基于CDMA模块的无线传感器网络网关的实现

无线传感器网络网关是整个网络的数据出口,具有举足轻重的作用。文章介绍了无线传感器网络的体系结构,分析了网关节点的特点和功能,比较了几种可能的网关接入技术,在此基础上提出了基于CDMA模块的网关实现方案。     

一种多网关无线Mesh网选播路由协议

无线Mesh网络是一种新型的宽带分布式无线接入网系统,它通过网关节点访问Internet.当网络接入的负载重或者网络规模扩展时,大量传输到同一网关节点的数据包会在此节点造成严重的拥塞,所以单一的网关节点往往会成为接入网的瓶颈.在研究动态源路由协议(DSR)和选播服务的基础上,提出了一种多网关无线Mesh网(WMN)路由协议(MMASR),该协议中,由多网关构成选播组,并扩展DSR协议以支持选播.仿真结果表明:MMASR协议能有效地解决单网关WMN的拥塞问题,保持很高的分组传递率、较低的数据分组延迟和路由开销,使接入网稳定高效地运行.     

一种高效快速的无人机自组网网关切换算法

针对无人机自组网网关节点突然失效给网络性能和网络可靠性带来的不利影响,提出一种高效快速的无人机自组网网关切换算法。首先,设计了备份网关的选择机制,通过考虑网关节点和邻居节点之间的距离因素从而选出备份网关节点;其次,改进了网关失效识别机制,备份网关可以更快地检测出网关节点是否失效;最后,提出了高效快速的无人机自组网网关切换机制,减少了网关功能失效的时间。仿真结果表明,所提算法可以降低无人机自组网网关的失效时间,提高无人机网络的可靠性并使时延、吞吐量等性能得到了提升。     

基于多网关的无线Mesh网络负载均衡调度算法

网关节点的效率决定了无线Mesh网络(WMN)的传输性能,如何有效地解决WMN网关负载均衡问题是非常重要的.在已有的WMN负载均衡算法基础上,提出一种新的基于多网关协作机制的WMN负载均衡调度算法.该算法以源节点到网关节点的跳数信息和网络负载信息相结合作为网关的选择和切换标准,通过多个网关的协作机制,结合高效的网关选取和调度算法实时地对网关业务进行分流;通过一种快速平滑的网关切换方式对其进行调度,从而有效地缓解拥塞网关节点的负载压力,提高WMN的Internet接入性能.性能分析结果表明:该算法可在多个网关间直接实现负载均衡,减少了网络拥塞,提高了网络性能.     

一种基于负载平衡树的多网关节点数据汇集路由算法

以均衡耗能为目标,考虑健壮性、可转发性和抗干扰性等因素,提出一种基于负载平衡树的多网关节点数据汇集路由算法(TBLB 算法).在多网关前提下,TBLB 算法结合节点能量和节点度形成以网关节点为根节点的负载平衡树,通过负载平衡树协调节点间的负载均衡,有效地降低节点的能量消耗.此外,节点根据路径性能评价因子W 进行路径选择和网关切换,进一步降低网络节点的通信开销,改善了网关节点的瓶颈问题.模拟实验结果表明,TBLB 算法能够有效均衡网络负载,对网络的能量消耗和网关节点接收到的数据包都有所改善.     

基于负载均衡的移动自组网接入技术研究

在移动自组网（MANET）与Internet互联的网络结构中,针对传统单网关接入的不足,提出一种基于多网关负载均衡的非对称接入技术。该技术由网关发现、网关注册和数据传输三个步骤实现。进行了NS2软件仿真实验,结果表明,该接入算法在网络重负荷的情况下能有效地均衡网络中MANET节点与网关节点的负载,有效延长网络寿命。     

传感器网络中基于平均剩余能量的数据汇聚节点选择算法

针对如何根据变动的网关节点在网络内部选择合适的数据汇聚节点以传输采集的数据这一问题,综合考虑节点剩余能量和距离因素,提出了一种基于平均剩余能量的数据汇聚节点选择算法,以均衡节点能耗、延长网络生命周期。与基于最大剩余能量的数据汇聚节点选择算法比较,证明该算法能够在保持相近生命周期的情况下大大减少计算量,更适用于资源有限的传感器网络。     

基于异构分簇机制的IPv6 WSN系统设计与实现

为了满足传感器节点大规模部署的需求,本文设计并实现了基于异构分簇机制的IPv6 WSN系统。系统中,簇内传感器节点基于Contiki操作系统,完成传感数据的采集,并将采集数据通过802.15.4协议以单跳或多跳形式发送到簇首;簇首节点基于Linux操作系统,通过802.11g协议以自组织形式组网,完成传感信息的高速率传输以及传感器采集数据在网关的汇聚。通过网关中的嵌入式web服务器,可以实现对传感器网络的实时远程监测。实验表明,该系统保证传输链路稳定可靠,满足大量传感器采集数据高速远距离传输要求,具有良好的应用性和可扩展性。     

