WSN中基于中继选择的DH-MSMR-CARQ时延与吞吐量分析

为提高无线传感器网络（WSN）的时延和吞吐量性能,提出了一种两跳多源多中继协同自动重传请求（DH-MSMR-CARQ）协议。建立最大比合并（MRC）下两种不同中继选择的DH-MSMR-CARQ协议Markov链模型,分别给出状态空间。基于截短,由各自的平均分组差错率和状态转移概率矩阵推导协议的平均传输时延和吞吐量解析表达式。数值模拟结果表明,源节点数、分组长度及最佳中继节点到目的节点的分组差错率是影响平均传输时延的关键因素,采用第一种中继选择方式具有更高的吞吐量。另外,在非极端恶劣信道环境下（源节点到中继节点的分组差错率小于0.8）,DH-MSMR-CARQ协议比可直达的SSSR-CARQ、MSSR-CARQ和MSMR-CARQ协议具有更高的吞吐量。     

新型信道自适应编码协作体制

针对传统编码协作体制在信道条件动态变化的移动场景中存在较严重的性能损失问题,提出一种码率兼容低密度奇偶校验(LDPC)码与混合自动重传请求(HARQ)协议相结合的新型自适应编码协作体制.假设信道状态信息在每次传输时发生变化,通过不等长增量冗余的自动重传,协作节点与目的节点处的等效码率随信道条件变化而获得自适应非线性调整.推导所提体制的中断概率与吞吐量等系统性能表达式,并给出理论分析及仿真结果.实验结果表明,在适当的兼容码率设计下,所提体制与传统体制和等长传输体制相比较可有效降低系统中断概率,提高系统的吞吐量,改善移动环境下协作通信系统的传输可靠性.     

一种基于拥塞避免的自适应退避算法的研究

本文在二进制指数退避算法基础上提出一种基于拥塞避免的自适应退避算法.该算法引入了拒绝帧NTS,使接收节点具有拒绝发送节点发送请求的能力;另外通过将接收节点的拥塞状况反馈到发送节点,使发送节点可以根据自身待发送数据流的QoS属性和接收节点的拥塞状况自适应地调整退避参数,最终实现对高优先级数据流的保护.仿真结果表明,该算法能有效地保护高优先级数据流的端到端吞吐量、减小其分组重传次数以及分组时延,从而达到提高系统性能的目的.     

一种基于选择式ARQ协议的自适应反馈方案

自动重传请求(ARQ)协议对于保证通信网络的可靠传输起着关键性作用.无差错反馈环境下基于ARQ协议的网络传输性能已经得到广泛研究,但是实际环境中反馈信道不可避免的存在一定程度的干扰,尤其是无线通信环境.本文提出了一种在反馈信道不可靠状态下的自适应反馈方案,通过记录接收数据包个数自适应调整反馈周期、根据接收状态封装不同格式的应答包、简单预测反馈信道质量状况后采用发送应答包不同次数的方法,有效地保证了反馈信息的可靠性,避免了不必要的重传.对协议性能的理论分析和仿真结果表明,在一定的传输条件下自适应反馈方案能够获得较高的系统吞吐量.     

一种水声通信中的自适应ARQ方案

在水声通信系统中,由于水声信道的半双工、时变和长传播时延等特性,导致用于水声通信中的停等自动重传请求(SW ARQ)方案的吞吐性能显著下降。本文首先利用扩频通信技术,将单个信道分成两个子信道：一个用于前向信道(从发送方到接收方),另一个用于反向信道(从接收方到发送方),充分地利用水声信道。在此基础上,结合选择自动重传请求(SRARQ)方案与返回-n自动重传请求(GBNARQ)方案的混合式自动重传请求(SR GBNARQ)方案的优良性能,提出了一种随水声信道的时变特性改变分组长度的自适应ARQ方案。仿真结果表明：该方案能有效地提高水声通信系统的吞吐性能。     

接收方预约信道的水声传感器网络MAC协议

为了获得更高的网络吞吐量,更低的端到端时延,设计出了一种适用于分簇网络的水声传感器网络MAC协议,该协议采用接收方建立握手机制,有效的获取邻居节点通信时的状态,动态分配发送时隙,实现数据包以报文序列方式无冲突的到达接收端.仿真结果表明,与同类MAC协议(FERI, RIPT)相比,该协议提高了网络吞吐量,降低了数据丢失率和端到端时延.     

面向环境监测的WSN中基于定向传输的高能效路由算法

能耗问题是WSN在环境监测中发展与应用中的主要限制因素,而路由协议成为解决Qos(即能耗、网络生命周期、网络可扩展性和包开销等)相关问题的研究热点.动态路由协议适用于能量密度较小的场景,但当节点模式从活跃转睡眠时,数据包需要等到下一个发送时间点才能发送,从而降低网络能效、增加数据包的端到端时延,进而增加了网络能耗.为了解决该问题,本文提出了一种基于PEGASIS与DSR联合优化的路由协议JPDORP(Joint PEGASIS-DSR Optimized Routing Protocol),JPDORP有PEGASIS和DSR协议的共同特征,同时也融合运用了遗传算法和细菌觅食优化方法以确定能效最优的传输路径.仿真结果表明,算法在误比特率、时延、能耗、吞吐量方面均有增益,能够提供更好的Qos保障和延长网络生命周期.     

