基于非饱和负载的802.15.4网络能耗分析

为了优化802.15.4 MAC协议能耗性能,提出了一种基于退避时提前休眠的时隙CSMA/CA机制,并建立了该协议的Markov链模型。然后使用M/G/1排队系统理论对非饱和网络负载建模,并对协议主要参数进行了数学推导。最后基于该模型对网络节点能耗进行数值分析。理论分析和仿真结果表明,该模型较好的描述基于非饱和负载的802.15.4 MAC协议,网络节点能耗得到有效改善。     

6LoWPAN网络节点信道接入延时性能研究

为了优化6LoWPAN网络MAC协议性能,提出了一种基于饱和负载的时隙CSMA/CA机制的Markov链模型,并对协议主要网络参数进行了数学推导。基于该模型对节点平均接入延时及网络的信道接入概率等参数进行数值计算,重点分析了协议参数对网络延时性能的影响。数学分析表明,该模型较好地描述了基于饱和负载的IEEE 802.15.4 MAC协议的信道竞争接入机制,而合理的协议参数设置能够有效地改善网络节点平均信道接入延时性能。     

基于ZigBee环境监控系统的MAC协议研究

针对环境污染监控系统数据量小、时间间隔长、周期性等缺点,改进IEEE 802.15.4MAC层规范,提出适合环境监测系统的协议emMAC,协议使用MAC层帧的保留位,保持帧长和格式不变,将GTS时隙进行再细分,最多可分为112个时隙,可为每个节点分配一个时隙进行CFP访问,并为提高QoS加入预警发送机制。emMAC保持了与IEEE802.15.4的兼容,通过使用omnet++4.1分析与仿真表明,协议有效的避免了信道冲撞,减少能耗,延长了网络寿命,性能优于802.15.4协议。     

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IEEE802.15.4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.     

基于多条件休眠的802.15.4网络能耗优化方法

针对802.15.4网络能耗优化问题,提出了一种基于多条件休眠模式的媒体接入控制(MAC)层信道接入机制.首先,建立该机制的马尔可夫模型;然后,基于模型对网络主要状态的稳态概率和协议参数进行推导;其次,分析了节点在每个超帧内的平均能耗;最后,研究了数据包到达率、退避次数、超帧指数和最小退避指数对节点主要状态的稳态概率、能耗和节点生存时间的影响.实验结果表明,与节点无休眠态的802.15.4网络相比,节点能耗降低了84.4%左右;与部分条件休眠的方法比较,节点能耗平均降低了62.8%,网络存活时间平均提高了70%.模型较好地描述了提出的网络信道接入机制,合理的网络参数设置能够优化网络能耗性能,也为无线传感器网络(WSN)的实际应用提供能耗优化参考.     

启用节点睡眠态的6LoWPAN网络节能研究

为了降低6LoWPAN网络节点能耗,本文提出了一种启用节点睡眠态的信道竞争接入机制:节点可于超帧退避期内适时睡眠和超帧睡眠期内睡眠。应用该机制对网络MAC协议建模,并对模型进行了数学推导。基于本模型,对节点平均能耗、网络数据包发送稳态概率和数据包服务时间进行了数学分析,并研究了协议参数NB和minBE对网络性能的影响。数学分析表明,该模型较好地描述了6LoWPAN网络信道竞争接入机制,该机制有效降低了节点的平均能耗,协议性能得到较大改善。     

应用于桥梁监控的无线传感器网络MAC协议

为保证监控桥梁任务的实时性,提出了一种多优先级多信道的无线传感器网络MAC(MPMC-MAC)协议。MPMC-MAC协议结合节点接收的数据类型和节点发送信息频率为其分配优先级,再根据优先级及信道状况对节点进行信道分配,以确保优先级高的节点优先发送数据。当信道冲突或节点通信受到干扰导致信息需要重传时,采用信道再分配技术。该技术主要根据节点的优先级、节点的剩余能量及其重传次数重新对节点分配信道,保证了信道分配的公平性。另外,该协议通过动态调整节点的活跃周期和睡眠周期的时长以节省能量,并减少传播时延。仿真结果表明,MPMC-MAC协议在网络吞吐量、平均传播时延以及节点的能量消耗等性能方面均优于Hybrid MAC(HyMAC)、Zebra MAC(ZMAC)及IEEE802.15.4 MAC协议。     

S-MAC与IEEE802.15.4的MAC层信道利用效率研究

提出一种计算MAC层信道利用效率的方法,从成帧效率、信道共享效率和冲突避免三个方面建立模型,对无线传感网络MAC层应用协议S-MAC和IEEE802.15.4进行计算分析,并将此两种协议的信道利用效率与IEEE802.11的信道利用效率进行对比,结合软件仿真说明S-MAC与IEEE802.15.4两种协议的适用范围.     

基于DS证据理论的无线传感器网络MAC层安全研究*

研究了无线传感器网络MAC层安全问题,分析了现有无线传感器网络MAC层协议安全体系的不足之处,针对无线传感器网络遭到非法入侵的情况,提出了一个基于D-S证据理论的MAC层入侵检测机制。该机制利用碰撞率、数据包平均等待时间、RTS包到达率以及邻居节点的报警作为证据,对网络的状态进行实时的分析检测,根据网络的状态作出响应。该算法能够应用于现有的MAC协议如S-MAC、IEEE 802.15.4中,仿真结果表明,该算法能够较好地抵御针对MAC层的攻击,保证网络的安全运行。     

基于ARM的无线传感器网络MAC协议设计与实现

针对无线传感器网络的特点, IEEE 802.15.4标准以其低速率、低功耗、短距离等技术特征成为无线传感器网络底层协议栈的最佳选择之一。研究IEEE 802.15.4介质访问控制(MAC)层协议栈后,在ARM9 Linux平台上设计并实现IEEE 802.15.4 MAC层协议栈软件,软件最终以Linux字符型驱动的形式发布。结果表明,软件能完整实现IEEE 802.15.4 MAC层协议,具有较大的实用性和扩展性。     

