雷竞技网页版研究与评论-国际期刊雷竞技苹果下载

国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志

菜单

在线刊号(2278-8875)印刷版(2320-3765)

所有提交的EM系统将被重定向到网上投稿系统．请作者将文章直接提交给网上投稿系统各自期刊的。

低功耗传感器节点处理器在无线传感器网络中的错误检测与校正

完婚。米1， Thirumal Murugan。J2
  1. 研究生[VLSI]，印度泰米尔纳德邦拉斯普拉姆Muthyammal工程学院ECE系
  2. 印度泰米尔纳德邦拉斯普拉姆Muthyammal工程学院，欧洲经委会系助理教授
有关文章载于Pubmed，谷歌学者

更多相关文章请访问国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志

国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志

摘要

目前，无线传感器网络得到了广泛的应用。在大型无线传感器网络中，它由传感器节点组成，传感器节点的功能是感知、处理和通信信息。当时它消耗了占主导地位的总功率。本课题设计了一种具有长时间运行能力和高效能量管理的传感器节点。无线传感器网络具有潜在的监测环境和与环境互动的能力。容错操作是无线传感器网络成功的关键。噪声和其他干扰是降低系统性能的两种方法。无线传感器网络中的容错机制对低功耗传感设备的构建和部署特性至关重要。本文主要研究如何在无线传感器节点中实现低复杂度的错误检测技术，以降低数据冗余度和降低能耗。在传感器节点内的单芯片上已经开发并实现了一种性能模型Sim卡。利用Xilinx ISE模拟器进行了VHDL编码的功率分析设计。一个有效的睡眠调度与同步定时器和算法，以实现最佳的电源效率。

关键字
容错，Modelsim，传感器节点，睡眠调度，VHDL,WSN,XILINX。

介绍
在大型无线传感器网络中，成百上千的传感器节点以规则或随机的方式部署。这些传感器节点具有传感、处理和通信的能力。它们必须便宜，必须低功耗和持久耐用，提供更高效、可靠和低成本的产品是研究人员的新方向。延长这种传感器网络的网络寿命是一个关键问题。传感器网络的睡眠调度是控制传感器网络能量管理的另一个关键因素。在传感器网络中，唤醒定时器用于在接收到信号并开始处理时激活传感器节点。它在处理后再次进入睡眠模式，直到它接收到下一个唤醒信号

相关工作
在最近的一些研究中，我们发现了大型无线传感器网络中低功耗传感器节点的研究工作。在Gu和Stankovic的工作中，一个无线电触发硬件被用来唤醒一个睡眠节点。硬件从发射机接收到的信号中收集能量，并且可以节省大量的功率。但是在这个系统中，这个范围必须很低，并且适用于有限的节点。
Liang等人在研究工作中使用ATMEL制造的唤醒无线电ATA5283开发了一种低功耗传感器节点。仅2007年的工作频率约为125 KHz。近年来，随着技术的发展，越来越多先进的传感器节点被实现。
Van Der Doom等人开发了一种由唤醒定时器电路组成的传感器节点，以达到节能的目的。他们介绍了868MHz频率的定时器电路，并使用微控制器PIC 12F683检测唤醒信号。另一个微控制器ATMEGA 128已被用作节点处理器，它在接收唤醒信号的低功耗模式下被激活。
周仁彦等，提出了基于8051单片机的传感器节点的VLSI单片机结构设计。系统时钟频率约为16MHz，功耗约为60mW。Aki Happonen等。介绍了基于ARM 7TDMI处理器的ML7051单片机传感器节点的低功耗优化设计

设计矩阵
对于一个高能效的无线传感器网络，传感器节点的设计面临着许多挑战，如需要大的内存和更大的带宽。传感器节点必须具有高计算能力和低功耗。
为了设计一个低功耗传感器节点，需要遵循一些重要的设计指标
•设计协议应保持尽可能小，以保持功耗。
•最小的硬件应涉及到这个设计，以尽量减少功耗，尺寸和成本。
因此，设计应该优化。
•降低电路复杂性是另一个具有挑战性的要求。
•传感器节点必须便宜。
为了满足所有这些挑战和要求，这里尝试了一种方法。
Beacon进行集中控制。当信标发送数据包时，信标的作用是首先搜索其范围内的传感器节点，并检查该节点是否响应。因为通常情况下，传感器节点可能会由于任何原因而丢失、损坏或拆除。因此，在传播之前要检查反应。如果信标接收到邻居节点的ACK，则开始以特定格式传输数据包。
该网络具有可重新排列的特性，可以实现输入和输出之间所有可能的排列。在网络中选择三个阶段和适度数量的中间阶段交换机是为了最小化成本实现，同时它仍然使网络具有可重新排列的特性。
图像
图1描述了无线传感器网络中一个典型传感器节点的操作功能流程图。由于任何原因，路径被改变，它请求信标为自己发送路由信息以避免延迟。下面的示例给出了传感器网络中节点部署和数据包从源到目的地的路由路径的概念。在这个例子中，信标B1有两个传感器节点(B1和B2)。圆形边界在其传输范围内。如果节点B2没有响应或死亡，则只接收来自B1的信息。如果路由信息丢失，应通过信标发送修改后的路由。在发送数据包之前，每个传感器节点都会向邻居节点请求确认，以确认节点是否处于活动模式。

