面向现场级工业无线网络混合流量分级调度的时隙分配策略

工业无线传感网络在关键位置监测和控制系统中发挥着越来越重要的作用. 然而复杂工业现场混合关键流量共存, 无法满足关键数据传输低时延和高可靠性要求, 突发流量会导致网络时延大幅抖动甚至网络拥塞, 给工业生产造成严重的后果. 针对上述情况, 本文提出了流量分区超帧架构, 考虑到设计复杂度和应用场景需求设计了R-MAC(时隙预留接入协议)和C-MAC(时隙争用接入协议). 上述两种协议以帧抢占的方式保障突发流量的实时接入, 采用了不同的重传机制提升周期性高优先级数据传输的可靠性. 最后本文对两种协议进行了评估, 与实时工业无线传感网络WirelessHART相比, 限定了突发流量的最差接入时延上界, 实现了多优先级流量服务差异化, 提升了高优先级流量的平均成功接入率.     

基于LoRa组网的多优先级时隙分配算法

为提高LoRa组网中数据传输的效率和稳定性,提出一种基于LoRa组网的多优先级时隙分配算法。将固定时隙分配算法和竞争时隙分配算法相结合,采用动态调整的方式根据网络容量动态调整时隙的分配策略,平衡节点优先级的权重,提高网络传输的效率和稳定性。实验结果表明,该分配算法优化了固定时隙分配算法和竞争时隙分配算法的不足,提高了LoRa自组网中数据传输的效率和稳定性,降低了数据传输过程中的平均时延。     

面向最小延迟的无线mesh网络时隙分配问题研究

在基于IEEE802.15.4的工业无线传感器网络中,通过时分复用技术来实现节点间并行通信,以提高网络的吞吐量.通常,网络中的管理器根据全网拓扑对网络中的每个连接分配一个超帧中相应的时隙.不同的时隙分配方案中,连接在超帧中活动的顺序也不同,对网络性能的影响也不同.本文研究了不同时隙分配方案在网络吞吐量和数据延迟方面对网络的影响,定性分析了时隙分配方案与数据延迟的关系,并根据mesh结构的特点提出一种使用粒子群优化的算法,用于在网络管理器上对时隙分配进行优化,使得数据延迟最小化,以满足工业无线网络实时性应用的要求.     

LoRa无线网络MAC层TDMA时隙分配协议研究

轮询协议是一种经典的介质访问控制(MAC)层时分多址(TDMA)时隙分配协议,具有无冲突数据通信且功耗低的特点,但无法保证通信可靠性及实现有区别服务。为此,研究一种具有动态重传和差异服务机制的TDMA时隙分配协议。重新设计帧结构,根据终端节点数据包信息完成静态时隙分配,在数据传输失败时,利用重传时隙提高通信可靠性,通过影子时隙实现有区别服务。在无线抄表系统上的实验结果表明,与经典轮询协议相比,该协议的丢包率降低了3%。     

基于优先级的TDMA动态时隙分配算法

根据帧结构的不同对现有的时隙分配算法进行分类,分析其特点及综合性能。根据二叉树块内均分法,提出一种改进的时分多址动态时隙分配算法,地面主控站可根据用户的紧急或优先级高低的预约请求进行实时分配,能满足用户占用时隙块发送较长报文的需求。仿真结果表明,该算法能减少报文的平均延误时间,适合突发应急报文的传输需要。     

一种适用于可扩展AdHoc网络的动态时隙分配算法

针对现有基于固定分配时隙的ad hoc网络MAC协议时隙利用率低,不能适应突发网络业务的局限性展开研究,并在此基础上提出了一种适用于规模可扩展的ad hoc网络的动态时隙分配算法(DTDMA).该算法利用较少的控制开销,通过节点间控制帧的交互,实现在网络负载较重的情况下,可以有效保证多个节点无冲突的接入信道,并针对不同优先级的网络业务提供相应优先级的时延保证.QualNet网络仿真环境中的仿真实验证明该算法能创建一个规模可扩展的无线自组织网络,且当网络中存在突发流业务时大大提高了网络吞吐量,减小了平均端到端时延,并实现了区分优先级服务.     

无线传感器网络初始化时隙分配算法

在无线传感器网络初始阶段,节点初始状态对等,且均无法预知网络环境,这对建立MAC协议提出很大挑战,现有的MAC算法均无法适用.本文针对网络初始阶段混乱无序的情况,建立了初始数据通信模型,进而提出一种时隙分配算法,分布式地实现两跳内节点的时隙分配.该算法消除了无线网络中的暴露终端以及隐藏终端问题,保证了节点间通信的成功进行,为后续协议的应用提供了前提.仿真表明,算法能迅速、准确地实现时隙分配.算法运行时间只与节点密度有关,与网络规模关系不大.     

