一种应用于桥载设备监控网络CSMA/CA机制算法

在机场桥载设备在线监测管理网络的现场应用测试中,针对网络突发事件中高优先级节点传输延时长,节点能耗利用率低的问题,采用基于优先级调度策略思想的网络节点能量优化机制,对网络MAC层协议中的CSMA/CA算法参数做出调整,达到数据快速传输的目的,利用NS2软件进行网络仿真,结果表明该方法提高了高优先级节点的信道访问率,均衡了网络能耗并延长了网络生命周期.     

基于有序竞争的传感器网络MAC协议

在定向扩散路由无线传感器网络中,为减轻竞争型MAC协议CSMA/CD的碰撞冲突问题,以及减小MAC协议引入的时延,对CSMA/CD协议进行改进,提出基于定向扩散与有序竞争的传感器网络MAC协议,即CSMA/CD-DDOC,通过将同跳梯度层次内的转发节点进行分组后实施各分组对共享信道的有序竞争,减少同时争用信道的节点数目,以达到减少碰撞和减小时延的目的。理论分析和仿真结果表明,CSMA/CD-DDOC协议具有优于CSMA/CD协议的时延性能。     

6LoWPAN网络节点信道接入延时性能研究

为了优化6LoWPAN网络MAC协议性能,提出了一种基于饱和负载的时隙CSMA/CA机制的Markov链模型,并对协议主要网络参数进行了数学推导。基于该模型对节点平均接入延时及网络的信道接入概率等参数进行数值计算,重点分析了协议参数对网络延时性能的影响。数学分析表明,该模型较好地描述了基于饱和负载的IEEE 802.15.4 MAC协议的信道竞争接入机制,而合理的协议参数设置能够有效地改善网络节点平均信道接入延时性能。     

无线体域网高能效竞争接入机制研究

低能耗是无线体域网WBAN通信最重要的指标.构建了IEEE 802.15.6无线体域网CSMA/CA竞争接入的功耗模型,分析了用户优先级、MAC帧负荷尺寸和数据到达量对信道接入能耗的影响,提出了一种通过数据汇聚传输提高能量效率的增强型信道接入方法.仿真结果表明,在低业务量及混合业务场景下,所提方法能够显著减少信道接入的能量消耗.     

一种基于大规模网络分解和协调的WSNs MAC协议

针对树状拓扑的大规模传感器网络中存在的节点能量和传输效率问题,提出了一种基于大规模网络分解和协调的无线传感器网络(WSNs)MAC协议。该协议在路由信息的基础上对网络进行再一次分解,并采用了与之相适应的节点接入算法。实验结果表明:该协议总体能耗低、传达率高且具有一定的自适应性,同时网络时延并没有因为分层而增加。该协议对大规模无线传感器网络有良好的适用性。     

DLSOMAC:一个面向分布式无线链路调度技术的MAC协议

无线网络分布式链路调度技术通过发掘无线传输间的复用达到提高吞吐量的目的. 链路调度策略的形成需要节点间公平地交互含有如节点ID、队列长度等信息的短报文,并且这些短报文同步传输,导致信道拥挤.由于存在信道空闲侦听开销,在拥挤信道中频繁后退,以及隐藏终端和暴露终端的问题,传统的CSMA/CA (Carrier sense multiple access with collision avoidance)协议传输性能低下,难以为分布式无线链路调度技术服务. 针对链路调度策略形成期间报文短、信道拥挤以及公平性要求的挑战.提出了一个简单的随机MAC (Media access control)协议DLSOMAC (Distributed link scheduling oriented MAC). DLSOMAC协议没有信道侦听过程,以降低短报文的传输延迟开销;基于分布式息票收集算法,均匀分散传输时刻来降低冲撞概率和提高公平性,以满足分布式链路调度技术对MAC层的需求.用排队论分析了DLSOMAC的报文传输延迟性能.仿真实验表明, 在短报文情况下,无论网络负载轻重与否, DLSOMAC协议的报文传输延迟明显优于CSMA/CA,并且报文越短,性能相对越好.即使在长报文的情况下,当网络负载很重时, DLOSMAC协议也稍优于CSMA/CA协议,适合于为自组织网络的分布式链路调度技术服务.     

