基于QoS的变电站设备无线监测网络拓扑研究

随着无线传感器网络在智能变电站不同业务应用中的深化,网络的高数据率传输和网络的服务质量（qual-ity of service,QoS）问题成为无线传感器网络（wireless sensor network,WSN）的新热点。针对智能变电站的设备状态监测应用,利用无线传感器网络技术,建立分簇的三层智能变电站设备无线监测网络结构;参考 Zigbee协议和 IEC 61850报文规定,对监测网络数据流进行建模;从用户感知 QoS、网络 QoS 和节点 QoS 三个方面,结合Opnet仿真功能,提出包括端到端时延、MAC层时延、MAC层吞吐率、MAC层丢包率、数据碰撞、丢包率、比特误码率、信噪比和接收功率的QoS指标。根据实际变电站设备监测配置,建立起仿真网络模型,仿真研究表明相比于树状拓扑、Mesh拓扑网络,设计的簇状拓扑网络具有更好的QoS综合性能。     

无线传感器网络MAC层传输性能模型研究

无线传感器网络数学建模是网络传输性能定量分析的有效方法之一。该文在分析IEEE802．15．4标准MAC层无信标模式信道竞争机制的基础上,通过节点缓冲队列状态分析、网络节点状态分析和无线信道状态分析,建立了MAC层网络吞吐率、有效吞吐率、节点通信平均延时和信道冲撞概率的数据传输性能数学模型。采用MATLAB软件和QualNet网络仿真软件对所提出MAC层传输性能分析模型和相应性能参数进行仿真测试。仿真结果表明,所提出的数学模型能较为准确的模拟无线传感器网络MAC层通信性能,为网络通信协议数据传输性能定量分析提供了一种建模分析方法。     

无线传感器网络节点能量平衡优化方法

在无线传感器网络中,传感器节点中有限的能量供给限制了每个节点无线传输的距离。多跳传输通过将数据包转发给中继节点的方式可将数据包发送至远端接收器。在用于数据汇聚的无线传感器网络中,离数据汇聚站较近的无线传感器节点通常要转发比其他节点更多的数据包,从而消耗更多的能量。文章将整个网络的生命定义为直到第一个无线传感器节点能量耗尽从而失效的时间。提出一种基于无线传感器网络的能量平衡优化方案,该方案所采用的能量模型是基于对ChipconCC2420无线传感器射频收发器的测量数据推导得出的。根据这个方案,通过优化网络中数据流转发的分布来平衡节点的能量消耗。从而延长整个网络的使用生命。     

基于最佳数据包长度的MAC机制在无线Mesh网中的应用

MAC协议是无线Mesh网络中的一个重要研究领域.无线通信环境中存在着各种干扰,当发送的数据包受到干扰而不能被正确接收时,MAC协议要求发送端重传该数据包.传统的IEEE 802.11协议在物理层中提供了多种数据速率,如IEEE 802.11b协议中数据以1,2,5.5,11 Mbit/s传送.提出了一种根据信道条件和传输速率,自适应选取最佳数据包长度,并利用RBAR和OAR方式工作的MAC方法--DSAOAR.仿真结果表明,新的机制可以极大地改善网络性能,提高通信质量.     

基于服务质量的无线传感器网络MAC协议模型研究

无线传感器网络高性能通信要求MAC协议具有服务质量(QoS)保障功能,以满足数据传输实时性和可靠性需求。针对通过增加额外通信开销实现MAC协议QoS功能所导致传输性能降低的问题,提出一种基于分类优先不公平信道竞争访问的UC-MAC协议,通过节点状态、信道状态和网络状态分析,建立MAC协议多优先数据传输性能分析数学建模,并仿真验证了UC-MAC协议的QoS保障功能和数学模型的准确性。与其他MAC协议对比仿真测试结果表明,UC-MAC协议不改变IEEE802.15.4标准信道访问方式,不增加任何额外通信开销,在网络的吞吐性能和QoS功能两个方面同时得到提升。     

智能配电网无线传感器通信网络的跨层协作控制

为提高智能配电网无线传感器网络通信的实时性和可靠性,提出一种堆栈协议层之间跨层协作的控制模型。以无线传感器网络节点内各个影响因素为概念节点,建立起节点内模糊认知图结构模型,利用隶属关系确定该模型内概念节点之间的影响程度,进而建立整个通信系统的跨层控制模型。控制模型根据网络电力数据的通信状态,通过自学习和训练方法获得各个协议层参数之间的影响权重,实时调整物理层、MAC层、传输层参数以及路由策略相互协作,来保证数据通信的实时性和可靠性。最后对系统的网络接收的数据量、节点队列传输数据的平均延时以及网络的吞吐量等指标进行测试。结果表明,所提出的基于模糊认知图的无线传感器网络跨层协作控制方案符合智能配电网无线传感器网络通信特征,并能够满足其通信实时性与可靠性的需求。     

