IEEE 802.15.4区分服务协议性能分析与建模

针对IEEE 802.15.4协议的无线传感网络不能提供数据流优先级区分的问题,提出一种基于区分服务的马尔可夫链模型以支持实时多媒体应用。该机制的主要思想是根据服务质量要求（时延敏感与否）为不同的数据流分配不同的优先级。不同优先级的数据采用不同的增长因子来更好地减少冲突。此外,为了弥补低优先级数据流,高优先级的数据流在第二次空闲信道评估发现信道空闲时并不立即接入信道而是以一定的概率竞争信道。数学分析表明,对不同数据流设置合理的增长因子和竞争概率能够显著提高高优先级数据流的性能并对低优先级数据影响较少。     

Microchip推出2．4GHz IEEE802．15．4收发器及网络分析器工具

Microchip Technology（美国微芯科技公司）宣布推出三项用于IEEE802．15．4无线网络的新产品。其中，Mierochip首个射频收发器MRF24J40是一个针对ZigBee协议及专有无线协议的2．4GHz IEEE802．15.4收发器，适用于要求低功耗和卓越射频性能的射频应用。ZENA无线网络分析器工具有助于用户通过利用Microehip的半导体器件开发ZigBee协议系统。此外,MiWi协议是一个免费的小型协议，     

WSN基于区分服务的MAC性能分析与建模

针对IEEE 802.15.4协议的无线传感网络,提出一种基于区分服务的马尔科夫链模型以支持实时多媒体应用.该机制的主要思想是根据服务质量要求(时延敏感与否)为不同的数据流分配不同的优先级.分析并研究了协议参数的设置对网络性能的影响.教学分析表明,对不同数据流设置合理的CSMA/CA参数能够显著提高高优先级数据流的性能,而对低优先级数据影响较小.     

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。     

IEEE802．15．4中的安全研究及缺陷分析

IEEE802．15．4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llonce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。     

基于IEEE802．15．4无线传感矗网络的IPv6协议栈

基于IPv6 over IEEE802．15．4的无线传感器网络是目前研究的一个热点。其中，设计适合传感器节点的嵌入式IPv6协议栈是一个关键。本文在分析了IEEE802．15．4和无线传感器网络的特点后，针对这些特点提出一种嵌入式IPv6协议栈的设计方案；并在本文的最后，总结了设计时要考虑的关键因素。     

一种适用于分层卫星网络的区分服务模型

分层卫星网络（MLSN）是下一代卫星网络的主要发展方向,其QoS问题成为制约其发展的重要瓶颈。本文从现有地面网络中的QoS模型出发,结合MLSN的特性,提出了一种适用于MLSN的QoS模型MLSN—DiffServ。该模型充分利用了区分服务中DSCP和PHB的概念以及MLSN的分层体系结构和多星选择接入机制,通过扩展DSCP和PHB的概念及实现方式,实现了一种适合MLSN的区分服务模型,仿真结果证明,该模型不仅可以应用于MLSN,而且有良好的性能表现。     

一种基于WiMAX mesh网络的区分服务调度方案

IEEE 802.16支持多种不同类型的调度服务,并将服务质量支持机制引入媒体接入控制层,却没有规定相应的调度算法。在IEEE 802.16定义的mesh模式下,针对不同类型服务,提出了一种区分服务的调度方案,该方案采用集中式和分布式混合调度。仿真结果表明:该方案下系统平均时延和用户满意度均有所改善。     

基于IEEE802．15．4接收机灵敏度测试的设计与实现

在设计符合IEEE802．15．4规范的射频通信系统过程中,系统性能测试是备受关注的问题。文章提出了在使用Agilent无线连接测试仪N4010A测试射频通信系统接收机灵敏度时。如何使用MATLAB软件设计符合N4010A任意波形文件规范和IEEE802．15．4接收机灵敏度测试规范的IEEE802．15．4／ZigBeeTM波形文件。将该波形文件载入N4010A,实现了射频通信系统接收机灵敏度的测试。     

一种基于区分服务模型的QoS策略

提供服务质量保证是目前Internet的重要研究课题之一,其核心问题是实现不同业务流的分类转发。以区分服务模型的体系结构为基础,研究了“边到边”(edge-to—edge)服务质量保证问题,并从对单域转发行为的分析入手,着重研究了一种简单的“低尽力型”的单域转发行为(Lower Effort Per-Domain Behavior,LE-PDB)的实现及性能。最后,通过一个应用实例,研究TLE-PDB在保证“边到边”服务质量时的性能及实现。     

