无线传感网中SMACS 协议的节能改进算法

无线传感器网络通常由大量微型传感器节点组成,可以在各种环境下收集数据,它通过携带能量有限的电池来供应能量,通常部署在区域环境复杂,甚至工作人员不能到达的场合,所以,传感器网络节点往往能量有限,而且不能更换,如何高效使用能量是传感器网络面临的首要挑战。MAC 协议处于传感器网络协议的底层,对传感器网络的性能有很大影响。文中讨论了无线传感器网络中的一种自组织无线传感器网络协议—SMACS 协议的基本思想,研究了造成节点能量浪费的主要原因,并提供了一种新的更节能的SMACS 协议超帧的改进算法。     

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.     

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。     

水声传感器网络MAC协议的能效分析与仿真

为了研究水下传感器网络多址接入(MAC)协议的能量损耗,在集中式拓扑结构下,对ALOHA和MACAW两种协议的能量效率进行了理论分析,并通过Matlab进行了仿真。结果表明:通过改进的MA-CAW协议在网络节点数较多,数据到达率较高,数据包较大的网络中比ALOHA协议具有更高的能量效率。     

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。     

基于能量强度的簇区分路由方法研究

传感器节点体积微小,通常携带能量十分有限的电池。由于传感器节点个数多,成本要求低廉,分布区域广,而且部署区域环境复杂,有些区域甚至是人员不能到达的,所以传感器节点通过更换电池的方式来补充能量是不现实的。如何高效使用能量来最大化网路的生命周期是无线传感器网络面临的首要挑战。为了提高网络的寿命,目前人们已经提出了很多基于网络层的路由协议。比较研究了传感器网络现有的路由协议,参考LEACH分簇算法和MTP协议,提出了一种在MTP协议基础上将LEACH分簇思想引入进来的改进方法,即在基于能量强度将网络节点分层后,再在各层上进行簇区分,均衡各传感器节点的能量来提高网络的寿命。实验表明该路由算法可提高网络寿命。     

基于竞争允许TDMA的无线传感器MAC层协议

无线传感器网络在许多重要领域有着广泛的应用，而传感网的媒体访问控制子层(MAC)协议对传感器网络的运行和性能具有重要影响。该文概述了目前存在的传感网MAC协议的设计思想，在SMAC协议的基础上，将TDMA和CSMA两种思想结合起来并与SMAC协议同步机制相统一，提出了一个新的基于竞争允许TDMA的无线传感器网络MAC协议。模拟结果显示，与SMAC协议相比，该协议在数据包延迟、能量消耗及数据包的接收率等性能上有很大提高。     

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.     

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.     

一种能量有效的移动无线传感器网络MAC协议

基于S-MAC协议改进,利用虚拟簇之间边界节点的调度信息,采用能量有效的二次监听和灵活的调度自适应两个主要方法,设计一种能量有效的移动无线传感器网络MAC协议(EM-MAC),能实现移动节点更有效的更快速的睡眠——唤醒调度自适应。仿真结果表明该协议用于移动无线传感器网络,在能耗、延迟等性能方面有较好提高。     

一种基于大规模网络分解和协调的WSNs MAC协议

针对树状拓扑的大规模传感器网络中存在的节点能量和传输效率问题,提出了一种基于大规模网络分解和协调的无线传感器网络(WSNs)MAC协议。该协议在路由信息的基础上对网络进行再一次分解,并采用了与之相适应的节点接入算法。实验结果表明:该协议总体能耗低、传达率高且具有一定的自适应性,同时网络时延并没有因为分层而增加。该协议对大规模无线传感器网络有良好的适用性。     

三维网络拓扑结构的水声传感器网络MAC协议

水声传感器网络Underwater Acoustic Sensor Network(UWASN)由于其广阔的应用前景,近年来逐渐被人们关注。然而由于水下环境的限制性,水声传感器网络具有其一些独特性。例如,与二维的陆地传感器网络不同,水声传感器网络是三维的。如今,现有的介质访问控制Medium Access Control(MAC)协议大多是针对二维无线传感网络,很少有基于三维水声传感器网络的 MAC 协议。针对水下三维网络,提出了基于三维网络拓扑结构的水声传感器网络 MAC 协议。该协议将网络中的节点生成树结构,并利用子节点与父节点之间的关系,通过动态节点算法实现三维动态的水声传感器网络。此外,详细分析了节点间的碰撞并有效解决各种碰撞,从而大大提高了信道利用率。通过仿真软件对比不同协议在同一网络拓扑中的实验结果,证实文中协议能够有效节约大量能源。     

一种由接收端发起的无线传感器网络MAC协议

在无线传感器网络(Wireless sensor networks,WSN)中,现有的基于接收节点发起的异步MAC层协议,在计算接收节点唤醒时刻时,多采用维持邻居节点的伪随机唤醒时间表的方法。在网络动态负载条件下,此方法不能动态地改变节点唤醒间隔,从而带来较高的数据传输冲突率及较大的数据传输延时。为了解决此问题,本文提出一种新协议HELD-MAC(High energy efficiency and　low delay MAC),保证节点之间具有不同的唤醒时间,同时能够准确预测接收端唤醒时刻,而且接收端可以根据网络负载情况动态改变唤醒间隔。同时为了减轻能量黑洞问题,协议根据节点的剩余能量,自适应地改变节点的最小唤醒间隔。通过仿真对HELD-MAC进行评估,与RI-MAC,PW-MAC等对比,在数据传输延时、能量消耗、网络吞吐量和传输碰撞方面具有较大优势。     