基于异构分簇机制的IPv6 WSN系统设计与实现

为了满足传感器节点大规模部署的需求,文中设计并实现了基于异构分簇机制的IPv6WSN系统。系统中,簇内传感器节点基于Contiki操作系统,完成传感数据的采集,并将采集数据通过802.15.4协议以单跳或多跳形式发送到簇首;簇首节点基于Linux操作系统,通过802.11g协议以自组织形式组网,完成传感信息的高速率传输以及传感器采集数据在网关的汇聚。通过网关中的嵌入式Web服务器,可以实现对传感器网络的实时远程监测。实验表明,该系统保证传输链路稳定可靠,满足大量传感器采集数据高速远距离传输要求,具有良好的应用性和可扩展性。     

一种WSN网关节点的设计与实现

无线传感器网络WSN是由分布在给定区域内大量无线传感器节点构成的一种新型信息获取系统,而无线传感器硬件节点的设计与实现是其应用的关键和基础工作.针对将无线传感器网络应用在青藏铁路沿线多年冻土区典型段进行地温、变形监测方面的特殊要求,设计了一种无线传感器网络系统,该网络由大量普通传感器节点、若干网关节点及一台计算机构成.无线传感器节点布撒在需要监测的区域内.将所探测到的有用信息通过初步的数据处理和信息融合之后,通过相邻节点接力的方式传送给网关节点.网关节点通过无线方式接收各传感器节点的数据并以有线的方式将数据传送给最终用户计算机.本文详细介绍了一种基于CC2431的网关节点以及基于C8051F320的USB接口的软硬件设计与实现.     

基于时隙侦听的无线纳米传感器网络接入机制

针对太赫兹无线纳米传感器网络节点处理能力弱,功耗低的问题,提出了一种基于时隙侦听的传感器节点接入方案.将时间划分成等长的帧,主控节点通过发送帧同步信号实现整个网络所有节点的帧同步.当传感器节点出现发送数据请求时,通过侦听每个时隙,寻找一个空闲时隙发送数据,省去了主控节点与接入节点间控制信息的交互,具有简单、易于实现的优点.优化了帧周期设定,并提出了一种避冲突方法.仿真结果显示:方案可以在冲突概率较低的同时,实现高数据吞吐量.     

基于NB-IoT的智能网关设计

为解决家庭物联网水、电、气三表数据广域传输中低功耗、低成本的问题,设计了基于NB-IoT网络的智能网关,以STM32F103芯片为核心控制器,主要包括三表数据采集接口、NB-IoT网络接口和家庭智能终端扩展接口,实现了家庭三表数据采集并对智能云端平台的传输功能,并为智能家居服务数据提供网络支撑。所设计智能网关针对性的解决了三表数据的统一管理问题,创新性的将三表接入网关设计成86型底盒的方式,在较小改变房屋电气布局基础上实现了智能网关的安装。实验及应用测试结果表明,所设计智能网关具有性能稳定、功耗较低、便于安装的优势,可快速实现家庭物理信息系统的构建。     

基于分簇的无线传感器网络编码算法

通过均衡网络能量消耗和延长网络生命周期,以提高无线传感器网络的能量利用率,提出了在无线传感器网络动态成簇算法中对簇头节点进行网络编码的路由算法.在簇的建立阶段,采用节点剩余能量和接收信号强度来完成分簇,解决了部分节点因能耗过度而过早失效的问题;在数据采集阶段,采用基于簇头进行随机线性网络编码的方法,有效降低了传输到网关节点数据包的数量,减少了网络能量的耗用.仿真实验结果表明,该算法与标准协议AODV相比,有效的均衡了节点能量消耗,提高了能量使用效率,改善了网络吞吐量和端到端延迟.     

无线传感器网络RCF-MAC协议研究

射频充电（ RFC）技术是一种通过基站发射射频电波为传感器节点补充电量的新兴技术。但在RFC无线传感器网络中,多基站同时发射能量时产生的能量干涉衰减现象会明显降低充电效率,此外,能量传输与数据通信共享信道会降低整个网络的吞吐量。针对上述问题,提出了RFC—MAC协议,为提高充电效率,将请求充电传感器节点周围的基站按距离分为两组,两组基站分时能量传输,以避免能量干涉衰减现象;传感器网络中设双信道,分别用于能量传输与数据通信,以提高网络的吞吐量。仿真结果表明：RFC—MAC协议显著提高了传感器节点的充电效率和平均网络吞吐量。     

基于Modbus协议的无线传感器网络网关设计

针对异构网络通信协议的融合问题,设计了一种无线传感器网络网关.网关通过Wi-Fi接入公共网络,采用ZigBee、蓝牙、Wi-Fi三种无线通信技术组建感知网络,以实现用户远程访问和控制传感器网络节点的功能.提出以Modbus协议规范作为不同类型网络间应用层协议转换的统一标准,屏蔽了异构网络通信协议数据格式的差异,改善了网关的可扩展性.在以ARM处理器为核心的硬件平台上,运用嵌入式编程实现网关功能.经测试,无线传感器网络网关运行稳定高效,满足多数应用场合的实时性要求.     

