IEEE 802.15.4实时通信调度算法研究

IEEE 802.15.4是低功耗无线通信媒体接入控制协议,目前已广泛应用于医疗健康、工业控制和楼宇自动化等物联网领域。为满足不同应用需求,研究者提出了多种适用于IEEE 802.15.4协议的实时通信算法。根据带宽利用率、延时约束和能效性等特征,对这些实时通信调度算法进行分类、比较和性能分析,以助于在实际应用中合理部署。另外,对未来的研究工作进行了展望。     

基于IEEE 802.15.4的无线传感器网络性能分析*

通过将IEEE 802.15.4标准中的超帧与无线传感器网络的LEACH协议结合,在星型网络拓扑下,网络节点通过申请超帧中的GTS来进行无冲突的数据通信,对使用GTS传输数据的这一过程进行了研究,从理论上分析了无线传感器网络的网络性能.仿真结果说明了网络控制参数对网络性能的影响,为今后无线传感器网络应用中的参数配置提供了一定的理论基础.     

支持异构数据通信的IEEE 802.15.4实时带宽分配算法

IEEE 802.15.4协议的GTS分配机制能够支持实时和延迟约束的应用,目前已经应用于医疗健康、工业控制和楼宇自动化等物联网领域。但是,在高速实时异构数据传输应用中仍然存在局限性,它不能解决多于7个设备需要实时服务、时延约束小于超帧长度以及不同周期异构数据传输等问题。为了摆脱这些限制,提出一种新的支持异构数据通信的IEEE 802.15.4实时带宽分配算法,其根据不同周期任务的数据传输信息,调整部分传输任务的发送时间。性能分析显示,该算法可以严格遵循时延约束条件,满足异构数据通信,提高带宽利用率,提升整个网络的性能。     

一种基于IEEE802.15.4无线智能化传感器网络实现探讨

介绍了IEEE802.15.4协议的特点、构件及体系结构、发展前景,分析了IEEE1451智能传感器模型,提出了一种基于IEEE802.15.4协议的无线智能传感器网络结构设计,并探讨了其实现。     

基于IEEE 802.15.4协议的物联网节点通信编程

在基于物联网的高校后勤数字化建设项目中,对点到点节点的无线数据传输进行了设计。设计包括协议选取,硬件设计、软件设计、具体设计及最终的编程实现。完成了TinyOS系统中的程序编写,实现了项目建设中的点到点节点无线数据传输的设计要求。     

IEEE 802.15.4 MAC协议退避机制的改进

考虑节点移动且数据传输率不断变化对网络性能的影响,针对IEEE802.15.4提出了一种网络负荷概率判断和指数加权滑动平均(PJNL_EWMA) 的退避策略,在每次载波监听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）算法开始时采用网络负荷概率判断思想判定当前网络状况,然后通过指数加权滑动平均方法动态地调整退避指数。通过NS2的仿真结果表明：与IEEE802.15.4标准协议算法及MBS+EWMA算法相比,PJNL_EWMA算法不仅提高了网络吞吐量,同时还减小了数据包的丢包率和碰撞概率,提高了网络性能。     

IEEE802.15.4多时隙下GTS性能分析及配置优化

IEEE802.15.4标准的保障时隙(GTS)机制可分配多个时隙,用于保障实时性数据的传输。针对非竞争接入期多时隙下GTS性能分析的不足,利用网络微积分法分析时延和吞吐量服务曲线及其与能耗的关系,改进IEEE802.15.4传感器节点模型,建模仿真研究GTS参数对网络性能(时延、吞吐量及能耗)的影响。仿真结果表明：根据高低突发性数据率的情况,最优化配置下的GTS可以满足实时性数据的传输。     

IEEE802.15.4中的安全研究及缺陷分析

IEEE 802.15.4是无线传感器网络物理层和MAC层的工业标准,介绍了该协议中的安全体系:安全服务、安全模式、安全组件,并对CTR、CBC-MAC、CCM三种操作模式进行了详细的剖析,最后对该协议本身的缺陷造成容易受到的同nonce攻击、重发防止攻击、ACK攻击进行了分析,还提出了相应的对策。     

增强安全性的IEEE802.15.4协议研究

IEEE 802.15.4标准因其低速率、低成本、低功耗、高质量,被认为是无线传感器网络和无线个人域网络的理想实现技术。简要介绍了无线传感器网络及其主要特点和问题,及无线传感器网络的安全需求。提出了增强安全性的IEEE802.15.4协议SE-IEEE802.15.4研究,其中使用公钥加密算法ECC来实现IEEE802.15.4协议的数字签名。最后采用NS-2平台对其进行仿真,并进行了性能和安全性的分析。     

