一种多信道混合方式的无线传感器网络MAC协议

为了提高无线传感器网络的吞吐量,降低时延,本文设计了一种多信道MAC协议——MCHMAC。它采用调度和竞争访问机制相结的混合方式来传输信息,通过动态调整节点的活跃与睡眠状态的时长来节省能量。MCHMAC使用信道状态估计算法对信道进行评估,利用信道调度表来为节点调度状态最优的信道。仿真实验结果证明,本协议提高了吞吐量,降低了网络时延。     

一种无线传感器网络MAC协议优化算法

在无线传感器网络中,各节点采集的信息以多跳的方式传送到汇聚点.从各节点到汇聚点形成一棵以汇聚点为根的传输树.文中在对无线传感器网络传输特点分析的基础上,剖析了基于CSMA/CA(载波多路监听/冲突避免)的MAC协议在树状结构无线传感器网络中的弊端,提出了一种基于CSMA/CA的MAC协议优化算法.算法基于节点在传输树中的位置信息调整其MAC信道接入分配,将CSMA/CA采用的各节点均等竞争信道的方法优化为各节点依据在传输树中的位置情况竞争信道的方式,这一优化提高了节点公平性,使MAC信道接入分配与树状结构的无线传感器网络传输特点相契合,解决了基于CSMA/CA的MAC协议与树状结构无线传感器网络不匹配的问题,从而减少了信道资源浪费,提高了网络传输效率,降低了能耗.实验结果表明该算法在网络丢包率、吞吐量和能耗方面的性能均有较大改进.     

基于RFID的无线传感器网络节能MAC技术

将无线射频识别(RFID)技术与无线传感器网络相融合，设计具有RFID读取功能的传感器节点。针对基于RFID的无线传感器网络，提出基于簇族结构的节能MAC协议——CSMAC协议。该协议具有节能和广播导向等特征，采用冲突减少机制来提高信道利用率，同时采用减少发送时间、减少监听时间、减少开关转换时间等功率优化机制，以提高网络能量效率。仿真试验表明，与传统MAC协议相比，CSMAC协议更能提高信道利用率和能量效率。     

无线传感器SMAC协议竞争退避机制分析及优化

针对无线传感器网络能量受限和退避时采用固定竞争窗口的特点,提出了一种基于节点剩余能量和信道冲突次数的MAC协议（EC—SMAC）．该协议改进了SMAC的竞争退避机制,根据节点剩余能量和信道冲突次数来动态的调整竞争窗口,减少传输节点之间的冲突,从而使全网负载均衡,同时延长网络生命周期．仿真实验表明：在保证网络吞吐量和时延稳定的前提下,平均延长了7％的网络生命周期．     

移动水下传感器网络动态TDMA协议

介质访问控制(MAC)问题是水下传感器网络(UWSN)研究的热点问题之一,其协议设计的主要挑战是水下网络的信号传播延迟太高带来冲突的“时空不确定性”现象—来自不同站点的帧是否冲突不仅取决于他们的发送时间,还取决于这两个站点的位置.因此总结了水下MAC协议的最新研究成果,提出了一个基于位图协议的动态水下TDMA协议,适用于节点能够局部运动的动态水下网络.该协议利用水下特殊的“时空不确定性”现象减少信道空闲,提高能量效率和传输效率.最后,通过仿真实验验证了协议的可用性和效率.     

基于自供电的无线传感器网络MAC层协议研究

针对自供电的无线传感器网络,提出了一种新的MAC层协议DFSA（动态帧时隙ALOHA）,该协议对能量进行系统管理。仿真结果表明在具有能量收集能力的传感器网络中,DFSA能够充分利用节点的能量收集能力,实现网络能量充分利用,在保证较高的传输效率下获得最高的信道利用率,同时提高了数据传输的可靠性。     

