利用发送和接收时隙分配策略改善无线传感器网络MAC协议能效

摘　要 针对无线传感器网络中存在数据冲突和串音而影响MAC协议能量效率的问题,提出了基于接收和基于发送的TDMA-MAC协议时隙分配策略。通过考虑各种无线收发器模式(即发送、接收、休眠和空闲)花费的不同时间段来计算WSN能耗,假设聚类中WN数据包时间间隔为指数分布,采用两级TDMA方法实现对多步聚类的评估。利用OPNET Modeler软件执行仿真实验验证了本文模型的有效性,仿真结果表明,基于接收的SAS的能效是基于发送的SAS的5倍,相比基于分簇的TDMA/CDMA混合HCT-MAC协议,本文协议可节省4.3%的能量,减少了0.35ms的端到端延迟,相比倍增超周期多信道MAC协议,可节省10.8%的能量,减少了1ms的端到端延迟。     

无线传感器网络的数据收集时隙分配算法

对数据收集时延进行研究,先将最小收集时延问题进行形式化表述,并建立目标函数;依据节点剩余能量,并结合克鲁斯卡尔(Kruskal)算法构成最小生成树;依据最小生成树分配数据收集时隙。实验数据表明:提出的时隙分配算法能够有效地降低收集时延,并降低了能耗。     

基于TDMA的无线传感器网络时隙分配算法

传感器技术、微机电系统、网络和无线通信等技术的进步,推动了无线传感器网络的产生和发展.根据无线传感器网络中节点密度大、以数据为中心和能量有限的特点,提出一种基于时分多址(TDMA)的动态分布式时隙分配算法.该算法根据两跳范围内的邻居节点信息动态分配时隙并能有效适应本地拓扑变化.通过仿真对该算法的良好性能进行了分析.     

基于信任的无线传感器网络时隙分配博弈分析

为了帮助无线传感器网络作出既有利于自身收益又能抑制恶意节点的决策,提出了一种信任激励的时隙分配博弈模型。根据收益矩阵对恶意节点和簇头之间的非零和博弈关系进行了认知和分解,指出了破坏行为可以抑制的原因是纳什均衡可以作为惩罚阻止节点偏离收益更高的策略组合。在此基础上建立了博弈模型,然后证明了无限重复博弈中的纳什回归策略成为子博弈完美均衡的充分必要条件。采用单轮纳什均衡惩罚合作性策略的偏离者,从而使恶意节点与簇头的无限重复博弈能够产生合作效应。仿真实验结果表明,根据该模型作出的决策可以增加网络收益并抑制恶意节点的破坏行为。     

无线传感器网络节点实时流量负载的时隙调度算法

目前无线传感器网络基于TDMA的MAC协议基本考虑节点处于连续工作而忽略事件驱动状态,没有考虑到复杂多变的网络环境,造成节点能量过度的浪费.提出了一种根据节点实时流量负载的时隙调度算法(TART),TART算法基于簇结构, 采用分布式与集中式相结合的方式,成员节点实时向簇首发送自己数据流量信息,由簇头动态调节簇内节点时隙更新频率和顺序,降低时隙划分的能量和时间代价,减少节点的空闲侦听时间.仿真表明,算法有效地提高了网络能量有效性,延长了网络生存周期,降低数据包的延时.     

无线传感器网络节点流量的带宽分配策略

本文分析了WSN中几种MAC协议和数据流的特点,提出了一种基于节点流量的带宽分配策略。该策略将较忙的节点设为高优先级,而将空闲节点设为低优先级,优先调度高优先级节点的分组。应用OPNET进行了网络仿真。仿真结果表明,WSN在一定网络负荷下丢包数更低,能有效缓解某些节点的拥塞,更有利于节能。     

