基于服务质量的无线传感器网络MAC协议模型研究

无线传感器网络高性能通信要求MAC协议具有服务质量(QoS)保障功能,以满足数据传输实时性和可靠性需求。针对通过增加额外通信开销实现MAC协议QoS功能所导致传输性能降低的问题,提出一种基于分类优先不公平信道竞争访问的UC-MAC协议,通过节点状态、信道状态和网络状态分析,建立MAC协议多优先数据传输性能分析数学建模,并仿真验证了UC-MAC协议的QoS保障功能和数学模型的准确性。与其他MAC协议对比仿真测试结果表明,UC-MAC协议不改变IEEE802.15.4标准信道访问方式,不增加任何额外通信开销,在网络的吞吐性能和QoS功能两个方面同时得到提升。     

智能配电网无线传感器网络数据通信的QoS-MAC层模型

根据中国电力工业通信规范对配电网通信数据的要求,研究了一种在IEEE 802.15.4标准媒体访问控制(MAC)层协议中引入服务质量(QoS)支持的信道访问机制QoS-MAC模型。通过将配电网遥信、遥控、遥测三类通信数据分为3种优先等级的传输数据,建立节点内三级数据缓冲队列状态的马尔可夫链模型。依据该模型建立了每个节点的信道访问冲突模型、不同优先级数据网络有效吞吐率模型、传输延时模型、节点的无线信道冲撞率模型。通过仿真实验研究,衡量配电网无线传感器网络数据通信的性能。在不同的配电网数据产生率的情况下仿真实验结果表明,所提出的方法可为基于无线传感器网络的配电网数据通信提供有效的QoS保障。     

矿井无线传感器网络高效MAC协议研究

针对矿山井下巷道容迟无线传感器网络环境,在EQ-MAC基础上提出一种基于预测接收节点发起传输时间的MAC协议,从而减少发送节点空闲侦听。引入短竞争报文避免接收节点处数据包的冲突,并建立节点退避状态模型对MAC层传输性能进行分析。仿真结果表明提出的MAC协议能较好的满足井下无线传感器网络环境对数据通信和监控可靠性的要求,短竞争报文退避传输机制能有效解决接收节点处数据包传输冲突问题。     

基于QoS的变电站设备无线监测网络拓扑研究

随着无线传感器网络在智能变电站不同业务应用中的深化,网络的高数据率传输和网络的服务质量（qual-ity of service,QoS）问题成为无线传感器网络（wireless sensor network,WSN）的新热点。针对智能变电站的设备状态监测应用,利用无线传感器网络技术,建立分簇的三层智能变电站设备无线监测网络结构;参考 Zigbee协议和 IEC 61850报文规定,对监测网络数据流进行建模;从用户感知 QoS、网络 QoS 和节点 QoS 三个方面,结合Opnet仿真功能,提出包括端到端时延、MAC层时延、MAC层吞吐率、MAC层丢包率、数据碰撞、丢包率、比特误码率、信噪比和接收功率的QoS指标。根据实际变电站设备监测配置,建立起仿真网络模型,仿真研究表明相比于树状拓扑、Mesh拓扑网络,设计的簇状拓扑网络具有更好的QoS综合性能。     

基于马尔科夫链的模糊认知图在智能配电网WSN通信QoS优化研究

根据配电网系统结构、设备分布特点,针对电力工业配电网数据通信规范对WSN的要求,研究了一种基于模糊认知图理论和马尔科夫链建立智能配电网WSN数据传输模型。定性分析了影响网络数据传输性能指标的主要因素,构造了模糊认知图模型所包含的五类概念顶点集合。利用马尔科夫链建立了配电网节点数据缓冲队列模型,给出了节点竞争信道状态概率的计算分析方法。在不同的配电网数据产生率下对模型进行仿真实验研究,结果表明,高优先级的通信数据有较低的传输延迟和较高的有效吞吐率、可靠性,所提出的方法可为配电网WSN数据通信提供Qo S保障。     

基于蛛网的新型电力线通信组网算法及通信协议

针对低压电力线载波通信可靠性低的问题,提出了人工蛛网通信网络模型,并建立了相应的数学模型。将三相配电网的MAC层转化成由多个人工蛛网组成的逻辑拓扑。详细叙述了组网过程,提出了中心节点选取算法,制定了自动路由协议。以两状态马尔科夫模型表征用户终端的工作状态,模拟实际中由于信道变化产生的终端节点通信失效。针对数据冲突率、通信流量、链路利用率等方面进行建模仿真对比实验,仿真结果表明新的组网方式及路由协议在提高电力线载波通信可靠性方面具有较大优势。     

