基于M/G/1/K排队理论的IEEE 802.15.4网络吞吐量分析

针对IEEE 802.15.4时隙载波侦听多址接入与碰撞避免(CSMA/CA)算法,利用二维Markov链分析方法提出了一个网络分析模型。该模型特别考虑了IEEE 802.15.4协议的休眠模式以及退避窗口先于退避阶数(NB)达到最大值的情况。在此基础上,结合M/G/1/K排队理论推导得到了吞吐量的表达式,进而分析了网络在非饱和状态下数据包到达率对吞吐量的影响,利用模拟平台NS2进行了仿真。实验结果显示理论分析结果与仿真结果可以较好地拟合,并能准确描述网络吞吐量的变化,验证了分析模型的有效性。     

IEEE 802.15.4 MAC协议退避机制的改进

考虑节点移动且数据传输率不断变化对网络性能的影响,针对IEEE802.15.4提出了一种网络负荷概率判断和指数加权滑动平均(PJNL_EWMA) 的退避策略,在每次载波监听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）算法开始时采用网络负荷概率判断思想判定当前网络状况,然后通过指数加权滑动平均方法动态地调整退避指数。通过NS2的仿真结果表明：与IEEE802.15.4标准协议算法及MBS+EWMA算法相比,PJNL_EWMA算法不仅提高了网络吞吐量,同时还减小了数据包的丢包率和碰撞概率,提高了网络性能。     

非时隙CSMA/CA性能分析与研究

通过对基于IEEE802.15.4的无线传感网络的非时隙CSMA/CA的算法进行分析,建立了适合于大部分无线传感网络实际应用的具有单步转移概率分布的离散马尔可夫链模型。并给出了在该模型下数据包延时、退避次数两个主要的网络性能评价指标的计算公式。最后通过仿真实验分析了CSMA/CA 算法的三个网络参数对系统性能的影响。     

基于ABE算法的2.4GHz IEEE 802.15.4网络模拟研究

针对IEEE 802.15.4网络的MAC层采用基于时隙的CSMA/CA标准算法可能引发数据封包碰撞和网络拥塞的问题,参考ABE算法对标准算法进行了改进,并采用NS-2网络模拟软件对基于时隙的CSMA/CA标准算法与ABE算法对2.4 GHz频段上的IEEE802.15.4星型网络性能进行了模拟实验。结果表明,基于ABE算法的2.4 GHz IEEE 802.15.4网络在网络吞吐量、数据封包成功传输率、网络公平性、LQI类型封包遗失数量等方面的性能都得到了有效提升。     

基于减少偷听的IEEE 802.15.4网络节点能耗降低方法*

为了优化IEEE 802.15.4 MAC协议能耗性能,针对IEEE 802.15.4 MAC协议存在的空闲偷听现象浪费节点能量问题,提出一种基于减少偷听的降耗方法：节点于超帧竞争接入时期内的退避时期适时地进入休眠状态。应用该方法建立了IEEE 802.15.4 MAC时隙CSMA/CA机制的Markov模型,并对模型进行了数学推导。基于本模型,对网络节点平均能耗进行了数学分析。理论分析和仿真结果表明,该模型有效地降低了节点的平均能量消耗和空闲偷听时间,协议性能得到有效改善。     

IEEE802.15.4无线传感器网络仿真与性能评估

IEEE802.15.4标准是为满足低速率、低能耗、低成本需求而制定的无线个人区域网（LR_WPAN）规范。通过用网络仿真软件NS2对基于IEEE802.15.4的无线传感器网络的主要性能指标进行分析,较为详实地论述了IEEE802.15.4MAC层基于时槽的CSMA/CA机制,最后给出仿真环境及其结果,并进行度量分析和阐述各指标间的依赖关系。     

基于竞争窗口递减因子自适应调整退避算法

包括IEEE802.11、802.15.4标准在内的许多无线网络协议都采用二进制指数退避机制管理数据的重发。在动态分布式的网络环境中,二进制指数退避算法固定的竞争窗口递减方式难以适应动态变化的网络规模。针对这一问题,提出了一种改进的回退机制,该机制通过引入竞争窗口递减因子,自适应地调整无线节点的等待时间,以实现网络吞吐量的最大化。同时,在算法实现上提出一种启发式算法以跟踪网络中竞争节点数量的改变。在IEEE 802.11DCF协议中以相同的物理层参数进行仿真,结果表明改进算法提高了网络吞吐量,降低了分组平均接入时延。     

IEEE802.15.4动态自适应CSMA/CA算法设计与仿真

在无线传感器网络中,节点的业务负载是随网络节点的位置和网络运行的时间不断变化的,又由于每一个节点能量有限,功耗是无线传感器网络性能的重要参数之一。针对无线传感器网络的这些特点,对IEEE802.15.4MAC层协议的关键技术进行了阐述,讨论了CSMA/CA信道访问机制在动态自适应方面的不足,进而设计提出了一种基于动态自适应的低功耗退避算法-DA-CSMA/CA算法,最后对该算法进行了仿真分析。仿真结果表明,该算法在网络拓扑相对固定的环境中能在低功耗的前提下很好地适应网络流量的变化。     

