一种考虑休眠模式的IEEE 802.15.4 MAC协议Markov分析模型

为了有效描述启用休眠模式的IEEE 802.15.4 MAC协议,提出一种考虑休眠模式的IEEE 802.15.4时隙CSMA/CA算法Markov分析模型.分析了协议参数对吞吐量和功率消耗的影响,其中特别考虑了占空比和非饱和负载的影响.并且讨论了模型参数数值结果.结果表明,分析模型给出的理论分析结果与仿真结果较吻合,且该模型可用于描述休眠模式对IEEE 802.15.4协议性能所产生的影响.     

基于能量收集的无线传感网MAC接入机制性能分析

该文在IEEE 802.15.4的MAC接入协议基础上,考虑了能量收集情况,提出了一种基于时隙分析的CSMA/CA分析模型。通过Matlab仿真结果表明,在相同的能量收集情况下,网络吞吐量随着占空比的增加而增加,但随着节点数目的增加,吞吐量随之减小;在定范围内,网络吞吐量会随着能量收集的增加而增加。     

基于IEEE802.15.4的动态自适应占空比方案

在无线传感器网络中,IEEE802.15.4协议采用固定的占空比机制,而网络流量却是动态变化的,所以固定的占空比机制不适合于动态的网络流量.因此,本文提出了一种动态自适应占空比方案DSBA(Dynamic Superframeorder Beaconorder Adaption),该方案通过感知网络流量动态调整节点占空比,即对比当前节点所能处理的数据帧数量和下一周期将要收到的数据帧数量,动态调整占空比使之适合网络流量传输从而提高网络性能.仿真结果表明该方案不仅减少了能量消耗,也降低了丢包率和传输延迟.     

IEEE 802.15.4均衡自适应保障时隙机制

针对IEEE 802.15.4标准的保障时隙机制(GTS)存在带宽利用率与数据率不平衡的问题,利用网络微积分原理进行对比分析,提出了一种均衡自适应GTS分配机制(B-AGAS).本机制根据数据流信息和超帧序号的取值,自适应调整时隙精度及分配的时隙大小,能在保证时延边界的同时提高带宽利用率.仿真结果表明:B-AGAS机制在一定的超帧序号取值范围内,时延可控制在250 ms,总带宽利用率可提高约25％,较好地满足实时应用下的服务质量(QoS)需求.     

编队协同中的Ad Hoc网络MAC协议

大量研究分析表明,退避机制和竞争窗口的优化设计能够改善IEEE 802.11 DCF MAC协议的性能.结合无人机编队和卫星编队自组织分布协同应用场景,给出了基于IEEE 802.11 DCF MAC协议的优化改进机制:DCF/CCW.该机制改变IEEE 802.11 DCF MAC协议中根据MAC帧的多次碰撞以确定竞争窗口值的方法,通过监控信道获得系统中竞争节点数目,使用最优常数竞争窗口,从而减少碰撞机率,获得网络性能的提高.该机制具有一定的拓扑适应性,当网络结构发生变化时,监控信道获得的系统竞争节点数随之变化,从而可动态调整最优常数竞争窗口.对该机制下的系统吞吐量和接入时延的分析结果显示:网络规模一定时,系统吞吐量受竞争窗口大小的影响较大,而系统平均接入时延的影响较小.该机制对提高和完善编队协同网络的通信性能具有一定的意义.     

6LoWPAN网络信道吞吐量研究

为了改进6LoWPAN网络吞吐量性能,提出了一种基于超帧睡眠期的信道接入方法,基于该方法对网络媒体访问控制协议建模,并对模型进行了数学推导。然后对网络非饱和吞吐量进行了分析计算,并研究了参数λ、minBE和NB对网络吞吐量性能的影响。数学分析表明,该模型较好的描述了网络信道竞争接入算法,能够准确地分析基于睡眠机制的信道吞吐量的动态变化。     

高速率数据下IEEE 802．15．4网络的性能分析和拓扑优化

生理、环境监测等网络要求较高的网络吞吐量,并以中低速率网络流量为主,但特殊情况下,需要传输较高速率数据.为了使网络能够适应高速率数据传输需求,通过网络仿真,比较了IEEE 802.15.4网络各种拓扑结构在面对高速率数据传输需求情况下的网络性能,给出了双星型拓扑优化方案使网络性能得到提升,并通过分析饱和吞吐量与节点数量之间的关系,为实际应用双星型结构提供了参考.     

