基于转发节点的无线体域网动态信道研究

无线体域网(wireless body area network,WBAN)的信道特性对于传输速率、传输质量以及连接鲁棒性有很大影响.当前的研究主要是假设人体处于理想状态(静止状态)时的信道特性,这与实际情况中的动态信道不相符合,理想状态下的信道特性也不能反映人体真实的信道特性.为了使WBAN的研究能够更好地应用于实践,建立了步行和跑步两态三维成年男性的人体动态模型,在人体不同部位部署传感器节点模拟无线信道,并在适当部位引入转发节点,在2.4 GHz时计算对比不加转发节点和加入转发节点对动态信道特性的影响.仿真结果显示,人体姿势变化对无线信道特性有很大影响,姿势变化幅度越大对信道特性的影响越大;基于转发节点的信道路径损耗要小于未进行转发的信道路径损耗,合理部署转发节点的位置能极大改善人体处于动态环境下的信道特性,提高通信可靠性.     

一种相邻节点协作的无线传感器网络可靠传输方案

针对无线传感器网络中不可靠的通信链路引发传输效率下降的问题,提出了一种基于相邻节点协作的无线传感器网络可靠传输方案(NNCS).该方案利用无线信道的广播特性,通过选择成功监听到数据传输的相邻节点来承担协作传输任务(重传或转发),以降低重传次数,提高传输效率.在方案中,相关节点根据自身传输能力发送数据应答以竞争协作机会,同时通过信道监听避免发生竞争冲突.实验结果表明,较之传统重传方案,NNCS能够以更少的传输消耗达到更高的传输成功率,并有效降低了端到端的传输时延.     

一种无线传感器网络多信道动态路径转发协议

为了改善无线传感器网络在重负载情况下的性能,提出了一种多信道动态路径转发协议MDFP.该协议通过整合动态路径选择和预测唤醒调度,使得发送者在发送数据前能预测可用转发节点的唤醒时间,避免了现有动态路径转发协议依赖长前导来完成转发节点选择和数据传输所带来的问题,从而实现更低的能耗并改善网络在重负载下的延时和可靠性.MDFP利用多信道通信减少节点间干扰,从而进一步提升网络在重负载情况下的可靠性.基于TelosB节点的实验结果表明,在重负载情况下,相对于现有的动态路径转发协议,MDFP在能耗、延时和可靠性方面均有较明显的性能提升.     

方向优先的VANET路由算法研究

针对车载自组网VANET中使用基于位置的GPSR路由协议可能引起的数据反复重传和丢失问题,在选择下一跳节点时将最远转发(MFR)策略改进为非最远转发(NMFR)选择策略,并结合方向优先策略划分相邻节点的优先级,依据综合优先级选择下一跳节点,从而降低端到端时延,提高包交付率.仿真实验表明:改进算法对下一跳转发路径的选取比较稳定,并且可以改善平均端到端延时、丢包率等性能,提高了网络的整体性能.     

多跳协作中继网络的能量分配及路由算法

为了减少无线多跳网络的能量消耗,提出了一种协作路由算法. 在传统非协作路由的基础上,通过译码-转发与放大-转发混合的协作中继方式减少路由长度. 根据信道状态信息,推导了满足源节点和目的节点之间信道容量的前提下,节点所需的最小发射功率. 结合功率分配,提出了基于路由最小功率的协作路由算法及实现方式. 仿真实验结果表明,该能量分配方式和路由选择算法在保持低功耗的同时,降低了数据误码率,提高了节点的通信可靠性和能量利用率.      

基于信道特性的中继选择协作通信方法研究

根据信道统计特性,研究了放大转发(amplify-and-forward,AF)协作中继网络中的中继选择协作通信方法.首先分析指出在等功率条件下,当信噪比小于某个门限时,选择单个中继节点进行转发(pre-select single relay AF,SAF)比所有节点都转发(all relays AF,AAF)的中断概率小.基于此信噪比门限提出一种中继选择协作通信方法,并且指出这种选择方法使得SAF的中断概率最小;然后结合功率分配提出了一种使中断概率最小化的最优中继选择协作通信方法;最后为了降低复杂度,提出了一种次优中继选择协作通信方法.仿真结果表明,这种次优方法和最优中继选择协作通信方法相比,性能相近.     

