無線傳感器

3、硬件與軟件平臺。房主還可以使用無線空氣傳感器來檢測空氣中的有害氣體，如壹氧化碳。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展很大層度上取決于能否研制和開發(fā)出適用傳感器網(wǎng)絡(luò)的低成本、低功耗的硬件和軟件平臺。目前，主流低功耗傳感器硬件和軟件平臺都采用了低功耗電路與系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)和功耗管理技術(shù)，這些平臺的出現(xiàn)促進(jìn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展。傳感器節(jié)點硬件平臺可分為3類：增強(qiáng)型通用個人計算機(jī)、專用傳感器節(jié)點和基于片上系統(tǒng)的傳感器節(jié)點。軟件平臺，典型軟件平臺包括：TinyOS、nesC、TinyGALS等。

無線振動傳感器

工作在授權(quán)頻段的窄帶物聯(lián)網(wǎng)NB-IOT(Narrow Band Internet of Things)技術(shù)和非授權(quán)頻段LoRa(Long Range)技術(shù)，是LPWAN的典型代表。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)是目前世界上比較先進(jìn)的設(shè)備維護(hù)手段之一。NB-IoT技術(shù)構(gòu)建于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)。LoRa技術(shù)得益于其免費(fèi)頻段的自組網(wǎng)優(yōu)勢，可以由用戶自行架設(shè)到環(huán)境惡劣、偏遠(yuǎn)等信號盲區(qū)，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的無線專網(wǎng)覆蓋。在低功耗物聯(lián)網(wǎng)中，首先需要面對的是如何評估無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對監(jiān)控區(qū)域的覆蓋性能，即如何評估或判定當(dāng)前監(jiān)控區(qū)域的覆蓋情況。本文給出以LoRa為代表的LPWAN技術(shù)，提出基于該技術(shù)實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能評估。通過對相關(guān)模擬仿l真軟件比較和分析，得出LoRaSim所模擬的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃更符合實際場景中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸。LoRaSim通過數(shù)據(jù)包接收率、數(shù)據(jù)包碰撞率、網(wǎng)絡(luò)能量消耗參數(shù)等，對網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能進(jìn)行評判。

LoRa振動傳感器

基于TDOA的LoRa定位

依據(jù)LoRaWAN協(xié)議的功耗低、覆蓋范圍廣的特點，LoRa定位適用于追宗移動響應(yīng)慢、低頻的目標(biāo)，不適用于實時、高頻移動的跟蹤。微機(jī)電系統(tǒng)的優(yōu)點是：體積小、重量輕、功耗低、耐用性好、價格低廉、性能穩(wěn)定等。當(dāng)3個及3個以上基l站同時接收到某一個LoRa終端的LoRaWAN幀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)時，終端的位置信息可以通過TDOA技術(shù)得到。

LoRa終端定位不需要額外的硬件支撐，但基l站之間需要準(zhǔn)確的時間同步。TOA則通過測量無線傳播信號在兩點間的傳播時間乘以傳播速度得到距離。每個被接收到的上行數(shù)據(jù)幀會獲得一個準(zhǔn)確的時間戳，作為數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的一部分被轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器將對同一個數(shù)據(jù)幀的多個接收進(jìn)行排序，將所有包含該數(shù)據(jù)幀時間戳的元數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，并從定位解算器請求一個定位計算。在一個給定的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)中，基本的定位解算函數(shù)將計算不同基l站接收的時間差，然后通過這個時間差測算終端到不同基l站的距離。基于TDOA的算法有很多，主要包括Chan算法、Taylor算法和Fang算法。

基于TDOA的Taylor級數(shù)展開算法。網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包獲取率、數(shù)據(jù)包碰撞率、網(wǎng)絡(luò)能量消耗的變化較小，網(wǎng)絡(luò)性能較好。Taylor級數(shù)展開算法是一種遞歸算法，在每一次遞歸中通過求解TDOA測量誤差的局部蕞小二乘解，改進(jìn)對信號源的估計位置。Taylor級數(shù)展開法通常具有較好的定位性能，但需要遞歸求解，計算量相對較大。在基l站排列不是標(biāo)準(zhǔn)排列時，算法很難保證收斂。基于TDOA的Fang算法。利用傳感器得到的TDOA測量值直接估算標(biāo)簽位置，算法計算量小，在視距條件下有著很高定位準(zhǔn)確度。