基于NS-3的水声传感器网络CW-MAC协议吞吐量分析

随着微型传感器技术、无线通信技术、微电子系统制造技术以及嵌入式技术的发展,集感知、存储计算和通信能力于一体的无线集成传感器得到越来越广泛的应用,水下传感器网络就是其中的一个重要应用领域。针对水下传感器网络的特性,详细阐述基于竞争的CW-MAC协议基本思想和新型网络仿真平台NS-3,并在NS-3上搭建仿真场景,对CW-MAC协议进行模拟仿真。改变仿真节点参数,着重比较每次仿真结果得到的信道平均吞吐量。仿真结果为搭建最佳水下通信节点条件提供重要依据。     

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.     

一种基于中继节点的线性无线传感器网络数据收集MAC协议

MAC协议对于无线传感器网络的能效是至关重要的。针对线性无线传感器网络设计了一个基于中继节点的数据收集MAC协议SLDMAC。源节点向汇聚节点发送数据时,引入节点能耗因子和剩余能量均衡因子两个参数,通过优化这两个参数,选择合适的中间节点进行中继,从而提升网络的性能。实验结果表明:与DMAC协议相比,SLDMAC协议提升了网络的能效和生存周期。     

水下传感网络能量均衡与时延优化深度路由协议

水下传感器节点的精准位置信息很难获取,因此基于地理位置的水下传感器网络路由协议在水下三维空间中很难广泛应用,基于深度信息的路由协议DBR(Depth-Based Routing)只需要掌握节点深度信息就可以实现有效的数据转发,克服了需要精确地理位置的约束,但是传统 DBR协议采用了洪泛传播机制,增加了水下传感器网络的冗余数据包,导致能量消耗过多且分布不均衡,从节点能量耗费均衡和数据包传输时延优化的角度,提出了基于水下传感器节点能量均衡与延时优化的DBR优化改进策略,根据传感器邻居节点的深度值以及剩余能量水平决定各个邻居节点的转发概率。仿真结果验证了改进后的深度路由协议在数据传输成功率和能耗均衡性能等方面均优于传统的DBR协议。     

面向异步通信机制的无线传感器网络及其MAC协议研究

无线传感器网络的底层通信主要依赖于节点间的协同睡眠/唤醒机制,且仍然在链路层沿袭或扩展传统802.11协议.对于节点密集、网络规模较大的传感器网络而言,传统802.11协议在网络能耗与吞吐量等方面并不是有效的.基于传感器网络在多数应用场景中的链路动态性,文中提出一种面向弱连接的异步通信机制.有别于传统的RTC/CTS握...     

多个无线传感器网络中节能MAC协议设计

在无线传感器网络中,媒体访问控制(MAC)层协议影响着整个网络的性能。根据无线传感器网络对节点能耗和时延的要求,本文提出了一种基于跨层设计的节能MAC协议。利用物理层、MAC层和路由层之间的信息交互,在保证可靠通信的基础上,实现在一个监听/睡眠周期内数据多跳传输,缩短数据传输时延,并且有效控制网络数据传输的冗余度,降低冗余节点能量消耗。性能分析和仿真结果表明,节能MAC协议能够有效地降低网络时延并且减少节点能耗。     

基于竞争与TDMA的低时延无线传感器网络MAC协议

针对经典无线传感器网络（WSNs） S-MAC协议的累积睡眠延迟问题,提出了一种基于竞争与时分复用（TDMA）方式混合的低时延LH-MAC协议.LH-MAC根据包的传输跳数,提供不同优先级的接入服务,使已完成多跳传输的包以更大的概率接入信道,实现较远节点的低时延传输目标.仿真比较S-MAC与LH-MAC的平均延迟和能耗,表明LH-MAC在保持能量高效前提下,有效降低了端到端时延.     

基于ZigBee的低功耗无线传感器网络改进协议

如何降低无线传感器网络(WSNs)节点的能耗来延长网络寿命是非常重要的,无线网路的性能主要取决于MAC协议,若要降低节点能耗,合理的设计与改进MAC协议就成为一个关键性问题.主要介绍了无线传感器网络中的ZigBee技术发展与应用,针对相关能耗问题,将延迟测量时间同步(DMTS)算法融入到ZigBee网络中,同时引入了基于S-MAC协议机制的周期性侦听/睡眠、碰撞避免等措施对协议进行改进,通过仿真与基本协议进行比较.仿真结果表明:改进的协议能够有效降低网络节点能耗.     

一种适用于无线传感器网络的功率控制MAC协议

功率控制技术通过减少节点的发射功率来降低能耗,但节点间不对称的发射功率会增加网络的冲突概率并降低吞吐量.根据实际环境中的节点部署情况,引入了基于Pareto分布的系统模型.研究了传感器网络中功率控制技术在节省能量方面的性能,提出了一种基于SMAC(sensor-MAC)可适用于无线传感器网络的功率控制MAC(media access control)协议.此协议使用功率控制调度算法选择最优相邻节点,使网络中节点的拓扑连接得到优化,在保证网络连通性的同时,降低通信的冲突率,扩大网络的吞吐量.信息的传递以最优功率发射,并使通信节点具有反作用冲突节点的能力,从而在降低网络能耗的同时保证了节点间通信的公平性.实验仿真结果显示,与现有的几种重要方案相比,新的功率控制MAC协议使网络具有了更大的有效吞吐量及更长的生存时间.     