移动Adhoc网络的分簇后择路由协议

为了充分利用无线通信信道的广播特性,提出了一种分簇的移动Ad hoc网络后择路由(opportunistic routing)协议.该协议在转发数据包时,首先向相邻节点广播该数据包,然后在正确接收到数据包的节点中选择一个合适的节点转发.采用这种方法可以克服无线信道质量不稳定的缺点,同时利用了传统的路由协议无法利用的长距离不稳定链路.仿真实验表明,这种路由协议可以大大减少数据包在网络中的转发次数,提高了整个网络的吞吐量.     

无线传感器网络中基于尺度的协 同中继跨层QoS路由算法

提出了一种基于尺度的协同中继自主转发跨层QoS路由算法(MCRICQR)。节点根据能量、信道、拥塞以及与汇点的距离等综合因素形成一个选择度量,度量最大的节点根据自己所处状态自主选择直接转发、中继转发以及跃进转发数据包。仿真结果表明,该算法能根据网络状况及时转发数据,提高网络可靠性,对网络负载进行均衡,提高网络吞吐量和能量效率,从而延长网络寿命,保障了无线传感器网络的QoS需求。     

适用于无线网络的动态网络编码协作通信机制

为在较高频谱利用效率下有效对抗无线媒质衰落,提出一种动态网络编码协作通信机制.该机制将节点转发和网络编码有机结合,中继节点对从多个源节点接收到的信息做动态网络编码,并将编码后信息转发(广播)给相应的目的节点.目的节点利用收到的编码后信息以及其由于无线媒质的广播特性从其它源节点那里接收到的信息解码出需要的数据.数值结果表明: 和空时编码协作通信相比, 本机制有更好的分集-复用折衷性能,亦可获得满空间分集增益.并且转发节点采用的动态网络编码策略能有效避免因将错误接收到的信息带入编码后的转发信息而导致的错误传播.     

无线监测网络中多信道优化选择算法

无线监测网络中多电台监测节点通过捕捉和分析无线用户的通信数据,可以达到监测网络行为、诊断网络故障和管理网络资源的目的,而为多电台监测节点优化选择工作信道、最大化捕获数据量、获得最佳网络监测质量(quality of monitoring,QoM)是一个关键问题。文章研究了一种基于同步微扰随机近似(SPSA)的信道选择算法。该算法在迭代过程中以随机扰动策略得到目标函数的近似梯度,引导搜索过程逐步逼近最优解;适合于复杂的多维优化问题求解,收敛速度快、复杂度低。实验结果表明,该算法可以实现无线监测网络中多电台监测节点的信道优化选择,并且性能优良。     

能量平衡与QoS保障的无线传感器网络机会路由

针对无线传感器网络应用中存在大量不可靠通信链路,很难实现能效优化与QoS保障,提出一种能量平衡与QoS保障的机会路由协议EQGOR,并结合机会转发特征建立了传输效率、转发时延、转发能效与节点剩余能量模型.提出了一种基于多目标粒子群的自适应转发集优化算法,该算法兼顾能量与QoS需求,能实现QoS保障并最大化网络生存时间....     

间断连接无线网络中能量有效的数据转发策略

针对间断连接无线网络中节点能量有限、节点间相遇持续时间较短和网络资源无法得到充分利用的问题,提出一种带有自适应异步唤醒的数据转发策略,综合考虑节点能耗和休眠机制,并结合灰色模型预测节点间相遇持续时间,优化节点探测阶段和数据转发阶段的能耗,进而实现高效数据转发的目的。结果表明：所提出的数据转发策略能够有效利用节点剩余能量和通信机会。与现有的转发策略相比,该策略能够在低能耗下有效改善网络的探测成功率和通信时延。     

适用于语音业务的MANET机会路由机制

传统路由机制需要在源和目的节点之间预先建立端到端路径,当链路质量较差时,频繁地建立路径会影响业务的服务质量。为支持实时语音业务,提出一种机会路由机制,该机制并不预先建立连接,而利用多个路由请求和路由应答消息建立转发列表,表中的节点利用与其他节点的相遇机会对数据包进行转发,并根据转发节点的优先级对转发数据包的数量进行限制。仿真结果表明:机会路由机制能够减小语音业务的端到端时延,提高分组投递率,可以在不稳定的信道为语音业务提供服务质量保证。     