A Methodology for Reliability of WSN Based on Software Defined Network in Adaptive Industrial Environment

As communication technology and smart manufacturing have developed, the industrial internet of things (IIoT) has gained considerable attention from academia and industry. Wireless sensor networks (WSNs) have many advantages with broad applications in many areas including environmental monitoring, which makes it a very important part of IIoT. However, energy depletion and hardware malfunctions can lead to node failures in WSNs. The industrial environment can also impact the wireless channel transmission, leading to network reliability problems, even with tightly coupled control and data planes in traditional networks, which obviously also enhances network management cost and complexity. In this paper, we introduce a new software defined network (SDN), and modify this network to propose a framework called the improved software defined wireless sensor network (improved SD-WSN). This proposed framework can address the following issues. 1) For a large scale heterogeneous network, it solves the problem of network management and smooth merging of a WSN into IIoT. 2) The network coverage problem is solved which improves the network reliability. 3) The framework addresses node failure due to various problems, particularly related to energy consumption. Therefore, it is necessary to improve the reliability of wireless sensor networks, by developing certain schemes to reduce energy consumption and the delay time of network nodes under IIoT conditions. Experiments have shown that the improved approach significantly reduces the energy consumption of nodes and the delay time, thus improving the reliability of WSN.      

ISHSN：一种异构传感网融合系统

针对异构传感网导致的系统融合问题,提出了一种异构传感网融合系统(ISHSN)。ISHSN由物联网关和接入代理构成,物联网关对于上行数据进行同一化转换,对于下行控制命令按照目的传感网控制协议进行转换;接入代理进行数据汇集、链路合并以及命令转发,并且运用基于历史增量信息预测的接入代理调度算法,有效分散传感网接入负载。实验表明ISHSN在异构传感网数据汇集以及传感网控制方面具有良好的可扩展性和可用性。     

无线传感器网络中一种ARMA流量预测的拥塞控制算法

在无线传感器网络中,由于各节点的通信能力、计算能力、存储能力等都比较有限,使其需采取有别于传统网络的拥塞控制策略.本文针对传感网络特有的多对一、多跳通信方式经常导致网络拥塞的缺陷,提出一种基于流量预测的拥塞避免算法(SCATP).该算法通过ARMA模型分析流经各节点的当前流量,预测网络下一时刻的拥塞状况,并据此进行流量分配,从而实现拥塞控制的同时保证数据的可靠传输.仿真实验表明,SCATP算法在延迟、抖动率、吞吐量和能量有效性等方面能有效改善网络的服务质量.     

基于6LoWPAN的嵌入式多网关系统设计与实现

6LoWPAN是一种在IEEE802.15.4标准基础上IP化实现无线传感器网络的技术。在现有单目的导向的有向无环图（DODAG）环路由协议标准下,存在围绕单边界路由器的网络拥塞和能耗问题。设计了一种嵌入式6LoWPAN多网关协议和系统,嵌入式网关节点具备双模通信功能,可实现无线传感网（WSN）和固定IPv6网络的物理连接,双模网关通过固网建立与6LoWPAN根边界路由器之间的IP隧道来实现上下行路由。通过对现有6LoWPAN协议标准的补充和优化,使双模节点具有网内和网际路由能力,从而实现多网关架构和多径路由功能。优化的多点互通拓扑位置和流量分担算法实现上下行链路的有效负载平衡,也减小了节点多跳路由能耗。通过对多网关平台进行实验测试,并与单网关系统对比测试,结果表明该方案不仅实现了6LoWPAN在以太网的多点接入,降低了网络内数据传输时延和丢包率,并且提升了网络整体吞吐量。     

Cross-layer optimization for wireless mesh networks with smart antennas

A cross-layer optimization framework for wireless mesh networks is presented where at each node, various smart antenna techniques such as beam-forming, spatial division multiple access and spatial division multiplexing are employed. These techniques provide interference suppression, capability for simultaneous communication with several nodes and transmission with higher data rates, respectively, through multiple antennas. By integrating different combinations of the multi-antenna techniques in physical layer with various constraints from MAC and network layers, three Mixed Integer Linear Programming (MILP) models are presented to minimize the system activation time. Since these optimization problems are complex combinatorial, the optimal solution is approached by a Column Generation decomposition method. The numerical results for different network scenarios with various node densities, number of antennas, transmission ranges and number of sessions are provided. It is shown that the resulted directive, multiple access and multiplexing gains combined with scheduling, effectively increase both the spectrum spatial reuse and the capacity of the links and therefore, enhance the achievable system throughput. Our cross-layer approach is also extended to consider heterogeneous networks and we present a multi-criteria optimization framework to model the design problem where the objective is to jointly minimize the cost of deployment and the system activation time. Our results reveal the benefits of joint design in terms of reducing the cost of deployment while achieving higher system performance.