IEEE802.15.4无线传感器网络仿真与性能评估

IEEE802.15.4标准是为满足低速率、低能耗、低成本需求而制定的无线个人区域网（LR_WPAN）规范。通过用网络仿真软件NS2对基于IEEE802.15.4的无线传感器网络的主要性能指标进行分析,较为详实地论述了IEEE802.15.4MAC层基于时槽的CSMA/CA机制,最后给出仿真环境及其结果,并进行度量分析和阐述各指标间的依赖关系。     

基于IEEE 802.15.4协议GTS机制的实时控制系统研究

针对IEEE 802.15.4协议在实时控制领域的应用,分析了该协议的拓扑结构、超帧结构、同步机制等对控制系统设计的影响,指出为了获得确定性时延需采用信标模式下的GTS机制,得出最小的控制周期为15 ms;分析了时隙分配机制与控制节点的约束关系,给出了超帧中采样、控制量传递的时序关系;分析了诱导时延,得出同步前提下的最大诱导时延占控制周期的44％,并给出确保同步的最大有效载荷的计算公式;针对固定时延给出了一种控制量线性外推的控制策略补偿方法;最后通过对一阶倒立摆的控制仿真验证了该方法的有效性.     

基于802.15.4的无线传感器网络查询质量优化算法

在簇形结构的无线传感器网络中,针对基本单元簇,在IEEE 802.15.4协议的MAC层讨论查询质量的优化问题。建立了以查询质量为目标,带宽限制为约束条件的优化模型,并提出了动态规划法和查询质量因子动态更新算法相结合的动态查询质量保证算法。仿真实验表明,该方法能提高IEEE 802.15.4的实时带宽利用率,减少查询响应时间,并能根据不同的查询质量要求提供相应的服务。     

基于IEEE802.15.4的Ad hoc网络路由协议研究

Adhoc网络是一个自组织、动态拓扑变化的网络。由于具有低成本、低功耗的特点,基于IEEE802.15.4的Adhoc网络将得到广泛的应用。文章在分析AODV协议的基础上,提出了适合基于IEEE802.15.4的Adhoc网络的M-AODV协议。并在NS-2中对该协议作了仿真,在性能上和AODV协议作了比较。     

IEEE802.15.4的CC2530无线数据收发设计

基于TI公司的CC2530实现了IEEE 802.15.4(ZigBee)的无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)协议;在分析CSMA-CA算法的基础上,重点讨论了片内集成的命令选通/CSMA-CA处理器的工作机制,同时组建了一个小型星状网络.测试结果表明,在节点通信范围内,节点收发的...     

IEEE802．15．4的MAC协议实现

IEEE802．15．4协议是无线传感网中多采用的一种低速率、低功耗、低成本的无线通信协议。Imote2是Intel公司推出的高集成度的无线传感器平台。文中介绍了Imote2平台以及IPF．FS02．15．4协议,及网络驱动程序的体系结构,给出了实现IEEE802．15．4的MAC协议过程中的关键函数,还对MAC协议实现中的中断服务响应以及时钟等关键问题进行了描述。并分别对节点的工作性能及组网时节点的性能及损耗进行了测试,给出了系统的性能。结果显示,该种实现方法有效地保证了系统的性能并且可以达到无线传感网组网需求。     

工业环境IEEE802.15.4链路的多频道可靠性分析与建模

无线传感器网络协议设计依赖于网络环境中的链路特征.在实际环境中,链路易受外界环境的影响而产生剧烈的变化.但是,目前只有少量的链路模型涉及多频道传输可靠性及其时间变化特征.以丢包率描述链路的可靠性,针对链路可靠性在频道和时间上的变化特征,提出了统计建模的方法,引入丢包率(PDR)和丢包序列(PDS)定量刻画出了链路可靠性与频道、时间的关系.通过在钢铁厂车间、学校实验工厂对2.4GHz的IEEE802.15.4模块进行测试及统计分析,发现数据丢包率服从logistic或log-logistic分布;在一个确定丢包率下,两次数据丢包之间的间隔服从lognormal分布.在此基础上,通过分析干扰链路可靠性的原因,提出了一种工业无线传感器网络链路可靠性模型,并基于此模型对IEEE802.15.4e的两种提案进行了评估和分析.