IEEE 802.15.4中信道利用率的分析与改进

在分析IEEE 802.15.4网络中为时延敏感应用提供的保护时隙(GTS)分配策略后,指出GTS分配中信道利用率低等不足。为此,对IEEE 802.15.4中的GTS进行改进。将GTS时隙再次划分为微时隙,与标准GTS申请命令不同,节点无须指定所需的GTS长度,而是提供需要发送的数据数量和数据长度,通过协调节点来决定所分配的GTS长度。仿真实验结果表明,改进后协议能提高信道利用率和网络吞吐量。     

民航桥载设备运行监测网络吞吐量优化设计

民航桥载设备(包括桥载电源和桥载空调)运行监测网络辅助采用物联感知网IOT(Internet of Things)对影响航空安全的桥载设备工作参数和状态进行采集和传输。对于重要数据的低时延传输要求,采用保证时隙GTS(Guaranteed Time Slot)机制保障传输实时性。但在利用GTS传输用户数据过程中存在不同程度的GTS时长浪费、网络带宽利用率低和吞吐量小等问题。针对这些问题,采取对时隙进行细分且利用背包问题的求解方法对GTS申请进行合理响应,使得GTS带宽得到更好地利用,同时提高GTS时段内的吞吐量。仿真结果表明,采取时隙细分且按背包问题求解GTS的分配策略,在保证网络原有的竞争访问时长、低时延和低功耗性能的情况下,提高GTS网络带宽利用率和网络吞吐量。     

基于IEEE802.15.4的GTS调度算法优化

针对实时无线传感器网络(WSNs)系统对时延敏感的特点,对目前典型的IEEE802.15.4标准中保障时隙(GTS)调度算法进行了改进,提出一种基于时延优先级的GTS分配算法.根据网络微积分原理评估时延约束条件及GTS分配数目,按照优先级顺序响应GTS请求,并动态调整GTS中的时隙数量,确保实时传输和带宽利用率.通过在...     

IEEE 802.15.4 MAC协议能耗与时延均衡的GTS调度新算法设计

简述了IEEE 802.15.4 MAC协议中超帧结构和保护时隙(GTS)分配机制,分析了星状网络中信标使能模式下设备节点利用GTS方式通信时超帧结构中各参数对能耗与时延性能的影响.在此基础上设计了一种GTS调度新算法,该调度算法对时延期限小的节点优先进行GTS分配并在满足其时延要求情况下,根据业务量调节超帧结构中的超帧序号SO与信标序号BO,使设备节点能耗降到最低,从而实现星状网络中各节点的能耗与时延均衡,并用NS2仿真评估了调度新算法性能,其研究可为无线传感网络的实时应用系统提供参考价值.     

基于IEEE 802.15.4民航地面设备监控网络时延优化

机场地面设备(包括地面电源和地面空调)计量系统利用IEEE 802.15.4协议无线传感器网络WSN对地面设备的许多参数进行监测,这些数据因采集的位置不同,其重要性也不同,对实时传输和大量数据快速传输上有不同的等级要求。利用IEEE802.15.4 GTS机制,在原有的先来先服务FCFS算法的基础上,在PAN节点维护GTS请求队列,对GTS分配采取按终端节点数据重要性进行优先级抢占分配GTS,同时针对GTS请求和GTS响应的特点,对GTS Allocate请求采取保留的方式,直至GTS Deallocate到来,以保证重要数据的优先传输。仿真结果表明,采用GTS优先级调节和GTS请求保留相对于FCFS算法在数据传输快速性能上有明显的提升。     

多节点共享保障时隙分配策略

在现代工业无线网络中,IEEE 802.15.4标准以其独特的低功耗、低成本特点被广泛应用。IEEE 802.15.4可以提供最低0.006%的占空比,最大限度降低功耗,同时提供的保障时隙GTS机制为节点提供了实时服务保障。然而,在为大规模节点提供保障时,IEEE 802.15.4提供的GTS机制缺乏灵活性,只能为有限节点提供实时保障服务。本文针对这一问题提出一种多节点共享保障时隙分配策略,允许多个数据流在满足延迟需求前提下,共享同一个GTS减少带宽浪费。分析表明,多节点共享的保障时隙分配策略与普通分配方法相比,可有效提高带宽利用率。     

基于IEEE 8021.54.的工业无线网实时性改进方法

在面向工业自动化的无线传感网络应用中,实时性是一个非常重要的议题。而在诸多标准当中,IEEE802.15.4在工业无线传感网中有巨大的发展潜力。本文分析了现有的IEEE802.15.4的保证时隙(GTS)在工业应用中实时性方面存在的不足,结合工业应用各类业务的需求,对GTS的调度方法、发布方法进行了相应的改进。     

基于ZigBee环境监控系统的MAC协议研究

针对环境污染监控系统数据量小、时间间隔长、周期性等缺点,改进IEEE 802.15.4MAC层规范,提出适合环境监测系统的协议emMAC,协议使用MAC层帧的保留位,保持帧长和格式不变,将GTS时隙进行再细分,最多可分为112个时隙,可为每个节点分配一个时隙进行CFP访问,并为提高QoS加入预警发送机制。emMAC保持了与IEEE802.15.4的兼容,通过使用omnet++4.1分析与仿真表明,协议有效的避免了信道冲撞,减少能耗,延长了网络寿命,性能优于802.15.4协议。     

