基于IEEE 802.15.6的无线体域网自适应MAC协议

针对无线体域网MAC协议自适应性不高且能效低的问题,提出一种基于IEEE 802.15.6的无线体域网自适应MAC协议（A-MAC）。对IEEE 802.15.6的超帧结构进行改进,竞争接入阶段和非竞争接入阶段的长度根据产生各优先级数据的节点所占的比例进行调整。竞争接入阶段又被划分为三个子阶段,子阶段的长度根据数据优先级情况进行动态调整。所有节点在竞争接入阶段按照信道接入策略竞争接入信道。最后仿真结果表明,在吞吐量、能耗和网络时延方面,使用A-MAC协议的网络性能明显优于使用IEEE 802.15.6 MAC和CA-MAC协议的网络性能。     

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。     

无线体域网移动安全服务应用研究

在IEEE 802.15.6国际标准基础上,对无线体域网WBAN(wireless body area networks)的移动安全服务进行了研究。在安全协议中采用节点标识码取代节点地址,支持了节点的移动安全。另外以时间戳代替随机数,防止了消息重播。通信双方建立一个共享主钥MK(master key),使用MK建立成对临时钥PTK(pairwise temporal key),进行帧的认证与加密通信,有效保证了消息(数据)的安全,提供了节点的移动安全服务。给出了MK、PTK建立的改进过程及其详细流程图。     

基于IEEE802.15.6BAN的MAC协议研究

本文在简要概述了无线体域网BAN的定义、关键技术和IEEE 802.15.6标准基础上,利用文献统计法说明BAN中MAC协议研究的重要性,重点系统分析了从传统网络到无线传感网WSN、再到以IEEE 802.15.4和IEEE 802.15.6为基础的BAN的各种MAC协议主要机制和改进方案,阐述了BAN网络的特点,为今后的能进一步提出MAC模型及相关研究奠定基础。     

具有范围选择的传感网络再编程协议算法研究

已有的传感网络再编程协议大多假定网络中所有节点是同类的,运行同一版本的应用程序,而实际网络节点是异类的。提出了一种新的具有范围选择的再编程协议,该协议变传统的ADV-REQ-DATA三次握手该协议为路由形成、代码传送、请求丢失包三个阶段协议,有效地降低了参与代码转发的中间节点数;中间转发节点通过获取一跳范围内希望接收更新代码数据的节点序列,采取单播或组播方式有针对性传送更新代码,而不是泛洪式的广播,减少了REQ确认信息包,并能统计出参与代码更新的同类节点数和参与代码转发的异类中间节点数。性能分析与模拟实验表明:该协议在平均延时、能量消耗等方面优于传统的Aqueduct。     

一种新型能耗优化的无线传感器网络成簇算法

能量消耗一直是限制WSN广泛应用的热门问题之一,能源容量的大小对各个传感器节点产生重要的影响.针对WSN中能耗过快,以及网络区域内能量消耗不均衡而导致的网络生命周期缩短的问题,同时为了提高WSN的能量利用率,提出了一种新型能耗优化的无线传感器网络非均匀成簇算法(UCNE).该算法首先根据节点的历史能耗来竞选簇头节点,将整个网络划分为不均匀的簇群从而平衡簇内节点通信与簇间节点通信的能耗.其次设立新的能量阈值作为网络重新分簇的标准,减少了频繁分簇造成的不必要的控制消息能耗.最后为了降低簇头节点的负担,竞选副簇头节点作为中继转发节点转发主簇头加工的数据并根据权值选择向前向簇头节点传递数据.通过对比相关协议,UCNE协议在平衡网络能耗,延长网络寿命方面表现更优.     

改进遗传算法的WSN节点最优路由选择策略

针对无线传感器节点数据传输过程中的能量消耗问题,为了提高节点数据传输实时性,提出一种改进遗传算法的无线传感器网络节点最优路由选择策略。根据无线传感器网络的拓扑结构将监测区域划分不同大小的簇,并根据节点剩余能量选择每一个簇的簇头节点,然后将簇头节点编码成遗传算法的个体,根据数据转发能量耗能和延迟时间构建个体的适应度函数,并通过模拟自然界生物进化过程中的选择、交叉、变异等操作,找到节点数据转发的最优路径,在Matlab 2012平台上对数据路由算法的性能进行仿真测试。仿真结果表明,相对其他路由选择策略,提出的路由选择策略不仅可以均衡各个传感器节点的剩余能量,而且大幅度减少了数据转发路由过程中的能量消耗和延迟时间。     