适用于地面网络化弹药的混合型分簇MAC协议

为解决地面网络化弹药MAC协议对弹药网络的功耗和传输时延的重大影响.提出了一种适用于地面网络化弹药的混合型分簇MAC协议.结合基于竞争和分配的协议特点,根据传输时间估计和业务量选择不同的接入方式,避免了碰撞和信道浪费;通过时隙复用降低端到端时延;通过无关节点睡眠降低占空比和网络功耗.仿真表明,与传统的基于竞争机制和基于TDMA机制的协议相比,该协议在吞吐量、端到端时延和功耗等方面均具有较好的性能.      

基于网络演算的LR-WPANs端到端延迟界限

低速率无线个域网LR-WPANs为保证实时和可靠通信,采用了IEEE 802.15.4信标使能的超帧结构,并且扩展了保障时隙GTS机制,解决了移动无线传感器网络中节点连通性较弱的问题,并且对确定性延迟上界的计算具有重要意义。采用仿射函数描述网络节点输入数据流累积函数的到达曲线,提供基于速率-延迟模型的服务保障。应用网路演算理论得到保障时隙的延迟确界,分析了超帧系数对延迟的影响。结果表明,在时间敏感的工业应用领域,超帧系数应该根据突发数据量同步改变。     

应用于IEEE 802.11 DCF中减小冲突的方法

为了提高IEEE 802.11 DCF(distributed coordination function)在网络繁忙时的性能,提出一种减小冲突的方法。该方法是将2个时隙组合起来构成一个超时隙。当一个站点在一个超时隙中发包时,它以q的概率选择第1个时隙发包,以(1-q)的概率选择第2时隙发包。因此,当多个站点同时在一个超时隙中发包时,一部分冲突就被转化为成功的发送或虚拟冲突。仿真结果表明:在存在100个站点的网络中应用该方法可以提高22.6%的吞吐量并将冲突所消耗的能量降低为原来的52.7%。这种方法简单易行,较大幅度提高了DCF的性能。     

IEEE 802.11ah网络能效优化的RAW适配机制

为支持大规模终端设备的机器与机器(machine to machine,M2M)应用,IEEE 802.11ah协议在MAC层引入了限制接入窗口(restricted access window,RAW)机制,以减少同时进行随机接入的终端设备数量、降低碰撞概率。基于上行链路通信的RAW能效优化问题,提出了RAW时隙适配机制。该机制应用概率理论评估RAW时隙中发送数据包时工作站(station,STA)可能处于不同状态的概率,根据RAW时隙中平均分配的终端设备数量自适应调整RAW的时隙持续时间,从而优化RAW上行链路的能效。仿真结果表明,提出的机制可以显著提高上行链路吞吐量和能效,能更好地满足大规模低功耗高能效的M2M应用需求。     

一种基于竞争的无线传感器网络低延迟MAC协议

SMAC协议周期性侦听和休眠的低占空比机制大大地降低了无线传感器网络的能耗,但却是以牺牲延迟和吞吐量为代价的。针对SMAC协议虚拟簇间调度不一致而导致的休眠延迟问题,提出并设计了一种低延迟协议LDSMAC,该协议采用全局同步机制使整个网络内的所有节点形成统一调度,保证了全网内的所有节点在相同时间激活,从而解决了数据传输中的转发停顿问题。仿真结果表明,相比于SMAC协议,LDSMAC协议在能耗略有增加的情况下,大大地降低了传输延迟,提高了网络吞吐量。     

一种低能耗无线传感器网络MAC协议

提出了一种新的低能耗无线传感器网络MAC协议。在802.15.4算法的基础上,对二进制退避算法进行了改进,引入快速退避机制和自适应调整竞争窗口机制,并采用多信道功率控制机制来降低网络能耗。仿真表明,该MAC算法达到了应有的效果。     