智能配电网无线传感器网络数据通信的QoS-MAC层模型

根据中国电力工业通信规范对配电网通信数据的要求,研究了一种在IEEE 802.15.4标准媒体访问控制(MAC)层协议中引入服务质量(QoS)支持的信道访问机制QoS-MAC模型。通过将配电网遥信、遥控、遥测三类通信数据分为3种优先等级的传输数据,建立节点内三级数据缓冲队列状态的马尔可夫链模型。依据该模型建立了每个节点的信道访问冲突模型、不同优先级数据网络有效吞吐率模型、传输延时模型、节点的无线信道冲撞率模型。通过仿真实验研究,衡量配电网无线传感器网络数据通信的性能。在不同的配电网数据产生率的情况下仿真实验结果表明,所提出的方法可为基于无线传感器网络的配电网数据通信提供有效的QoS保障。     

无线传感器网络中LEPS路由协议性能分析

LEPS是无线传感器网络中的多跳路由协议.它建立1个以汇聚节点为根节点的树型拓扑结构.节点向自己的父节点发送数据,并沿最短路径传送到汇聚节点.利用TinyOS的仿真软件TOSSIM对LEPS协议进行了研究,统计了控制包发送间隔取不同值时网络的路由建立时间、控制开销和数据包发送时延,分析了控制包的发送间隔对该协议性能的影...     

煤矿井下移动机器人节点三维定位算法研究

在煤矿井下移动无线传感器网络中,移动机器人作为网络中的可移动节点,其空间位置的确定对网络的正常运行具有重要作用.针对目前无线传感器网络中三维定位算法精度和实现复杂度难以平衡的问题,将一种二维平面内的基于接收信号强度指示(RSSI)测距的概率质心定位算法扩展到煤矿井下狭长封闭环境中移动机器人节点的三维定位应用,通过在一定...     

高效节能的无线传感器网络数据收集协议

无线传感器网络中的节点具有有限的能量,为了延长网络寿命,提出了一种分布式的高效节能的无线传感器网络数据收集协议DEEC-MR.协议中节点根据自身剩余能量竞争簇头,每个簇头节点根据相邻簇头节点与基站的距离、剩余能量等信息寻找父簇头节点,构造一颗以基站为根的近优最小汇集树.簇头将采集到的数据聚合后沿汇集树以多跳的方式传输至基站.仿真实验证明该协议能有效降低网络能耗,与其他两种数据收集协议(LEACH,PEGASIS)相比,DEEC-MR将网络寿命分别提高1600％和200％,同时使能耗均匀分布在每个节点上,避免部分节点过早死亡,具备很高的可靠性.     

面向用电信息采集系统的无线传感器网络MAC协议研究

针对用电信息采集系统簇头采集器缓存占用率过高且易造成网络拥塞的问题,提出一种节点优先级自适应的PA-MAC (priority adaptive MAC)协议,根据缓存占用率动态调整节点优先级,增强缓存占用率高的节点的信道竞争力,增加节点的数据发送量,使得缓存占用率维持在较理想的水平;然后采用分布式算法,利用节点发送数据包的传输情况评估网络负载状态,结合缓存占用率及当前竞争窗口取值范围,调整竞争窗口的变化,降低数据包的碰撞概率.仿真结果表明,本算法有效缓解了采集器节点的缓存压力,提高了用电信息采集系统本地网络在归一化吞吐量、丢包率及有效传输数据量等方面的性能.     

基于关键节点备份的多路径可靠路由协议

为了提高无线传感器网络中数据传输的可靠性,设计了一种基于关键节点备份的多路径可靠路由协议（BK-MR-RP）.首先,采用侦听机制来获取邻居节点的路由信息,通过对链路质量和路径相关因子的综合评估选择一条或多条备用路径;其次,针对相关度较高的网络找出路径关键节点,采用节点备份技术对路径关键节点进行备份,以此提高数据传输的可靠性;最后,提出在数据包中添加多个附加位的方式来指示源节点选取的数据包发送的路径.仿真结果表明,随着网络中节点数目的增加,BK-MRRP协议使数据传输的成功率提高5％～10％,传输延迟降低10％ ～ 25％.     

基于PETRI网的无线链路网MAC协议研究

本文提出了利用无线传感器网络对重载货物列车危险状态进行在线监测的新网络——无线链状网,并在无线自组网的通信协议基础上,提出适用无线链状网的MAC协议,并利用有色PETRI网对其进行了模型抽象、化简和性能分析。实验证明该MAC协议在无线链状网络通信中的有效性。     

无线传感网低开销型数据可靠传输方法的研究

利用GPRS网络实现传感数据远程采集的无线传感网应用已经得到越来越广泛的运用。由于GPRS网络不稳定,传感节点传输常会出现数据丢包。如何保证电池供电的传感节点数据可靠传输,同时降低传感节点传输开销,延长传感网整体寿命是个很重要的研究课题。分析了RMST、ESRT和PSFQ等无线传感网络协议在该数据传输问题中的适用性,提出了一套拥塞控制型数据分包传输协议CCDS,协议具备拥塞控制、选择性重传等特性。通过理论分析仿真、实验测试,对比了CCDS与RMST的传输开销,验证了CCDS协议在传感器节点数多、网络不稳定的环境下,数据可靠传输的低开销性,从而延长无线传感网整体寿命。     

