基于ZigBee的低功耗无线传感器网络改进协议

如何降低无线传感器网络(WSNs)节点的能耗来延长网络寿命是非常重要的,无线网路的性能主要取决于MAC协议,若要降低节点能耗,合理的设计与改进MAC协议就成为一个关键性问题.主要介绍了无线传感器网络中的ZigBee技术发展与应用,针对相关能耗问题,将延迟测量时间同步(DMTS)算法融入到ZigBee网络中,同时引入了基于S-MAC协议机制的周期性侦听/睡眠、碰撞避免等措施对协议进行改进,通过仿真与基本协议进行比较.仿真结果表明:改进的协议能够有效降低网络节点能耗.     

基于S-MAC的能量均衡协议

针对无线传感器网络S-MAC (sensor MAC)协议中虚拟簇边界节点的能耗和其他非边界节点的能耗不均衡的问题,提出了改进后的能量均衡EES-MAC (energy-efficient sensor MAC)协议.它利用新加入的两个协调变量统一所有节点工作周期,使得边界节点只工作在一个同步周期,从而消除了边界节点对网络的影响.通过理论分析和仿真结果表明新的协议有效的消除了虚拟簇边界节点的影响,达到了均衡网络的目的,提高了网络的生存周期.     

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。     

带冲突避免和流量自适应的低功耗侦听MAC协议

为提升无线传感器网络在能耗、时延以及动态适应负载方面的综合性能, 对几种典型MAC协议进行了分析, 提出了一种带冲突避免和流量自适应的LCT-MAC协议。在该协议中, 长前导码被划分为多个小前导码, 并嵌入目的节点地址信息, 避免了串音; 节点可以根据网络流量调整睡眠周期, 减少了时延; 在重负载时, 节点能基于优先级信息选择退避时长, 避免冲突。仿真结果表明, 与S-MAC协议和LPL协议相比, LCT-MAC协议降低了传输时延, 并减少了全网能耗和数据包碰撞次数, 具有优良的综合性能。     

一种基于中继节点的线性无线传感器网络数据收集MAC协议

MAC协议对于无线传感器网络的能效是至关重要的。针对线性无线传感器网络设计了一个基于中继节点的数据收集MAC协议SLDMAC。源节点向汇聚节点发送数据时,引入节点能耗因子和剩余能量均衡因子两个参数,通过优化这两个参数,选择合适的中间节点进行中继,从而提升网络的性能。实验结果表明:与DMAC协议相比,SLDMAC协议提升了网络的能效和生存周期。     

基于动态占空比的流量自适应MAC协议

提出一种基于动态占空比的流量自适应MAC协议,在基于S-MAC和TDMA流量自适应MAC协议的基础上,引入动态占空比机制,将原S-MAC协议的侦听/睡眠周期划分为多个短侦听/睡眠周期以实现多次数据传输。仿真结果表明,该协议在多竞争节点情况下能减少系统时延,维持较高的吞吐率,实现协议的平滑切换。     

应用于桥梁监控的无线传感器网络MAC协议

为保证监控桥梁任务的实时性,提出了一种多优先级多信道的无线传感器网络MAC(MPMC-MAC)协议。MPMC-MAC协议结合节点接收的数据类型和节点发送信息频率为其分配优先级,再根据优先级及信道状况对节点进行信道分配,以确保优先级高的节点优先发送数据。当信道冲突或节点通信受到干扰导致信息需要重传时,采用信道再分配技术。该技术主要根据节点的优先级、节点的剩余能量及其重传次数重新对节点分配信道,保证了信道分配的公平性。另外,该协议通过动态调整节点的活跃周期和睡眠周期的时长以节省能量,并减少传播时延。仿真结果表明,MPMC-MAC协议在网络吞吐量、平均传播时延以及节点的能量消耗等性能方面均优于Hybrid MAC(HyMAC)、Zebra MAC(ZMAC)及IEEE802.15.4 MAC协议。     

EDA-MAC:事件驱动应用感知的无线传感器网络MAC协议

MAC协议是无线传感器网络领域中的一个广泛研究的问题,然而,现有的MAC协议较少是针对具体的应用而设计.针对基于无线传感器网络的坡道转弯交通控制系统,设计并实现了一个事件驱动、应用感知的MAC协议EDA-MAC(Event Driven Application MAC).此协议使用竞争时隙分配算法选择优先级最高的汇报事件,根据此优先级作为可以汇报事件的基准,限制低优先级事件的汇报,有效降低数据包的碰撞,保证了数据传输的完整性和实时性.同时,提出一个时隙动态调整算法,根据已有汇报事件的信息,动态调整非竞争周期和非活动周期的时隙数目,减少节点的空闲监听时间,最大程度地使节点处于睡眠状态,有效降低了节点能耗.试验结果表明,该MAC协议支持优先事件传输,具有较好的实时性和能量高效性,适用于基于无线传感器网络的坡道转弯交通控制系统.     

