一种动态占空比的无线传感器网络MAC协议

在无线传感器网络(WSN)中,降低能耗会引发端到端时延的增加.为兼顾能耗和时延的平衡,提出一种基于动态占空比的WSN介质访问控制协议.通过计算节点利用率、平均睡眠延时,结合占空比上下限,动态调整节点占空比,使其更好地适应网络实时通信流量.实验结果表明,该协议在线性拓扑中比S-MAC节能52％,延迟减少35％,在网状拓扑...     

WSN中S-MAC协议的能量消耗分析及改进

S-MAC协议是针对无线传感器网络的MAC协议.本文对协议中的节点能量消耗问题进行了详细地分析,从而推导出节点工作时各因素对能量消耗的影响.针对S-MAC的能量节省是以高延迟为代价;网络节点所分配的统一占空比使得传感器网络不能很好的适应网络流量变化的缺陷,提出了节点利用率这个概念.根据节点间利用率不相同的特点,为各节点分配带有不同占空比的周期性侦听机制,并采用动态分配占空比的方法来适应网络的变化.结果显示:通过这些改进达到了能量消耗和延迟的平衡,从而使S-MAC进一步得到优化.     

一种无线传感器网络的多优先级数据聚集协议

无线传感器网络当前已成为一种新的分布计算模式，由于大部分无线传感器网络中节点的能源是不可补充的，因此需使用数据聚集协议提高整个网络的生命周期，传统的数据聚集协议不能保证网络中的高实时性数据的延迟较低．文中提出的DAIDA协议根据节点上的流量状况及数据的不同优先级要求自适应地调整数据链路层发送的数据包的大小，模拟结果表明，高实时性数据通过网络的延迟低于低实时性数据的延迟，并且延长了无线传感器网络的生命周期。     

AGQ-MAC:无线传感器网络中基于Grid Quorum的异步低占空比MAC协议

针对无线传感器网络占空比MAC协议在链路或节点失效环境下易导致严重的能量浪费问题,提出了一种基于GridQuorum的异步低占空比MAC协议-AGQ-MAC(Asynchronous Grid Quorum MAC).AGQ-MAC采用Grid Quorum组分配信道,通过动态调配Quorum比率得到了节点的最优占空比,并在邻节点发现过程中采用双前导序文抽样来监测信道状态,以减少节点唤醒时间从而达到能量高效.仿真实验结果表明,与其他占空比MAC协议相比,AGQ-MAC延长了网络生存时问,降低了网络能耗,提高了邻发现数据传输率,同时保持较低的平均邻发现延迟.     

用于多跳无线传感器网络的能量有效数据转发协议

为了增加无线传感器网络的寿命,必须尽可能地节省节点的能量.节省能量最显著的方法就是在节点不参与数据传输时,使其无线模块处于睡眠状态.本文提出了一种适用于无线传感器网络的可靠、能量有效的数据传输（REEGF）协议.此协议通过使网络节点的唤醒模块工作于周期性的侦听/睡眠方式,当节点有数据业务时,利用节点的唤醒模块把节点的一跳邻居节点同步唤醒,确保数据被及时、可靠地发送.通过采用类似于RTS/CTS的控制信息交换方式和发送忙音, REEGF协议有效地避免了数据传输的隐藏和暴露终端问题.基于节点的位置, REEGF协议采用竞争的方式,选取朝着目标SINK节点前进距离最大的邻节点,作为中转接收节点,实现了路由、MAC和拓扑管理的有机结合,节省了节点的资源.分析表明,在网络节点密度适度的情况下, REEGF协议的可靠性、能量消耗和链路建立时延显著地优于文[8]提出的GeRaF协议.     

一种无线传感器网络信道接入自适应占空比算法

无线传感器网络中MAC协议最重要的设计目标是减少能量消耗.*基于已有的低占空比工作方式,融入了"七折线"法和加权统计的思想,提出一种新的自适应占空比算法.分析与仿真结果表明,该算法在网络流量较小时,可有效降低空闲节点的占空比、减少能量消耗;并能预测节点下一周期的数据流量,调整其占空比,减少碰撞和阻塞发生的概率;尤其在任务突发模式下,能有效提高节点的数据吞吐量.     