LoRa无线网络的多模式时隙分配算法研究

针对LoRa自组网络传输过程中动态改变指定区域所有节点的传输频率、所有区域内或指定区域中A类传感器采集数据传输频率的需求,在LoRa无线网络MAC协议的基础上,提出一种基于LoRa的多模式时隙分配算法,将时隙接入阶段分为普通模式和观察模式。其中,普通模式主要为正常情况下的传输任务分配时隙,观察模式同时要为正常情况下的传输任务和动态增加的传输任务分配时隙。实验结果表明,该分配算法在应对传输频率多变的情况时,提升了通信过程中的时隙利用率,降低了通信过程中的平均时延。     

无线自组网络中公平带宽分配机制的研究

对已有的三种无线自组网络的带宽分配算法进行比较研究,并提出了一种新的基于代价的最大最小带宽分配机制。此机制不仅能保证最大最小公平性,而且可以适应无线网络的移动性引起的路由变化。仿真结果表明,该方法能够满足无线网络的约束,并且在移动的环境中也能够对无线网络数据流进行最大最小公平带宽分配。     

无线传感网络任务分配的能效性控制策略

无线传感网络包含大量密集分布传感节点,各节点测量产生大量数据给传输、存储、管理和分析带来困难,无线传感网络能源不可更换性限制了网络寿命.本文提出基于熵理论和欧式距离的网络能耗评价指标,采用对等(peer-to-peer,简称P2P)计算方法,利用基于蚁群智能的能效性优化任务分配控制策略,针对中心节点工作状态、传输能耗和网络寿命实现动态实时任务控制分配,完成多中心节点并行计算,提高网络工作效率,节约能耗.实验表明基于蚁群智能的能效性任务分配控制策略能实时有效地缩短无线传感网络计算时间,减少网络能耗,提高网络寿命.     

事件驱动型传感器网络地址分配算法研究

无线传感器网络中的地址分配是应用的前提,但目前研究相对较少。分析现有的无线传感器网络地址分配协议,提出了一种基于最小跳数的按需分配的地址分配算法,在网络初始阶段构建最小跳数,当节点监测到事件根据最小跳数建立与Sink节点的通信,获取事件节点的通信地址。理论分析及仿真结果表明,该算法降低了协议自身的通信开销,满足了无线传感器网络中通信节点资源极其稀少和低功耗的需要。     

Optimal energy allocation in heterogeneous wireless sensor networks for lifetime maximization

We consider the problem of optimal energy allocation and lifetime maximization in heterogeneous wireless sensor networks. We construct a probabilistic model for heterogeneous wireless sensor networks where sensors can have different sensing range, different transmission range, different energy consumption for data sensing, and different energy consumption for data transmission, and the stream of data sensed and transmitted from a sensor and the stream of data relayed by a sensor to a base station are all treated as Poisson streams. We derive the probability distribution and the expectation of the number of data transmissions during the lifetime of each sensor and the probability distribution and the expectation of the lifetime of each sensor. In all these analysis, energy consumption of data sensing and data transmission and data relay are all taken into consideration. We develop an algorithm to find an optimal initial energy allocation to the sensors such that the network lifetime in the sense of the identical expected sensor lifetime is maximized. We show how to deal with a large amount of energy budget that may cause excessive computational time by developing accurate closed form approximate expressions of sensor lifetime and network lifetime and optimal initial energy allocation. We derive the expected number of working sensors at any time. Based on such results, we can find the latest time such that the expected number of sensors that are still functioning up to that time is above certain threshold.     

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.     

实时无线传感器网络的跨层优化设计

首先概述了当前传感器网络的特点和发展现状,然后提出一种实时无线传感器网络的跨层设计方案,并详细阐述了该体系结构中各层的主要功能,最后总结了该优化设计。     

无线传感器网络基于议价解的合作策略

针对无线传感器网络（WSN）的合作多样性问题,对结合节点能耗和吞吐量的对称合作模式进行了讨论。基于Raiffa-Kalai-Smorodinsky议价解（RBS）,将对称合作问题转换成议价问题,提出了一种提高网络传输效率的WSN对称合作策略。分析了由[n]传感器节点和一个sink 组成的对称合作模型,并在此基础上,讨论了RBS最优带宽分配策略的实现过程。仿真结果表明,该对称合作策略可以大大提高传感器节点的传输效率。     

无线传感器网络中新型的网内数据融合定时机制

大部分现有的数据融合策略都会给网络数据的传输造成很大的延迟,影响网络的精确性。为此,提出了一种新型的网内数据融合定时控制机制。它将网络中感应数据划分为实时数据和非实时数据,通过对不同数据采用的区分服务,对节点的融合定时时间进行合理配置,取得了网络能量利用效率与数据精确性之间的良好折中。     

GTS机制在实时无线传感器网络中的研究

在详细分析IEEE802.15.4无线通信标准、其超帧结构、GTS机制的基础上,利用OPNET仿真软件,针对提高实时性的应用要求,重点分析模拟了延时上限这个参数,通过分析实验数据,得到了使系统达到最佳实时性的GTS参数合理配置方法,为实际应用提供了可行的理论参考。