异构无线传感器网络跨层协议研究现状

信息技术的不断发展使泛在式异构一体化综合网络应运而生,包含了节点异构性、链路异构性和网络协议异构性等特点的异构无线传感器网络(HWSN)已在众多领域得到大量应用.为进一步提高HWSN网络整体性能,对HWSN进行跨层设计已成为当前研究的一个重要途径.但目前关于HWSN跨层协议的研究仍处于起步阶段,且实际应用于HWSN的跨层协议尚不成熟.通过分析HWSN跨层设计的目的和方法,从应用层、传输层、网络层、MAC层、物理层5个层次比较了当前HWSN跨层协议并对相关协议进行研究,旨在探讨HWSN跨层设计的发展方向,为相关研究工作提供一定的参考和借鉴.     

一种节能的无线传感器网络跨层结构

提出一种节能的无线传感器网络跨层结构(TEPA).TEPA采用跨层设计,在网络层和MAC层之间交互信息以实现高效率的数据传输.TEPA结合了网络的邻居拓扑信息和路由信息,使用微分进化算法(DE)优化MAC层的TDMA时隙配置,减少了数据汇聚树上各分枝之间的冲突,并且加速了单个分枝路径上数据的传递,既节约能量又降低延迟.与以往的协议不同,TEPA根据吞吐量和延迟在不同负载下的折衷找到了最优而非最短的TDMA调度时间表长度.仿真验证了TEPA在能耗与延迟方面的改善.     

一种总发射功率最小化的协作MAC协议

针对能量受限的无线传感器网络,提出了一种能降低网络能耗的跨层协作MAC(Medium Access Control)协议。文中首先分析了直接传输和协作传输下的总发射功率,理论分析表明,在一定的误码率限制下,引入合适的中继节点能降低网络总的发射功率。在802.11DCF(Distributed Coordination Function)的基础上,通过监听邻居节点控制包,获得各信道的状态信息,并选出使总发射功率最小的最佳中继,同时扩展CTS(Clear To Send)、增加HTS(Helper ready To Send),完成自适应的协作传输。仿真表明,该MAC协议能有效降低网络能耗,延长网络寿命。     

无线传感器网络的系统节能研究

无线传感网络为能量受限系统,我们设计了一个无线传感器网络的节能系统,硬件上采用主控芯片MSP4301611单片机和射频芯片CC1101平台,软件上MAC层采用S-MAC协议及进行优化,在网络层路由协议引入蚁群算法并进行能量均衡改进。实验结果表明,该原型能较好地降低无线传感器网络和传感器节点的能耗,延长网络生存周期。     

异构无线传感器网络跨层MAC协议研究现状

在异构无线传感器网络(HWSN)中,节点异构性、链路异构性和网络协议异构性使得介质访问控制协议(简称MAC协议)的研究备受关注.为提升HWSN整体性能,跨层协议设计理论及方法应运而生.但目前关于HWSN跨层MAC协议的研究仍处于起步阶段,实际应用于HWSN的跨层MAC协议尚不成熟.针对当前HWSN中主要的跨层MAC协议进行了总结、分类和比较,并从信道访问策略和跨涉层次等方面选取了较典型的协议进行详细分析,旨在为HWSN跨层MAC协议的进一步研究提供参考,并为相关研究工作提供一定的借鉴.     

无线Mesh网络的PHY-MAC跨层优化的研究

传统的分层式协议结构可以给部分无线网络带来理想的性能。由于无线Mesh网络(WirelessMesh Net,WMN)本身协议结构的特殊性,传统方法无法提升其性能。通过跨层优化可以有效改善无线Mesh网络性能。本文以物理层(PHY)与MAC层的跨层优化为例,总结了先进的物理层技术和PHY-MAC跨层优化的主流方案。     

无线传感器网络MAC层协议研究综述

综合了计算技术、通信技术、传感器技术而形成的无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术。在过去的几年间,关于无线传感器网络MAC层协议的研究一直受到众人的关注。相关的著作也提出了一系列的MAC层协议,常见的有S-MAC、WiseMAC、T-MAC、D-MAC等。文章中首先列举出在设计MAC层协议时所需要考虑的一些关键的特性,然后具体描述各种MAC协议,并指出它们的优缺点,最后指出未来MAC层协议的研究方向。     

