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Energy-aware System Design for Wireless Sensor Network

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自动化学报 2006年第6期32卷 892-899页

作者： ZHAO Lei ZHANG Wei-Hong xu chao-nong xu Yong-Jun LI Xiao-Wei Advanced Test Technology Lab Institute of Computing Technology Chinese Academy of Sciences Beijing 100080 Graduate School of Chinese Academy of Sciences Beijing 100039 CVIC Software Engineering Co. LTD Jinan 250014

Wireless sensor networks have already enabled numerous embedded wireless applications such as military, environmental monitoring, intelligent building, etc. Because micro-sensor nodes are supposed to operate for months or even years with very limited battery power source, it is a challenge for researchers to obtain long operating hour without scarifying original system performances. In this paper, the energy consumption sources of the wireless sensor networks are firstly analyzed, with the digital processing and radio transceiver units being emphasized. Then, we introduce the design scheme of our energy-aware wireless sensor network (GAINS). In GAINS, techniques to conserve the energy are exploited including the energy optimization node, software and energy-efficient communication protocol. The design architecture of our ultra low power wireless sensor network (WO-LPP) is specially presented.

关键词： Wireless sensor network GAINS DVS MAC

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无线传感器网络时间同步协议的改进策略

计算机学报 2007年第4期30卷 514-523页

作者：徐朝农赵磊徐勇军李晓维中国科学院计算技术研究所计算机系统结构重点实验室

鉴于NTP和无线传感器网络时间同步协议的相似性，提出把NTP中的时间过滤、时间选择和时间组合算法简化后应用于无线传感器网络时间同步协议中以提高同步精度的策略．作为例证，将时间组合算法简化后引入BTS协议中．模拟的结果表明：在... 详细信息

鉴于NTP和无线传感器网络时间同步协议的相似性，提出把NTP中的时间过滤、时间选择和时间组合算法简化后应用于无线传感器网络时间同步协议中以提高同步精度的策略．作为例证，将时间组合算法简化后引入BTS协议中．模拟的结果表明：在由81个Mica 2节点组成的8跳网络内，除抗拒节点的同步误差保持不变外，其余节点的同步误差减小至改进前的67．70％～91．58％；具有相同跳距的节点的平均同步误差随跳距的增加率由19．8减小至15．5μs／跳；同时没有额外的报文开销．理论分析表明：同步精度的提高得益于应用时间组合算法所导致的节点时间偏移量均方差的减小．

关键词：无线传感器网络时间同步网络时间协议同步性低功耗

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无线传感器网络同步误差测量方法

计算机工程 2011年第5期37卷 115-117页

作者：徐朝农徐勇军中国石油大学(北京)计算机科学与技术系北京102249 中国科学院计算技术研究所北京100008

针对无线传感器网络时间同步算法的同步精度性能难以测量的问题,利用处理器的"自中断"功能,提出一种高精度、低成本的无线传感器网络时间同步误差测量方法,并在GAINS测试床上进行实现。实验结果表明,与使用高精度逻辑分析仪的测量方法相... 详细信息

针对无线传感器网络时间同步算法的同步精度性能难以测量的问题,利用处理器的"自中断"功能,提出一种高精度、低成本的无线传感器网络时间同步误差测量方法,并在GAINS测试床上进行实现。实验结果表明,与使用高精度逻辑分析仪的测量方法相比,该方法的测量准确性较高,且成本更低。

关键词：传感器网络时间同步测量中断

多信道无线网络中优化QoM吉布斯采样信道选择算法

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计算机学报 2011年第7期34卷 1214-1223页

作者：夏娜陈秀珍徐朝农郑榕合肥工业大学计算机与信息学院合肥230009 中国石油大学计算机科学与技术系北京102249 休斯顿大学计算机系美国休斯顿77204

在无线网络中采用专用节点对用户的通信活动进行监测可实现网络的故障诊断和资源管理.由于硬件资源受限,无线节点通常在一个时刻只能工作在一个信道上,因此优化各个节点的信道选择使整个网络收集的用户信息量达到最大,即网络监测质量(Q... 详细信息

在无线网络中采用专用节点对用户的通信活动进行监测可实现网络的故障诊断和资源管理.由于硬件资源受限,无线节点通常在一个时刻只能工作在一个信道上,因此优化各个节点的信道选择使整个网络收集的用户信息量达到最大,即网络监测质量(QoM)达到最优是一个关键问题.文中提出一种基于吉布斯采样(Gibbs Sampler)的分布式节点信道选择算法.根据优化目标构造了能量函数,以计算各个信道的选择概率,并完成对信道的优化选择.该算法复杂度低,具有可证明的收敛性,大量实验结果表明该算法可以实现无线网络QoM最优化问题的分布式求解,而且解的质量近似达到了集中式算法的性能.