基于蛛网的新型电力线通信组网算法及通信协议EI北大核心CSCD

针对低压电力线载波通信可靠性低的问题,提出了人工蛛网通信网络模型,并建立了相应的数学模型。将三相配电网的MAC层转化成由多个人工蛛网组成的逻辑拓扑。详细叙述了组网过程,提出了中心节点选取算法,制定了自动路由协议。以两状态马尔科夫模型表征用户终端的工作状态,模拟实际中由于信道变化产生的终端节点通信失效。针对数据冲突率、通信流量、链路利用率等方面进行建模仿真对比实验,仿真结果表明新的组网方式及路由协议在提高电力线载波通信可靠性方面具有较大优势。     

智能配电网无线传感器通信网络的跨层协作控制

为提高智能配电网无线传感器网络通信的实时性和可靠性,提出一种堆栈协议层之间跨层协作的控制模型。以无线传感器网络节点内各个影响因素为概念节点,建立起节点内模糊认知图结构模型,利用隶属关系确定该模型内概念节点之间的影响程度,进而建立整个通信系统的跨层控制模型。控制模型根据网络电力数据的通信状态,通过自学习和训练方法获得各个协议层参数之间的影响权重,实时调整物理层、MAC层、传输层参数以及路由策略相互协作,来保证数据通信的实时性和可靠性。最后对系统的网络接收的数据量、节点队列传输数据的平均延时以及网络的吞吐量等指标进行测试。结果表明,所提出的基于模糊认知图的无线传感器网络跨层协作控制方案符合智能配电网无线传感器网络通信特征,并能够满足其通信实时性与可靠性的需求。     

基于长链树状无线传感器网络实现输电线路在线监测数据传输

为解决用于输电线路监测的长链树状ZigBee无线传感器网络中汇聚(Sink)节点附近的漏斗效应问题,提出一种基于地理位置的多Sink节点协作机制,采用多个邻近部署网络的Sink节点协作传输来解决网络瓶颈问题;在此基础上,采用信道调整以控制节点度的方法来解决因提升传感器节点发射功率所带来的节点间信道竞争激烈和数据传输时延大等问题。对所提出的方法进行了分析和实验仿真,结果证明该方法很好地解决了Sink节点的漏斗效应,并且获得了良好的实时性。     

智能配电网通信无线传感器网络QoS建模

根据配电网系统结构和设备分布特点,给出了一种基于无线传感器网络（WSN）的配电网监测数据通信网络架构。针对电力工业通信规范对WSN的要求,建立了基于IEEE 802.15.4标准媒体访问控制（MAC）层协议并引入服务质量（QoS）的QoS-MAC模型,给出了配电网监测节点数据缓冲队列马尔可夫链模型和各节点竞争信道状态概...     

Energy Efficient Medium Access Protocol for Wireless Medical Body Area Sensor Networks

This paper presents a novel energy-efficient MAC Protocol designed specifically for wireless body area sensor networks (WBASN) focused towards pervasive healthcare applications. Wireless body area networks consist of wireless sensor nodes attached to the human body to monitor vital signs such as body temperature, activity or heart-rate. The network adopts a master-slave architecture, where the body-worn slave node periodically sends sensor readings to a central master node. Unlike traditional peer-to-peer wireless sensor networks, the nodes in this biomedical WBASN are not deployed in an ad hoc fashion. Joining a network is centrally managed and all communications are single-hop. To reduce energy consumption, all the sensor nodes are in standby or sleep mode until the centrally assigned time slot. Once a node has joined a network, there is no possibility of collision within a cluster as all communication is initiated by the central node and is addressed uniquely to a slave node. To avoid collisions with nearby transmitters, a clear channel assessment algorithm based on standard listen-before-transmit (LBT) is used. To handle time slot overlaps, the novel concept of a wakeup fallback time is introduced. Using single-hop communication and centrally controlled sleep/wakeup times leads to significant energy reductions for this application compared to more “flexible” network MAC protocols such as 802.11 or Zigbee. As duty cycle is reduced, the overall power consumption approaches the standby power. The protocol is implemented in hardware as part of the Sensium™ system-on-chip WBASN ASIC, in a 0.13- $mu{hbox {m}}$ CMOS process.      

无线传感器网络中一种能量有效的混合式拓扑控制算法

与AdHoc网络不同,无线传感器网络以降低节点的能耗作为首要的设计目标.针对节点能量有限的特点,提出一种能量有效的混合式拓扑控制算法--EAHTC算法.该算法优先选择剩余能量高的节点担任簇头节点,而且算法采用局部信息,动态调节节点通信范围,改变一跳可达邻居数量,从而减轻MAC层负担达到节能的目的.同时在网络运行过程中,算法通过周期性重新选举簇头,减小并均衡网络中节点的能耗,从而进一步延长了网络的生存期.仿真结果验证了该算法的有效性.     