移动低占空比无线传感网中数据收集的研究进展

移动低占空比无线传感网(Mobile Low-duty-cycle Wireless Sensor Networks,MLDC-WSN)是一种新型的传感器网络,它能克服传统无线传感网络(WSN)中仅考虑静态网络、网络能耗大等问题。但是,MLDC-WSN的新特性给数据收集应用带来了新的挑战,例如:移动性会导致网络拓扑结构不断改变,造成网络连通性不稳定;节点的苏醒时间短,造成通信延迟大。针对MLDC-WSN中数据收集的研究现状进行了分析和对比,分别从节点移动性管理、节点睡眠调度、数据收集协议等3个方面进行了综述。此外,还总结了该领域中待解决的重要科学问题,并对未来的研究方向进行了展望。     

基于Quorum的低占空比WSNs最优延迟可靠路由算法

在无线传感器网络中,异步低占空比技术可以极大地降低能耗,但是由于节点的低占空比唤醒会造成极大的端到端数据时延。针对这个问题提出一种基于Quorum的异步自适应低占空比路由算法ORDA(Optimal-Reliable delay routing algorithm for low duty cycle WSNs based on Quorum),将异步占空比网络和实际链路模型相结合,在异步占空比网络中节点在不同时刻的邻居发现延迟也在不断变化。首先为每个节点根据网络负载选择自身的Quorum类型,并利用Quorum特性来计算邻居节点的重叠时隙个数;然后根据链路质量进一步计算出这一跳范围内邻居节点间的成功转发预期值,并在即将唤醒的节点中选择更可靠的节点转发数据。仿真实验证明,该算法不仅能够降低端到端延迟,而且能获得很好的转发成功率。     

WSN中状态轮换分组的数据收集MAC协议

为了减少数据传递延迟,增加网络吞吐量和减少网络负载,提出一种状态轮换分组的MDDMAC(multi-divided deliver MAC)协议.将数据的发送和接收分开进行以减少碰撞和串音,并结合网络拓扑信息,实现节点分组状态轮换,降低网络延迟,减少耗能.OMNet++仿真结果表明:分组数为4的MDD-MAC在十字型网络中的端到端延迟和最大消息负载量分别比DW-MAC少67.59%和89.16%,比TMAC少72.49%和89.80%.在网格网络和随机网络中MDD-MAC的性能也优于DW-MAC和TMAC.     

基于数据优先级的IEEE 802.15.4自适应占空比方案

IEEE 802.15.4 MAC标准采用可选的活跃/休眠交替的超帧结构来节省网络的能耗,从而大大延长了网络生命周期。无线传感器网络节点的业务流量是时刻变化的,数据信息也存在不同优先级。而IEEE 802.15.4采用统一CSMA/CA方式访问信道没有考虑数据优先级,另外活跃期和休眠期的固定占空比在动态适应性方面表现不佳。由此,提出一种节点根据业务流量不同,区分数据优先级的自适应的改变节点占空比的方案。仿真结果表明,该方案能够动态自适应网络业务流量的变化,降低了网络功耗并且提高了网络吞吐量。     

速率自适应的树状采集型MHWSN跨层MAC协议

中高速传感器节点能量严重受限,节能是中高速传感器网络（Medium and High Rate Sensor Networks,MHWSN）中MAC协议设计的首要问题。针对SMAC协议固定占空比不能适应中高速网络中多种速率混合业务传输的特点,提出了一种适应于数据采集型应用的速率自适应的MAC协议（AMAC）。AMAC协议在SMAC基础上,采用了基于跨层的速率自适应机制和交错唤醒机制,根据节点速率动态调整占空比,上层节点较下层节点延迟一段时间后激活。仿真结果表明,在数据采集树中该算法节点速率较小时,可有效降低空闲节点的占空比、减少能量消耗,节点速率较大时,调整占空比大小,减少碰撞和阻塞发生的概率,尤其在多种速率任务突发的中高速传感器网络中,能有效提高节点的数据吞吐量并降低时延。     