基于IEEE 802.15.4c TinyOS平台的移植研究

TinyOS拥有组件化编程、事件驱动机制、有效的能量资源管理等特点,在无线传感器网络操作系统当中颇受关注。然而,自IEEE 802.15.4c制定以来,TinyOS还未有工作在其标准下的节点平台。因此,文中在分析TinyOS硬件抽象架构的基础上,设计以MSP430F5419A和AT86RF212为硬件架构、以移植TinyOS为软件架构的节点平台,并针对802.15.4c研究协议栈嵌入平台的关键步骤。通过基于CTP协议的多跳组网数据传输实验,结果表明,该平台可以稳定地工作在Tiny-OS操作系统中,并在低功耗、远距离、抗干扰方面,性能较为出色。     

一种服务区分的多媒体传感器网络MAC协议

为在资源受限的无线传感器网络中传输具有不同业务要求的多媒体信息,提出一种基于服务质量感知和优先级的无线多媒体传感器网络MAC协议——QA-MAC。协议通过有效的服务区分机制,对不同优先级的数据流采用不同的自适应竞争窗口调节方法和占空比调整方法,以保障不同优先级业务的实时传输要求。仿真实验结果表明,与S-MAC协议相比,QA-MAC协议在网络延迟性和数据包传输率方面都有明显提高,随着网络负载的增大,数据包传输率平均可以提高30%以上,能够较好地满足无线多媒体传感器网络应用的需求。     

基于无线传感器的微控制器SPI总线设计

基于IEEE802.15.4无线微控制器,为在2.4G频带上应用IEEE802.15.4标准及ZIGBEE网络的开发应用提供了完整的解决方案;该芯片完全按照IEEE802.15.4标准开发,自带的附加处理器远远扩大了芯片的应用范围,使之不仅可用于短距离无线网的构建,更适用于远距离控制,家庭及建筑自动化系统;文中介绍了基于IEEE802.15.4标准的无线微控制器JN5121的SPI总线设计,给出了JN5121 SPI总线的特点、配置方式及相关函数;最后通过程序及波形图演示了主机发送数据的过程.     

网络编码感知的无线机会路由性能分析模型

结合基于优先级的ACK回复策略,提出网络编码感知的无线机会路由性能分析模型。该模型探讨多个中继节点时无线信道丢包对网络性能的影响。为此,建立二维马尔科夫链模型对802.11 DCF信道接入机制进行数学建模分析,从而得到数据包成功投递概率和网络吞吐量公式。数学分析结果表明:结合机会路由和网络编码,通过增加中继节点数量,可以提高数据包的投递概率和网络吞吐量。     

Design and implementation of enhanced IEEE 802.15.4 for supporting multimedia service in Wireless Sensor Networks

Recently, there has been a growing demand to incorporate multimedia content delivery over the Wireless Sensor Networks (WSNs). This feature could not only enhance several existing applications in the commercial, industrial, and medical domains, but could also spur an array of new applications. However, the efficient gathering of still images, audio, and video information in WSNs imposes stringent requirements on the throughput and energy consumption. Most wireless communication standards with high or moderate data throughputs do not focus primarily on energy efficiency. The IEEE 802.15.4 WPAN standard provides a widely accepted solution for low-cost and low-power wireless communication, with a potential to cater to many types of application scenarios. IEEE 802.15.4 MAC includes features such as its dual operational modes (Non-Beacon-enabled mode/Beacon-enabled mode), which make this standard more attractive for providing multimedia services over the networked sensors. Its Beacon-enabled mode can conserve energy by using the RF sleep mechanism, but it is limited by the lower data throughput. On the other hand, the Non-Beacon-enabled mode can offer higher data throughput but at the expense of significant energy consumption, mainly due to the idle listening problem. In order to overcome these issues, we propose an enhancement to IEEE 802.15.4, named TEA-15.4, which adaptively adjusts the active period based on traffic information. To detect data traffic in the network, the proposed scheme utilizes two techniques: Arbitrary Traffic Signal (ATS) and Traffic Time-Out (TTO). By utilizing these two techniques, the proposed TEA-15.4 can not only support enough data throughput to carry out multimedia communications, but also offer lower energy consumption for the sensing device in WSNs. For performance evaluations, we implement our proposed scheme and the IEEE 802.15.4 full-standard on the TinyOS. Based on the results gathered from testbed experiments and the TOSSIM simulator, TEA-15.4 is shown to be a suitable mechanism for Wireless Multimedia Sensor Networks (WMSNs).     