面向协作通信的忙音信道接入机制

与传统无线传输相比,虽然协作中继节点的参与可以大大提高无线网络性能,然而协作中继会带来严重的信道竞争问题,这给协作通信环境中的信道访问控制带来挑战。为了解决这个问题,提出一种RTS/CTS(Request To Send/Clear To Send)与忙音结合的MAC(media access control)信道接入方案。该方案使用3个忙音来标识信道的使用状态,并解决协作通信中的隐藏终端和暴露终端问题。基于忙音信号,还提出了一种带宽节俭的协作节点选择算法。通过侦听忙音信号,源节点可分布式地选择最优的协作节点。理论分析和仿真实验表明所提方案能有效地提高协作通信中的信道利用率,很好地解决了协作通信中的隐藏终端暴露终端问题。在数据包大小超过3 500 B时,本协议中暴露终端受传输节点阻塞的时间不到整个传输时间的10%。     

基于压缩感知的特高压输电塔实时监测系统数据传输方法研究

特高压输电塔形成的强电磁场干扰及所处的野外恶劣自然环境严重影响无线传感器网络的数据传输质量,造成了无线传感网络通信数据溢出、误码率增加等问题,文章以基于无线传感器网络构建的特高压输电塔实时监测系统为基础,对无线传感器网络在强电磁环境下的通信特性进行了研究,提出了一种基于压缩感知理论的低信噪比信道编码传输方法（ LSCC ）,该方法对测量矩阵进行了改进,并在信道删除概率的基础上自适应调整信息发送的比特量,减少重构所需测量值个数。实验验证表明,低信噪比信道编码传输方法降低了特高压输电塔强电磁场引起的信道干扰带来的数据溢出率11．29％,有效地增强了输电塔监测系统的实际应用性能。     

微功率无线通信测试技术研究

针对微功率无线通信技术在用电信息采集系统应用中存在的协议一致性不统一、射频性能指标超限、互联互通效果较差等问题,开展了完整的微功率无线通信测试技术研究。在协议一致性测试中,按照物理层、MAC层、网络层、应用层的顺序分层解析并判定报文字段;在性能一致性测试中,阐释了微功率无线通信发射机及接收机性能测试方法;在互操作性测试中,论述了如何在实际环境中验证不同微功率无线通信产品之间的兼容性和互联互通效果。     

电力线通信MAC层综述

一个完整的电力线通信收发器是由物理层、介质访问控制层、逻辑链路层等构成。其中,介质访问控制层(MAC层)主要完成收发器间链路的建立和维护、确认帧的发送和接收、信道的接入控制等功能。这些功能的实现在收发器通信中起着重要作用。文章总结了目前国际上主要电力线通信标准MAC层的基本定义、作用机制、国内外研究动态及发展趋势。这些标准分别定义了不同电力线通信MAC层的技术规范。为了更加深入地了解电力线通信标准性能上的特点,文章对国际上主流标准的MAC层技术规范做出整体分析,并展望MAC层技术的未来研究方向。     

基于最佳数据包长度的MAC机制在无线Mesh网中的应用

MAC协议是无线Mesh网络中的一个重要研究领域.无线通信环境中存在着各种干扰,当发送的数据包受到干扰而不能被正确接收时,MAC协议要求发送端重传该数据包.传统的IEEE 802.11协议在物理层中提供了多种数据速率,如IEEE 802.11b协议中数据以1,2,5.5,11 Mbit/s传送.提出了一种根据信道条件和传输速率,自适应选取最佳数据包长度,并利用RBAR和OAR方式工作的MAC方法--DSAOAR.仿真结果表明,新的机制可以极大地改善网络性能,提高通信质量.     

A novel distributed algorithm for media access control address assignment in wireless sensor networks

This paper presents a novel distributed media access control (MAC) address assignment algorithm, namely virtual grid spatial reusing (VGSR), for wireless sensor networks, which reduces the size of the MAC address efficiently on the basis of both the spatial reuse of MAC address and the mapping of geographical position. By adjusting the communication range of sensor nodes, VGSR algorithm can minimize the size of MAC address and meanwhile guarantee the connectivity of the sensor network. Theoretical analysis and experimental results show that VGSR algorithm is not only of low energy cost, but also scales well with the network size, with its performance superior to that of other existing algorithms. __________ Translated from Journal of Xidian University, 2006, 33(5): 716–720 [译自: 西安电子科技大学学报 (自然科学版)]