通信与网络中的无线传感器网络数据传输及融合技术

0 引 言 　　如今无线传感器网络已经成为一种极具潜力的测量工具。它是一个由微型、廉价、能量受限的传感器节点所组成，通过无线方式进行通信的多跳网络，其目的是对所覆盖区域内的信息进行采集、处理和传递。然而，传感器节点体积小，依靠电池供电，且更换电池不便，如何高效使用能量，提高节点生命周期，是传感器网络面临的首要问题。这里讨论传感器网络的数据传输，并列举了几种通过网络内部的数据压缩机制(数据在网络内部通过链路传输时，进行汇聚和压缩)来减少数据传输量的节能算法。 　　1 传统的无线传感器网络数据传输 　　1．1 直接传输模型 　　直接传输模型是指传感器节点将采集到的数据通过较大的功率直接一跳

干扰受限的双向中继系统中的无线信息和功率传输

干扰受限的双向中继系统中的无线信息和功率传输

基于非线性能量收集的多用户MIMO认知无线供电通讯网络

能量收集网络能够延长能量受限型网络的生命周期,然而目前的研究大多针对单一天线的网络系统,同时线性的能量收集模型无法准确刻画系统能量收集过程.为此,针对能量收集多用户多输入多输出认知无线供电通讯网络系统,基于非线性能量收集模型分别建立overlay和underlay场景下的系统吞吐量优化模型;由于系统模型的参数耦合和非线性约束特性导致问题为联合凹的,利用等效代换将系统模型转化为等效凸问题,使用拉格朗日对偶方法求解;继而分别给出能量与信息协方差矩阵最优解形式及最优时间分配系数的求解方法,并使用数学方法证明其最优性.最后,基于实际的风电能量收集数据,验证算法的有效性及性能.仿真结果表明,与平均功率分配算法相比,最优求解算法能够实现更好的平均系统吞吐量,同时所述算法均在有限次迭代后达到稳定收敛.

论文研究-一种提高OFDM系统安全传输的载波功率分配算法.pdf

现有的OFDM安全传输技术无法满足无线通信系统对安全性能的需求, 针对这一问题, 提出了一种旨在提高OFDM系统安全传输速率的载波功率分配算法。考虑OFDM各载波信道存在的衰落差异性, 基于OFDM窃听信道模型推导出窃听端与授权接收端平均信噪比不同的系统安全传输速率; 在总功率受限的条件下, 以安全传输速率最大化为目标, 利用K-T条件对各载波功率进行优化分配, 从而提高OFDM系统安全传输性能。仿真结果表明, 当选用128个载波时, 优化分配的安全传输速率比平均分配的安全传输速率最多可以提升6. 109 bit/s/Hz, 并且随着载波数的不断增加, 安全传输速率的提升也越来越明显。

具有能量收集辅助D2D通信的云无线电接入网络中的联合数据能量波束成形和流量分流

在本文中，针对具有能量收集辅助设备到设备（D2D）通信的云无线电接入网络，提出了一种基于无线信息和功率传输的同时流量分流方案。 其中，通过D2D通信进行流量分流，以减轻容量受限的前传的沉重负担，同时采用能量收集设计，通过补偿D2D发射机的能量消耗来刺激分流。 与从环境射频信号中获取能量的常规工作不同，专用能量信号经过设计，可以利用数据能量波束形成技术为D2D发射机提供更灵活的无线电源。 但是，传输专用能量信号会损害无线信息传输的性能。 为了在流量卸载收益和无线电力传输成​​本之间实现更好的平衡，提出了加权总和最大化问题。 然而，由卸载决策引入的二进制变量以及对数据能量波束形成的约束使得优化问题不具有凸性。 为了解决这一棘手的问题，提出了一种具有迭代优化和椭球法的分层优化方法。 此外，提出了一种具有独立数据能量波束形成设计的较低复杂度的算法。 仿真结果表明，通过所提出的方案可以实现显着的总速率增益。

无线能量收集驱动的铁路物联网中断性能分析

基于铁路物联网场景分析了无线射频能量站（PB,power beacon）辅助的中继网络在莱斯衰落信道下采用半双工解码转发中继模式的系统中断性能。针对铁路场景中的设备供能问题，如电池更换困难、管理开销大、布线困难等，将无线能量收集应用于铁路场景，为能量受限的无线设备提供充足且稳定的能量，从而解决传统铁路中的设备供能问题。考虑网络中的源节点和中继节点均为能量受限节点，传输信息的能量都来自在列车上部署的PB 发射的无线射频信号。源节点和中继节点先进行能量收集，利用收集的能量，源节点向中继节点发送信息，然后中继节点将接收的信息转发给目的节点。分析推导出了该网络端到端中断概率及吞吐量的闭合表达式。通过蒙特卡洛仿真验证了理论分析的正确性，并研究了PB发射功率与噪声的比值、莱斯因子K、时间分割因子、传输速率以及相对位置等因素对端到端中断概率和吞吐量的影响。当列车处于源节点和中继节点的中点位置时，系统可获得较优的中断和吞吐量性能。