WSN内一种基于TDMA的时隙优化重组算法

无线传感器网络内节点的时隙分配是影响整个网络能耗、时延的重要因素.STDMA的时隙分配算法能避免数据碰撞,在一定程度上降低了能量损耗,但由于每个节点分配的时隙固定、离散,造成节点频繁启动,损耗了大量能量,为此,在STDMA的基础之上提出了OTT-TDMA算法,在MAC层重新调度时隙,减少节点启动次数,同时尽量将节点发送时隙调度到接收时隙之后.实验仿真表明,改进算法在能耗和时效性方面比STDMA有一定提高.     

基于无线自组织网MAC的FPRP协议改进研究

5次握手机制(Five-Phase Reservation Protocol,FPRP)是无线自组织网中常用的信道接入控制(Medium Access Control,MAC)时隙分配协议,通过随机竞争接入为广播业务预约无冲突的信息时隙,利用信噪比来判断通信链路是否可靠、增大节点发射功率、增加比特信息、消除非孤立死锁节点、简化协议的方法进行改进.仿真实验结果表明,改进的结果与实际的仿真结果一致.     

一种水下无线传感网络中节能跨层路由协议

为了提高水下无线传感器网络(Underwater Wireless Sensor Network,UWSN)的能量有效性,对节能路由策略进行研究.当给定源宿节点距离,通过多跳中继转发数据时,证明了一定存在能量最优的中继跳距.提出了一种节能的路由协议,节点通过适当的信息交换来获取邻居信息而不必知道全局信息,基于跨层设计的思想,在物理层根据反馈信息和最优跳距分配不同的功率级,在网络层寻找与理想路径临近的节点作为下一跳节点.仿真结果表明,该协议相对于FBR、VBF和DFR路由协议消耗更少的能量.     

Exploration of energy conservation MAC protocol of WSNs for ubiquitous environment

According to analyze the facade phenomenon of wire-less sensor networks（WSNs）,this paper proposes a feasible method to state clearly and improve the power control efficiency of wire-less sensor networks（WSNs）. One of the crucial problems for WSNs is the design of medium access control （MAC） protocol. Our method want to adjust the activities of the MAC protocols control to achieve the enery conservation when the wireless communication module of sensor nodes is running, which is the major consumer of energy consumed by sensors energy. The energy efficiency of MAC protocol makes a strong impact on the network performance. To some extent,our research work describes and analyze the sources of energy consumption in MAC layer and simultaneously present an optimal method for the design of MAC protocol. Then we discusses some factors impacting on the performance of MAC protocol and metrics of performance evaluation. Eventually, the coming research direction is summarized.     

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。     

基于拥塞控制的无线多媒体传感网地理位置路由协议

无线多媒体传感网络(wireless multimedia sensor network,WMSN)是一个能量受限的网络,能量问题直接影响到网络的生命期.如果知道目的节点的地理位置信息,路由请求(routing requests,RREQs)就可以减小包的转发范围,减少不必要的能量消耗.地理位置路由(location aided routing,LAR)基于该思想被提出.在LAR协议的基础上,利用媒体访问控制层(media access control,MAC)的拥塞信息,提出基于拥塞控制的LAR路由协议——ILAR(improved LAR).仿真结果表明,ILAR具有路由开销少、吞吐量大和包时延小的特点,适合作为WMSN的路由协议.     

基于CDMA技术的Ad Hoc网络联合功率控制算法

提出了一种用于Ad Hoc CDMA网络的联合功率控制算法．对于一个接收终端，分配在同一时隙的各个发射终端的功率调整是基于通信链路的当前状态信息，其中包括各发射终端下一步使用的调整后的新发射功率值．即发射终端调整后的新发射功率值是基于共同的通信资源计算得出的．使得各移动终端能够共享通信网络链路资源．仿真结果表明，这一新的功率控制算法能有效地减小接收端信噪比动态范围，降低干扰信号强度，提高能量效率和系统性能．     

