无线传感网络的端到端时延感知跨层优化研究

无线传感网络近年来获得全球范围内越来越多的关注。在实际应用当中,无线传感器网络的通信时延约束是网络QoS评价标准中非常重要的一项性能指标。在传统的无线传感网络吞吐量优化问题模型基础上,考虑网络端到端时延约束条件,并引入网络编码概念。最终采用李雅普诺夫优化算法将吞吐量优化问题转化成若干个子问题并进行分布式求解。该算法在保障网络稳定性和端到端时延约束的同时,得到一个接近最优的原始问题优化解。     

无线传感器网络通信性能确定上界研究

无线传感器网络一般具有实时性,其端到端通信性能上界研究具有重要意义.基于确定性网络演算理论,对无线传感器网络为保证实时数据优先的数据转发调度策略进行了性能分析与评价.建立了基于确定性网络演算的端到端通信性能分析模型,经过理论分析得到了无线传感器网络节点的数据队列上界、端到端数据流的延迟上界以及端到端数据流的延迟抖动上界.仿真结果表明基于网络演算理论的无线传感器网络性能上界均在理论计算的上界范围之内.本文的研究使得对无线传感器网络通信性能的研究更符合完备性的要求.     

一种时分簇调度算法的实现

无线传感器网络是一种典型的资源受限系统,研究信道和时隙在内的资源分配方法,对提高网络性能保障服务质量具有重要意义。为解决智慧医疗系统中传感网络结构不固定,服务质量无法保障问题,构建了一种非平衡的簇树结构,采用可避免碰撞、保证传输时延的时分簇调度算法进行传输任务的分配,将资源分配结果在TinyOS系统中进行实现,并采用CC2530平台进行验证。为便于修改数据流参数,使调度的结果更加直观,设计了图形用户界面。结果表明这种时分簇调度算法可以保证非平衡结构无线传感网络通信质量,为大规模簇树网络提供有效的服务保障。     

基于网络演算的簇树WSN性能上界分析

为保证WSN的服务质量(QoS),需精确求解其性能上界。对进入WSN节点的数据流进行漏桶管制,节点为数据流提供基于速率-延迟模型的服务保障,在已有簇状拓扑WSN性能模型研究基础上,利用确定性网络演算理论推导簇树WSN节点的有效带宽、缓冲区队列长度上界和数据流端到端延迟上界。     

认知无线传感网络中基于簇的地理位置路由方案

针对面向传感网络设计的簇和数据路由算法无法直接应用于认知无线传感网络的问题,给出一种认知无线传感器网络中基于簇的地理位置路由方案。所给方案先利用频谱感知信息与剩余能量构建簇,然后把剩余能量大于阈值且距离信宿更近的节点作为下一跳转发节点,从而使得具有最低通信成本的路径传输数据。仿真结果表明,相比于基于频谱感知的簇多媒体路由方案和移动增强的可靠机会路由方案,所给方案在能耗和端到端传输时延方面均能得到有效控制,所给方案的能耗降低了6.0%~ 9.2%,平均时延降低了8.6%~ 16.2%。     

基于网络演算的无线Mesh网时延上界

无线Mesh网是一种新型宽带接入通信网络，端到端时延上界分析的准确性会直接影响网络的QoS保障。针对无线Mesh网传统时延边界分析方法没有考虑当前节点处理时延对后一个节点到达曲线的影响，造成时延上界计算不紧致的问题，利用(ρ,σ)模型作为数据流到达曲线，延迟-速率函数LR作为数据流服务曲线，同时考虑前一个节点的处理时延对后一个节点到达曲线的影响，推导出无线Mesh网中单节点、单路径和多路径传输时延上界，并利用数值分析方法得到网络服务速率、流量分配方式、多路径数目等因素对时延上界的影响。仿真结果表明，与传统方法相比，以上计算得到的无线Mesh网时延上界更接近实际仿真值。     

基于能耗信任值的无线传感网络克隆攻击检测方法

为避免无线传感网络信息传输时被黑客克隆攻击，导致数据传输质量下降，在能耗信任值的基础上，提出一种无线传感网络克隆攻击检测方法。根据无线传感网络节点拓扑图，建立无线传感网络节点能耗模型，计算接收端和发送端在信息传输时所消耗的能耗。以簇内成员节点信息路由表为依据，利用簇头节点对每个成员节点的ID、Postion和剩余能量值展开初期检测、能耗信任值计算和数据融合。基站端通过对簇头节点路由信息和融合后的信息进行检测的方式，完成对整个无线传感网络的克隆攻击检测。仿真分析结果表明，所提方法具有较高的检出率、数据包投递率以及较低的时延和能耗，取得了较理想的攻击检测结果。     

多信道多跳无线网络端到端时延最小化路由评价指标的研究

提出一种适用于多接口多信道无线网络的路由评价指标,DSRM.与传统的评价指标单纯注重网络吞吐量相比,DSRM采用整条路径的端到端时延作为评价指标,以适应日益频繁的时延敏感的应用需求.在DSRM中,综合考虑了网络传输过程中的竞争接入时延、基于等效带宽计算的传输时延、节点内的信道队列因素,并分析了整条路径的端到端重传时延.通过Qualnet仿真,证明了DSRM较WCETT、WEED等路由评价指标在平均端到端时延等网络性能参数上有了明显提升.     