基于簇的无线传感器网络实时负载的研究

针对传感器网络处于不同的负载环境下,动态地分析每轮需要的时隙大小,针对节点处于非连续的单跳同构网络,节点数据量变化较大,提出一种基于簇的传感器网络流量负载时隙调度算法（CTRSA）。算法采用簇结构,每轮时序周期内,簇首节点实时地采集成员节点数据量的信息,据此决定成员节点的时隙。实验分析和仿真表明其能够显著提高WSN的能量有效性,延长网络的寿命。     

无线传感器网络数据传输延时分配算法

为了提高箭载无线传感网络对火箭温度、冲击、热流等物理参数的处理能力,需对所采集的数据进行自适应延时分配,因此设计一种基于时隙窗口间隔均衡控制的无线传感器网络数据传输延时分配算法。构建火箭温度、振动、冲击等参数的数据采集模型,采用分布式网格均衡配置方法对无线传感器网络中的节点进行均衡部署;结合最短路径寻优方法使数据采集过程中的信道分配达到均衡,构建数据采集最短路径寻优控制模型,采用输出比特序列重组方法进行数据采集过程中的传输延迟配置;结合码元调节技术对数据传输进行自适应扩频调节,利用时隙窗口间隔均衡控制方法实现无线传感器网络数据传输延时分配。实验结果表明,采用该方法进行无线传感器网络数据传输延时分配的自适应性较好,输出稳定性较强、分配输出错误率低,有效性更强。     

一种高能效无线传感器网络MAC协议研究

为了解决无线传感器网络中MAC层空闲侦听、冲突和控制开销所带来的无效功耗等问题,提出了一种高能效无线传感器网络动态非等分时隙MAC新方法;该方法依据网络拓扑和监测类型分析了覆盖率模型,设计了通过选举最低剩余能量节点为休眠节点的动态选举算法,推导得到了非等分配时隙协议的算法公式,同时,采用簇内单向广播的时钟同步算法保证了网络节点拥有相同的时间基准;在无线传感器测试床上进行仿真对比实验,结果表明该方法较好地实现了动态调节工作节点数量和非等分传输时隙的协议功能,MAC层的能量有效性显著提高;该方法可有效使用网络能量,延长网络生命周期,是一种高能效的无线传感器网络MAC协议。     

无线传感器网络MAC协议研究

媒体访问控制协议是保证无线传感器网络高效通信的关键网络协议之一,传感器网络的性能如吞吐量、延迟性能等完全取决于所采用的MAC协议.与传统网络的MAC协议不相同的是,无线传感器网络的MAC协议首要考虑的因素就是节省能量.针对无线传感器网络的要求,研究人员提出了很多MAC协议,本文中将现有的MAC协议分为三类:随机竞争类MAC协议,时分复用MAC协议,混合型MAC协议.并分别就其中的典型协议进行了分析.     

无线传感器网中基于时隙轮循的串音控制策略

提出了一种基于时隙轮循的无线传感器网络MAC协议串音控制策略。此策略以簇结构组织网络,由簇头为簇内节点分配互不重叠的工作时隙,并以自带信令的方式来避免节点之间可能的串音。理论分析及仿真表明采用时隙轮循的串音控制策略有效地减少了节点间的串音,提高了无线传感器网络MAC协议的能量有效性。     

能耗约束的无线传感器网络的目标覆盖和路由分配研究

针对现有目标覆盖算法未充分考虑能量消耗和路由分配的不足,提出一种基于目标覆盖的能耗约束路由分配算法,该算法能够确保所有目标被完全覆盖,并降低数据传输能耗。首先,通过贪婪启发式策略获取最大集合覆盖。然后在集合覆盖基础上,通过协同进化机制对网络生存周期和时延等目标进行评价。利用适应度评估、轮盘赌选择、交叉、变异和记忆等进化机制改良目标的可行解。实验结果表明,提出的算法可以降低基于路由分配的目标覆盖算法的能量消耗,延长网络生存周期,降低网络传输时延。     