设计与实现
在传感器节点内的单个芯片上已经开发并实现了一个性能模型Sim。利用Xilinx ISE模拟器进行了VHDL编码的功率分析设计。一个有效的睡眠调度与同步定时器和算法，以实现最佳的电源效率。对于实时应用，它可以在高性能FPGA套件中实现
图像
图2显示了将在FPGA套件中实现的实时应用的典型传感器节点的架构图。

提出工作

1.1无线传感器网络中的错误检测与纠错
低功耗传感器节点系统的实现也有助于错误检测和纠错。考虑到残数表示中数字的独立性，这是显而易见的:一个数字的错误不会损坏任何其他数字。一般来说，使用冗余模，即对确定动态范围没有作用的额外模，有利于错误检测和纠错。但是，即使没有冗余模，容错也是可能的，因为在隔离错误的数字位置后，只要可以接受较小的动态范围，计算仍然可以继续。实现具有错误检测和纠正技术，这种能力可用于无线传感器网络中，以减少由于数据包中出现错误而导致的数据更新发送。它的复杂性也很低，因此对能量受限的传感器很好。电路误差检测的结构如图所示。
图像
图3为无线传感器网络纠错检测框图，用于纠错检测。

汉明码
汉明码是一组纠错码，可用于检测和纠正计算机数据移动或存储时可能出现的位错误。

通用算法
通用算法根据比特数生成一个单错误纠错(SEC)码。
1.从LSB中的5,4,3,2,1位开始编号，等等。
2.用二进制写位:101、100、11、100、1等。
3.所有以2为幂的位位(在二进制形式中有一个1位)都是奇偶校验位
4.所有其他位位置，在其位置的二进制形式中，都是数据位。
5.每个数据位在由两个或多个奇偶校验位组成的唯一集合中，由其位位置的二进制形式进行验证。

仿真结果与讨论
仿真结果确定了在VHDL代码中采用睡眠调度算法设计低功耗传感器节点。它由三个节点(node2、node4、node5)组成，并展示了数据如何传输。

节点2数据传输输出波形
图像

仿真结果描述
Node1_Proc / Clk-Clock信号
Node1_Proc/Reg_In-请求信号
Node1_Proc/Ack_In2- node2 ->唤醒模式(Active)
Node1_Proc/Ack_In2- Node 5 -> Sleep Mode (Inactive)
Node1_Proc/Ack_In2- Node 4-> Sleep Mode (Inactive)

节点5传输的输出波形
图像
Node1_Proc/Ack_In2- Node 5 ->唤醒模式(Active)
Node1_Proc/Ack_In2- node2 -> Sleep Mode (Inactive)
Node1_Proc/Ack_In2- Node 4-> Sleep Mode (Inactive)

节点4传输的输出波形
图像
Node1_Proc/Ack_In2- Node 4 ->Wakeup Mode(Active)
Node1_Proc/Ack_In2- node2 -> Sleep Mode (Inactive)
Node1_Proc/Ack_In2- Node 4-> Sleep Mode (Inactive)。
Fig.4.fig.5,无花果。6仿真结果显示了传感器节点如何使用睡眠调度算法传输数据。

结论
本文首先考虑了无线传感器网络中存在的一些问题，如传输数据的误差和节点的能量消耗。对整机性能、功耗和硬件要求进行了详细的描述，并对前期工作进行了比较。本设计采用了VHDL编码的低功耗传感器节点，并采用了睡眠调度算法。在这种处理速度是非常高的电路复杂性。耗电量约为13兆瓦。网络设计高效的数据位输出使用最小的冗余检测和纠正数据中的错误。此外，通过降低处理能力，可以降低网络中错误检测所消耗的计算能量。在本文中，我们利用这些优点在无线传感器网络中进行错误检测和纠错

参考文献
  1. 赵志强，刘志强，刘志强，等。无线传感器网络中低功耗传感器节点处理器的实现及其Vlsi实现。2014
  2. 叶峰，钟国光，卢树林，张立林，一种基于传感器网络的鲁棒节能协议，计算机工程学报，2003。
  3. 苏伟，张建军，张建军，张建军，无线传感器网络研究进展，计算机科学，2002。
  4. 叶福峰，卢树林，张磊，梯度广播:一种稳健的、长寿命的大型传感器网络，技术报告，http://irl.cs.ucla.edu/papers/grabtech-报告，ps, 2001。
  5. 田志强，陈志强，陈志强，一种大型无线传感器网络的节点调度方法，无线传感器网络与应用国际学术研讨会论文集，2002。
  6. 王磊，肖宇，传感器网络中节能调度机制的研究，移动网络应用，第11卷，第5期，第723 - 740页，2006年10月。
  7. 范德杜姆，B。卡维拉斯，W和兰根登。一种用于868mhz频段的低成本唤醒无线电样机。Journal of sensor Networks,Inderscience vol.5,no.1,pp.22-32.2009.
  8. AkiHopponen，“无线传感器网络的低功耗设计”，springer,2012。
全球科技峰会