基于优先级的IEEE 802.15.4 CSMA/CA建模与分析

针对基于IEEE 802.15.4协议CSMA/CA机制的实时监测系统,为了分析CSMA/CA参数设置对网络性能的影响.建立了一个引入优先级信号处理的马尔可夫链数学模型.分析和比较了分别设置优先级信号和普通信号的协议参数.对优先级信号实时性和整体网络性能的影响.结果表明,综合考虑网络规模和网络中信号产生情况,合理地分别设置两种信号的CSMA/CA协议参数,可以提高优先级信号的实时性,而对普通信号的影响较小.     

IEEE802.15.4动态自适应CSMA/CA算法设计与仿真

在无线传感器网络中,节点的业务负载是随网络节点的位置和网络运行的时间不断变化的,又由于每一个节点能量有限,功耗是无线传感器网络性能的重要参数之一。针对无线传感器网络的这些特点,对IEEE802.15.4MAC层协议的关键技术进行了阐述,讨论了CSMA/CA信道访问机制在动态自适应方面的不足,进而设计提出了一种基于动态自适应的低功耗退避算法-DA-CSMA/CA算法,最后对该算法进行了仿真分析。仿真结果表明,该算法在网络拓扑相对固定的环境中能在低功耗的前提下很好地适应网络流量的变化。     

非时隙CSMA/CA性能分析与研究

通过对基于IEEE802.15.4的无线传感网络的非时隙CSMA/CA的算法进行分析,建立了适合于大部分无线传感网络实际应用的具有单步转移概率分布的离散马尔可夫链模型。并给出了在该模型下数据包延时、退避次数两个主要的网络性能评价指标的计算公式。最后通过仿真实验分析了CSMA/CA 算法的三个网络参数对系统性能的影响。     

基于马尔可夫链的CSMA/CA接入攻击

首先对CSMA/CA机制进行形式化建模,然后基于马尔可夫链从随机性能模型和带宽占用模型两方面给出 了对其进行攻击的理论分析,在此基础上给出了对CSMA/CA机制的具体攻击方法。在仅掌握数据帧部分字段的情 况下对接入机制攻击进行了实验,并对吞吐量、通信效率、碰撞次数几方面进行了性能分析。实验结果验证了利用马 尔可夫链理论对CSMA/CA机制进行攻击分析的可行性和有效性。     

非饱和状态下时隙CSMA/CA机制改进与性能分析

针对无线传感器网络中有重要信息的高优先级数据包需要尽快传输,且IEEE 802.15.4协议本身不支持任何优先级机制的情况,结合优先级调度策略和差分服务机制,对具有优先级级的时隙CSMA/CA机制进行全面数学建模,包括节点马尔科夫模型和信道马尔科夫模型,据此提出了一种非饱和状态下具有优先级的IEEE 802.15.4时隙CSMA/CA机制性能的分析方法。通过比较分析,改进的机制对提高网络中高优先级数据包的传输性能具有积极作用。     

IEEE802.15.6无线体域网CSMA/CA接入机制建模与性能分析

无线体域网是由附着在人体表的可穿戴传感器或植入人体内的生物传感器组成的无线网络.IEEE 802.15工作组于2012年正式发布了用于无线体域网的IEEE 802.15.6通信标准.该标准面向窄带通信主要采用支持QoS区分服务的时隙CSMA/CA接入机制.为深入理解该机制的内在特性,利用Markov链对饱和状态下的退避过程进行建模,并在此基础上分析了各个优先级的吞吐量、成功收包率和延迟等性能.仿真结果验证了模型分析的准确性.分析和仿真结果表明,该标准为不同优先级提供了区分服务,但在饱和状态下最高优先级会抢占大部分信道资源,造成其他优先级的资源短缺.     

