域研究热点的结构健康监测的无线传感器网络的一个重要分支的实时监控上层木工程结构的安全状态,以避免造成许多安全事故的发生主要结构和设备损坏和指导主要结构的维护;建立无线传感器网络系统是当前的研究重点之一。本文研究和设计了一种无线传感器网络的结构健康监测系统级方案分为两部分的基础上,根据系统硬件平台设计和软件开发,重点是时间同步协议和同步采集方法同步获取开始时间计划、时间分离方法,灵活的时间信息的优化模型。该方法适用于高频收购保证采样点的时间结构环境测量。信息的准确性和可靠性的诊断,对有害物质的检测,以及导致绿色栖息地环境的建设有一个质的飞跃,绿色设计的栖息地环境有足够的进步。
1。介绍
无线传感器网络通常是能源有限,容易受到环境干扰,为了提高无线传感器网络的能量效率和保证数据可靠性和节能的数据融合算法(EEDFA)提出了基于拆分集群无线传感器网络;EEDFA运作与拆分集群网络结构;数据采集和传输的过程分为多个周期;传感器收集数据在多个时段周期形成数据向量的每个周期内传感器把收集到的数据向量减少传输负载,同时考虑到环境干扰使用间隔二类模糊系统生成数据可靠性因素来保证数据的可靠性每个集群头接收成员节点的数据分布式处理和删除冗余数据使用木材相似功能和融合的数据发送给下一跳簇头和基站仿真结果表明,与讨论REDA相比。SCDRE EEDFA有较低的带宽使用情况和能源消耗,还具有更高的数据准确性1]。
无线传感器网络(网络)是由大量微型传感器节点组成,结合传感能力,计算能力,和短程通信功能部署在监测区域,其节点通常由电池供电,能量有限,能量通常是很难补充。延长网络生命周期,有必要减少网络的能量消耗在网络2];更准确地监控事件,传感器节点通常部署密集,这可能会导致高空间邻近多个传感器采集的数据之间的相关性,同时,有时间单个传感器节点不断收集的数据之间的相关性,而这些相关性使网络中大量的冗余数据。此外,传感器节点可能感觉不可靠的数据由于环境噪声和节点故障等问题。数据融合是一个数据处理过程,使用计算机相关技术来分析和组织以某种方式通过传感器收集的数据,可以减少冗余或不可靠的数据、并提高能源效率。
近年来,许多学者提出了一些有效的数据融合算法在数据融合领域。一些变量要在文献中提出了数据融合算法。这些变量权重融合算法有效地减少了传输负载通过加权平均数据。然而,它大大减少了数据的完整性,这可能导致贫穷的最终判决的可靠性事件。在文献中,作者提出了一个基于前缀频率过滤——(讨论)数据融合算法,实现感知数据的融合在两个步骤:第一步,最初数据加权,在传感器节点进行排序;在第二步中,讨论和Jaccard相似性用于聚合器节点之间的数据融合。该方法可以快速去除冗余数据,但数据排序后,订单被修改了,和时间的信息就会丢失。文献里达算法,使用split-cluster结构融合在常见的数据节点和簇头,分别与模式代码,删除冗余数据,提高了带宽利用率的数据,但模式代码不是有效地识别类似的数据SCDRE算法执行相似分析收集的数据在不同的传感器节点之间使用皮尔逊相关系数消除类似的数据;然而,使用相关系数本身并不是一个很好的测量数据相似。此外,所有这些算法假设,收集到的数据是正确的没有数据源的可信度判断,不仅不能保证数据的准确性,也增加了不必要的通信开销(3]。传统传感器的第一代传感器网络有一个点对点的传输函数信号,使用双线式4 - 20毫安电流或1 ~ 5 V电压标准实现单向传输的信息。第二代传感器网络测量和控制网络由智能传感器和现场控制站。使用模拟电流或电压信号来实现传感器信号传输。第三代传感器网络是基于现场总线智能传感器网络。现场总线是一种全数字、开放双向通信网络连接智能现场设备和控制房间。
2。相关工作
全球网络的研究始于研究项目支持的文学。它已广泛研究了政府、学校、及相关研究机构自1990年代。文献开始研究智能传感器网络通信(SSNC) [4),它使用“一次性”传感器收集战场信息和计划建立一个智能网络,可以与机器人用于未来战斗系统互连。文献提出了智能尘埃的概念,它包含一个微处理器、传感器和通信系统和电源,以自组织的方式形成一个无线网络。智能尘埃可以相互定位和传播信息的观察者。在网络文学正从事一项研究项目(5,一些公司已经开始研究“发展规划为一种新型的计算基于卫星传感器网络。“很多学者和机构网络研究。到目前为止,最新的研究都集中在提高能源使用效率,关注路由算法,聚类算法、通信协议,等。