IEEE802.15.6无线体域网CSMA/CA接入机制建模与性能分析

无线体域网是由附着在人体表的可穿戴传感器或植入人体内的生物传感器组成的无线网络.IEEE 802.15工作组于2012年正式发布了用于无线体域网的IEEE 802.15.6通信标准.该标准面向窄带通信主要采用支持QoS区分服务的时隙CSMA/CA接入机制.为深入理解该机制的内在特性,利用Markov链对饱和状态下的退避过程进行建模,并在此基础上分析了各个优先级的吞吐量、成功收包率和延迟等性能.仿真结果验证了模型分析的准确性.分析和仿真结果表明,该标准为不同优先级提供了区分服务,但在饱和状态下最高优先级会抢占大部分信道资源,造成其他优先级的资源短缺.     

基于排队模型的无线传感器网性能研究

由于具有广阔的应用前景,近年来无线传感器网得到了广泛的关注。其中,能量效率及数据延时是无线传感器网设计需要考虑的两个重要性能指标。文中,基于排队模型,采用功率模式管理,对节点平均功耗及数据延时等无线传感器网的性能做了研究,并得到了与调制星座体积之间的关系。     

Dynamic-cost-reward connection admission control for maximizing system reward in 4G wireless multihop relaying networks

The 3GPP Long Term Evolution (LTE) Advanced and IEEE 802.16j specifications adopt the mobile multi-hop relaying (MMR) mechanism for enlarging service area and improving wireless transmission quality simultaneously. By deploying different types of Relay Stations (RSs), MMR can bring some advantages: (1) the signal fading and wireless interference of a single long wireless link is improved obviously; (2) the ranges of wireless access and relay area are extended, etc. MMR can offer a high data rate transmission for packet services and can increase system capacity. Note that MMR can be applied to the public transportation system, e.g., equipped a mobile RS on a high-speed train. A mobile RS handoff initializes a multiple handoff requests of different types of traffics. It becomes as a critical handoff issue in 4G MMR. Thus, the MMR handoff needs a new efficient Connection Admission Control (CAC) to guarantee qualities for various types of traffics and to increase system revenue. However, traditional CACs are difficult to fulfill the objectives. This paper thus proposes the Dynamic Cost-Reward-based (DCR) CAC that consists of two key mechanisms: (1) adopting a Markov decision process-based (MDP) cost function and (2) providing different reward functions for different types of nodes and various types of connection. Additionally, a mathematical analytical Markov chain is modeled for DCR. The simulation results are very close to the analysis results, which justifies the correctness of the analytical model. Numerical results demonstrate that DCA outperforms the compared CACs in the probabilities of new blocking, MS-handoff, and RS-handoff dropping, FRL, GoS, and system reward.     

无线传感器网络S-MAC协议性能研究

提出一种二维Markov链模型用于S-MAC协议的性能分析与评价。该模型利用信号流图和母函数的方法分析S-MAC协议的介质访问控制(MAC)服务时延,结合M/G/1/K排队模型分析S-MAC协议在非饱和负载下的性能。仿真实验和数值分析结果证明该模型可以较好地描述S-MAC的接入方式。     

异构传感网密钥管理协议分析模型与性能评测

传统的以单次或几组通信过程为目标进行的密钥管理性能分析的方法具有片面性,且随着网络异构程度的增加将越发复杂,分析结果的参考价值也相对较低.针对该问题,首先概括了异构传感网密钥管理框架,细化了其策略层逻辑结构,并结合Petri网理论,通过对库所进行能耗扩展,提出分簇结构下的密钥管理逻辑(key management logic,简称KML)模型.随后,以带吸收壁的Top层密钥管理策略和Button层能耗模型为核心,建立了密钥管理协议的KML模型,该模型支持多种异构性以token的形式参与分析和决策.最后,以低能耗协议为例,讨论了所提模型的能耗、时延和寿命的分析方法.实验结果表明,KML模型能够有效地对协议进行仿真和分析,提供了对协议的短期性能和长期性能的合理估测,从而帮助设计者发现协议瓶颈和性能隐患,为协议改进提供参考.