基于功率控制的无线传感器网络MAC协议研究

本文提出了一种无线传感器网络自适应功率控制MAC协议APC-SMAC。APC-SMAC协议首先通过建立基于最优邻居节点数的功率调度表,提高信道利用率,减少通信能耗,另一方面对干扰节点发送反馈帧控制其进入睡眠,从而提高了网络数据吞吐量,减少了网络延迟。实验结果表明该协议在网络吞吐量、网络时延和平均能耗上均有了较大的提高。     

能量有效的无线传感器网络MAC协议

针对无线传感器网络中的隐终端和延迟问题,提出一种基于功率控制机制的改进MAC协议。节点在SMAC协议的基础上通过功率控制算法在每个节点所保存的功率等级表中动态地选择合适的功率值作为其发射功率,从而避免了隐终端和延迟问题。仿真结果表明,与SMAC协议相比,改进协议能提高网络的吞吐量,降低源节点到目的节点的端到端延迟。     

自组网中基于自适应波束天线的拓扑控制算法

定向天线自组网拓扑的构建问题比全向天线网络复杂.基于自适应波束定向天线模型提出一种分布式拓扑控制算法,通过调整节点发射功率,改变天线波束的朝向、宽度和增益来构建拓扑.网络中每个节点收集其邻居节点信息,采用功率控制调度策略选择最优相邻节点,并选取覆盖所有最优相邻节点的最小发射功率为此节点的发射功率.算法在保证网络连通性与无向性的同时,降低了节点的发射功率,减小了节点的平均度数,从而降低节点能耗,减少了节点间干扰,提高了网络吞吐量.仿真结果表明,算法显著提高了网络性能.     

基于功率控制的无线传感器网络MAC协议研究

无线传感器网络是21世纪新兴的网络技术,它的出现使网络的发展进入一个新的阶段.近年来,对无线传感器网络介质访问控制协议的研究也越来越多.总结了近年来的研究成果,并针对S-MAC,T-MAC和D-MAC等几种典型的MAC协议进行了对比分析.研究出将功率控制机制引入到MAC协议中可以进一步减少能耗,给出了一种基于发射功率控制思想的MAC协议.PCSMAC协议.功率控制可以从直接的降低发送能量和间接的减少碰撞两个角度节约能耗,是一种有效的节能机制.仿真实验表明,引入功率控制后可以节约能耗达50%--96%左右.     

用于传感网功率控制的并行传输MAC 协议

针对无线传感网（WSNs）中节点间不对称的发射功率引起的隐藏节点和暴露节点问题,提出一种用于传感网功率控制的MAC协议（MAC4PC）.该协议采用邻节点向量表对邻节点的状态及当前会话的信息进行记录,并设计了相关的控制帧收发时序和干扰度判断准则,以保证新建立会话与当前会话互不干涉,从而实现暴露节点的并行传输.仿真结果表明,与802.11 DCF协议、SB-FSMA/CA协议以及GLPCB-PMAC协议相比较,MAC4PC协议提高了网络平均吞吐量,降低了节点平均能耗和数据分组的平均传输时延.     

一种适用于Ad Hoc网络的多信道能量高效MAC协议

对多信道条件下MAC协议功率控制机制进行了分析,提出一种能够根据各个接收节点的通信状况,动态地调整数据信道上数据帧的传输功率和控制信道上CTS帧的发送功率的多信道Ad Hoc网络能量高效的MAC协议(MPEMAC).仿真表明,该协议有效的节省了节点能耗,延长了网络节点的生存时间,同时还能够增大空间信道的利用率,从而进一步提高网络的平均吞吐量.     

多个无线传感器网络中节能MAC协议设计

在无线传感器网络中,媒体访问控制(MAC)层协议影响着整个网络的性能。根据无线传感器网络对节点能耗和时延的要求,本文提出了一种基于跨层设计的节能MAC协议。利用物理层、MAC层和路由层之间的信息交互,在保证可靠通信的基础上,实现在一个监听/睡眠周期内数据多跳传输,缩短数据传输时延,并且有效控制网络数据传输的冗余度,降低冗余节点能量消耗。性能分析和仿真结果表明,节能MAC协议能够有效地降低网络时延并且减少节点能耗。     