A framework for Resource-Aware Data Accumulation in sparse wireless sensor networks

Wireless sensor networks (WSNs) have become an enabling technology for a wide range of applications. In contrast with traditional scenarios where static sensor nodes are densely deployed, a sparse WSN architecture can also be used in many cases. In a sparse WSN, special mobile data collectors (MDCs) are used to gather data from ordinary sensor nodes. In general, sensor nodes do not know when they will be in contact with the MDC, hence they need to discover its presence in their communication range. To this end, discovery mechanisms based on periodic listening and a duty-cycle have shown to be effective in reducing the energy consumption of sensor nodes. However, if not properly tuned, such mechanisms can hinder the data collection process. In this paper, we introduce a Resource-Aware Data Accumulation (RADA), a novel and lightweight framework which allows nodes to learn the MDC arrival pattern, and tune the discovery duty-cycle accordingly. Furthermore, RADA is able to adapt to changes in the operating conditions, and is capable of effectively supporting a number of different MDC mobility patterns. Simulation results show that our solution obtains a higher discovery efficiency and a lower energy consumption than comparable schemes.     

基于队列长度的自适应占空比MAC协议

由于无线传感器网络中设备电池能量有限,实现能量高效性是其主要考虑的问题。众所周知优秀的数据传输协议对降低能耗,延长网络生命周期有重要意义。而在基于竞争的MAC协议中,空闲监听是主要能量消耗来源,所以通常设计较低占空比的MAC协议来减少空闲监听时间。但是如果占空比过小,使得网络中所有数据传输集中在较短时间内,会导致节点无法完成所需要的通信。所以选择合适的节点占空比,对于资源受限的网络来说是一种很重要的节能方法。文中提出了一种新型的异步MAC协议QL-MAC,节点利用CSMA争用信道,发送一系列短的信标包唤醒目标节点,采用虚拟载波监听防止串听。不同于其他改变接收节点的方法,该协议从发送节点来考虑,可以根据缓冲区队列长度判断该网络负载,从而自适应调整节点的占空比,使节点及时发送数据,减少时延,并告知接收节点做出相应改变,进一步节省能量。在OMNET++上实现了QL-MAC协议,仿真结果表明QL-MAC协议展现了良好的时延和能量有效性。     

Distributed Construction and Maintenance of Bandwidth and Energy Efficient Bluetooth Scatternets

Bluetooth networks can be constructed as piconets or scatternets depending on the number of nodes in the network. Although piconet construction is a well-defined process specified in Bluetooth standards, scatternet formation policies and algorithms are not well specified. Among many solution proposals for this problem, only a few of them focus on efficient usage of bandwidth in the resulting scatternets. In this paper, we propose a distributed algorithm for the scatternet formation problem that dynamically constructs and maintains a scatternet based on estimated traffic flow rates between nodes. The algorithm is adaptive to changes and maintains a constructed scatternet for bandwidth-efficiency when nodes come and go or when traffic flow rates change. Based on simulations, the paper also presents the improvements in bandwidth-efficiency and reduction in energy consumption provided by the proposed algorithm.     

无线传感器网中基于加权负载的时隙调度算法

针对无线传感器网络MAC协议,提出了一种能量有效的自适应时隙调度算法EATA。算法基于簇结构，由簇首根据节点加权通信负载动态调度各节点占空比，减少节点的空闲侦听时间；并通过动态调节时隙更新频率和顺序以降低时隙划分的能量和时间代价。仿真表明，在控制数据包时延的前提下，算法有效地提高了网络能量有效性，延长了网络生存周期。     

能量高效的无线传感器网络路由协议

针对目前无线传感器网络分簇路由协议存在的节点能耗不均衡的问题,提出一种基于分簇思想的能量高效的多跳路由协议(EEMR)。该协议首先基于节点临近度将网络划分成簇,采用簇首自适应轮转模式优化簇内节点通信的能量消耗,以高剩余能量短路径向心角的适应度路由算法均衡簇间通信负载和能量消耗,有效避免多跳路由中出现的能量消耗不均衡问题。仿真结果表明,EEMR协议能有效均衡网络内节点的能量消耗,显著延长无线传感器网络的生命期并提高网络能量利用率。     