静态博弈模型下的无线传感器网络MAC地址分配算法

针对传感器网络地址分配过程中为了避免地址冲突而导致通信能耗较大的问题,提出了一种基于静态博弈模型的MAC地址分配算法MAAS.该算法将传感器节点看作博弈模型中的决策者,通过使模型达到纳什平衡来解决节点的MAC地址分配问题.在进行地址分配时,MAAS利用博弈模型中每个决策者可根据其邻居节点信息独立进行决策的性质,避免了节点在地址分配过程中发送大量的交互信息.实验结果表明,MAAS在保证较低冲突率的同时降低了地址分配过程中的通信消耗.     

无线传感mesh网络的分段地址分配策略及其路由

无线传感器网络中的设备具有能量、缓存空间、通信和计算能力受限的特点。因此,无线传感器网络路由算法需要具备低存储开销、低计算复杂度、无路由发现等特征。HiLow是一种分层路由协议,它完全符合上述特点,且比IEEE 802.15.5具有更好的路由特性。但HiLow存在一些不足,如地址利用率低、仅适用于小规模网络等,无法应用于如环境监测、动物保护等具有较多节点数量和较大网络规模的应用场景。提出了一种两段地址分配策略TFA,它将16位地址分成两段,前段地址用于全功能设备的地址分配,后段地址用于精简功能设备的地址分配。理论分析和数值仿真显示, 相比于HiLow,TFA具有更大的地址利用率和路由树最大深度,能够适用于更大规模的无线传感网络。分析了TFA的mesh路由优化特性,提出了基于TFA的mesh路由算法。仿真结果表明,基于TFA的mesh路由在存储空间使用和能耗等方面都优于IEEE 802.15.5。     

无线传感器网络

无线传感器网络被誉为21世纪四大高新技术之一。文章对无线传感器网络与传统网络的区别、技术特点和体系结构进行了探讨,重点针对无线传感器网络的现有各层协议进行了分析比较,最后,针对无线传感器网络发展所需的关键技术,提出来来我们重点研究的几个亟待解决的技术问题。     

无线传感器网络

集成了传感器、微机电系统和网络三大技术而形成的传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术.在简要介绍传感器网络体系结构的基础上,分析和展望了一些有价值的应用领域.结合已有研究,总结并详细阐述了包括低功耗路由技术和介质访问控制方法等在内的热点研究问题.最后,针对应用需求,提出了几点研究设想.     

基于熵权的传感反应网络任务分派算法

针对无线传感反应网络中事件频发区域内执行器节点能耗过大问题,提出一种基于嫡权的任务分派算法。利用拍卖机制,建立基于嫡权的执行代价评估模型,并根据网络的实际情况,将任务元分派建模成平衡或者非平衡整数规划问题,使任务并发执行。仿真实验表明,网络实时性和能耗均衡性都得到了改善。     

无线传感器网络中传感器节点的布置

在无线传感器网络中，传感器节点收集本地数据，通常通过其它节点将数据转发给基站，因而离基站越近的节点，消耗的能量越多．如果采用通常的方法，即均匀布置传感器节点，则基站附近的节点将很快消耗完能量，基站也就无法收集数据．本文通过研究无线传感器网络中的能量消耗，得到了一个布置传感器节点的密度函数，按此函数布置传感器节点可以有效地延长系统的生命期．理论分析和模拟结果表明，本文的布置方案将系统生命期提高到均匀布置方案的3R/2t倍，这里t为传感器节点的通信距离，R为传感器节点的分布区域半径．     

无线传感器网络的管理

无线传感器网络是一个资源受限、应用相关的任务性网络,与现有网络特性显著不同,传统的网络管理不再适用于无线传感器网络。本文在简要说明无线传感器网络基本特性和面临挑战的基础上,给出了一个通用的无线传感器网络管理框架,并详细说明了各部分的内容和研究进展,最后探讨了无线传感器网络管理进一步的发展方向。