一种基于链路级功率控制的分簇路由算法

针对非均匀网络环境下链路层的能耗控制问题,提出了一种基于链路级功率控制的分簇路由算法(CLPC算法)。CLPC算法基于最优连通功率成簇,并利用双信道机制和干扰反制策略在网络层解决链路层的冲突重传及信道访问公平性等问题,以期达到提高网络整体性能的目的。最优连通功率机制可以减少网络中节点间的冲突域,降低节点间的竞争强度;双信道机制则通过控制信道和数据信道分别对数据分组和控制分组进行收发,来降低数据传输的冲突概率,提高信道的空间复用率;干扰反制策略通过对具有高发射功率的干扰节点进行反制,来保障低发射功率的节点在共享信道上的公平性。实验仿真结果表明,CLPC算法进一步提高了网络的能量有效性和网络有效吞吐量。     

基于功率控制和冲突避免的无线Mesh网络低能耗MAC协议

为了解决IEEE 802.11协议在无线Mesh网络中能量利用效率低的问题,提出一种改进的低能耗MAC协议PCCA。PCCA协议在IEEE 802.11协议的基础上加入两个核心算法,即动态功率控制算法(DPCA)和冲突避免算法(CAA),以此降低能耗。DPCA通过接收节点计算发送节点所需的最佳发射功率,降低数据发送的能耗;CAA利用邻居通信状态表对潜在的冲突进行判断,让可能引起冲突的节点进入休眠以节约能量。仿真结果表明PCCA协议最多可降低约20%的能耗。     

联合空时需求预留和功率控制的MAC协议

提出了一种应用于移动Ad Hoc网络中的联合空时预留和功率控制MAC协议.它通过对信道时间和空间资源预留更为精确的估计优化了可用的信道资源,提高了信道的空间利用率,降低了碰撞冲突的概率.因为物理层头部采用最低的速率进行传输,把这种时空估计信息嵌在物理层帧头部,可以把信息传播到更多更远的邻节点,减少了碰撞的概率.同时结合功率控制技术对数据包传输功率进行控制,降低了节点的能量消耗.通过仿真与IEEE 802.11 MAC协议进行比较,该协议提高了系统的吞吐量,移动节点功率消耗明显降低,节点的能量利用效率得到提高.     

基于功率控制的WSNs跨层方案

无线传感器网络(W SNs)协议设计中既要考虑网络性能,又要考虑能量消耗。由于考虑的因素众多,传统的分层方法通常不能满足多个目标。提出一种基于功率控制的跨层路由方案,基于微经济学中效用的概念,通过对每个链路的功率进行控制,减少不必要发送功率,减少节点之间相互干扰,节省能耗。通过基于效用的路由度量,均衡网络性能,延长网络生存期。     

异构传感器网络的分布式能量有效成簇算法

为了延长网络的生存时间,需要设计能量有效的协议,以适应传感器网络的特点.成簇算法是传感器网络中减少能量消耗的一种关键技术,它能够增强网络的扩展性和延长网络的生存时间.研究了异构传感器网络中成簇算法在节省能量方面的性能,提出一种适应异构无线传感器网络的分布式能量有效的成簇方案.此方案基于节点剩余能量与网络节点的平均能量的比例来选举簇头节点.较高初始能量和剩余能量的节点比低能量节点拥有更多的机会成为簇头节点,从而使网络能量均匀消耗,延长网络的生存时间.模拟实验结果显示,与现有的重要成簇方案相比,新的成簇算法在异构网络下提供了更长的网络生存时间和更大的网络有效吞吐量.     

SEEL:无线传感器网络下自适应、低延迟的节能媒质接入控制协议

无线传感器网络有着广泛的应用前景,然而由于传感器节点能量有限,因此传感器网络上运行的协议必须具备能量有效性以获得较长的生命周期.而媒质接入控制子层是节点能量消耗的主要所在,因此无线传感器网络设计的关键问题之一是媒质的接入控制.提出了一种自适应低延迟的节能MAC协议——SEEL协议,根据当前的网络负载自适应地调节竞争窗口的大小,从而减小节点数据传送的碰撞几率和由于碰撞而导致的能量消耗;采用了快速退避机制,减少了节点在退避过程中的空闲监听时间;扩展了RTS/CTS消息机制,可减少节点在每帧活动阶段的时间以及减小数据的延迟,两者都能节约能量的使用.实验结果显示,SEEL协议具有比S-MAC和TEEM协议更好的性能.     