Ad Hoc 网络动态时隙分配的混合 MAC 协议研究与仿真

针对 Ad Hoc 网络的节点具有移动性,信道具有多跳共享性的特点,提出动态时隙分配的混合媒体接入控制（media access control,MAC）协议,协议包括时隙分配和时隙竞争2个阶段。在时隙分配阶段,采用静态分配和动态调整相结合的方式,在为每个节点分配固有时隙的基础上,将不共享信道的节点时隙动态地分配给通信节点;在时隙竞争阶段,通过在子帧中设置不同优先级,在不参与通信节点的主时隙中,数据传输子帧被分成实时业务竞争阶段和非实时业务竞争阶段,竞争成功的节点在这个时隙传输数据,提高优先业务节点的接入概率。采用 NS2网络模拟软件进行仿真,结果表明,所提混合 MAC 协议提高了系统的分组投递率,降低了实时业务的平均时延,协议能够充分利用信道空间复用性,减少竞争,提高接入效率,适合 Ad Hoc 网络。     

认知无线视觉传感网络机会传输的分布式跨层优化

为了充分利用空闲授权无线电频段和增强视觉信息的端到端传输质量,研究了认知无线视觉传感网络机会传输的跨层设计问题。在分析信道随机性和网络模型的基础上,把跨层设计问题表达为一个视觉信息峰值信噪比和网络平均传输时延的权衡优化问题。通过对该问题进行对偶分解和基于随机次梯度的求解方法,提出了一个分布式跨层传输优化算法。该算法不需要预先知道可用授权频段的静态概率分布,而通过节点在每个时隙中进行独立计算和局部信息交换使得上层视觉感知信息的压缩速率与底层链路机会传输自适应匹配,达到权衡优化问题的最优解,因此可以作为认知无线视觉传感网络的实用传输协议。仿真结果表明,该分布式算法能够快速收敛,并能获得与集中式最优化算法相似的性能。     

移动自组织网络中一种能量有效的跨层协议

提出了一种移动自组织网络中能量有效的跨层协议,将网络层的能量感知路由协议与MAC层的功率控制协议相结合,以提高节点的能量利用效率.在路由协议中根据节点剩余能量决定节点接入路由的延迟时间,从而使剩余能量较多的节点能够更快地接入路由,以使网络中的能量消耗更公平.在MAC层中实现功率控制,减少节点的实际能量消耗.仿真结果表明,在移动自组织网络中,该能量有效的跨层协议不但能延长网络的生存时间,减少端到端延迟,而且可以提高网络吞吐率.     

基于令牌的短波地空IP网络接入控制协议

针对空中节点快速移动以及短波地空之间通信成功率较低的特点,在短波令牌协议(high frequency token protocol,HFTP)基础上,运用簇的思想,空中节点通过预约从地面节点获取令牌,设计出适用于短波地空IP网络媒体访问控制(media access control,MAC)层的带预约短波令牌协议(high frequency token protocol with reserve,HFTPR).详细描述了协议的网络初始化过程、令牌丢失后的恢复机制和网络节点管理方法;提出了空中节点通信质量评分(air node communication quality score,AN-CQS)算法,能在信道质量变差时根据令牌重发次数进行簇切换,保证令牌的接收成功率;利用OPNET平台对协议进行仿真,与其他MAC协议作了不同业务量条件下的性能对比.仿真结果表明,HFTP-R能快速完成网络初始化,提供较好的实时性、较高的网络吞吐量和业务传输成功率,还具有较强的稳健性,可满足网络的组网需求.     

基于Cayley图的跨层定向扩散路由算法

为提高无线传感器网络的能量利用率,采用图嵌入的方法在MAC层设计固定信道分配协议,在此基础上使用跨层路由协议改进了定向扩散的路由协议,提出一种基于Cayley图的跨层定向扩散路由算法(CLDD).模型采用的图嵌入方法以Cayley图为逻辑拓扑结构,它具有点对称性质且网络直径达到O(log2N),这使下一跳路由简单、平均路由长度缩小,而且使系统具有高聚集性及鲁棒性.仿真实验表明,CLDD在系统能耗以及传输时延等方面均优于定向扩散算法和Omniscient Multicast算法.