文学发展节能分层数据分布协议sensor-to-edge服务器通信,支持动态变化的网络拓扑结构和具有显著优势的能源消耗在严酷的环境下,绿色生境设计,覆盖(6]。文献提出了一种新颖的WSN路由协议适用于移动传感器节点的可靠和节能的路由。文献使用蝴蝶优化算法(博马)选择集群头和选择最优路线基于蚁群优化(ACO),大大扩展了绿色设计栖息地。当前网络收敛性研究仍在preexploration阶段。文献分析的挑战和机遇的基础,无线网状网(WMN)收敛性,提出并比较几种融合方法。文献提出了一种fiber-wireless传感器网络(Fi-WSN)网关设计,达到无缝融合的无源光网络(其)和网络(7]。
文学研究”关键技术和协调控制理论的传感器网络分布式自控系统”作为一个关键的研究项目。文献研究了无线传感网络的基础理论,“在2008年,国家重大项目也使传感网络技术研究领域的关键。许多研究机构都加入了网络的研究。到目前为止,网络研究仍在进行中(8]。文献扩展移动无线传感器网络的绿色栖息地设计(MWSN)通过开发一个系统模型,并使用不同的算法进行优化。文献提出了多次反射模糊聚类协议(FMSFLA)使用重组青蛙跳算法(SFLA)认为能源,距离基站,邻近的节点数量,实际的节点到基站的距离,平均路由负载,延迟(9),和其他参数,这是优于LEACH,绿色栖息地LEACH-EP LEACH-FL和其他协议的设计。文献提出了一种改进的LEACH算法对低功耗自适应聚类算法(LEACH)与随机b簇头选择,没有考虑node-to-base站距离,不合理的节点分布和不均匀的能源消耗。与原算法相比,绿色栖息地设计提高了36.4%。有许多探索性研究无线传感器网络的网络融合。文献提出的网络融合m cn和传感器网络使用移动终端在移动蜂窝网络(m cn)传感器节点和传感器网络网关。WSN和group-wise传感网络融合的文学能使两个网络借对方的优点来实现更强大的智能传感效应(10]。
在无线传感绿色栖息地环境的有害物质检测,发展也快;早在1960年代和1970年代,发达国家在环境情报和机械化计划(11];有关环境部门首次提出的概念智能环境;发达国家提出了新兴的互联网技术和智能环境的集成和协同发展。技术优势,技术创新与智慧有关环境不断探索;人类寻求最小的投入换取最大的和最稳定的环境生产能力,拥有先进的电子集成电路技术突飞猛进,和组件的小型化和智慧改变了人类社会的发展过程;随着微型计算机技术的出现,人们对智慧的发展前景更乐观的环境,同时,微机系统。与此同时,随着微机系统和微传感器芯片的出现,智能环境的结合,计算机互联网技术已经到了一个新的高度12]。为代表的发达国家美国和日本,依靠先进的电子集成电路技术和完整的产业链,在环境信息化建设取得了巨大成就,信息化的概念应用到环境发展通过微机系统(13];例如,计算机系统+外围设备可用于传感器来监测作物生长,通过改变温度来调节作物的生长周期;这是适合温室环境,可以有效地消除外部环境的影响;除了温度和湿度的规定外,其他重要的生长因子还可以监测和管理(14),如环境中的二氧化碳浓度的实时监控;光合作用是最重要的作物生长的过程,通过计算机系统者优先。环境监测平台由计算机系统和外围传感器可以监测作物的生长环境的二氧化碳浓度实时然后确定它是否有利于作物的生长和发育15),可以调节过高或过低,以保证作物的生长质量和产量与最合适的浓度(16]。
3所示。绿色的栖息地设计基于无线传感领域有害物质检测
3.1。无线传感检测有害物质的领域
最常用的检测有害物质领域的无线感应无线个域网技术;无线个域网是一个短程传输、低能耗、低速率无线网络技术;这是一个无线网络通信方案RFID(无线射频识别)和蓝牙之间。内部无线个域网是基于IEEE 802.15.4标准提供服务,主要指定可以共享的应用程序层不同的制造商。标准的主要定义了物理层和网络层。物理层定义作为传输信息的250 kb / s的速度在2.4 GHz和915 Mz - 868 MHz的低利率,为物理层与特定的规范。网络层的规范定义具体问题相关的共享之间的空气通道在同一地区不同的无线电信号操作(17]。无线传感器的优点是:(1)不需要连接,从而降低安装成本;(2)彼此之间没有直接的电气连接,不存在互相干扰的问题;(3)某些情况下无法连接,必须使用和无线传感器。