大功率无线电力传感网络信道交叉映射机制

大功率无线电力传感网络通信组网中,信道的交叉映射可以实现分层管理和提高抗干扰性能抑制。传统方法中,采用多因性的时帧分布调节方法是实现大功率无线电力传感网络信道交叉映射,容易导致无线电力传感网络节点出现信道频移,数据通信丢包较大。提出一种基于数据转发链路估计的大功率无线电力传感网络信道交叉映射机制。构建节点数据传输模型,进行大功率交叉网络模型构建和信道模型构建,把传感器节点划分为多个簇,构建无线电力传感网络,实现节点优化覆盖。计算大功率交叉网络信道的数据转发链路转发冲激响应函数,实现网络信道的交叉映射机制改进。结果表明,该模型能有效提高数据转发成功率,数据收集的稳定性提高了10%,保证有较高的通信成功率,且功耗减少24%,信道的交叉映射可以实现分层管理,提高抗干扰性能抑制,性能优越传统方法。     

Hybrid Forwarding in Cooperative Communications

A cooperative communication scheme was developed in which the relay node performs hybrid forwarding, where the relay node will not forward data for a transmission pair unless the corresponding direct transmission fails, and the relay node will not forward data for a transmission pair unless the quality of the channel between the corresponding source and the relay is good. A performance analysis of the outage probability and the diversity-multiplexing tradeoff for the scheme shows that the forwarding mechanism efficiently reduces fading in wireless channels by achieving full diversity order of magnitude improvement. A considerable signal-to-noise ratio gain is provided by this scheme compared with existing cooperation schemes with fixed forwarding. This flexible forwarding mechanism enables the scheme to provide the optimal diversity-multiplexing tradeoff performance.     

一种应用于工业无线网络的多路径节能路由算法

通过分析工业无线网络环境中网络拓扑结构的特点,设计了一种适用于工业过程自动化无线网络WIA-PA(wireless networks for industrial automation-process automation)规范的多路径路由.根据WIAPA网络拓扑稳定、工作环境干扰较大的特点,通过采用多路径数据传输,根...     

基于位置信息的多车协同碰撞预警协议

在车载自组网中,无线信道的通信质量直接影响了EWM(emergence warning message)的多跳广播传输性能.为提高车辆在复杂信道环境下的EWM传输效率、降低延时,综合考虑交通环境下无线网络信号的可靠性、消息传输的实时性及道路交通状况信息,提出一种基于位置信息的多车协同碰撞预警协议(vehicle collision warning protocol,VCWP).该协议在通信范围内选取首选转发车和候选转发车,在进行退避时间的选取时,采取基于邻节点密度的信道竞争机制,以保证EWM在复杂信道环境下的低时延、可靠送达.仿真验证表明VCWP与GPSR(greedy perimeter stateless routing)、IEEE 802.11p协议的BEB(binary exponential back-off)退避策略相比具有良好的性能,提高了EWM传输成功率,降低了时延,为复杂信道通信质量环境下EWM的传输提供了可靠性保证.     

线性网络编码在协作通信中的应用

协作通信是提高无线网络链路可靠性的最有效方法之一。文中将线性网络编码引入多用户协作通信系统中,提出新的中继转发方法。在中继转发阶段,参与协作的用户将机会侦听到的来自其它协作用户的数据和自身的数据进行线性网络编码,并转发出去。理论分析和仿真表明,与原有的基于异或编码方式的转发方法相比,本文的方法能获得更高的空间分集度,更低的系统中断概率。     

EPA无线工业控制系统的任务调度算法

针对基于EPA标准的工业控制系统底层使用无线通信技术时,传统的实时调度机制不适应无线工业应用的特点,很难达到原有的效果等问题.以解决无线工业控制系统通信任务的超时现象为目的,提出了适合无线EPA标准的任务调度算法.利用启发式机制搜索合理的通信任务预留时间,并根据预留时间进行功能任务和通信任务的联合调度.最后,分析了基于该方法的一个应用实例,该调度方法有效地延长了通信任务的截止时间,进而补偿了无线技术在工业恶劣环境中出现的信道传输质量极不稳定带来的实时性较差等负面影响.     

能量均衡的间断连接无线网络数据转发策略

针对间断连接无线网络中节点负载不均衡和能量资源受限的问题,提出了一种能量有效的数据转发策略.该策略根据网络运行的历史相遇信息,充分考虑网络特性,以分布式方式估计节点的活跃度、剩余能量和数据转发率,准确地估计节点效用值,感知网络节点的服务能力,以帕累托最优作为自适应选择最佳下一跳中继节点的理论依据,执行数据转发操作,有效地解决了由于节点自私性所导致的网络性能下降.数值结果表明,与其他能量管理机制相比,所提出的机制能够均衡网络节点负载,有效解决网络"热点"问题,延长网络生存时间,使投递率、时延等系统性能都得到大幅度提升.