IEEE802.15.4无线传感器网络仿真与性能评估

IEEE802.15.4标准是为满足低速率、低能耗、低成本需求而制定的无线个人区域网（LR_WPAN）规范。通过用网络仿真软件NS2对基于IEEE802.15.4的无线传感器网络的主要性能指标进行分析,较为详实地论述了IEEE802.15.4MAC层基于时槽的CSMA/CA机制,最后给出仿真环境及其结果,并进行度量分析和阐述各指标间的依赖关系。     

基于ABE算法的2.4GHz IEEE 802.15.4网络模拟研究

针对IEEE 802.15.4网络的MAC层采用基于时隙的CSMA/CA标准算法可能引发数据封包碰撞和网络拥塞的问题,参考ABE算法对标准算法进行了改进,并采用NS-2网络模拟软件对基于时隙的CSMA/CA标准算法与ABE算法对2.4 GHz频段上的IEEE802.15.4星型网络性能进行了模拟实验。结果表明,基于ABE算法的2.4 GHz IEEE 802.15.4网络在网络吞吐量、数据封包成功传输率、网络公平性、LQI类型封包遗失数量等方面的性能都得到了有效提升。     

IEEE 802.15.4 MAC协议退避机制的改进

考虑节点移动且数据传输率不断变化对网络性能的影响,针对IEEE802.15.4提出了一种网络负荷概率判断和指数加权滑动平均(PJNL_EWMA) 的退避策略,在每次载波监听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）算法开始时采用网络负荷概率判断思想判定当前网络状况,然后通过指数加权滑动平均方法动态地调整退避指数。通过NS2的仿真结果表明：与IEEE802.15.4标准协议算法及MBS+EWMA算法相比,PJNL_EWMA算法不仅提高了网络吞吐量,同时还减小了数据包的丢包率和碰撞概率,提高了网络性能。     

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。     

一种应用于桥载设备监控网络CSMA/CA机制算法

在机场桥载设备在线监测管理网络的现场应用测试中,针对网络突发事件中高优先级节点传输延时长,节点能耗利用率低的问题,采用基于优先级调度策略思想的网络节点能量优化机制,对网络MAC层协议中的CSMA/CA算法参数做出调整,达到数据快速传输的目的,利用NS2软件进行网络仿真,结果表明该方法提高了高优先级节点的信道访问率,均衡了网络能耗并延长了网络生命周期.     

无线体域网MAC层IEEE802.15.6协议研究

在无线体域网中,IEEE 802.15.6协议可以满足不同的体域网应用要求。控制无线信道和能量消耗的MAC层协议在保障高服务质量,低功耗和高数据传输率方面有更好的保障。通过与IEEE 802.15.4协议进行实验对比,表明区分业务优先级的IEEE 802.15.6协议在低能耗的前提下,保证了高优先级业务传输的可靠性,具备更低的数据丢包率,适用于各种要求高数据传输率,高服务质量和高安全性的医疗和非医疗应用。     

WSN基于区分服务的MAC性能分析与建模

针对IEEE 802.15.4协议的无线传感网络,提出一种基于区分服务的马尔科夫链模型以支持实时多媒体应用.该机制的主要思想是根据服务质量要求(时延敏感与否)为不同的数据流分配不同的优先级.分析并研究了协议参数的设置对网络性能的影响.教学分析表明,对不同数据流设置合理的CSMA/CA参数能够显著提高高优先级数据流的性能,而对低优先级数据影响较小.     

CSMA/CA在CSMA/TDMA混合网络中的性能分析

CSMA/CA机制与TDMA在同频段共存时会存在相互干扰,为评估混合网络中CSMA/CA的性能表现,将TDMA视为周期性的干扰提出改进的二维Markov分析模型,能够计算不同条件下的CSMA/CA饱和吞吐量,并通过仿真实验证明了模型的有效性。同时讨论了TDMA时隙分配方式对系统性能产生的影响,仿真结果表明时隙均匀分配方式能保证较低的时延和时延抖动,而连续分配方式能使CSMA/CA获得较高的吞吐量。提出将基于最低信道需求时间的阈值计算方法与吞吐量分析模型相结合,用于在不同应用场景下进行时隙分配方式的选择。     

IEEE 802.15.4区分服务协议性能分析与建模

针对IEEE 802.15.4协议的无线传感网络不能提供数据流优先级区分的问题,提出一种基于区分服务的马尔可夫链模型以支持实时多媒体应用。该机制的主要思想是根据服务质量要求（时延敏感与否）为不同的数据流分配不同的优先级。不同优先级的数据采用不同的增长因子来更好地减少冲突。此外,为了弥补低优先级数据流,高优先级的数据流在第二次空闲信道评估发现信道空闲时并不立即接入信道而是以一定的概率竞争信道。数学分析表明,对不同数据流设置合理的增长因子和竞争概率能够显著提高高优先级数据流的性能并对低优先级数据影响较少。     