联合车速–队列感知的路边单元分组调度随机优化

路边单元(RSU)是车联网中为其无线覆盖范围内过往车辆提供信息服务的基础设施,路边单元间的分组传输可通过移动车辆"存储–载带–转发"的方式进行,其传输过程中分组的端到端时延由源RSU缓存中的排队时延与车辆载带过程的传播时延两部分组成.为使RSU间分组传输过程中平均端到端时延最小化,本文提出一种联合车速–队列感知的路边单元分组调度随机优化方法,该方法根据源RSU缓存队列长度和经过源RSU覆盖范围的车辆速度状态作分组调度决策.通过马尔科夫决策(MDP)框架对分组传输过程中的平均排队时延和平均传播时延进行分析,建立一个非线性平均端到端时延最小化问题并求解.仿真结果表明,所提出的RSU分组调度随机优化方法可以显著降低RSU间分组传输过程中的平均端到端时延,并提高系统中分组传输的吞吐量.     

一种车载自组织网络连通性维护方法

车载自组织网络（VANET）中的高速移动性节点和动态的网络拓扑结构使得车辆间通信链路存在传输时延长、连接时间短的问题。通过引入双簇头选择算法,提出一种改进的AODV路由协议（AODV-CMIRP）,用于VANET的连通性维护。利用分簇技术降低全局网络拓扑的动态性,通过引入节点的相对移动度和相对速度作为簇头选择指标,并选取辅助簇头节点以延长车载自组织网络整体生存时间。仿真结果表明,在保证网络连通性和稳定性的前提下,相比CBDRP和AODV协议,AODV-CMIRP协议具有较低的平均端到端时延和较高的分组投递率,能够有效延长簇头生存时间并提高网络的稳定性。     

DAMA协议在临近空间通信网中的时延分析

在临近空间通信网络中,各个用户要共享带宽有限的无线信道,因此,需要设计一种有效的MAC层协议。提出将按需分配（DAMA）多址接入协议应用到临近空间通信网中,运用排队理论建立了分析模型,对在固定帧长条件下该协议的平均端到端时延性能进行了理论分析,并利用OPNET仿真软件进行仿真验证。结果表明,理论分析能较准确地估计网络的平均端到端时延。     

Energy and delay optimized contention for wireless sensor networks

In wireless sensor network (WSN) studies, the main objective is minimizing the energy consumption so that the lifetime is maximized under the limited battery capacity constraints. Additionally, in most event-driven WSN applications, the end-to-end delay, and hence, the medium access delay should be minimized. Majority of the WSN MAC protocols are contention-based wherein contention window size setting involves an important trade-off between the collision probability and idle listening durations in contentions where both are aimed to be lowered for efficient network operation. In this paper, the energy optimizing and the delay optimizing contention window sizes are derived as a function of the number of contending nodes. For this purpose, we present separate analyses for the contention delay and for the energy consumed which are verified with detailed simulations. In order to obtain close to optimal performance values in a distributed manner, we propose a method for estimating the number of contending nodes since the individual wireless sensor nodes do not have this information readily. Simulations of an event-driven WSN application verify that the proposed method successfully improve both delay and energy efficiency of the contention-based medium access. The end-to-end network performance is also investigated by employing a geographical routing protocol. Results show that using the heuristic method proposed that use the optimum contention window size analyses presented, the overall network performance can be improved without incurring any overhead to the system.     

基于Memetic算法的WSN分簇协议的研究 *

针对无线传感器网络的寿命和覆盖优化,提出了一种基于Memetic算法和节点休眠-唤醒调度策略的复合文化基因聚类协议(Composite Memetic Algorithm Clustering Protocol,CMACP)。算法首先运行文化基因算法初始化需要激活的节点并规划相邻冗余节点,其中遗传算法和局部搜索算法能保障得到最优的初始节点分布。随着网络的运行,当某个节点因能量耗尽而丢失覆盖目标时,休眠调度策略选择激活最优相邻节点弥补覆盖漏洞。仿真实验表明,与其他WSN分簇协议相比,CMACP能较好的延长WSN稳定周期生存时间,并且提高WSN对感知区域的覆盖能力。     