无线个域网已广泛应用于传感器网络、物联网、等领域,主要是因为它非常强大的网络能力。无线个域网网络有三种网络拓扑结构,即明星拓扑树拓扑结构,网状拓扑结构;用户可以选择三种网络结构根据他们的需求。这三个无线个域网网络结构有其优势。这棵树拓扑结构主要由一个协调器和多个路由器和终端节点。原理公式如下。
这个公式提出了无线传感器的基本内容,如何使信号更好,可以提供一个更好的创意环境的创造者。协调器能够连接多个路由器和终端,和协调器可以连接多个路由器和终端节点的路由器。因此,整个网络将包含几层和结构的细节图所示1。
网络拓扑的主要组件是一个协调员,几个路由器和终端。它有一些相似之处与树的拓扑结构。然而,更灵活的路由路径,路由节点可以连接和相互传递信息根据他们的实际需求。的原理公式如下。
这种灵活的路由允许更有效的交付的数据,这个路由鲁棒性,在一条路径在网络阻塞;数据可以有其他消息传递的路径。网状拓扑如图的机制2。
一般来说,当实现一个网状网络,开发相应的路由协议在网络层,使得节点使用数据传输的最佳路径,增加了网络数据传输的效率,在一定程度上降低了网络的能耗。所有上述功能是由网络层实现,和应用程序层不需要执行任何参与。网状结构是非常强大的并且能够传递信息的形式“多级跳”,它可以形成一个网络复杂性较高的基于这个结构;此外,它还可以实现自组织和自愈18]。
NB-IoT(窄带物联网),技术尚未在人们看来很长一段时间,是基于蜂窝网络领域的物联网。NB-IoT目前发展从传统的移动物联网技术更先进的LPWAN,改进现有蜂窝通信来适应低功耗广域互联,由移动运营商和设备供应商。电力广域网络,NB-IoT旨在解决四大难点LPWA应用程序当前的蜂窝网络。(1)广泛的覆盖面
换句话说,它是100倍的能力比移动网络,接收信号的原理公式如下。
在很大程度上,它加强了网络覆盖能力。所以完全覆盖的地区,可以通过它不能有效地覆盖了当前移动网络,例如,郊区,大型工厂、高楼、电梯、地下车库和地板。(2)大的联系
NB-IoT技术增加的数量由50到100次访问现有的蜂窝无线技术。它可以容纳50000用户设备(UE)连接到核心网络的区域。的原理公式如下。 (3)低功耗
实现这一功能的关键因素的有效简化一些暗示没有必要或其应用程序不再分页的任务。减少能耗,通过这些手段,比如一些终端模块,需要很长的生命周期,待机时间估计达到十年。公式如下。 (4)低成本
NB-IoT达到低成本主要是通过限制数据速率,能源使用,终端设备和带宽,允许有效简化端点作为一个整体。目前,单个模块的预期价格不超过5美元,可能仍然下降。从上面,NB-IoT具有较高的适用于许多领域。NB-IoT科技作品授权频谱和专注于低功耗,更广泛的覆盖需求等提出的物联网。适用于物联网的应用程序不需要信息传输速率高、需要超低设备需求和低成本设备功耗(19]。
绿色环保设计是指将环境因素纳入设计,以帮助确定设计决策的方向。绿色环境设计需要考虑的环境因素在产品开发的所有阶段,减少对环境的影响,从产品的整个生命周期,并最终导致一个更可持续的生产和消费系统。它关注景观空间格局和空间之间的关系的过程。景观空间格局由补丁、基质、走廊、边界,和其他元素。
传感器节点在该领域是一个非常小的系统,主要负责收集信息并进行相关的处理。它主要包含模块如传感器,信息处理和无线通信。传感器节点的各个模块满足不同的任务需求。传感器模块主要用于收集和转换各种数据在目标区域;信息处理模块主要负责接收到的信息数据的管理,如整个传感器节点存储及其收集各种数据或接收由其他节点发送的数据;无线通信模块主要完成各个传感器节点之间的数据交换;电源模块的主要任务是提供动力为整个无线传感器网络的正常运行。电源模块的主要任务是提供强大支持整个无线传感器网络的正常运行;在整个领域,传感器网络系统可以继续运行;然后,您可以检测有害物质; the detection process is shown in Figure3。
无线传感器可以发挥重要作用在气象探测和预防自然灾害。在研究各种大气现象,天气灾害预防监测、洪水、和消防监控、无线传感器都可以发挥作用。无线传感器可以发挥重要作用在生态环境的检测。此外,中国作为一个发展中国家,在过去,实现经济快速增长,但未能充分注意保护资源、生态、等,导致明显不均匀的发展现状和不足的特点;总体质量水平低,发展的生态约束日益突出,、繁荣的生态文化是时代的需要,促进可持续改善生态和环境质量是一项重要任务。无线传感器也扮演了重要的角色在智能生态和环境管理系统的建设20.]。除了在环境生态建设中的作用,它还可以使其领域的贡献有害物质的生产。例如,使用无线传感器生产有害物质可以发挥作用,准确地监测各种环境变化可能发生在生产有害物质,因此在很大程度上避免意外因素导致农作物冻结,害虫和其他困难的问题。这也是具有重要意义的稳定和繁荣发展市场经济。