Adaptive listen for energy-efficient medium access control in wireless sensor networks

Wireless Sensor Networks (WSN) have nodes that are small in size and are powered by small batteries having very limited amount of energy. In most applications of WSN, the nodes in the network remain inactive for long periods of time, and intermittently they become active on sensing any change in the environment. The data sensed by the different nodes are sent to the sink node. In contrast to other infrastructure-based wireless networks, higher throughput, lower latency and per-node fairness in WSN are imperative, but their importance is subdued when compared to energy consumption. In this work, we have regarded the amount of energy consumption in the nodes to be of primary concern, while throughput and latency in the network to be secondary. We have proposed a protocol for energy-efficient adaptive listen for medium access control in WSN. Our protocol adaptively changes the slot-time, which is the time of each slot in the contention window. This correspondingly changes the cycle-time, which is the sum of the listen-time and the sleep-time of the sensors, while keeping the duty-cycle, which is the ratio between the listen-time and the cycle-time, constant. Using simulation experiments, we evaluated the performance of the proposed protocol, compared with the popular Sensor Medium Access Control (SMAC) (Ye et al. IEEE/ACM Trans Netw 12(3):493–506, 39) protocol. The results we obtained show a prominent decrease in the energy consumption at the nodes in the proposed protocol over the existing SMAC protocol, at the cost of decreasing the throughput and increasing the latency in the network. Although such an observation is not perfectly what is ideally desired, given the very limited amount of energy with which the nodes in a WSN operate, we advocate that increasing the energy efficiency of the nodes, thereby increasing the network lifetime in WSN, is a more important concern compared to throughput and latency. Additionally, similar observations relating energy efficiency, network lifetime, throughput and latency exist in many other existing protocols, including the popular SMAC protocol (Ye et al. IEEE/ACM Trans Netw 12(3):493–506, 39).     

基于工作周期优化的能量采集节点的功率控制

在无线传感网络WSNs(Wireless Sensor Networks)中,节点受到能量限制,因此,需通过功率管理技术有效地使用电池.而能量采集是补给电池能量的有效方式.为此,针对能量采集节点,提出功率控制算法,记为CLPM-PTPC(Close-Loop Power Manager-Predictive Transmission Power Controller).CLPM-PTPC算法是通过联合工作周期的优化和传输功率控制,实现节点功率的管理.CLPM-PTPC算法先利用闭环功率管理CLPM(Close-Loop Power Manager)调整传输任务的工作时期,再依据功率控制器PTPC(Predictive Transmission Power Controller)调整发射功率,使得传输功率能够实时地依据无线信道环境调整.实验数据表明,与基于固定传输功率算法相比,CLPM-PTPC算法的能量效率提高了约15％.     

移动边缘计算环境下基于改进GPSR的VANET路由算法

针对车辆自组织网络(VANET,vehicular ad-hoc network)中现有路由协议存在的路由选择错误、丢包率较高、服务质量低等问题,提出了移动边缘计算环境下,结合改进贪婪周边无状态路由(GPSR,greedy perimeter stateless routing)和自适应链路质量评估的VANET路由算法;首先,结合边缘计算构建了VANET通信模型,对其车辆位置和速度进行系统的理论分析;将边缘计算架构应用于VANET能够有效缓解计算量大、与车辆有限且不均的资源分布之间的矛盾;然后,提出了基于节点移动速度和节点间距离的改进GPSR协议,通过自适应链路稳定性和链路传递速率评估来选择合适的中继节点,动态更新链路;通过SUMO仿真平台对路由算法的性能进行评估,实验结果表明,相对于其他算法,所提算法受车辆密度、交通流以及车辆相对速度的影响较小,且提高了分组传送率(车辆数为300时传送率达到92%),减少端到端延迟(交通流为5时延迟降低到1.5 s),从而降低了通信开销。