基于无线传感网的室内人员无源感知的研究

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在如今信息化社会中,无线传感器网络在信息采集和传输方面的作用举足轻重,大大延伸了人们感知外部世界的触角。无线传感器网络综合了无线通信技术、嵌入式计算机技术、微机电技术、分布式计算理论等先进技术,是一个跨越多种学科的热点研究领域,也是信息科学中一个全新发展方向。尤其随着物联网概念的提出,作为其底层感知实现重要部分的无线传感器网络将得到巨大发展和应用。通常利用无线传感器网络进行无源感知是直接对被测对象本身或环境的各项物理属性,如压力、温度、光照强度、声音等进行监测,但常用的传感器总有其应用限制,如在安防领域中,摄像头对光照强度变化敏感,光线变暗会降低识别率,另外要求摄像头与被测目标间不能存在障碍物,不能存在死角和盲区。而利用无线传感器本身发送的射频信号可以克服以上劣势,它对环境变化抗性强,又能穿越非金属障碍物,感知空间和适用性大大提高,在安防、紧急救援、智能监控等领域应用前景广泛。基于无线传感器网络的射频信号进行室内人员的无源感知,实则利用了人体对无线信号链路的影响,当人置身于节点形成的链路网格中时,必将破坏原来的无线信道,其结果是链路信号接收强度(Received Signal Strength Indication,RSSI)发生变化,本文通过分析这种变化达到感知目的。为此,本文先对室内无线环境进行考察,了解了室内无线信道特征,然后对室内无线传播功率损耗进行了理论分析,解释了人员对视距链路遮挡和对非视距链路扰动导致信号功率衰减和波动的现象,并对此做了实验验证。在理论支持下,设计了基于无线传感网的无源感知模型,提出了RSSI采集的环协机制,并从人员进入监测区域后静止和运动两种情形分析了其对感知模型内RSSI产生的影响,给出了相应的感知方法,使用神经网络原理训练系统智能感知能力,并用Matlab仿真。最后利用CC2530设计了无线传感器节点,完成硬件平台构建和软件编写,在相对理想环境下对模型和算法进行了实测和分析。
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