An energy-efficient,transport-controlled MAC protocol for wireless sensor networks

In wireless sensor networks (WSNs), one major cause of wasted energy is that the wireless network interface is always on to accept possible traffic. Many medium access control (MAC) protocols therefore adopted a periodic listen-and-sleep scheme to save energy, at sacrifice of end-to-end latency and throughput. Another cause is packet dropping due to network congestion, necessitating a lightweight transport protocol for WSNs. In this paper, we suggest a transport-controlled MAC protocol (TC-MAC) that combines the transport protocol into the MAC protocol with the aims of achieving high performance as well as energy efficiency in multi-hop forwarding. Although TC-MAC also works through a periodic listen-and-sleep scheme, it lowers end-to-end latency by reserving data forwarding schedules across multi-hop nodes during the listen period and by forwarding data during the sleep period, all while increasing throughput by piggybacking the subsequent data forwarding schedule on current data transmissions and forwarding data consecutively. In addition, TC-MAC gives a fairness-aware lightweight transport control mechanism based on benefits of using the MAC-layer information. The results show that TC-MAC performs as well as an 802.11-like MAC in end-to-end latency and throughput, and is more efficient than S-MAC in energy consumption, with the additional advantage of supporting fairness-aware congestion control.     

无线传感器网络多信道接入控制协议

在现有的无线传感器网络和Ad-Hoc网络中的MAC协议基础上,并考虑到无线传感器网络的条件约束和多信道通信的特性,本文提出了一种适用于无线传感器网络的多信道媒介接入控制协议(MCMAC).仿真结果表明该协议提高了网络的吞吐量、能量的有效性,并延长了网络寿命.     

Towards estimating lifetime of ad hoc wireless networks

Ad hoc wireless networks possess highly constrained energy resources. The available energy resources should thus be used efficiently, in order to satisfy the requirements. Hence, the protocols at all the layers of the protocol stack should be energy aware and energy efficient. However, all the existing protocols are not energy aware and perform poorly in the presence of a limited power source. Even the energy aware protocols proposed for ad hoc networks do not consider all the characteristics of the underlying batteries. Hence, they fail to efficiently utilize the available energy. There also exist a few protocols, which, though battery unaware, unknowingly prove to be energy efficient. Thus, a mechanism is required to measure the efficiency of the protocols of ad hoc networks, in terms of the network lifetime. To the best of our knowledge, there has been no reported work till date for analyzing the lifetime of the ad hoc networks for various protocols.The protocols at all the layers of the protocol stack together decide the discharge of the battery source of a node. However, assuming that only the MAC protocols decide the battery performance, we focus on measuring the energy efficiency of MAC protocols. This paper primarily provides a novel generalized analytical model for estimating lifetime of ad hoc networks, in the presence of the following two kinds of MAC protocols: (i) reservation-based TDMA protocols and (ii) a specific class of CSMA protocols that try to follow a pattern, such as a round-robin scheduling, for packet transmission. Our model uses discrete-time Markov chain with probabilistic recovery to model the batteries of the ad hoc nodes. We found that our analytical model accurately estimates the lifetime of the network for various MAC protocols. We prove through analytical and simulation studies that energy awareness is crucial in deciding the performance of the MAC protocols for both homogeneous and heterogeneous ad hoc wireless networks.     

无线传感器网络RCF-MAC协议研究

射频充电（ RFC）技术是一种通过基站发射射频电波为传感器节点补充电量的新兴技术。但在RFC无线传感器网络中,多基站同时发射能量时产生的能量干涉衰减现象会明显降低充电效率,此外,能量传输与数据通信共享信道会降低整个网络的吞吐量。针对上述问题,提出了RFC—MAC协议,为提高充电效率,将请求充电传感器节点周围的基站按距离分为两组,两组基站分时能量传输,以避免能量干涉衰减现象;传感器网络中设双信道,分别用于能量传输与数据通信,以提高网络的吞吐量。仿真结果表明：RFC—MAC协议显著提高了传感器节点的充电效率和平均网络吞吐量。     

LPR-MAC:一种采用并行协商机制的低功耗多信道MAC协议

本文通过分析不同类型的多信道MAC协议的特点,指出了并行协商类多信道MAC协议存在的消失节点问题和通信竞争问题。针对上述问题,基于无线传感器网络节点的能量有效性,本文提出了一种新的多信道MAC协议:LPR-MAC。本协议采用全网同步,时间上划分为多个时间片,节点在网络建立时随机选择某个时间片作为自己的固定接收周期,在接收周期按各自的伪随机序列在多个信道之间进行跳跃,并行协商,在其余时间片休眠。仿真结果表明,该协议减少了通信竞争程度,降低了能量消耗。     

无线传感器网络媒质接入控制协议的研究进展

媒质接入控制（Medium Access Control）是无线传感器网络设计的关键问题之一。由于无线通信模块是传感器节点能量消耗的主要来源，而媒质接入控制协议则直接控制着节点无线通信模块的活动，因此MAC协议节能效率的好坏将严重影响网络的性能。本文首先介绍了MAC层能量消耗的主要来源，阐述了无线传感器网络中MAC协议的研究内容和设计目标，并讨论了影响MAC协议性能的若干参数指标，随后介绍了几类典型的MAC协议，最后对MAC协议的发展方向进行了总结和展望。     

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。