3.2。绿色的栖息地设计
绿色栖息地环境的设计基于无线传感领域有害物质检测,设计领域是一个村庄,现代有害物质和它的设计内容主要包括区域,庭院温室面积,有害物质显示测试区域,生态循环利用设施规划内容主要包括现代有害物质区域,庭院温室面积,有害物质显示测试区域,生态回收设施,和现代有害物质区域设计;这个领域是相对平坦的,在村子里唯一集中农田。雨季降雨量丰富,该计划增加了拦截和存储设施,常年有水完成后,哪个更适合发展的有害物质。生态温室介绍基于最初的一个,这样有害物质的生产和经验一年到头都可进行,创建一个四季有害物质的天堂。占地面积160亩,重新种植粮食和蔬菜,是生物资源的主要来源为村民和外来人口。大学是一个生存空间,主要是在院子里的温室。在这里,我们可以增加外国手机人们的生活空间和种植空间;人们可以生活在天然氧吧和生活和体验农业活动,提供一个完全不同的城市住宅的生活模式。设计流程如图4。
生态学,生态循环利用设施是一个系统的设施包括沼气站和污水生态沉降池;这是整个绿色村庄周期的核心;生态回收中心的健康运行的关键是村里确保资源的回收,所以设备需求,需求规模和位置的选择是至关重要的。确保处理能力和天然气产能满足垃圾排放和村里的天然气需求。主要目的是厌氧发酵产生的肥料和有机废弃物生产和生活系统,将它们转化为沼气天然气资源,而digestate和甲烷用于农田施肥。闭链周期模型straw-cultivation-manure-biogas-digestion液体形成用于农田施肥(21]。绿色栖息地还包括绿灯,栖息地的发展光环境变得更为多样化比原来单一的照明功能,以及使用和选择的光也变得更加复杂。生活环境不仅提供吊灯,台灯,和照明路灯功能满足人们的日常生活也发展灯饰投影灯,灯具照明和广告霓虹灯管、光纤等。可以看出,复杂的原因使用的照明光环境的各种各样的用途主要是由于灯和光源和光源的类型的复杂性22]。
4所示。实验结果和分析
4.1。实验结果
后移动传感器节点完成遍历,修复覆盖空洞,收集数据,建立一个高效的数据转发机制可以有效地降低网络的整体能量损失,延长网络的工作循环,检测有害物质,和设计一个绿色的栖息地环境,和下面的效率比较后得到比较通过优化细节,如图5。
栖息地评估绿色设计的方法通常是评估节点存活的数量,这是本文定义为经过的轮数的模拟从一开始到最后当幸存的节点的数目小于节点总数的10%。摘要96年在同一位置传感节点被用来模拟和测试节点的生存AODV协议,AODV-based无线传感器网络路由协议,LEACH-based单跳集群路由协议,和二级网无线传感器网络集群路由协议为每个协议。第一个节点发生故障以后AODV-based无线传感器网络路由协议AODV协议因为AODV协议相比,总是使用最小数量的啤酒花的路线,不考虑交通节点的能量消耗;因此,节点的路由上的能量最小数量的啤酒花将很快枯竭,和改变后的节点故障是一样的路线,考虑节点的剩余能量选择路线时,因此可以开始工作的时间较长,没有节点故障。因为路由发现协议有更多类似的算法,并没有太多不同之处栖息地在绿色设计,和AODV-based无线传感器网络路由协议性能略优于绿色栖息地的AODV协议的设计。绿色栖息地设计的差异的原因主要是由于消除你好广播和短消息长度AODV-based无线传感器网络路由协议,从而降低网络的整体能耗和扩展的可持续性绿色设计栖息地。最终的可行性结果如图6。
4.2。实验分析