无线传感器网络中基于贝叶斯可变频的CSMA/CA算法研究

针对于在无线传感器网络中多个节点向Sink节点发送数据包造成的延时、丢包、碰撞检测、网络阻塞等问题,在802.15.4协议CSMA/CA算法的基础上提出了一种基于贝叶斯可变频的CSMA/CA算法(BVF-CSMA/CA)。该算法将贝叶斯估值得到的参数区间与CSMA/CA的碰撞检测机制相结合,使传感器节点发送的多数据包能正常与Sink节点实时通讯,采用这种算法减少了碰撞检测、节约了能耗、降低了网络通讯量、延长了网络的生命周期。本文通过使用NS2仿真工具模拟验证了该无线传感器网络的丢包率和能耗,实验结果表明,改进后的算法显著改善了这两个性能指标。     

IEEE802.15.4动态自适应CSMA/CA算法设计与仿真

在无线传感器网络中,节点的业务负载是随网络节点的位置和网络运行的时间不断变化的,又由于每一个节点能量有限,功耗是无线传感器网络性能的重要参数之一。针对无线传感器网络的这些特点,对IEEE802.15.4MAC层协议的关键技术进行了阐述,讨论了CSMA/CA信道访问机制在动态自适应方面的不足,进而设计提出了一种基于动态自适应的低功耗退避算法-DA-CSMA/CA算法,最后对该算法进行了仿真分析。仿真结果表明,该算法在网络拓扑相对固定的环境中能在低功耗的前提下很好地适应网络流量的变化。     

无线自组网中功率控制协议研究与实现

研究和分析了无线自组网中的功率控制的问题.从无线自组织网络中数据通信过程入手,分析了其MAC协议中功率控制的基本思想,并提出了'功率控制算法,同时根据该算法改进了CSMA/CA协议的接入机制.详细介绍了改进后的CSMA/CA功率控制原理,推导了改进后的协议中数据发送功率的计算公式,以及改进后的CSMA协议的工作流程.最后对功率控制协议进行性能分析,分析表明信道利用率改进后的CSMA/PC协议比传统的CSMA/CA协议的一般高10%左右,改进后的协议能够达到提高网络容量,降低网络功耗的目的.     

WSN中利用蚁群路径优化的时隙选择重排算法

针对无线传感器网络(WSN)汇聚传输中的数据传输时间和功耗问题,提出了考虑时间同步和唤醒延迟的汇聚传输时隙选择重排算法。将时分多址接入(TDMA)用作介质访问协议,并允许每个节点在传输时隙期间可以发送或接收数据;设计新的WSN数据收集树模型,将传感器节点生成的数据通过无线链路形成的多跳网络发送到汇聚节点,在数据收集树的每条链路上分析时隙顺序,优化时隙选择,并基于蚁群算法优化路径选择,减少传输能量消耗和均衡簇头能量。实验结果表明,提出的算法可以实现显著的数据传输性能提高和功耗节约。     

A Class of Cross‐Layer Optimization Design for Congestion and Energy Efficiency with Compressed Sensing in Wireless Sensing Networks

In wireless sensor networks (WSNs), the congestion problem not only causes packet loss, but also leads to an increase in delays and energy consumption. The actual performance of wireless sensor networks (WSNs) can be severely influenced by the quality of the communication channel and the bit in transmission. In this paper, the distributed protocols, which attain global optimum control for signals by the compressed sensing technique and achieve fair channel allocation by the scheduling algorithm, are proposed for WSNs. We take into account the congestion problem by robust optimization with congestion ratio for two classic aspects in energy limited WSNs: minimum transmission rate and maximum transmitted information. To achieve the goal, three protocols are developed. In the first protocol, the desired control input is designed based on the compressed sensing technique. A minimal bit of signal is provided to reduce the transmission flow for the congestion model. The second protocol is resource allocation. The resources can be allocated increasingly to the channel in order to avoid more severe congestion. This can also avoid conservative reduction of resource allocation for eliminating congestion. Channel selection abides by the fair resource allocation principle. The above protocols separately are implemented through a congestion ratio at network layer, transport layer, and MAC layer. Simulation results demonstrate that the proposed algorithm effectively relieves congestion, and achieves higher throughput and lower energy consumption.     

基于分簇的无线传感器网络MAC节能算法

为减少节点能耗和提高信道利用率,提出一种基于分簇结构的无线传感器网络MAC节能算法(EEC-MAC)。在TDMA机制的基础上,采用时隙系数动态调整簇内节点的时隙大小,降低数据的传输时延。对于部分不需要数据传输的节点不分配时隙,使其拥有较长的睡眠时间来节约能量。簇内节点按其剩余能量系数形成时隙分配顺序,减少状态转换的能耗。簇间节点采用基于CSMA/CA机制的随机分配策略实现通信。仿真结果表明,EEC-MAC节能效果较好,具有较小的平均通信时延和较长的网络生命周期。     

