自适应退避调整介质访问控制算法的优化研究

在无线传感网中,为了使整个网络持续高效地工作,需要降低节点能耗、减少网络时延以及提高网络吞吐量。为此,提出一种自适应退避调整消息认证码算法,每个节点根据当前网络状态采用一个固定传输尝试率并且动态调整其退避窗口大小,从而对成功传输一帧长度的时隙进行调整。仿真结果表明,与基于模型的帧调度算法和渐近最佳退避算法相比,提出的算法可有效减少网络时延,提高网络吞吐量。     

MIMO链路ad hoc网络传输调度算法

针对MIMO链路ad hoc网络中已有传输调度算法未充分利用MIMO空间复用能力的问题,提出了一种新的传输调度算法.该算法通过考虑MIMO的多流接收能力而有效地减小了调度帧长,通过合理安排节点分配顺序使得节点分配的数据流比较平均,同时,该算法通过允许节点发送多个数据流而高效利用了MIMO的空间复用能力.推导分析了传输调度算法的通过量和时延性能,结果表明,与已有算法相比,采用文中算法可以提高网络的通过量,减小网络的平均时延和最大时延.     

无线簇树网下的GTS时隙调度算法

研究了无线传感器网络簇树结构下的超帧调度机制,针对无线簇树网络中的通信冲突和暴露节点问题展开研究,提出了一套分析理论和判定准则,并在此基础上给出了一种基于区分服务的GTS统筹调度算法。利用NS2软件进行仿真实验,结果表明：算法能够充分利用信道,合理分配时隙,避免不必要的通信冲突,在提高吞吐率、减少丢包率和稳定网络时延方面都具有明显的效果。     

基于IEEE 802.15.4的无线传感器网络性能分析*

通过将IEEE 802.15.4标准中的超帧与无线传感器网络的LEACH协议结合,在星型网络拓扑下,网络节点通过申请超帧中的GTS来进行无冲突的数据通信,对使用GTS传输数据的这一过程进行了研究,从理论上分析了无线传感器网络的网络性能.仿真结果说明了网络控制参数对网络性能的影响,为今后无线传感器网络应用中的参数配置提供了一定的理论基础.     

无线HART网络节点变速率资源调度算法实现

无线HART网络的资源调度是通过对超帧的资源分配来实现。目前无线HART网络的资源调度算法研究主要应用于节点更新速率固定的场合。将超帧分为数据超帧和管理超帧,提出了一种针对于节点变速率上传数据的数据超帧分配算法,同时根据数据超帧上行数据特性,在超帧中均匀分配时隙,提出了一种提高抗扰性的数据超帧分配算法。实验结果表明,算法解决了无线HART网络变速率节点的资源分配问题,并提高了端对端数据传输的抗扰性。     

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...     

改进的无线传感器网络覆盖区域节点调度算法

节能覆盖对于提高无线传感器网络的性能有着重要的意义.针对当前传感器网络的算法中存在的热区问题,提出一种在传感器网络非均匀分布部署下的基于能量预测的节点覆盖调度算法.该算法首先对网络中的节点进行非均匀部署,离基站距离较近区域部署的节点密度较大,而较远的密度小,然后综合考虑节点覆盖效率和能量消耗进行节点调度,从而使能量消耗更加均衡,最后对该算法进行了仿真实验和性能分析.仿真结果表明与当前经典的覆盖节点调度算法相比,该算法提高网络覆盖率、降低了网络能耗,且网络生命周期也相应的延长,能够保证网络内大多数节点达到能耗均衡.     

基于分布式邻居发现机制的ZigBee网络能耗研究

ZigBee是一种基于IEEE 802.15.4标准的适用于短距离、低功耗和低数据传输率的无线网络技术。ZigBee网络的节点电池能量的有效利用能延长其网络生命周期。采用分布式邻居发现机制研究了ZigBee网络能耗。该机制使得ZigBee网络中的节点在其可访问的区域内及时发现邻居节点,通过分析和定义3种分布式邻居发现算法下ZigBee节点在整个发现过程中所需要的平均帧数,提出了ZigBee网络能耗模型,对ZigBee网络设备在3种分布式邻居发现算法下的能耗进行了详细分析并得出能耗表达式。在仿真实验中比较了ZigBee网络节点和邻居节点在不同算法下的工作循环模式和连续模式下设备的能耗,结果表明对于基于分布式邻居发现机制算法的ZigBee网络能耗,当帧时隙数较小时,选择争用树算法能获得较好的节能效果;当帧时隙数较大时,选择无反馈帧时隙算法或有反馈帧时隙算法则可减少节点能耗以延长ZigBee网络的生命周期。     