关键词：物联网多信道无线网络信道选择监测质量吉布斯采样能量函数

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基于水平集的围猎式水下传感器节点布置研究

计算机学报 2021年第5期44卷 1024-1036页

作者：夏娜闻心怡杜华争徐朝农合肥工业大学计算机与信息学院合肥230009 中国石油大学计算机科学与技术系北京102249

水下传感器网络作为一种探索和开发海洋的新方法,在人类不易接触的水下区域的探测和监测中发挥着重要作用,是无线传感器网络领域研究的热点.在水下空间中传感器节点如何自主调整位置实现对“兴趣域”的覆盖和监视是一个重要课题.该文引... 详细信息

水下传感器网络作为一种探索和开发海洋的新方法,在人类不易接触的水下区域的探测和监测中发挥着重要作用,是无线传感器网络领域研究的热点.在水下空间中传感器节点如何自主调整位置实现对“兴趣域”的覆盖和监视是一个重要课题.该文引入水平集理论LSM,提出了一种基于水平集的围猎式水下传感器节点布置方法.在该方法中网关节点根据传感器节点的位置信息和可能感知到的兴趣域信息,以能量泛函计算兴趣域边缘参数,传感器节点以此参数为根据,完成趋向兴趣域边缘的迁移;大量节点的迁移可逐步演化成对兴趣域的围猎式布置.同时,该文建立了结构相似度SSIM和网络能耗均衡度两个性能评价指标,以评估该文方法在实现兴趣域驱动的水下节点布置的综合性能.大量仿真实验结果表明,该方法在不同节点规模、节点密度和兴趣域形状情况下均可实现对兴趣域边缘的动态地、围猎式地覆盖,从而达到对兴趣域的有效跟踪和监视.

关键词：水下传感器网络节点布置水平集方法围猎式结构相似度

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面向工业无线汇聚网络的高吞吐率MAC协议

计算机科学 2017年第5期44卷 53-60页

作者：徐亦达徐朝农中国石油大学(北京)计算机科学与技术系北京102249

汇聚网络是工业传感器网络的常用拓扑形式。汇聚网络的隐藏终端是影响网络吞吐率的重要因素,目前常用信道预留机制来加以解决。此外,随着物理层数据传输速率的不断提高,相对短报文的现象日渐突出,使得用于信道预留的控制报文的开销相对... 详细信息

汇聚网络是工业传感器网络的常用拓扑形式。汇聚网络的隐藏终端是影响网络吞吐率的重要因素,目前常用信道预留机制来加以解决。此外,随着物理层数据传输速率的不断提高,相对短报文的现象日渐突出,使得用于信道预留的控制报文的开销相对增加。现有的IEEE802.11DCF不能同时有效应对这两个现象。提出了取消信道预留方式来克服相对短报文问题,而对于由于信道预约取消所导致的隐藏终端问题,则以随机发送机制解决。为了获得最优的发送概率,设计了APCSMA协议,该协议以最大化节点吞吐率为目标,提出吞吐率最大化的必要条件,基于该必要条件,在主干扰模型下推导出节点均匀分布情况下的最优报文发送概率。从理论上分析了协议的网络吞吐率、延迟和能量效率。仿真结果和分析表明,APCSMA协议对于工业无线汇聚网络具有广泛的适用性。

关键词：媒体接入汇聚隐藏终端信道预留干扰模型

Preparation and Performance of Ternary Early Strength Agent and Quercetin Composite Cement Sealing Material

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Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science) 2025年第1期40卷 130-140页

