基于跨层设计与优化的无线传感网络数据传输算法

针对无线传感网络(wireless sensor networks,WSNs)的多对一通信,提出了路由和媒体接入协议(medium access control,MAC)的跨层设计与优化的数据传输算法,记为J-R-MAC(joint routing and medium access control),进而减少传输时延。JR-MAC算法引用新的周期结构,此周期结构允许k个节点在同一个周期内安排数据包传输;并给节点提供k次机会传输数据包。同时,J-R-MAC算法将网络内所有节点划分k个不相交集;进而减少节点的空闲监听时间。此外,J-R-MAC引用特殊序列作为地址,减少控制包尺寸;进而降低能耗。仿真数据表明,与同类的协议相比,提出的J-R-MAC算法有效地降低了端到端传输时延;并提高了数据包传递率。     

基于分簇的Ad Hoc网络媒体接入控制协议C-USAP

在未来大规模无线自组织网络中,不但要保证数据的高效传输,还要保证能够适应网络拓扑结构的快速变化.现有的M-USAP(改进的统一时隙分配协议)能够在一帧内完成全网控制信息的交互,每个节点拥有全网路由信息,在小规模网络中能够快速适应网络拓扑结构的变化.但是随着网络规模的增大,存在路由开销大、收敛慢、端到端时延大、节点吞吐量小、时隙复用率低和网络反应迟钝等问题.针对上述问题,提出一种适用于大规模无线自组织网络的媒体接入控制协议CUSAP(分簇式统一时隙分配协议).该协议基于分簇思想,簇内采用动态时分多址协议,簇间采用多频段分割技术,实现高效的簇内和簇间节点交互.仿真结果表明:该协议具有路由收敛快、业务收发平稳、端到端时延小、时隙复用率高和网络灵活等特点.     

基于复合判据和改变触发机制的WMN路由协议设计与仿真

为了提高无线Mesh网络路由协议的吞吐量和传输质量,提出了一种跨层路由协议MCL-AODV.该协议通过跨层操作机制综合考虑MAC层链路质量、节点队列拥塞度和无线传输距离对链路性能的影响,创建复合路由判据以优化路由选择过程;通过改变HELLO消息触发机制降低路由管理控制开销.仿真结果表明,MCL-AODV降低了平均路由开销、减小了端到端时延,提高了网络吞吐量和分组投递率.     

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.     

一种分簇式无线传感器网络中高效的路由协议

分簇式无线传感器网络中,由于簇头节点担负数据融合的任务,减少了数据通信量,使得该类网络适合于大规模网络的部署.但已提出的分簇式路由协议中,节点通信过程中耗费的能量多、不能有效地均衡节点消耗的能量,以致部分节点失效快、网络生存时间短.针对现有的分簇式无线传感器网络路由协议的不足,提出一种改进的路由协议,该协议能进一步减少节点的能量消耗,延长网络的生存周期.     

无线传感器网络中改进的EEUC路由协议

基于对无线传感器网络LEACH(low-energy adaptive clustering hierarchy)协议与EEUC(energy-efficient une-ven clustering)协议的研究,针对EEUC协议中存在的候选簇首选择未考虑当选最终簇首次数、下一跳簇首选择主要考虑网络能量开销指标和频繁构造簇浪费能量问题,提出了改进的EEUC(improved-EEUC,I-EEUC)协议。I-EE-UC协议中,借鉴LEACH协议中簇首选择策略对EEUC协议中候选簇首选择进行改进,并且在选择下一跳簇首时综合考虑网络能量开销指标,下一跳簇首剩余能量与簇内成员数目等因素。为减少传输控制信息能耗且不降低网络能量效率,采用每2次数据收集后重新构造簇。仿真结果表明,新改进的协议让节点轮流担任最终簇首,有效地均衡了网络中节点的能耗,延长网络的存活时间。     

一种能量高效的无线传感器网络分簇路由协议

针对决定性簇头选择 (deterministic cluster-head selection,DCHS）协议簇头阈值函数的不足,提出一种能量高效分簇算法(energy efficient clustering,EEC)协议。分析了低功耗自适应集簇分层型（low-energy adaptive clustering hierarchy,LEACH）协议及其改进协议DCHS的设计缺陷,设计了一种新的簇头选举机制,在选举簇头时,不仅考虑节点剩余能量,而且能够保证网络中簇头节点的数量,并且用码分多址 (code division multiple access,CDMA)机制使非簇头入簇,减少了对相邻节点的干扰。仿真结果表明,与LEACH和DCHS协议相比,EEC协议能有效地延长网络生存时间,且网络能耗更加均衡。     

基于数据和能量优先等级改进WSN中S-MAC协议的研究

通过扩展IEEE 802.11的数据帧,结合数据和能量优先等级对S-MAC协议进行改进,解决数据优先等级的携带问题.发送数据时,根据发送数据和能量的优先等级及网络负载情况,节点调整竞争窗口,使网络高优先等级数据优先发送,低优先级的数据延迟发送,减少碰撞.采用NS2仿真实验平台,对改进协议仿真测试.结果表明,改进后的S-MAC协议对高优先等级数据传输时延明显降低,均衡了网络负载,延长了网络生存时间.     