面向多跳无线网络的无冲突MAC协议

多跳无线网络中隐藏节点导致节点之间的冲突频繁、数据重传率高、网络吞吐量下降.而802.11 DCF 中的RTS/CTS(ready-to-send/clear-to-send)机制不能有效地防止隐藏节点,特别是随着网络中节点通信速率的提高,由 于节点的信噪比要求也相应提高,接收节点受到更大范围内隐藏节点的干涉,RTS/CTS 机制防止隐藏节点的效率急剧降低.首先,在考虑网络积累干涉以及环境噪音的情况下分析了多跳无线网络中的隐藏节点问题.然后,提出一种双信道无冲突MAC(media access control)协议DCCFMA(double channel collision free media access).DCCFMA 协议采用双信道结构,接收节点根据数据信道中发送节点的信号强度动态调节控制信道的发射功率,以完全覆盖接收节点周围所有的隐藏节点,保证接收节点在接收过程中不受干涉.DCCFMA 协议能够有效地解决多跳无线网络中的隐藏节点问题.仿真结果表明,与802.11DCF 相比,DCCFMA 机制下的平均网络吞吐量增加了24%.     

基于蚁群优化的AdHoc网络生存时间和其他网络性能平衡路由协议

本文提出了基于蚁群优化(ACO)算法的Ad Hoc网络生存时间和其他网络性能平衡路由协议(ABEAR)。协议按需发送人工蚂蚁进行路由发现,综合节点残留的信息素浓度、下一跳节点剩余能量、节点周围链路质量和拥塞情况选择下一跳节点来转发数据包,尽量避开信道使用频率较高的路径,减少了因信道冲突、数据包丢失和数据包重传所造成的能量损失,还缩短了网络传输时延,提高了网络吞吐量。协议还采用跨层机制根据MAC层通信活动情况,在保证网络连通性的前提下使部分空闲节点转入睡眠状态来节省能量消耗。仿真表明,与AODV协议相比,ABEAR协议在网络生存时间、数据包交付率和端到端平均时延方面均有较大改善。     

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。     

无线传感器网络基于通信距离的协作ARQ策略

提出了一种适用于无线传感器网络的基于通信距离的多中继协作ARQ策略,从而为无线数据传输提供了可靠性,同时获得了较高的吞吐率和能量效率.首先根据ARQ机制和在链路层将数据包分割为若干个数据帧的规律,建立一种马尔科夫链模型;在此基础上,分析饱和吞吐率、数据包丢弃概率、平均时延和能效的性能随通信距离的变化规律;最后提出了基于通信距离的协作ARQ策略.针对线性无线传感器网络,分析比较了所提协作ARQ与传统ARQ的通信性能.数学分析结果表明,所提协作ARQ能获得比传统ARQ更优的饱和吞吐率、可靠性和能效.     

一种由接收端发起的无线传感器网络MAC协议

在无线传感器网络(Wireless sensor networks,WSN)中,现有的基于接收节点发起的异步MAC层协议,在计算接收节点唤醒时刻时,多采用维持邻居节点的伪随机唤醒时间表的方法。在网络动态负载条件下,此方法不能动态地改变节点唤醒间隔,从而带来较高的数据传输冲突率及较大的数据传输延时。为了解决此问题,本文提出一种新协议HELD-MAC(High energy efficiency and　low delay MAC),保证节点之间具有不同的唤醒时间,同时能够准确预测接收端唤醒时刻,而且接收端可以根据网络负载情况动态改变唤醒间隔。同时为了减轻能量黑洞问题,协议根据节点的剩余能量,自适应地改变节点的最小唤醒间隔。通过仿真对HELD-MAC进行评估,与RI-MAC,PW-MAC等对比,在数据传输延时、能量消耗、网络吞吐量和传输碰撞方面具有较大优势。     

异构无线传感器网络中基于选择分集的节点协作策略*

为提高无线传感器网络在大量节点参与协作情形下的能量效率,提出一种带有反馈信道的虚拟协作簇间传输方案。此方案利用选择分集算法,在一定的服务质量要求下,能获得较大的选择分集增益,从而进一步降低了单位比特能耗。仿真结果表明,此方案能在很大程度上节省单位比特能耗,延长网络生命周期摘要内容。     