时延受限且能量高效的无线传感网络跨层路由

如何通过网络的多跳中继把传感器节点收集的信息快速、高效地传输至基站,是无线传感器网络的基本问题.研究发现,MAC(media access control)层的睡眠调度和无线信道的不规则性均会对路由协议的效率产生较大影响.虽然传统分层设计的网络协议有着模块化的优点,但各层之间的相互独立却导致网络的整体性能不能达到最优.此外,已有协议通常采用牺牲时延以提高能量效率的方法,会给时延敏感系统带来不能容忍的端到端时延.提出一种时延受限且能量高效的跨层路由协议(delay-constrained and energy-efficient cross-layer routing,简称DECR),该协议在做出路由决定时考虑MAC层以及链路层的相关信息,其目标是在将端到端时延控制到低于预定上界的前提下最优化节点的能量效率.理论分析和实验结果表明,所提出的跨层路由协议具有较好的性能.     

一种高效节能的PR-MAC协议

为解决无线传感器网络能耗过大和效率不高的问题,提出一种功率控制和多速率自适应的PR-MAC协议。该协议采用功率控制和多速率自适应技术,在降低能耗的同时提高网络的吞吐量。仿真实验结果表明,该协议采用基于节点剩余能量和距离基站跳数的随机退避策略可提高网络效率,在选择节点发送数据上考虑节点的剩余能量和距离基站跳数等因素,能有效地平衡无线传感器网络的能量。     

基于进化博弈论的水声传感器网络介质访问控制协议

为降低水声传感器网络低带宽、高延迟的特性对介质访问控制(MAC)层性能的影响,提出一种基于进化博弈论的MAC协议。该协议中,每个传感器节点可以采用空间复用和时间复用两种策略,并利用复制动力学方程得到进化稳定策略,达到进化稳定均衡,提高信道利用率和数据传输效率,进而实现MAC协议的性能优化。仿真实验结果表明,与传统的水声传感器网络MAC协议相比,基于进化博弈论的MAC协议可以提高网络吞吐量以及数据包发送成功率。     

一种节点任务活动状态感知的改进型S-MAC协议

S-MAC协议设计的主要目标是减少能量消耗。该协议具有良好的扩展性,不要求严格的时间同步,但它也存在着节点活动时间无法根据通信负载动态变化和节点休眠带来的延迟问题。提出一种基于节点任务活动状态感知的MAC协议,通过收集节点自身和相邻节点的任务活动状态来估算无线传感器网络的网络负载,并根据网络负载来确定节点进行信道访问的概率,以此来提高能量效率和吞吐量。仿真结果表明:提出的改进方法可以减少能量消耗,并通过消除不必要的碰撞来提高网络的吞吐量。     

一种基于功率控制的无线传感器网络MAC协议

提出了一种基于功率控制的无线传感器网络MAC协议,根据节点接收阈值,计算出节点发送最优功率,在根本上减小发送功率从而节省节点能量。为了减少节点间的碰撞,引入了自适应调整竞争窗口和快速退避机制,减少节点空闲时间,从而进一步减少节点耗能。仿真结果显示在能量和吞吐量上都有显著提高。     

智能反射面辅助的无线传感网络充电策略研究

在无线可充电传感网的研究中面临诸多挑战,如无线功率传输中易衰弱、充电规划复杂度高、内存数据易溢出导致丢包。为此,引入智能反射面（IRS）并基于强化学习设计一种无线传感网能量传输和数据收集方案IRS_MDP。首先,该方案建立反射相位偏移优化问题,计算出以任一传感器节点为充电目标节点时IRS的最优相移值,实现最大化目标节点处所接收的功率。其次,根据上述结果并结合传感器实时状态,基于强化学习设计关于充电和数据传输过程的优化充电策略实现丢包率降低。仿真结果表明,该方案相较其他方案可以更好地提升网络吞吐量和降低数据丢包率。     