一种基于跨层优化的低延迟无线传感器网络DE2协议

是无线传感器网络MAC协议中比较具有代表性的一种协议，针对S-MAC协议的周期性侦听和休眠机制造成网络中业务延迟较大的缺点，提出了一种基于跨层优化的低延迟无线传感器网络MAC协议(CAL-MAC)。CAL-MAC协议在S-MAC基础上，采用了具有跨层优化思想的自适应侦听机制$该自适应侦听机制中，节点根据路径信息来决定是否进行自适应侦听。通过数值分析,CAL-MAC在保证能量有效性的同时降低了延迟。     

基于节点流量的低能耗无线传感器网络MAC协议

根据传感器节点的生存时间取决于节点能量消耗的特点,设计了节能的MAC协议.提出了一种基于节点流量的低能耗无线传感器网络MAC协议TBEE-MAC(traffic-based energy efficient MAC).在TBEE-MAC中,节点采用周期性休眠机制来节省能量,提出了活动时间结构和基于节点流量的同步调度方式,在时间误差允许的范围内,调整了同步调度周期,减少了能量消耗.仿真显示,TBEE-MAC在提供低延时性能的基础上,能量有效性相对于S-MAC协议有很大提高.     

一种Ad hoc网络的跨层拥塞控制改进方案

针对传统的TCP拥塞控制协议不能很好适用于无线Ad hoc网络的问题,本文利用跨层设计思想和优化理论,通过提取协议栈各层的特性参数,给出了无线Ad hoc网络跨层拥塞控制的改进方案CCIM (cross-layer control improvement methods). 提出了将MAC层输入、输出速率与网络层缓存队列长度相结合的拥塞检测新方法,并依据ECN显示拥塞反馈机制和扩展信令传递机制,对拥塞控制和随机接入进行建模,以便获取最优发送速率. NS2仿真结果表明,该方案能够降低端到端传输时延,使网络吞吐量和公平性得到了明显改善.      

基于流量自适应的S-MAC协议的优化

S-MAC（sensor-MAC）是经典的基于竞争的无线传感器网络MAC层协议.协议采用固定占空比的侦听、休眠机制,节点拥有相同的竞争窗口值,很符合无线传感器网络对MAC层协议节能、简单的要求;然而,固定的占空比和竞争窗口使S-MAC无法适应网络流量的变化.文中引入队列信息,依此判定网络流量的大小,对S-MAC协议进行优化.当流量大时,通过修改休眠时间来调整占空比.同时引入竞争窗口调节算法,以减小流量大时发生碰撞的概率,提高效率.通过NS2仿真证明在网络流量大时,优化的协议在性能上得到了提升.     

传感网中基于周期性数据传输的休眠调度研究

针对近年来无线传感器网络所设计的MAC协议从不同角度对S-MAC进行了改进,但均没有考虑周期性数据传输的特性这一问题,提出了基于时钟的媒介访问控制算法TB-MAC.TB-MAC根据对流量的预测和节点的历史活跃信息来计算休眠/活动周期.仿真结果表明TB-MAC比S-MAC节省了至少75%的能耗,同时获得了优于S-MAC的延迟性能.     

一种应用于多跳网络的可调占空比固定时延MAC协议

针对Ad Hoc网络、无线传感器网络等类型的多跳网络中使用传统的基于低占空比的MAC协议会使数据传输的时延随转发节点的增加而变大的问题,提出一种固定时延的MAC协议(FDS-MAC).该协议针对不同跳数的源节点,由汇聚节点通过改变占空比来设置合理的固定时延值并将其放在调度表中,源节点通过改变监听调度表的占空比达到固定时延的目的;当节点跳数较多时,可通过物理分簇配合FDS-MAC有效降低固定时延的值.理论分析和仿真结果表明,该协议可获得合理的固定时延和良好的耗能特性,在很多场景可获应用.     

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。     

无线传感器网络冲突自适应S-MAC协议

在无线传感器网络中,由于S-MAC协议的竞争窗口固定,导致其网络的适应性差．利用马尔可夫链数学模型对网络性能参数进行分析。并提出了一种冲突自适应S-MAC协议．新协议采用指数退避机制。并引入退避长度和信道忙计数器来估计当前信道的冲突概率,使节点自适应调整竞争窗口大小,提高网络性能．仿真结果表明,新协议不仅能很好适应网络流量变化．而且在能耗和吞吐量性能方面较S-MAC协议有明显改善．