作者： LIU Jian CHEN Meiting JI Xiaoli xu chao WANG Chunmei Department of Safety Science and Engineering Anhui University of Science and TechnologyHuainan 232001China Key Laboratory of Mine Safety and High Efficient Mining Jointly Built by Province and Education Ministry Anhui University of Science and TechnologyHuainan 232001China Department of Chemical Engineering and Explosives Anhui University of Science and TechnologyHuainan 232001China

A ternary early-strengthening agent consisting of calcium formate+triethanolamine+lithium sulfate was compounded with quercetin to shorten the setting time of cementitious materials while ensuring their early *** optimum ratio of the three early-strengthening agents was determined as 0.5%calcium formate+0.04%triethanolamine+0.4%lithium sulfate by response surface *** effects of the ternary early-strengthening agent composed of calcium formate+triethanolamine(TEA)+lithium sulfate on cementitious pore sealing materials under the synergistic effect of quercetin were studied by means of the performance tests of compressive strength,fluidity,and setting time,and the microstructural characterizations of X-ray powder diffractometer(XRD),thermogravimetry(TG-DSC)and scanning electron microscopy(SEM).The study shows that the synergistic effect of ternary early-strengthening agent and quercetin forms a multi-performance composite admixture for cementitious *** best performance was obtained with the compounding scheme of 0.5%calcium formate+0.04%triethanolamine+0.4%lithium sulfate ternary early-strengthening agent and 0.05%*** compressive strength of 1,3,7,and 28 d are 94.8%,39.8%,42%,and 28%higher than those of the blank group,*** initial time and final setting time are 41 and 57 minutes,*** to the microscopic analysis,the network and fibrous C-S-H gels generated by ternary early-strengthening agents are attached to the surface promoted by quercetin,which forms skeleton support while thickening and solidifying the cement slurry,which enhances the early compressive strength of the cement-based materials.

关键词： sealing material ternary early-strengthening agent quercetin synergetic effect response surface methodology

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无线自组织网络MAC调度技术研究

计算机应用研究 2011年第1期28卷 10-16页

作者：徐朝农徐勇军范永开中国石油大学计算机科学与技术系北京102249 中国科学院计算技术研究所北京100008

从提高无线自组织网络服务质量的角度出发,介绍了无线自组织网络MAC调度技术的研究动机和技术本质。从无线干扰模型的建立、集中式与分布式调度算法的设计、调度复杂性理论、集中式和分布式调度算法的性能比较、拓扑透明MAC调度技术这... 详细信息

从提高无线自组织网络服务质量的角度出发,介绍了无线自组织网络MAC调度技术的研究动机和技术本质。从无线干扰模型的建立、集中式与分布式调度算法的设计、调度复杂性理论、集中式和分布式调度算法的性能比较、拓扑透明MAC调度技术这五个相关研究方向入手,全面介绍了无线自组织网络MAC调度技术的研究进展和当前面临的挑战,并讨论了未来可能的发展方向。

关键词：自组织网络调度媒质访问控制

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刚性驱动水下传感器节点自组织布置

计算机学报 2013年第3期36卷 494-505页

作者：夏娜郑语晨杜华争徐朝农郑榕合肥工业大学计算机与信息学院合肥230009 中国石油大学(北京)计算机科学与技术系北京102249 休斯顿大学计算机系休斯顿美国77204

水下传感器网络可用于海洋资源勘测、污染监测和战术监视等领域,已成为无线传感器网络的研究热点.在开放式动态的水下环境中传感器节点如何自主调整部署位置以达到高的网络覆盖度和连通性,从而保证最优的监测质量是一个关键问题.该文引... 详细信息

水下传感器网络可用于海洋资源勘测、污染监测和战术监视等领域,已成为无线传感器网络的研究热点.在开放式动态的水下环境中传感器节点如何自主调整部署位置以达到高的网络覆盖度和连通性,从而保证最优的监测质量是一个关键问题.该文引入刚性理论,定义了节点域的"刚性-覆盖值"作为水下传感器节点所处位置的评价指标,并基于此设计了刚性驱动的节点移动策略,从而构建了完整的节点自组织布置方法.理论分析和仿真实验结果表明该水下传感器节点自组织布置方法可以使网络演化出优良的覆盖度和连通性,并且具有分布式可实现、收敛速度快、鲁棒性强的优点.

关键词：水下传感器网络刚性理论覆盖度连通性群智能水流场