基于WSNs节点权重的网关接入异构网络研究

在无线传感器网络(WSNs)中,虽然现有网关节点的设计已经将多网融合的传输方式引入进来,但很少有综合考虑整个网关节点的性能,包括吞吐量、丢包率、耗电量和成本开销等,并且少有深入探讨多网选择切换方法。针对此现状,引入传感器节点权重的概念,从不同权重的传感器节点需要不同的传输策略出发,以数据上传互联网为目的,提出了一种网关接入异构网络的框架,并在此框架中综合考虑吞吐量、耗电量和接入所需费用3个方面,提出了一种多目标优化的模型,之后给出启发式的近似算法。实验结果表明:在保证传感器网络中数据可靠传输和能耗稳定的前提下,提高了数据传输效率,并适当降低了网关接入异构网络的成本,为网关接入异构网络传输数据提供了一种可靠的方案。     

适用于水声传感网络的多链路传输MAC协议

针对水声传感网络存在的高时延、低信道利用率等问题,提出一种新的多链路传输介质访问控制协议。该协议节点通过RTS/CTS握手协议交互时延信息和传输计划,实现多条链路传输数据。在汇聚节点接收多个节点的数据时,汇聚节点根据节点的时延和接收的数据帧大小规划节点之间的发送顺序,避免传输冲突造成的能量损失和低信道利用率,同时为得到最大网络吞吐量,给出最优退避窗口值的理论表达式。仿真结果表明,与RC-FAMA、S-FAMA等协议相比,该协议能有效提高水声传感网络的吞吐量,降低传输冲突,从而延长水下节点的工作时间。     

一种基于节点位置信息的无线传感器网络并行传输MAC协议

针对无线传感器网络多跳通信方式产生的暴露终端问题,提出了一种基于地理位置信息的高效并行传输LACT-MAC协议。该协议突破了传统基于CSMA协议对并行传输的限制,利用节点地理位置信息实现了暴露终端的并行传输,有效地提高了宝贵无线信道资源的复用效率。分析了根据节点的位置坐标并行传输暴露终端节点的可行性,并通过并行传输检测完成了传输过程。仿真结果证明,与标准的IEEE 802.11DCF协议比较,LACT-MAC协议能显著提高网络的平均吞吐量,降低数据传输延迟,有效提高无线传感器网络效率和性能。     

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。     

基于微基站功率分配的异构蜂窝网络能效优化

针对异构蜂窝网络中微基站密集部署带来能耗不断攀升的问题,对二层异构蜂窝网络能量效率进行了分析,提出一种通过调整微基站发射功率来最大化网络能量效率的方法。首先,利用齐次泊松点过程对异构蜂窝网络进行建模,推导出各层基站的覆盖率;其次,根据能量效率定义,分别推导出网络总功耗和总吞吐量,并给出能量效率的闭式表达式;最后,分析了微基站发射功率对网络能量效率的影响,提出一种能够最大化能量效率的微基站功率优化算法。仿真结果表明,微基站的发射功率对异构蜂窝网络能量效率有显著影响,通过优化微基站发射功率能有效提升异构蜂窝网络能量效率。     

用于传感网功率控制的并行传输MAC 协议

针对无线传感网（WSNs）中节点间不对称的发射功率引起的隐藏节点和暴露节点问题,提出一种用于传感网功率控制的MAC协议（MAC4PC）.该协议采用邻节点向量表对邻节点的状态及当前会话的信息进行记录,并设计了相关的控制帧收发时序和干扰度判断准则,以保证新建立会话与当前会话互不干涉,从而实现暴露节点的并行传输.仿真结果表明,与802.11 DCF协议、SB-FSMA/CA协议以及GLPCB-PMAC协议相比较,MAC4PC协议提高了网络平均吞吐量,降低了节点平均能耗和数据分组的平均传输时延.     

用于智能电网的有差别射频充电传感器网络

针对应用于智能电网中的无线传感器网络(WSNs)节点能量受限问题,分析了基于无线射频充电技术的为传感器节点充电技术,改进了可持续无线充电传感器网络(SWRSNs),提出有差别射频充电传感器网络(DRRSNs)技术,增加节点的优先级设置,建立整数线性规划模型,用CPLEX求解模型确定标志性节点位置。求解数据表明:节点获得的能量平均提高105%,高优先级节点比低优先级节点平均多获得43%的能量,提高了节点的寿命,保证了WSNs的可靠性,但是路径访问效率平均降低了14%。