流量自适应的无线传感器网络媒体访问控制协议

在参考无线传感器网络媒体访问控制协议(MAC)———S-MAC的基础上,提出了基于流量的占空比动态调整的无线传感器网络MAC协议(E-MAC)。协议通过改进睡眠策略,增加新的数据发送周期,在提高数据转发率的同时,又实现了由此带来的额外能量损耗极小化控制。实验表明:相较于现有协议,在没有明显额外能量损耗的情况下,E-MAC协议具有更高的数据分发效率、更短的数据分发延时。     

基于链路层交换节点的数字化变电站通信网络构架研究

为了增强数字化变电站报文传输的实时性和可靠性,使数字化变电站通信网络具有更高的强壮性以应对突发流量的冲击,研究了基于交换节点的数字化变电站通信网络构架。针对数字化变电站内传输的大量报文是不经传输层和网络层,直接从应用层映射到链路层进行传输的特点,提出了链路层交换节点的概念,组建了由接入网交换节点和传输网交换节点构成的传输网络,设计了链路层交换节点交换机的转发逻辑和所需维护的MAC地址映射表,并设计了配合链路层交换节点的组成逻辑信道的物理信道的选取原则。结合数字化变电站通信需求和设备分布,给出了基于链路层交换节点的数字化变电站通信整体网络构架方案。通过与传统链路层协议下网络构架的比较,指出了基于链路层交换节点的网络构架的优势。     

车载自组织网络的竞争窗口自适应退避算法

随机多址接入协议对于保障车载自组织网络的服务质量（QoS）至关重要。由于该网络中车辆节点的高速移动特性使得网络拓扑变化频繁，固定的媒体接入控制协议机制会限制高动态自组织网络的整体服务质量。本文针对该问题，在CSMA/CA系列协议退避算法基础上，提出了一种基于车辆节点密度、信道占用因子和冲突门限的竞争窗口自适应退避算法（NCW COCT）。首先，为使冲突概率最小化,以车辆节点密度和竞争窗口值为基础建立一维马尔可夫模型进而构造目标函数；其次，提出信道占用因子并结合最优冲突门限值，实现以车载自组织网络通信服务质量最优化为目标的竞争窗口自适应退避。仿真结果表明，NCW COCT算法与同类的DCW算法和IM BEB算法进行比较，吞吐量性能分别提升了1164%和677%，丢包率分别降低了1946%和1329%。     

基于TDMA技术的无线传感器网络时间同步新方法

时间同步技术对于无线传感器网络的正常工作以及运转效率来讲都至关重要,是不可或缺的一环。传统的时间同步算法主要针对于节点信息包传输过程中的时间延迟和节点时钟的偏移和漂移,但由于很多复杂因素的影响,这一类时间同步算法的同步精度都不是很高。对此,将时分多址（TDMA）技术用于无线传感器网络的时间同步,网关节点发送信标通知各节点时隙分配,并且利用了节点侦听使得那些不在网关通信半径内的节点也能获取到时隙的情况,各节点在自己分配得到的时隙内发送消息。最后将媒体访问控制（MAC）子层的TDMA协议与网络层汇聚树协议（CTP）结合,通过对丢包率的计算来分析所提出方法的效果。实验结果表明,应用了TDMA技术后,丢包率明显减小,说明了TDMA对时间同步有很好的效果。     

采用ZigBee芯片的无线加速度传感器网络节点的实现

为了不失真地实现对架空输电线路导线舞动轨迹的监测,通过实时监测导线上各监测点处的相对位移的变化,再经过一定的数据拟合算法可以直观地还原导线舞动的轨迹。在此背景下提出了一种基于无线单片机CC2430以及三轴加速度传感器ADXL330为核心的无线加速度传感器网络节点的设计方案,以实现对输电线路导线监测点处的相对位移的高效率、低费用的监测。先简单介绍了CC2430单片机、ADXL330传感器的性能及特点后,再详细介绍了无线加速度传感器网络节点的硬件设计以及软件设计,并且在无线传感器网络节点上成功移植了MSSTATE_LRWPAN协议栈,实现了组建简单的星型网络以及较为复杂的树状网络。最后给出了无线加速度传感器网络节点在实验室环境下的部分测试结果。     

基于链路层交换节点的数字化变电站通信网络构架研究

为了增强数字化变电站报文传输的实时性和可靠性,使数字化变电站通信网络具有更高的强壮性以应对突发流量的冲击,研究了基于交换节点的数字化变电站通信网络构架.针对数字化变电站内传输的大量报文是不经传输层和网络层,直接从应用层映射到链路层进行传输的特点,提出了链路层交换节点的概念,组建了由接入网交换节点和传输网交换节点构成的传输网络,设计了链路层交换节点交换机的转发逻辑和所需维护的MAC地址映射表,并设计了配合链路层交换节点的组成逻辑信道的物理信道的选取原则.结合数字化变电站通信需求和设备分布,给出了基于链路层交换节点的数字化变电站通信整体网络构架方案.通过与传统链路层协议下网络构架的比较,指出了基于链路层交换节点的网络构架的优势.