启用节点睡眠态的6LoWPAN网络节能研究

为了降低6LoWPAN网络节点能耗,本文提出了一种启用节点睡眠态的信道竞争接入机制:节点可于超帧退避期内适时睡眠和超帧睡眠期内睡眠。应用该机制对网络MAC协议建模,并对模型进行了数学推导。基于本模型,对节点平均能耗、网络数据包发送稳态概率和数据包服务时间进行了数学分析,并研究了协议参数NB和minBE对网络性能的影响。数学分析表明,该模型较好地描述了6LoWPAN网络信道竞争接入机制,该机制有效降低了节点的平均能耗,协议性能得到较大改善。     

无线传感器网络MAC层能耗与时延的权衡

无线传感器网络节点设计的最重要约束之一就是要求低能耗,这与传统网络依赖持续的能源供应而致力于提供尽可能高的服务质量截然不同.研究了一个结合无线传感器网络的能耗特性而提出的MAC协议S-MAC协议,并在对802.11MAC、S-MAC中的能耗状态与时延特征进行理论和数学分析的基础上,通过仿真实验得出了在模拟网络环境中802.11MAC和S-MAC的能耗和平均时延,S-MAC协议中引入节点周期性睡眠、冲突串音避免和消息传递等新技术,以牺牲时延为代价换取高效的能量利用,提供了一种高效可扩展的在能耗和时延之间进行权衡的方案.     

无线传感网络低占空比MAC协议性能研究

恰当的通信协议对降低无线通信能耗,延长网络寿命具有重要的意义。低占空比MAC协议通过节点的休眠机制,大大降低了通信模块的空闲监听能耗。以S-MAC协议为例,研究了树型拓扑下低占空比协议的能耗性能、时延性能以及吞吐量,分析了各性能之间的关系以及休眠机制对性能的影响,并通过研究指出了协议的改进方向。     

无线传感器网络自适应MAC协议

提出了一种根据无线传感网络流量自动调节节点睡眠-活动时间比例的MAC协议-ATMAC,在无线传感器网络TMAC协议的基础上,以低能耗、低延迟为目标,主要采用自适应、多级别的占空比及自适应竞争窗口,数据优先级队列使节点在流量较小时能更多地处于睡眠状态以节省能量,而在流量较大时,传输所涉及的节点可相对长时间地进入活动状态,且大流量和小流量节点所采取的占空比可以不同,从而节省低流量节点用于空闲侦听的能耗,降低数据传输的延迟,增大网络的吞吐量。仿真结果显示新协议在能量消耗、数据延迟等方面要超过TMAC。     

基于数据重排序的无线传感器网络低延时节能MAC协议

节能,是无线传感器网络最关注的问题之一.让节点进行周期性的侦听与睡眠是一种常用的节能机制.但是,这种节能机制在数据报的传输过程中会引入较长的端到端延时,而且延时与整个周期的长度成正比.提出了一种应用于无线传感器网络的低延时的节能MAC协议:RLL-MAC.该协议在S-MAC/AL(S-MAC with Adaptive Listening)的基础上,增加了数据报重排序机制,即能够根据各个节点工作周期的时序关系,动态的调整数据报的发送次序,从而减少数据报的端到端延迟.通过理论分析和仿真实验表明,与S-MAC/AL相比,RLL-MAC在保持低能耗的同时,极大的降低了端到端延迟.     

移动自组织网络MAC层能量有效性分析*

移动自组织网的网络寿命很大程度上依赖于节点电池的有效利用,设计能量有效的算法来延长网络寿命成为其核心的问题。分析了MAC层的能量消耗,模型包括了节点的发送、接收、空闲和睡眠等状态,分析了冲突引起的重传以及节点偷听导致的能量消耗。最后给出了移动自组织网减少能量消耗的策略。     

A detailed review of energy-efficient medium access control protocols for mobile sensor networks

This article reviews the state-of-the-art energy-efficient contention-based and scheduled-based medium access control (MAC) protocols for mobile sensor networks (MSNs) by first examining access schemes for wireless sensor networks (WSNs). Efficient and proper mobility handling in sensor networks provides a window of opportunity for new applications. Protocols, such as S-MAC, reduce energy consumption by putting nodes to sleep after losing to channel contention or to prevent idling. Sleeping is a common method for energy-efficient MAC protocols, but delay depends on sleep duration or frame time, and longer delays lead to higher packet lost rate when nodes are unsynchronized due to network mobility. MS-MAC extends S-MAC to include mobility-awareness by decreasing this sleep duration when mobility is detected. S-MAC with extended Kalman filter (EKF) reduces mobility-incurred losses by predicting the optimal data frame size for each transmission. MMAC utilizes a dynamic mobility-adaptive frame time to enhance TRAMA, a scheduled-based protocol, with mobility prediction. Likewise, G-MAC utilizes TDMA for cluster-based WSNs by combining the advantages of contention and contention-free MACs. Z-MAC also combines both methods but without clustering and allows time slot re-assignments during significant topology changes. All of the above MAC protocols are reviewed in detail.     

IEEE802.15.4/ZigBee协议的MAC层节点能耗分析与研究

能耗是无线传感网络性能的重要参数之一,针对无线传感网络WSNs特点,对无线传感网络的ZigBee技术标准傲了分析研究.围绕网络低功耗运行,从MAC层协议方面研究了无线传感网络的睡眠节能机制,讨论了IEEE802.15.4在低功耗、低数据速率的无线连接领域应用的可行性.     

DTFMM:一种适应于WMSNs的多信道MAC协议

基于分簇网络拓扑,提出了一种无冲突的分布式时分/频分多信道MAC协议,简称为DTFMM(Distributed time and frequency division multi-channel MAC).该协议主要由三部分组成:信道分配、簇内通信和簇间通信.首先,各簇首运行分布式信道分配算法选择簇内通信的信道,然后各...