Energy-Efficient Wake-Up Scheduling for Data Collection and Aggregation

A sensor in wireless sensor networks (WSNs) periodically produces data as it monitors its vicinity. The basic operation in such a network is the systematic gathering (with or without in-network aggregation) and transmitting of sensed data to a base station for further processing. A key challenging question in WSNs is to schedule nodes' activities to reduce energy consumption. In this paper, we focus on designing energy-efficient protocols for low-data-rate WSNs, where sensors consume different energy in different radio states (transmitting, receiving, listening, sleeping, and being idle) and also consume energy for state transition. We use TDMA as the MAC layer protocol and schedule the sensor nodes with consecutive time slots at different radio states while reducing the number of state transitions. We prove that the energy consumption by our scheduling for homogeneous network is at most twice of the optimum and the timespan of our scheduling is at most a constant times of the optimum. The energy consumption by our scheduling for heterogeneous network is at most Theta (log {frac{R_{rm max}}{R_{rm min}}}) times of the optimum. We also propose effective algorithms to construct data gathering tree such that the energy consumption and the network throughput is within a constant factor of the optimum. Extensive simulation studies show that our algorithms do considerably reduce energy consumption.     

一种基于V-BLAST系统的跨层设计

提出了一种基于V-BLAST系统的跨层设计方案,综合考虑物理层的自适应调制和链路层的截短ARQ技术,推导了平坦衰落信道下的频谱效率和中断率。数据仿真结果表明,这种联合设计可以降低V-BLAST系统的中断率,并且获得可观的频谱效率增益。     

Performance analysis of a random ARQ initialized cooperative communication protocol in shadowed Nakagami-<Emphasis Type="Italic">m</Emphasis> wireless channel

In this paper, we develop and analyze an energy efficient ARQ (automatic repeat request) initialized transmit diversity protocol for cooperative communications. Medium access control (MAC) layer packet retransmission limit (similar to aShortRetryLimit or aLongRetryLimit [802.11–1997]) has been used as an actuator for transmit cooperative diversity initialization. We take the channel state information (CSI) as a function of retransmission tries and the number of retransmission tries is modeled as a random variable. Relays close to the source node are chosen for the transmit cooperation. Closed form expressions are obtained for symbol error rate (SER), outage capacity and outage probability for the proposed scheme in shadowed fading channels. This cooperative scheme achieves lower signal-to-noise ratio (SNR), stumpy outage probability, higher bandwidth, and transmit energy efficiencies for desired average symbol error rate (ASER) than the preceding ARQ based cooperative protocols. Finally, the results of computer simulations are included to demonstrate the efficacy of the proposed scheme and to verify the accuracy of the analytical expressions. Supported by the National Natral Science Foundation of China (Grant No. 60602058), the National High Technology Research and Development Program of China (Grant No. 2006AA01Z257)     

几种协作分集模式能量消耗比较

为了提高通信性能和延长无线网络生命周期,提出了统一的系统模型;分析了选择译码转发(SDF)和多输入多输出(MIMO)协作工作模式,研究了影响能耗的几个因素。研究表明,对于同一平均误比特率值,SDF系统比单输入单输出(SISO)系统的能量消耗低;当发射节点数目固定时,MIMO协作方式接收节点不是越多越好,而是存在一个最佳数目。短距离时,协作MIMO系统比传统SISO系统的比特能耗高。大于临界距离时,协作MIMO系统才能节省能量。     

无线传感器网络跳数和通信距离自适应差错控制策略

无线传感器网络(WSNS)的动态信道特性、网络带宽和节点能量受限等特点,使得在无线环境下为数据传输提供可靠性保证面临更大的挑战.本文提出一种适用于WSNS的自适应链路层差错控制策略(AEC-Hops/RSSI),以便改善WSNS的通信性能.首先建立数学模型,分析数据帧被转发所经历的跳数与能效的变化规律,然后分析前向纠错...     

Energy efficient and QoS based routing protocol for wireless sensor networks

The increasing demand for real-time applications in Wireless Sensor Networks (WSNs) has made the Quality of Service (QoS) based communication protocols an interesting and hot research topic. Satisfying Quality of Service (QoS) requirements (e.g. bandwidth and delay constraints) for the different QoS based applications of WSNs raises significant challenges. More precisely, the networking protocols need to cope up with energy constraints, while providing precise QoS guarantee. Therefore, enabling QoS applications in sensor networks requires energy and QoS awareness in different layers of the protocol stack. In many of these applications (such as multimedia applications, or real-time and mission critical applications), the network traffic is mixed of delay sensitive and delay tolerant traffic. Hence, QoS routing becomes an important issue. In this paper, we propose an Energy Efficient and QoS aware multipath routing protocol (abbreviated shortly as EQSR) that maximizes the network lifetime through balancing energy consumption across multiple nodes, uses the concept of service differentiation to allow delay sensitive traffic to reach the sink node within an acceptable delay, reduces the end to end delay through spreading out the traffic across multiple paths, and increases the throughput through introducing data redundancy. EQSR uses the residual energy, node available buffer size, and Signal-to-Noise Ratio (SNR) to predict the best next hop through the paths construction phase. Based on the concept of service differentiation, EQSR protocol employs a queuing model to handle both real-time and non-real-time traffic.