An adaptive backoff algorithm for multi-channel CSMA in wireless sensor networks

Multiple channels have been widely used in wireless sensor networks (WSNs) for the improvement of network performance. Since the existing backoff algorithms proposed for single-channel MAC protocols are not suitable for multi-channel carrier sense multiple access (CSMA), we propose an ADaptive Backoff Algorithm (ADBA) for multi-channel CSMA in WSNs, which is able to improve energy efficiency, throughput, and fairness of random channel accesses. A novel feature of ADBA is the adaptability to traffic load, where every node tunes its backoff interval based on the estimation of real-time traffic load in WSNs. A near-optimal backoff interval can be generated using the number of competing nodes on one channel which can be estimated by the channel traffic load. Theoretical analysis indicates that ADBA can generate near-optimal backoff intervals that can maximize energy efficiency and throughput and improve fairness of random channel accesses, compared with other backoff schemes.     

认知无线电网络分布式多信道MAC协议*

在认知无线电网络中,MAC协议用于信道感知、选择和接入控制。以单网卡多信道MAC（MMAC）协议为基础,依据IEEE 802.22标准定义的静默期管理的两阶段感知策略,提出一种认知无线电网络分布式多信道MAC（CR-MMAC）协议。将两阶段感知机制和分布式协商融入MMAC协议,利用空闲频谱进行数据传输,并在MMAC协议ATIM窗的数据信道协商阶段引入预约机制,以避免选择同一信道的认知节点对在后续数据传输阶段再利用CSMA/CA造成的竞争碰撞。仿真对比分析表明,CR-MMAC协议能提高网络吞吐量、降低通信时     

基于能耗量化传导的WSN路由探测算法

为了降低无线传感器网络(WSN)路由节点的能量损耗,提高网络的寿命周期,需要进行路由节点的优化分布设计。传统方法采用CSMA/CA有限竞争的信道分配模型进行WSN的路由探测算法设计,实现能量均衡,在节点规模较大和干扰较强时,节能的能耗开销较大。提出一种基于能耗量化传导的WSN路由探测算法,首先建立WSN的分簇能耗调度模型,以能量控制开销、丢包率、传输时延等为约束参量指标进行路由探测的控制目标函数的构建,然后采用路由冲突协调机制进行能耗量化分配,结合WSN传输信道的能量传导均衡模型实现WSN路由的优化探测和WSN节点的优化部署。仿真结果表明,采用该方法进行WSN路由探测设计时网络的能效较高,传输时延和误码率等参量指标的表现优于传统方法。     

一种新的竞争与分配相结合的MAC协议

针对IEEE 802.11在高竞争下吞吐量低,以及TDMA协议在低负载下吞吐量低的问题,提出了一种新的TDMA MAC协议：Q-TDMA。结合TDMA协议可以保证节点在每个周期内有一个发送机会,而同步CSMA/CA机制可以解决隐藏终端和暴露终端的问题,Q-TDMA协议要求节点根据本身的队列长度来竞争复用时隙。仿真实验结果表明,Q-TDMA提高了网络吞吐量,降低了端到端的延迟。     

基于WSNs节点权重的网关接入异构网络研究

在无线传感器网络(WSNs)中,虽然现有网关节点的设计已经将多网融合的传输方式引入进来,但很少有综合考虑整个网关节点的性能,包括吞吐量、丢包率、耗电量和成本开销等,并且少有深入探讨多网选择切换方法。针对此现状,引入传感器节点权重的概念,从不同权重的传感器节点需要不同的传输策略出发,以数据上传互联网为目的,提出了一种网关接入异构网络的框架,并在此框架中综合考虑吞吐量、耗电量和接入所需费用3个方面,提出了一种多目标优化的模型,之后给出启发式的近似算法。实验结果表明:在保证传感器网络中数据可靠传输和能耗稳定的前提下,提高了数据传输效率,并适当降低了网关接入异构网络的成本,为网关接入异构网络传输数据提供了一种可靠的方案。     

基于Zigbee技术的机坪动目标监控网络能量优化方法研究

针对机坪动目标监测网络在天津机场现场应用测试中暴露的能量损失相关问题,在原有网络MAC层协议基础上,提出了一种基于网络数据分类处理思想的网络节点自适应能量优化机制,对网络原有的CSMA/CA算法、ACK帧、数据碰撞等方面做了调整。进行了数学建模和数据分析,验证了模型的正确性;同时利用OPNET软件建立场景进行网络仿真,仿真结果表明优化后的网络在网络生命周期、吞吐量等指标方面均优于原有的网络,较好地解决了系统在现场应用中暴露的能量问题。