IEEE 802.16中改进的QoS调度算法设计

IEEE802.16标准在每个节点处都提供实时业务和非实时业务。由于基于优先级的业务的服务质量（QoS）的需求不同,因此需要对传统的调度算法进行改进使其具有更大的适应性。为了改善QoS端到端时延的性能,提出了一种混合调度算法（EDD和WFQ算法相结合）。仿真结果表明：在每个节点处,提出的混合算法比仅使用EDD算法能给实时业务产生的时延更少,并且还能够使单个BS在可允许的端到端时延范围内容纳数量更多的子SS,而且使用从BS到SS的GPSS模式的调度机制比使用GPC模式能产生更小的时延。     

基于网络演算的交换式以太网实时特性分析

交换式以太网在网络控制系统中的应用关键问题是实时能力,为此采用一种新型实时性能分析工具——网络演算,对交换式以太网实时能力进行确定性的分析和研究。针对FIFO调度算法,对两级树型拓扑结构的交换式以太网系统建立了通信模型,推导出各网络元素的到达曲线和服务曲线,由此得到了最大时延、所需缓冲区大小、输出突发量等实时业务流的主要参数解析表达式;利用推导所得结论计算了实时业务流的最大网络时延。     

考虑内容异构5G无线网络云对边混合缓存策略

现有大多数内容缓存算法需要对内容流行度的准确估计，这在动态移动网络环境中是较难实现的。提出考虑内容异构5G无线网络云对边混合缓存策略，设计优化了内容缓存位置，其可以是原始内容服务器、云单元（CUs）和基站（BSs）。采用Lyapunov优化方法解决了NP-hard缓存控制问题与CU缓存和BS缓存控制决策之间的紧密耦合问题，有助于改善和识别网络体系结构的层次性和Cus缓存与BSs缓存之间的隶属关系，同时新的分层网络架构能够通过机会性地开发以云为中心和以边缘为中心的缓存来提高内容缓存性能，支持高平均请求的内容数据速率。采用李雅普诺夫优化技术，可实现恒定分数的容量区域的所有到达率的有限服务延迟，进而实现缓存数据的快速读取。仿真结果显示，所提缓存策略在平均端到端服务延迟和负载降低率方面具有较为显著的优势。     

基于能耗量化传导的WSN路由探测算法

为了降低无线传感器网络(WSN)路由节点的能量损耗,提高网络的寿命周期,需要进行路由节点的优化分布设计。传统方法采用CSMA/CA有限竞争的信道分配模型进行WSN的路由探测算法设计,实现能量均衡,在节点规模较大和干扰较强时,节能的能耗开销较大。提出一种基于能耗量化传导的WSN路由探测算法,首先建立WSN的分簇能耗调度模型,以能量控制开销、丢包率、传输时延等为约束参量指标进行路由探测的控制目标函数的构建,然后采用路由冲突协调机制进行能耗量化分配,结合WSN传输信道的能量传导均衡模型实现WSN路由的优化探测和WSN节点的优化部署。仿真结果表明,采用该方法进行WSN路由探测设计时网络的能效较高,传输时延和误码率等参量指标的表现优于传统方法。     

Fundamental trade-offs in aggregate packet scheduling

In this paper, we investigate the fundamental trade-offs in aggregate packet scheduling for support of guaranteed delay service. In our study, we consider two classes of aggregate packet scheduling algorithms: the static earliest time first (SETF) and dynamic earliest time first (DETF). Through these two classes of aggregate packet scheduling (and together with the simple FIFO packet scheduling algorithm), we show that, with additional timestamp information encoded in the packet header for scheduling purposes, we can significantly increase the maximum allowable network utilization level, while, at the same time, reducing the worst-case edge-to-edge delay bound. Furthermore, we demonstrate how the number of the bits used to encode the timestamp information affects the trade-off between the maximum allowable network utilization level and the worst-case edge-to-edge delay bound. In addition, the more complex DETF algorithms have far superior performance than the simpler SETF algorithms. These results illustrate the fundamental trade-offs in aggregate packet scheduling algorithms and shed light on their provisioning power in support of guaranteed delay service.     

无线传感器网络分布式调度方法研究

无线传感器网络(Wireless sensor network, WSN)是一个资源受限的网络系统.已提出了多种调度方法来提高网络性能. 本文归纳了WSN分布式调度方法的设计原则和分类方法,并按调度对象对调度方法进行了分类讨论. 详细论述了一些典型调度方法的内在机理,分析了每一类调度方法的特点. 对这些调度方法的设计目标和性能特点进行了对比.最后总结了WSN分布式调度方法的研究现状, 提出了该领域今后发展需要关注的重要因素.