基于簇头功能分化的无线传感器网络成簇算法

以LEACH为基础演化而来的各类算法在簇头选举时始终包含有“随机选择”的成分,导致无线传感器网络在拓扑结构的优化和能量消耗的均衡上受到限制。从分化簇头功能和优化功能节点选举机制的角度出发,提出一种分化簇头功能的分布式算法,引入功能节点推荐机制,弱化簇头选举中的随机成分,分化簇头功能,将以往簇头管理节点、融合数据、转发信息的三大功能分别由管理节点、融合节点、转发节点3个功能节点来承担。仿真数据表明,提出的分簇算法能有效优化簇内拓扑结构、提高节点能量消耗均衡性,能够延长网络生存周期15％~20％。     

一种改进的无线传感器网络定向扩散协议

针对定向扩散协议发送探测数据分组阶段的能量消耗,对定向扩散协议进行了改进.该算法考虑了节点的剩余能量,在转发数据包之前,对转发该数据包所需的能量和邻居节点的剩余能量进行比较,选择剩余能量足够的邻居节点作为转发节点.仿真结果表明,该算法能有效地减少因节点能量不足而产生的丢包和重传,从而节省网络的总体能量消耗,延长了网络的寿命.     

基于能量梯度改进的GPSR协议

针对贪婪周边无状态路由(GPSR)协议存在的路由热点以及能量消耗过快的情况,提出了一种基于能量梯度和距离的改进型GPSR路由协议.查询消息在沿着路由路径传输时,根据前方节点的能量和当前节点到目的节点的距离选择下一跳节点;根据能量阈值以及该节点的邻居节点数对该节点进行修正,从而均衡能量消耗.仿真结果表明:改进的GPSR协议有效延长了网络生存周期,并在网络初期有效避免数据的冗余传输.     

用于多跳无线传感器网络的能量有效数据转发协议

为了增加无线传感器网络的寿命,必须尽可能地节省节点的能量.节省能量最显著的方法就是在节点不参与数据传输时,使其无线模块处于睡眠状态.本文提出了一种适用于无线传感器网络的可靠、能量有效的数据传输（REEGF）协议.此协议通过使网络节点的唤醒模块工作于周期性的侦听/睡眠方式,当节点有数据业务时,利用节点的唤醒模块把节点的一跳邻居节点同步唤醒,确保数据被及时、可靠地发送.通过采用类似于RTS/CTS的控制信息交换方式和发送忙音, REEGF协议有效地避免了数据传输的隐藏和暴露终端问题.基于节点的位置, REEGF协议采用竞争的方式,选取朝着目标SINK节点前进距离最大的邻节点,作为中转接收节点,实现了路由、MAC和拓扑管理的有机结合,节省了节点的资源.分析表明,在网络节点密度适度的情况下, REEGF协议的可靠性、能量消耗和链路建立时延显著地优于文[8]提出的GeRaF协议.     

Cored-Based Tree with Forwarding Regions (CBT-FR); A Protocol for Reliable Multicasting in Mobile Ad Hoc Networks

In this paper we propose a new protocol for reliable multicast in a multihop mobile radio network. The protocol is reliable, i.e., it guarantees message delivery to all multicast nodes even when the topology of the network changes during multicasting. The proposed protocol uses a core-based shared tree. The multicast tree may get fragmented due to node movements. The notion of a forwarding region is introduced which is used to glue together fragments of multicast trees. The gluing process involves flooding the forwarding region of only those nodes that witness topology change due to node mobility. Delivery of multicast messages to mobile nodes is expedited through (i) pushing the message by witness nodes in their forwarding regions and (ii) pulling messages by a mobile node during (re)joining process. Hence, the protocol conserves network bandwidth by using a combination of the push–pull approach and by restricting flooding only to the essential parts of the network that are affected by topology change.  We develop a theoretical model to compute the probability of packet loss (as a function of the mobility rate) for our proposed scheme compared to the the core-based tree protocol (CBT); we also evaluate the effectiveness of forwarding regions as compared to traditional flooding. Our analysis shows that the proposed scheme significantly outperforms CBT.     