IEEE 802.15.4的嵌入式IPv6研究

越来越多的IEEE 802.15.4设备的使用需要一种开放的网络层标准以实现互连互通.通过分析IEEE 802.15.4特性和IPv6协议,本文选择IPv6作为IEEE 802.15.4的开放性网络层标准,提出了基于IEEE 802.15.4的IPv6地址配置机制、IPv6组播地址和MAC映射机制、被动式重复地址检测机制和中间层分片组片机制,简化并改进了地址解析功能.这些机制降低了系统功耗和协议复杂度,改善了系统性能,使IPv6在IEEE 802.15.4上的实现变成可能.     

基于事件驱动型的WSN跨层MAC协议

传统的S-MAC(self-organizing medium access control)协议采用了协商一致的睡眠调度机制,在网络中形成虚拟簇的同时引入自适应侦听过程,但是由于增加了睡眠时间而限制了网络吞吐量,导致网络开销较大和端到端传输时延较长.为此,提出一种基于事件驱动型的跨层媒体接入控制协议(event driven cross layer-media access control,EDC-MAC).采用跨层优化的方法,同时考虑网络层和MAC层,并且依据网络数据传输的特点将网络分为非事件状态和事件激活状态.有效地节约了能量,并减少了事件汇报时延.此外,当节点被激活处于事件激活状态时,采用分簇的方法将事件区域内的节点动态分簇,有效地减少了传输数据的能量开销.通过理论分析和仿真验证了EDC-MAC协议在相同数量感知节点情况下相对S-MAC协议能够平均减少时延35％左右,提高网络剩余能量10％左右.     

一种基于发射功率控制的无线自组织网MAC协议

在无线自组织网数据链路层中,采用传统的功率控制机制会引起不同发射功率节点间的分组冲突。为了减少这种冲突和提高网络性能,提出了一种基于发射功率控制的无线自组织网MAC协议。通过引入交互发射功率等级信息和目的节点发送两次CTS帧的方法来缓解隐藏终端问题。网络仿真表明,在静止网络中CTPL协议与802.11 DCF协议相比可有效提高网络吞吐率,并减少部分能量消耗。通过仿真分析可知,该协议在无线自组织网络静止场景中可提高吞吐率,降低传输时延以及延长网络使用寿命。     

医疗监护中基于分段TCP协议无线传输方式的设计

讨论了无线网络技术在医疗监护中的应用,并使用IEEE 802.15.4标准对低速率无线个人局域网作为医疗信息通信传输平台的适用性进行评估.根据医疗信息的特点,对传统的无线传输协议(TCP协议)和Snoop算法加以改进,通过加入时间戳的方式提高分段式TCP数据包传输效率和点到点的数据吞吐量,降低传输平均延迟.仿真实验表明,改进后的Snoop算法提高了低速率无线网络传输方式在医疗应用的传输效率.     

ZigBee在煤矿井下机器人(群)的应用研究

ZigBee(IEEE 802.15.4标准)是一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术.本文用微控制器芯片ET44M210和无线通信模块RFW102实现嵌入式无线网络终端(机器人),通过对协议IEEE 802.15.4裁剪和修改,完成了一个应用于煤矿井下作业的Peer to Peer结构的无线机器人网络.     

应用于IEEE 802.11 DCF中减小冲突的方法

为了提高IEEE 802.11 DCF(distributed coordination function)在网络繁忙时的性能,提出一种减小冲突的方法。该方法是将2个时隙组合起来构成一个超时隙。当一个站点在一个超时隙中发包时,它以q的概率选择第1个时隙发包,以(1-q)的概率选择第2时隙发包;因此,当多个站点同时在一个超时隙中发包时,一部分冲突就被转化为成功的发送或虚拟冲突。仿真结果表明:在存在100个站点的网络中应用该方法可以提高22.6%的吞吐量并将冲突所消耗的能量降低为原来的52.7%。这种方法简单易行,较大幅度提高了DCF的性能。