基于非饱和负载的802.15.4网络能耗分析

为了优化802.15.4 MAC协议能耗性能,提出了一种基于退避时提前休眠的时隙CSMA/CA机制,并建立了该协议的Markov链模型。然后使用M/G/1排队系统理论对非饱和网络负载建模,并对协议主要参数进行了数学推导。最后基于该模型对网络节点能耗进行数值分析。理论分析和仿真结果表明,该模型较好的描述基于非饱和负载的802.15.4 MAC协议,网络节点能耗得到有效改善。     

无线传感器网络中一种自适应的退避算法

802.15.4协议中CSMA/CA信道接入方式为了避免再次碰撞使用BEB退避算法,在重负载的情况下网络性能较差。提出一种自适应的退避算法,它用报文的冲突概率来预测节点附近信道的争用状况,在不同的网络状况下,竞争窗口的取值采用相应的退避策略,动态地控制节点的退避范围,以达到改善网络性能的目的。分析与仿真结果表明,新的算法与传统的退避算法BEB算法相比,在网络负载重的情况下,有效地降低了数据包的冲突概率,减少了时延,提高了网络的吞吐量,同时对信道的公平性也有所改善。     

IEEE802.15.4多时隙下GTS性能分析及配置优化

IEEE802.15.4标准的保障时隙(GTS)机制可分配多个时隙,用于保障实时性数据的传输。针对非竞争接入期多时隙下GTS性能分析的不足,利用网络微积分法分析时延和吞吐量服务曲线及其与能耗的关系,改进IEEE802.15.4传感器节点模型,建模仿真研究GTS参数对网络性能(时延、吞吐量及能耗)的影响。仿真结果表明：根据高低突发性数据率的情况,最优化配置下的GTS可以满足实时性数据的传输。     

Mutual interference analysis of IEEE 802.15.4 and IEEE 802.11b

IEEE 802.15.4 and IEEE 802.11b, operating in the 2.4 GHz unlicensed industrial scientific medical (ISM) frequency band, may lead to signal interference and result in significant performance degradation when devices are collocated in the same environment. The main goal of this paper is to evaluate the effect of mutual interference on the performance of IEEE 802.15.4 and IEEE 802.11b systems. An analytic model for interference between IEEE 802.15.4 and IEEE 802.11b is suggested. The packet error rate (PER), transmission delay, and throughput are evaluated for IEEE 802.15.4 and IEEE 802.11b. The power spectral density of the IEEE 802.11b is considered in order to determine in-band interference power of the IEEE 802.11b to the IEEE 802.15.4. The simulation results by OPNET are shown to validate the numerical analysis.     

An Improved Markov Model for IEEE 802.15.4 Slotted CSMA/CA Mechanism

IEEE 802.15.4 protocol is proposed to meet the low latency and energy consumption needs in low-rate wireless applications,however,few analytical models are tractable enough for comprehensive evaluation of the protocol.To evaluate the IEEE 802.15.4 slotted CSMA/CA channel access mechanism in this paper,we propose a practical and accurate discrete Markov chain model,which can dynamically represent different network loads.By computing the steady-state distribution probability of the Markov chain,we obtain a...     

体域医学传感器网络的设计及其QoS性能分析

提出医学无线传感器网络（MWSNs）的三层体系结构,并重点分析体域医学传感器网络的组成结构和网络传输需求。设计了基于IEEE 802.15.4无线个域网协议的体域医学传感器网络（BA-MWSN）,其拓扑结构采用星型,MAC采用时隙CSMA/CA机制。通过网络仿真评估了该BA-MWSN的QoS性能,分析表明：该网络能满足体域MWSNs的网络传输要求;设置合理的节点数量、网络负载和使用长帧可以获得较高的网络利用率和可靠性。     

Time delay characteristic of industrial wireless networks based on IEEE 802.15.4a

The IEEE 802.15.4a standard provides a framework for low-data-rate communication systems, typically sensor networks. In this paper, we established a realistic environment for the time delay characteristic of industrial network based on IEEE 802.15.4a. Several sets of practical experiments are conducted to study its various features, including the effects of 1) numeral wireless nodes, 2) numeral data packets, 3) data transmissions with different upper-layer protocols, 4) physical distance between nodes, and 5) adding and reducing the number of the wireless nodes. The results show that IEEE 802.15.4a is suitable for some industrial applications that have more relaxed throughput requirements and time-delay. Some issues that could degrade the network performance are also discussed.     

基于Zigbee簇树路由的链路寻址方式改进

IEEE 802.15.4/Zigbee规范因其低速率,低功耗和低成本的特征而非常适合作为WSN的无线通信技术.使用该技术构建簇树型WSN时,网络性能受哪些因素的影响,影响程度如何都是值得研究的问题.本文通过一个自建的簇树型WSN仿真模型,研究了中心协调器位置对节点接入成功率的影响;传感器节点发包速率和信号发射功率对吞吐量和传包率的影响,并对簇树形路由的寻址方式进行了改进,将跨点寻址应用在路由方式中,取得了良好的网络效果.     

非饱和状态下时隙CSMA/CA机制改进与性能分析

针对无线传感器网络中有重要信息的高优先级数据包需要尽快传输,且IEEE 802.15.4协议本身不支持任何优先级机制的情况,结合优先级调度策略和差分服务机制,对具有优先级级的时隙CSMA/CA机制进行全面数学建模,包括节点马尔科夫模型和信道马尔科夫模型,据此提出了一种非饱和状态下具有优先级的IEEE 802.15.4时隙CSMA/CA机制性能的分析方法。通过比较分析,改进的机制对提高网络中高优先级数据包的传输性能具有积极作用。