两个集群路由协议比平面路由协议,因为集群路由协议减少路由消息的长度以及数据信息在网络上通过数据融合。二次网的无线传感网络集群路由协议集群通过多次反射连接头连接到正常节点集群中的节点,进一步减少能源使用传输集群内的传感信息。仿真测试路由的能量开销计算发送的消息数量时,整个网络节点建立一个路由到目标节点和能源消耗。在这一章中,传感节点96在左上角选择源节点,传感节点64在右下区域是目标节点。仿真过程从传感节点广播路由请求建立96年到的路线,和每个协议的仿真结果如图所示7。尽管AODV协议和AODV-based无线传感器网络路由协议在模拟发送相同的消息,后者有一个短消息长度和优势在整个网络的能耗。集群的LEACH-based单跳路由协议仍有更高的发送总数由于更多的簇头节点和路由消息由集群头,更大的网络负载。方法检测有害物质包括实地无线传感器网络(WSN)、x射线荧光光谱(x射线),傅里叶红外光谱(FIS),冷原子吸收光谱(CAS)。二级网格集群无线传感器网络路由协议产生更少的集群头有效地控制网络中的路由消息的数量也减少了消费过程中建设路线;每个协议的仿真结果如图所示7。
ESP32传感节点的控制芯片,具有与高水平的低功耗高性能LX6双核处理器的性能。这个芯片有一个完整的软件开发工具包,支持Arduino开发,可以极大地提高开发效率。传感节点的能源管理芯片bq25570,它收集太阳能电池所产生的电力,并将其存储在电池通过一个集成提高转换器,还提供一套系统的电压通过一个集成的高效、微功率转换器。节点可以收集信息从三个环境、温度、振动、声音,利用数字温度传感器DS18b20,三轴加速度传感器ADXL345数字MEMS传感器INMP441,分别。这些传感器都很小,容易集成到系统中。输出也是数字,不再需要额外的降噪和模拟数字转换电路。网络融合方法的硬件测试平台是一个个人域网络设备通过无线传感器网络传输信息。个人区域网络中使用的射频芯片nRF24L01,运营在2.400 GHz ~ 2.525 GHz的频率范围,2 Mbps的传输速率和较低的功耗,并连接到使用SPI总线控制芯片。无线传感器网络的选择CC1101;芯片的工作频率范围是387.0 MHz ~ 464.0 MHz,较低的信号损失和长传输距离相比高频范围。 The CC1101 does not come with a communication protocol, so it is suitable for implementing the designed routing protocol based on this chip. The efficiency diagram of its design role for habitat is shown in Figure8。
智能有害物质监测系统的软件平台主要包括覆盆子π智能监控界面和主系统程序设计;我们使用Python和PyQt5开发上述软件平台项目。Python语言开源第三方库和先进的面向对象编程的性能,可以大大缩短开发周期的智能监控平台。Python语言开源第三方库和先进的面向对象的编程功能,可以大大减少开发周期的智能监控平台,和Python程序具有很强的兼容性和可编程开发的多种操作系统;在microembedded平台中运行Python程序不需要太多的编程基础,只有相关的编译器中加载microembedded平台。覆盆子π3 b +系统本系统中使用Python附带了一个编译器,所以我们只需要使用Python语言在PC端智能监控软件平台的开发,然后通过上述FileZilla软件转让. py源文件树莓π3 b +,通过Python编译器;我们可以开放我们的智能监控平台覆盆子π3 b +,可以用来检测有害物质通过无线传感器系统,这样我们就能更好的设计和实现一个绿色的栖息地环境,最后结果是令人满意的。
5。结论
本文针对单一数据收集、软件平台兼容性差,和高成本的传统有害物质监测系统的建设和维护,智能有害物质监测系统设计利用无线传感器网络技术,microembedded技术和图像采集技术,和本文的分析和梳理国内外发展的现状智能有害物质和有害物质信息和情报,总结了当前传统的基于功能和系统数据采集网络的覆盖率;的无线个域网网络协议是无线传感器网络的建设和数据传输,和常用的无线个域网芯片进行了介绍和比较,和CC2530芯片低功耗和容易选择网络作为无线传感器网络的硬件载体;确定类型的传感器和部署方法根据数据收集;固定节点的无线传感器网络收集单元,和固定节点的硬件和软件设计方案。前端固定节点可以采集温度、湿度、和pH值数据稳定;移动四足动物节点可以切换行走姿势的农田,并自动照片模块可以实时采集图像信息。算法应该在未来提高识别效率,这将更有助于设计一个绿色环境。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
关于这个研究,不存在利益冲突。