CCS-MAC: Exploiting the overheard data for compression in wireless sensor networks

Both the overhearing and overhearing avoidance in a densely distributed sensor network may inevitably incur considerable power consumption. In this paper we propose a so-called CCS-MAC (collaborative compression strategy-based MAC) MAC protocol which facilitates to exploit those overheard data that is treated useless in traditional MAC protocols for the purpose of cost and energy savings. Particularly the CCS-MAC enables different sensor nodes to perform data compression cooperatively with regard to those overheard data, so that the redundancy of data prepared for the link layer transmission can be totally eliminated at the earliest. The problem of collaborative compression is analyzed and discussed along with a corresponding linear programming model formulated. Based on it a heuristic node-selection algorithm with a time complexity of (O(N²)) is proposed to the solve the linear programming problem. The node-selection algorithm is implemented in CCS-MAC at each sensor node in a distributed manner. The experiment results verify that the proposed CCS-MAC scheme can achieve a significant energy savings so as to prolong the lifetime of the sensor networks so far.     

基于广播机制的流量自适应混合MAC协议研究

针对流量自适应混合MAC协议的不足,提出一种广播机制改进方案.在基于CSMA和TDMA流量自适应混合MAC协议基础上引入广播机制,节点被提前通知只在发送或接受数据时处于活动状态,其他时刻则处于休眠状态,从而能最大限度地避免串音,空闲侦听和数据冲突.NS2仿真表明,改进的协议能进一步减少系统能量消耗,维持较高的吞吐率.     

一种基于旁听的机会网络路由算法

针对基于议价博弈的概率路由算法存在消息传送成功率提升偏慢、开销大、节点无序情况下竞争信道引起碰撞以及节点在多邻居状态下存在冗余交互的问题,提出一种基于旁听的机会网络路由算法—ORON。ORON算法通过旁听邻居节点信息,设计博弈策略使激励相容,节点对邻居与自身的交易状态进行分析,选择最佳策略,使得网络性能得到提升。仿真验证了ORON算法设计的有效性,结果表明：与基于议价博弈的现有路由算法GSCP相比,ORON算法的吞吐量和消息传送成功率至少提高了6.72%,而控制开销和平均端到端消息时延则分别降低了20%和3.55%以上。     

WSN角度协作路由协议中的中继选择

通过仿真与Zigbee硬件实验研究了角度与距离对无线传感器网络角度协作路由协议中继节点选择的影响;通过仿真分析中继节点的角度与距离两个因素对随机转发角度协作路由协议的目的节点中断概率的影响;通过RSSI测距实验间接测量源节点与目的节点之间的距离,并采用高斯模型处理测量数据,得到在不同角度及距离的中继节点条件下源节点与目的节点距离的测量相对误差.对Zigbee硬件实验与仿真结果的分析表明,无线传感器网络角度协作路由最佳中继节点的选择取决于侦听节点与源节点的角度及距离.     

基于电力大数据的用户用电感知研究

在基于电力大数据对用户提供多元化服务的研究中,发现电网在不同时刻停电,不同用户的停电感受不一样以及在调度计划制定时,由于不同线路所带用户不同需进行差异化服务。为此,提出基于电力大数据的用户用电感知研究。首先通过电网内部系统及外部系统进行数据采集,然后基于大数据从多维度进行数据处理和分析,建立了用电需求模型和用户用电感知模型并进行了深入应用;通过该模型可以实现有限投资供电可靠性提升最快,最大限度满足用户需求;可最大限度实现不同行业、类别的用户用电互补,提高设备利用率;可实现用电感知最低时段停电,停电涉及用户更精准。该模型的引用实现了电网规划、用户接入、调度运行的智能决策,使电网规划投资更精准,固定投资提升可靠性最快,提高设备利用效率和用户满意度。     

PEACH: Power-efficient and adaptive clustering hierarchy protocol for wireless sensor networks

The main goal of this research is concerning clustering protocols to minimize the energy consumption of each node, and maximize the network lifetime of wireless sensor networks. However, most existing clustering protocols consume large amounts of energy, incurred by cluster formation overhead and fixed-level clustering, particularly when sensor nodes are densely deployed in wireless sensor networks. In this paper, we propose PEACH protocol, which is a power-efficient and adaptive clustering hierarchy protocol for wireless sensor networks. By using overhearing characteristics of wireless communication, PEACH forms clusters without additional overhead and supports adaptive multi-level clustering. In addition, PEACH can be used for both location-unaware and location-aware wireless sensor networks. The simulation results demonstrate that PEACH significantly minimizes energy consumption of each node and extends the network lifetime, compared with existing clustering protocols. The performance of PEACH is less affected by the distribution of sensor nodes than other clustering protocols.     

热电偶无线传感器节点低功耗优化设计

针对飞行器内部线缆复杂度高、布线困难的问题,提出采用无线通信模式来提高传感器部署的灵活性,减少线缆运输和安装成本;为了最大程度地延长无线传感器节点的使用寿命,对热电偶无线传感器进行了节点低功耗优化设计;硬件方面,基于DPM机制设计了能量分块管理模型,核心处理器采用国产低功耗芯片GD32E230C8T6;软件方面,提出了一种基于星型拓扑结构无线传感器网络的低功耗策略,并基于此策略给出节点剩余能量数学表达式;实验结果表明,此节点处于停机储运状态下的电流低于1μA,待机模式下的电流低于23 mA,证实了所设计的热电偶无线传感器具有低功耗、稳定的特点,能有效延长节点寿命。