基于拓扑快速变化的OLSR改进路由协议研究

针对优化链路状态路由协议（OLSR）在网络拓扑结构快速变化时性能下降的问题,提出了一种新的结合鱼眼状态路由和能量感知的自适应改进路由协议,命名为AFE-OLSR。该改进协议通过监听节点链路集和多点中继选择集的变化情况,自动调整HELLO和拓扑控制消息的发送频率,实现移动感知。同时,它借鉴鱼眼状态路由的思想,节点自动调整拓扑控制消息的转发次数。通过这些机制,该协议能够记录接收消息的能量大小实现能量感知,以及根据能量感知和移动感知的结果来帮助节点选择更稳定和更可靠的路由。仿真结果表明,AFE-OLSR在网络拓扑变化时端到端时延减少8%,分组到达率提高11%,建立全网路由时间减少12%;在网络拓扑静止时HELLO发送量减少19%,TC转发量减少15%。     

一种无线传感器网络MAC层协议设计与实现

针对节点总量不多、通信实时性要求不高的应用环境需求,参照IEEE802.15.4协议标准,提出一种高效、低能耗的无线传感器网络MAC层协议的设计与实现方法.协议的软件设计主要采用中断控制和函数回调方式,物理层通过对无线收发器的睡眠管理实现低功耗,MAC层采用时隙CSMA-CA机制进行信道管理.网络节点分为普通节点和协调器,普通节点采用POLL轮询及睡眠机制,与协调器进行间接数据传输.实验表明,应用系统实现了低能耗和高效率.     

有限马尔可夫链的水声传感器网络协作中继算法

针对水下传感器网络误码率高,能量效率低等问题,基于有限马尔可夫链状态空间分析,提出一种水声传感器网络协作中继算法。该算法采用马尔可夫链状态空间获取协作节点的误码率和能量的状态转移概率。基于能量策略对中转节点进行判定,使网络优先保障对已采集的数据进行传输,提升传输效率。提出基于最佳中继选择的协作节点状态评价函数,使网络优先选择评价结果最高的协作节点作为转发节点,减少数据传输过程中的误码率和能量损耗。实验仿真结果表明,该算法相比基于增强型能源平衡数据传输的水声网络协议及水下网络自适应路由协议,数据包平均成功投递率分别提升了2.3%和3.1%,网络能量效率分别提升了10.6%和5.8%,在提升数据传输效率和减少网络能耗上具有较好效果。     

GAER: genetic algorithm-based energy-efficient routing protocol for infrastructure-less opportunistic networks

In infrastructure-less opportunistic networks (Oppnets), the routing of messages is a challenging task since nodes are not aware of the network topology and they look for an opportunity to send the message by finding or predicting a best temporary path at each hop towards the destination. As nodes perform various computations for next hop selection, a lot of battery power gets consumed, which in turn reduces the network lifetime. Thus, there is a clear demand for routing protocols for such networks which are energy-efficient and consume lesser power of nodes in forwarding a message. In this paper, a novel routing protocol named genetic algorithm-based energy-efficient routing (GAER) protocol for infrastructure-less Oppnets is proposed. This protocol uses a node’s personal information, and then applies the genetic algorithm (GA) to select a better next hop among a group of neighbour nodes for the message to be routed to the destination. With the application of GA, optimal results are obtained that help in the selection of the best possible node as the next hop, which in turn, leads to prolonged battery life. Simulation results show that GAER outperforms the Epidemic, PROPHET, and Spray and Wait protocols in terms of messages delivered, overhead ratio, average residual energy, and number of dead nodes. The results obtained for average latency and average buffer time using GAER are comparable to those obtained for the aforementioned protocols.     

基于节点运动的机会网络路由算法

机会网络利用节点移动带来的接触机会传输数据,数据在节点运动过程中捎带转发,保证了节点独立性,但会给数据传输带来影响.以节点的运动特性为切入点,设计了基于运动的机会网络路由算法.综合考虑数据传输、数据内容以及应用需求等因素,设计了数据转发优先级评价模型,结合节点活动区间划分方案制定数据传输规则;设计了差异化副本传输策略,在数据传输效率和系统开销之间取得折衷;考虑了节点活动范围、中心度及能量水平,构建了运动自由度函数评估节点运动水平.在此基础上设计了效用函数,选择中继节点转发数据.仿真结果表明,该算法能够在满足传输要求的同时限制网络开销,提高分组投递率,降低传输时延.