无线传感器网络中能量有效的波束成形机制

针对无线传感器网络中单个节点能量和通信距离均受限，以及传统波束成形机制中由于忽略能耗均衡而造成单个节点过早死亡的特点，提出了一种能量有效的波束成形机制。首先分析了节点个数、发射系数、功率受限、相位等因素对网络能耗的影响，给出了对应的设计原则。然后，基于此原则来选择参与发射的节点，并结合节点的剩余能量和相位来调整各自的发射系数。理论分析和仿真结果表明，该机制有效地增加了数据成功传输的次数，均衡了节点间的能耗，延长了网络寿命。

矿用5G频段选择及天线优化设置研究

矿井无线通信和矿用5G移动通信技术是煤矿智能化关键技术之一。为提高煤矿井下无线传输距离、绕射能力及无线通信系统的稳定性和可靠性，减少基站用量、组网成本和维护工作量，研究了矿用5G工作频段和基站天线位置对无线传输损耗和传输距离的影响。主要结论如下：① 煤矿井下无线发射功率受本质安全防爆限制，接收灵敏度受电磁噪声限制，天线增益受本质安全防爆和巷道空间限制。在煤矿井下无线发射功率、接收灵敏度、天线增益受限的情况下，应通过优选无线工作频段和优化天线设置位置，提高矿井无线传输距离和绕射能力，提高系统稳定性和可靠性，减少基站用量、组网成本和维护工作量。② 矿用5G工作频段应优选700 MHz。煤矿井下700 MHz频段与现有5G其他工作频段2.6，3.5，4.9 GHz相比，具有无线传输损耗小、无线传输距离远、绕射能力强、基站用量少、组网成本低和维护工作量小等优点。③ 提出的传输损耗/位置变化率分析方法便于分析巷道横向不同区域位置变化引起的无线传输损耗变化情况。④ 无线基站天线应靠近巷帮设置，距巷帮不小于0.01 m，垂向位于巷道高度约2/5处。这样既不影响行人和行车、便于安装维护，也可以满足无线

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同步无线信息和功率传输是新兴的一种技术，能够显著能量受限网络的寿命，该文档详细介绍这种技术，给出一定的研究方向

铁路物联网中无线携能中继网络性能分析

面向铁路物联网场景研究了能量受限的两跳多中继网络的系统性能。源节点部署在列车上，向地面上能量受限的中继节点传输能量和信息，中继节点利用收集的能量向目的节点转发信息，中继节点采用半双工放大转发模式。在考虑中继电路具有能量激活门限的情况下，推导出在莱斯衰落信道下系统中断概率和吞吐量的闭合表达式。通过蒙特卡洛仿真验证了理论分析的正确性，对比分析了第一跳距离最短和两跳距离之和最短的两种中继选择策略下，莱斯因子、时间分割因子、源节点天线数量、源节点总发射功率、能量转化效率、各节点相对位置对系统端到端中断概率和吞吐量的影响。当列车先后经过各个中继时，系统的中断概率先减小后增大，吞吐量先增大后减小，并且选择两跳距离之和最短时的系统性能优于选择第一跳距离最短时的系统性能。

能量受限全双工双向中继系统的波束成形设计

提出了一种基于无线信息与能量同时传输的波束成形设计方案。该方案在满足源节点信干噪比和中继传输功率等约束条件下，通过联合优化波束成形向量、功分因子和发射功率等参数实现能量收集的最大化。此设计是一个非凸的优化问题，为了有效求解该问题，采用分步优化方法将原问题分解成3个子问题。提出利用半定松弛技术和约束激活准则分别求解3个子问题，并通过收敛迭代算法求得原问题的次优解。仿真结果表明，所提联合优化算法相比预编码、资源分配算法具有更好的性能，且与传统的半双工算法相比，在计算复杂度略增的前提下其能量收集效率可提升2~3倍。

基于功率损耗均衡化控制机制的移动无线传感网数据传输算法

为了解决当前移动无线传感网数据传输中存在的同步寻址困难以及节点间功率交互难以均衡化的问题，提出了一种新的移动无线传感网数据传输算法。首先，采取广播机制实现同步控制分组传输，降低同步流量对寻址过程造成的压力；随后使用区域节点流量阀控制机制，且通过侦听方式记录并获取sink节点—区域节点链路间的数据流量，进一步采取流量—链路均衡方式促进流量均衡化；最后，通过基于轮数—sink 链路周期抖动筛选方式确认受限带宽，减少带宽受限导致的传输故障。仿真实验表明，与BLT-NB2R算法、NLSC算法和HT2C算法相比，所提出的算法可改善数据传输带宽，降低数据分组丢失频率，能够较好地满足实践需求。