一种短距离无线传输的CSMA/CA协议实现方法

在无线通信过程中,首先要面对的是在一个通信域内,可能存在几十乃至几百个无线终端同时工作。在这样繁忙的无线网络中,无线数据发送频繁发生碰撞不可避免。当数据发送发生碰撞,意味着有数据帧丢失。为了尽可能地避免由于数据发送碰撞而导致的数据帧丢失,必须引入一种可以避免发送碰撞的机制。以射频芯片MC13213为例,详细说明了CSMA/CA协议的实现过程和主要的代码实现。     

一种ZigBee网络中基于优先级的CSMA/CA优化算法

本文针对ZigBee网络中的MAC层核心算法CSMA/CA不能区分业务优先级和在高网络负荷中性能较差的问题,提出了根据网络负荷设置竞争窗口的方法来确定网络中不同业务的优先级;同时,根据网络负荷来自适应调整算法中的退避指数,进一步优化网络性能.对网络模型进行了数学建模和分析,并且利用NS2软件建立仿真场景进行了网络仿真,仿真结果表明改进后的算法以较小的时延代价提高了网络吞吐量,并降低了丢包率,从而使网络整体性能得到优化.     

Markov Chain-based performance analysis of multihop IEEE 802.15.4 wireless networks

In this paper, we propose a Markov chain-based analytical framework for modeling the behavior of the medium access control (MAC) protocol in IEEE 802.15.4 wireless networks. Two scenarios are of interest. First, we consider networks where the (sensor) nodes communicate directly to the network coordinator (the final sink). Then, we consider cluster-tree (CT) scenarios where the sources communicate to the coordinator through a series of intermediate relay, which forward the received packets and do not generate traffic on their own. In both scenarios, no acknowledgment messages are used to confirm successful data packet deliveries and communications are beaconed (i.e., they rely on synchronization packets denoted as “beacons”). In all cases, our focus is on networks where the sources and the relays have finite queues (denoted as buffers) to store data packets. The network performance is evaluated in terms of aggregate network throughput and packet delivery delay. The performance predicted by the proposed analytical framework is in very good agreement with realistic ns-2 simulation results.     

基于IEEE 802.15.4协议GTS机制的实时控制系统研究

针对IEEE 802.15.4协议在实时控制领域的应用,分析了该协议的拓扑结构、超帧结构、同步机制等对控制系统设计的影响,指出为了获得确定性时延需采用信标模式下的GTS机制,得出最小的控制周期为15 ms;分析了时隙分配机制与控制节点的约束关系,给出了超帧中采样、控制量传递的时序关系;分析了诱导时延,得出同步前提下的最大诱导时延占控制周期的44％,并给出确保同步的最大有效载荷的计算公式;针对固定时延给出了一种控制量线性外推的控制策略补偿方法;最后通过对一阶倒立摆的控制仿真验证了该方法的有效性.     

Generic Markov model of the contention access period of IEEE 802.15.4 MAC layer

The IEEE-802.15.4 standard is poised to become the global standard for low data rate, low energy consumption Wireless Sensor Networks. By assigning the same sets of contention access parameters for all data frames and nodes, the Contention Access Period (CAP) of the slotted IEEE-802.15.4 currently provides an even channel access functionality and no service differentiation. However, some applications may require service differentiation and traffic prioritization support to accommodate high-priority traffic (e.g., alarms). In order to simulate a scenario in which different sets of access parameters for different node classes can be configured, this paper develops a Markov-chain-based model of the CAP of the IEEE-802.15.4-MAC. Our Markov model can be used to evaluate the impact of mixing node classes in important factors like the throughput, energy consumption, probability of delivery and the packet latency. The model has been used to provide traffic differentiation in a high saturation scenario in which a set of nodes can be configured to increase 76% the probability of sending a packet and reduce 58% latency, with a 69% energy penalty, in comparison with a standard scenario. The accuracy of the Markov model is validated by extensive ns-2 simulations.