无线传感器网络中基于链的虚拟MIMO策略

无线传感器网络能量受限,策略应尽可能地减少能量消耗,以延长网络寿命。提出一种基于链的能量高效的虚拟MIMO传输策略,对该传输策略进行能耗和时延建模,确定最优的虚拟MIMO链的个数、协作节点个数以及传输速率等网络通信参数。仿真结果表明,即使考虑到电路能耗和信道训练开销,该传输策略也能有效节省能量,提高网络生命期,同时降低时延。     

无线传感器网络的链路稳定成簇与功率控制算法

在能量有限条件下通过降低能耗来延长网络生存时间是无线传感器网络面临的重要挑战之一。在层次体系结构中,MAC层和网络层的能耗是影响系统能量有效性的关键,因此可以将这两层结合起来考虑,从网络跨层优化的角度来分析其能耗。针对现有典型成簇算法理论前提条件多、无法适应网络动态变化、不易在实际环境中实现的不足,结合功率控制理论及算法,基于跨层优化的策略提出了一种易于实现、能动态适应网络变化、能量有效的链路稳定成簇算法。该算法能在降低能耗的同时扩大网络的吞吐量。实验仿真结果表明,与现有的几种典型方案相比,新算法在保证网络稳定性的同时使网络具有了更大的有效吞吐量及更长的生存时间。     

基于矩阵的无线传感器网络数据融合方案

数据融合是降低无线传感器网络（ WSNs）能耗的重要手段,为了有效地节省WSNs节点的能量,提出一种基于矩阵的层簇式数据融合方案。在簇头选举时,考虑节点的剩余能量和相对密度,并利用矩阵运算对簇内成员节点采集的数据进行数据融合处理。最后将所提方案与传统的LEACH协议进行仿真比较,实验结果表明：相比于传统的LEACH协议,所提方案可以有效降低数据冗余,减少数据传输量,节约节点能耗,进而延长网络生存期。     

PA-MAC:一种被动的异步低占空比无线传感器网络MAC协议

空闲侦听是无线传感器网络能耗的主要原因之一,而占空比机制是减少空闲侦听能量损耗最主要的方法之一.提出了一种新的无线传感器网络异步MAC协议,称为PA-MAC(Passive Asynchronous MAC),即被动异步MAC.PA-MAC通过采用接收方发起数据传输机制、异步占空比机制以及节点唤醒时间估计机制,降低了节...     

无线传感器网络节能探索与研究

无线传感器节点往往由电池供电,由于电池只能存储有限的能量,使得无线传感器网络注定寿命很短,因此,最大限度延长传感器设备的使用寿命是一个重要的研究方向和课题.在本次无线传感器网络节能探索研究中,分析了能量收集与管理策略,能量收集主要收集环境能源,如太阳能,通过超级电容实现能量的存储.能量管理主要通过能量预算让传感器节点处于能量中性区间.为了降低无线传感器节点能量消耗,采用超低功耗唤醒接收器在低能耗的情况下连续侦听信道,降低与通信相关的功耗.星型异步M AC协议和超低功耗唤醒接收器可以结合使用,以提高传感器网络的能源效率.实验结果表明,与传统方案相比,该方案在能源效率、功耗和吞吐量方面都有较大的提高.     

一种基于非合作博弈的无线传感器网络功率控制算法

提出了一种无线传感器网络中以容量最大化为目标的非合作博弈功率控制算法。通过效益函数来选择合适的发射功率,以保证网络连通性并缓解分组碰撞状况。而后给出了对该算法纳什均衡存在性和唯一性的证明。仿真结果表明:该算法可有效提高能量效率和网络容量。     

Object extraction scheme and protocol for energy efficient image communication over wireless sensor networks

To date, wireless sensor networks lack the most powerful human sense – vision. This is largely due to two main problems: (1) available wireless sensor nodes lack the processing capability and energy resource required to efficiently process and communicate large volume of image data and (2) the available protocols do not provide the queue control and error detection capabilities required to reduce packet error rate and retransmissions to a level suitable for wireless sensor networks. This paper presents an innovative architecture for object extraction and a robust application-layer protocol for energy efficient image communication over wireless sensor networks. The protocol incorporates packet queue control mechanism with built-in CRC to reduce packet error rate and thereby increase data throughput. Unlike other image transmission protocols, the proposed protocol offers flexibility to adjust the image packet size based on link conditions. The proposed processing architecture achieves high speed object extraction with minimum hardware requirement and low power consumption. The system was successfully designed and implemented on FPGA. Experimental results obtained from a network of sensor nodes utilizing the proposed architecture and the application-layer protocol reveal that this novel approach is suitable for effectively communicating multimedia data over wireless sensor networks.