能量收集认知无线电传感器网络中的最佳频谱感知-访问策略

在本文中，我们将能量收集引入认知无线电传感器网络中，以可再生能源为网络供电，从而实现能量受限传感器的自我可持续性。 在我们的工作中，认知无线电技术使传感器能够访问未充分利用的频谱，以解决无执照频段中的频谱稀缺问题。 使用集中式协作频谱感测，从具有不同接收的主要用户的信号功率和能量到达率的候选传感器中选择一组认知传感器。 在检测到主要通道的状态之后，我们还需要确定哪个认知传感器可以访问主要通道以及传输时使用的功率水平。 上述感测访问设计问题被表述为无限水平，部分可观察的马尔可夫决策过程，其主要目标是最大化长期预期吞吐量。 通过使用值迭代方法，我们提出了一种最佳的感知访问策略。 最后，给出了数值结果，以验证我们提出的政策相对于现有政策的优越性。

认知无线传感器网络中基于GSC的协作传输机制

针对无线传感器网络中单个节点能量和发射功率均受限的特点，在发送端已知信道状态信息(CSI)的条件下提出了一种基于广义选择合并算法(GSC)的协作传输机制。根据GSC算法和节点的功率受限条件来决定具体参与协作传输的节点个数，并结合信道状态和节点的剩余能量来对节点进行调度。理论分析和仿真结果表明该机制能够有效地延长网络寿命。

低功率无线电源设计

在手机和其它小型便携式应用中，无线电源系统不断得到认可。现有标准受限于5W电力传输，但是智能手机、平板电脑和便携式工业及医疗应用不断增长的电力需求对供电能力提出了更高的要求。随着输出功  率的增加，必须在系统设计初就将效率和热性能考虑在内。这篇文章回顾了可批量生产的低功率（10W）无线电源系统的实现方式，并提供了与系统性能优化有关的系统设  计指南。我们还给出了一些已经在10W应用中成功测试的收发器 （TX） 和接收器 （RX） 线圈的示例。 　　无线电源多年前就已经出现，形式也有多种，不过近才由于行业标准的出现而变得更为普遍。智能手机和小型平板电脑是目前使用无线电源的主要产品类别

联合能量收集中继与全双工目的节点的安全资源分配方案

针对能量受限中继系统的无线物理层安全问题，提出了一种基于无线信能同传的安全传输方案。该方案在节点传输功率和中继收集能量等条件共同约束下，通过对功率分配因子和传输功率等参数的联合优化来实现系统保密速率最大化。对于提出的非凸优化问题，首先采用分步优化方法分别优化功率分配因子和传输功率，得到其闭式解，然后使用收敛迭代算法求出原问题的次优解。数值仿真分析了人工噪声强度、剩余自干扰大小、节点传输功率及中继放大倍数等不同因素对系统安全性能的影响。与传统的梯度下降法相比，所提联合优化算法在性能略好的前提下可降低时间复杂度80%以上。

MIMO：商机无限的无线宽带通讯新技术

随着无线通信技术的飞速发展，人们对无线局域网性能和数据速率的要求也越来越高。在未来的无线宽带通信系统中，存在着两个最严峻的挑战：信道多径衰落和频谱效率。作为无线宽带通信的基础技术--正交频分复用(OFDM)能够解决多径衰落问题，在带宽和功率不受限的情况下能够实现人们期待的高速率，但对带宽和功率受限的无线局域网系统就不太适合了。而多入多出(MIMO)技术能能够在空间中产生独立的并行信道，同时传输多路数据流，这样就有效地提高了系统的传输速率，即在不增加系统带宽的情况下增加频谱效率。因此MIMO与OFDM的结合将成为适应下一代无线局域网发展要求的关键技术，在未来几年中，该技术的相关研究工作将进一步受到重视，特别在无线局域网领域的应用研究将成为热点。二者相辅相成，催生了无线宽带通信技术广阔市场。

电源技术中的低功率无线电源设计

在手机和其它小型便携式应用中，无线电源系统不断得到认可。现有标准受限于5W电力传输，但是智能手机、平板电脑和便携式工业及医疗应用不断增长的电力需求对供电能力提出了更高的要求。随着输出功  率的增加，必须在系统设计最初就将效率和热性能考虑在内。这篇文章回顾了可批量生产的低功率（10W）无线电源系统的实现方式，并提供了与系统性能优化有关的系统设  计指南。我们还给出了一些已经在10W应用中成功测试的收发器 （TX） 和接收器 （RX） 线圈的示例。 　　无线电源多年前就已经出现，形式也有多种，不过最近才由于行业标准的出现而变得更为普遍。智能手机和小型平板电脑是目前使用无线电源的主要产品

电源技术中的大范围区域无线充电解决方案

随着智能手机的兴起与普及，人们对于手机的依赖程度越来越强。然而，受限于电池技术的制约，手机的充电频率随着功能的拓展也急剧减少，由原来的两三天一充下降到现在的一天一充甚至更少。无线充电技术的出现使得充电的过程更加方便，同时也解决了不同手机之间的兼容性问题。目前，主流的无线充电技术主要包括以下3类： 　　1）电磁感应：在两个设备中分别使用一只具有振荡电路特性的线圈组成一组收发线圈，在发送设备的线圈加上几兆赫兹的交变电流，那么接收设备的线圈上就会产生感应电动势，从而实现了电能的无线传输。目前，基于电磁感应的无线充电技术的传输功率为几瓦到几百瓦，传输距离小于1cm。 　　2）无线电波：根据电磁学原