IEEE802.15.4多时隙下GTS性能分析及配置优化

IEEE802.15.4标准的保障时隙(GTS)机制可分配多个时隙,用于保障实时性数据的传输。针对非竞争接入期多时隙下GTS性能分析的不足,利用网络微积分法分析时延和吞吐量服务曲线及其与能耗的关系,改进IEEE802.15.4传感器节点模型,建模仿真研究GTS参数对网络性能(时延、吞吐量及能耗)的影响。仿真结果表明：根据高低突发性数据率的情况,最优化配置下的GTS可以满足实时性数据的传输。     

一种基于空间相关性的WSNs节点睡眠调度算法

在传感器节点高密度分布的无线传感器网络(WSNs)中,往往面临着节点能耗和网络拥塞两大问题.针对这两大问题,提出了一种基于空间相关性的节点睡眠调度算法(SCASS).该算法使用空间相关性和节点剩余能量组合成权值函数来选择最优节点作为监测区域的代表节点进行数据采集,未被选中的节点则处于睡眠状态.实验仿真表明:与现有算法相比,该算法在节点能耗、网络寿命、数据传输时延方面都有显著的改善.     

基于IEEE 802.15.4协议GTS机制的实时控制系统研究

针对IEEE 802.15.4协议在实时控制领域的应用,分析了该协议的拓扑结构、超帧结构、同步机制等对控制系统设计的影响,指出为了获得确定性时延需采用信标模式下的GTS机制,得出最小的控制周期为15 ms;分析了时隙分配机制与控制节点的约束关系,给出了超帧中采样、控制量传递的时序关系;分析了诱导时延,得出同步前提下的最大诱导时延占控制周期的44％,并给出确保同步的最大有效载荷的计算公式;针对固定时延给出了一种控制量线性外推的控制策略补偿方法;最后通过对一阶倒立摆的控制仿真验证了该方法的有效性.     

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。     

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。     

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。     

An implicit GTS allocation mechanism in IEEE 802.15.4 for time-sensitive wireless sensor networks: theory and practice

Timeliness guarantee is an important feature of the recently standardized IEEE 802.15.4 protocol, turning it quite appealing for Wireless Sensor Network (WSN) applications under timing constraints. When operating in beacon-enabled mode, this protocol allows nodes with real-time requirements to allocate Guaranteed Time Slots (GTS) in the contention-free period. The protocol natively supports explicit GTS allocation, i.e. a node allocates a number of time slots in each superframe for exclusive use. The limitation of this explicit GTS allocation is that GTS resources may quickly disappear, since a maximum of seven GTSs can be allocated in each superframe, preventing other nodes to benefit from guaranteed service. Moreover, the GTS may be underutilized, resulting in wasted bandwidth. To overcome these limitations, this paper proposes i-GAME, an implicit GTS Allocation Mechanism in beacon-enabled IEEE 802.15.4 networks. The allocation is based on implicit GTS allocation requests, taking into account the traffic specifications and the delay requirements of the flows. The i-GAME approach enables the use of one GTS by multiple nodes, still guaranteeing that all their (delay, bandwidth) requirements are satisfied. For that purpose, we propose an admission control algorithm that enables to decide whether to accept a new GTS allocation request or not, based not only on the remaining time slots, but also on the traffic specifications of the flows, their delay requirements and the available bandwidth resources. We show that our approach improves the bandwidth utilization as compared to the native explicit allocation mechanism defined in the IEEE 802.15.4 standard. We also present some practical considerations for the implementation of i-GAME, ensuring backward compatibility with the IEEE 801.5.4 standard with only minor add-ons. Finally, an experimental evaluation on a real system that validates our theoretical analysis and demonstrates the implementation of i-GAME is also presented.     

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。     

太赫兹无线个域网高时隙利用率跨PAN数据传输协议

针对现有跨PAN数据传输机制存在的业务量分布不均衡造成的时隙浪费、协调超帧开始时刻不明确、超帧统一机制所需控制开销较大等问题,提出了一种高时隙利用率太赫兹无线个域网跨PAN数据传输机制HTSU-PAN（high time slot utilization cross PAN data transmission protocol for Terahertz wireless personal area network）。该协议通过采用隐式TDMA时隙分配、基于无beacon的空闲时段启用以及基于网桥节点超帧统一这三种新机制,有效提高时隙利用率,降低数据传输时延从而提升网络吞吐量。     

基于IEEE 802.15.6的无线体域网自适应MAC协议

针对无线体域网MAC协议自适应性不高且能效低的问题,提出一种基于IEEE 802.15.6的无线体域网自适应MAC协议（A-MAC）。对IEEE 802.15.6的超帧结构进行改进,竞争接入阶段和非竞争接入阶段的长度根据产生各优先级数据的节点所占的比例进行调整。竞争接入阶段又被划分为三个子阶段,子阶段的长度根据数据优先级情况进行动态调整。所有节点在竞争接入阶段按照信道接入策略竞争接入信道。最后仿真结果表明,在吞吐量、能耗和网络时延方面,使用A-MAC协议的网络性能明显优于使用IEEE 802.15.6 MAC和CA-MAC协议的网络性能。