面向实时WSN的GTS机制性能分析与研究

在无线传感器网络(WSN)的研究领域,实时性应用是一个在近年来受到人们广泛关注的课题。在详细分析IEEE802.15.4通信协议超帧结构和GTS机制的基础上,利用OPNET仿真软件,针对实时性的应用要求,重点分析模拟了延时上限这个参数,通过分析实验数据,得到了WSN应用下的较合理GTS参数配置方法,为实时网络应用提供了可行的理论参考。     

基于OPNET的无线传感器网络MAC协议研究

在无线传感器网络中,MAC协议是网络高效通信的重要保证。本文利用OPNET仿真平台,对低速无线个域网(LR-WPAN)中IEEE802.15.4的MAC协议的超帧结构和时隙保障(GTS)机制进行研究。仿真实验中构建了小型星型网络,能更清楚地反映网络中的平均能量消耗情况,并通过设置不同的仿真场景,说明了GTS机制能有效节省电源能量,为大型无线传感器网络的设计提供了重要依据。     

支持异构数据通信的IEEE 802.15.4实时带宽分配算法

IEEE 802.15.4协议的GTS分配机制能够支持实时和延迟约束的应用,目前已经应用于医疗健康、工业控制和楼宇自动化等物联网领域。但是,在高速实时异构数据传输应用中仍然存在局限性,它不能解决多于7个设备需要实时服务、时延约束小于超帧长度以及不同周期异构数据传输等问题。为了摆脱这些限制,提出一种新的支持异构数据通信的IEEE 802.15.4实时带宽分配算法,其根据不同周期任务的数据传输信息,调整部分传输任务的发送时间。性能分析显示,该算法可以严格遵循时延约束条件,满足异构数据通信,提高带宽利用率,提升整个网络的性能。     

应用于桥梁监控的无线传感器网络MAC协议

为保证监控桥梁任务的实时性,提出了一种多优先级多信道的无线传感器网络MAC(MPMC-MAC)协议。MPMC-MAC协议结合节点接收的数据类型和节点发送信息频率为其分配优先级,再根据优先级及信道状况对节点进行信道分配,以确保优先级高的节点优先发送数据。当信道冲突或节点通信受到干扰导致信息需要重传时,采用信道再分配技术。该技术主要根据节点的优先级、节点的剩余能量及其重传次数重新对节点分配信道,保证了信道分配的公平性。另外,该协议通过动态调整节点的活跃周期和睡眠周期的时长以节省能量,并减少传播时延。仿真结果表明,MPMC-MAC协议在网络吞吐量、平均传播时延以及节点的能量消耗等性能方面均优于Hybrid MAC(HyMAC)、Zebra MAC(ZMAC)及IEEE802.15.4 MAC协议。     

面向人体生理信号监测的无线个域网的研究

针对医疗保健领域人体生理监护需要，提出基于IEEE 802．15．4的人体生理信号监测无线个域网（Physiological Monitoring-Wireless Personal Area Network，PM-WPAN），在人体范围内采集、传输各种基本生理信号。该低速、低复杂度无线网络具有高可靠性、低成本和低功耗的特点。设计了PM-WPAN传感节点部署、工作频段、拓扑结构、媒体访问模式等相关网络通信机制。通过网络仿真对其吞吐量、延迟和丢包等性能进行了研究，证明该PM-WPAN能够满足生理监护需要。     

IEEE 802.15.4 MAC协议退避机制的改进

考虑节点移动且数据传输率不断变化对网络性能的影响,针对IEEE802.15.4提出了一种网络负荷概率判断和指数加权滑动平均(PJNL_EWMA) 的退避策略,在每次载波监听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）算法开始时采用网络负荷概率判断思想判定当前网络状况,然后通过指数加权滑动平均方法动态地调整退避指数。通过NS2的仿真结果表明：与IEEE802.15.4标准协议算法及MBS+EWMA算法相比,PJNL_EWMA算法不仅提高了网络吞吐量,同时还减小了数据包的丢包率和碰撞概率,提高了网络性能。     

基于ABE算法的2.4GHz IEEE 802.15.4网络模拟研究

针对IEEE 802.15.4网络的MAC层采用基于时隙的CSMA/CA标准算法可能引发数据封包碰撞和网络拥塞的问题,参考ABE算法对标准算法进行了改进,并采用NS-2网络模拟软件对基于时隙的CSMA/CA标准算法与ABE算法对2.4 GHz频段上的IEEE802.15.4星型网络性能进行了模拟实验。结果表明,基于ABE算法的2.4 GHz IEEE 802.15.4网络在网络吞吐量、数据封包成功传输率、网络公平性、LQI类型封包遗失数量等方面的性能都得到了有效提升。     

Mutual interference analysis of IEEE 802.15.4 and IEEE 802.11b

IEEE 802.15.4 and IEEE 802.11b, operating in the 2.4 GHz unlicensed industrial scientific medical (ISM) frequency band, may lead to signal interference and result in significant performance degradation when devices are collocated in the same environment. The main goal of this paper is to evaluate the effect of mutual interference on the performance of IEEE 802.15.4 and IEEE 802.11b systems. An analytic model for interference between IEEE 802.15.4 and IEEE 802.11b is suggested. The packet error rate (PER), transmission delay, and throughput are evaluated for IEEE 802.15.4 and IEEE 802.11b. The power spectral density of the IEEE 802.11b is considered in order to determine in-band interference power of the IEEE 802.11b to the IEEE 802.15.4. The simulation results by OPNET are shown to validate the numerical analysis.