一种基于大规模网络分解和协调的WSNs MAC协议

针对树状拓扑的大规模传感器网络中存在的节点能量和传输效率问题,提出了一种基于大规模网络分解和协调的无线传感器网络(WSNs)MAC协议。该协议在路由信息的基础上对网络进行再一次分解,并采用了与之相适应的节点接入算法。实验结果表明:该协议总体能耗低、传达率高且具有一定的自适应性,同时网络时延并没有因为分层而增加。该协议对大规模无线传感器网络有良好的适用性。     

An energy-efficient MAC protocol with downlink traffic scheduling strategy in IEEE 802.11 infrastructure WLANs

To support mobility, mobile devices are powered by batteries with limited energy. Thus, the good design of energy efficiency becomes one of the most important issues in wireless networks. A well-designed energy-efficient MAC protocols can be realized with both minimum energy consumption as well as maximum data throughput and can be easily implemented in products with de facto standards. Based on IEEE 802.11 infrastructure WLANs, we propose an energy-efficient MAC protocol which employs a novel approach to schedule those to-be-transmitted frames for saving energy by reducing the total waiting time and the collisions of the frames. Fault tolerance issues are also considered in the proposed protocol because frames are transmitted in fading interference wireless environment. Through analyses and simulations, we demonstrate that our protocol presents a better performance than IEEE 802.11 and other protocols not only in energy efficiency but also in aggregate throughput and frame transmission delay.     

An energy-efficient,transport-controlled MAC protocol for wireless sensor networks

In wireless sensor networks (WSNs), one major cause of wasted energy is that the wireless network interface is always on to accept possible traffic. Many medium access control (MAC) protocols therefore adopted a periodic listen-and-sleep scheme to save energy, at sacrifice of end-to-end latency and throughput. Another cause is packet dropping due to network congestion, necessitating a lightweight transport protocol for WSNs. In this paper, we suggest a transport-controlled MAC protocol (TC-MAC) that combines the transport protocol into the MAC protocol with the aims of achieving high performance as well as energy efficiency in multi-hop forwarding. Although TC-MAC also works through a periodic listen-and-sleep scheme, it lowers end-to-end latency by reserving data forwarding schedules across multi-hop nodes during the listen period and by forwarding data during the sleep period, all while increasing throughput by piggybacking the subsequent data forwarding schedule on current data transmissions and forwarding data consecutively. In addition, TC-MAC gives a fairness-aware lightweight transport control mechanism based on benefits of using the MAC-layer information. The results show that TC-MAC performs as well as an 802.11-like MAC in end-to-end latency and throughput, and is more efficient than S-MAC in energy consumption, with the additional advantage of supporting fairness-aware congestion control.     

Dynamic duty cycle and adaptive contention window based QoS-MAC protocol for wireless multimedia sensor networks

Rapid penetration of small, customized wireless devices and enormous growth of wireless communication technologies has already set the stage for large-scale deployment of wireless sensor networks. While the need to minimize the energy consumption has driven significant researches in wireless sensor networks, offering some precise quality of service (QoS) for multimedia transmission over sensor networks has not received significant attention. However, the emerging new applications like video surveillance, telemedicine and traffic monitoring needs transmission of wireless multimedia over sensor networks. Naturally, offering some better QoS for wireless multimedia over sensor networks raises significant challenges. The network needs to cope up with battery-constraints, while providing improved QoS (end-to-end delay and bandwidth requirement). This calls for a suitable sensory MAC protocol capable of achieving application-specific QoS. In this paper, we have proposed a new QoS-based sensory MAC protocol, which not only adapts to application-oriented QoS, but also attempts to conserve energy without violating QoS-constraints. Performance modeling, analysis and simulation results demonstrate that the proposed protocol is capable of providing lower delay and better throughput, at the cost of reasonable energy consumption, in comparison to other existing sensory MAC protocols.     

无线传感器网络的链路稳定成簇与功率控制算法

在能量有限条件下通过降低能耗来延长网络生存时间是无线传感器网络面临的重要挑战之一。在层次体系结构中,MAC层和网络层的能耗是影响系统能量有效性的关键,因此可以将这两层结合起来考虑,从网络跨层优化的角度来分析其能耗。针对现有典型成簇算法理论前提条件多、无法适应网络动态变化、不易在实际环境中实现的不足,结合功率控制理论及算法,基于跨层优化的策略提出了一种易于实现、能动态适应网络变化、能量有效的链路稳定成簇算法。该算法能在降低能耗的同时扩大网络的吞吐量。实验仿真结果表明,与现有的几种典型方案相比,新算法在保证网络稳定性的同时使网络具有了更大的有效吞吐量及更长的生存时间。     

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。     

无线传感器网络多信道接入控制协议

在现有的无线传感器网络和Ad-Hoc网络中的MAC协议基础上,并考虑到无线传感器网络的条件约束和多信道通信的特性,本文提出了一种适用于无线传感器网络的多信道媒介接入控制协议(MCMAC).仿真结果表明该协议提高了网络的吞吐量、能量的有效性,并延长了网络寿命.     

无线传感器网络MAC协议研究进展

近年来, 无线传感器网络 (WSNs) 作为国内外一个新兴的研究方向, 吸引了许多研究者和机构的广泛关注. 无线传感器网络具有与传统无线网络不同的特点, 且与应用高度相关. 无线传感器网络主要的一个设计目标是有效地使用网络节点的受限资源 (能量、内存和计算能力), 以最大化网络的服务寿命. 传统网络的介质访问控制 (MAC) 协议, 并不能直接应用于无线传感器网络. 针对无线传感器网络的特点和应用背景, 研究人员提出了很多 MAC 协议. 本文通过分析无线传感器网络的特点, 讨论了影响 MAC 协议设计的有关问题, 着重研究和比较了当前一些重要的无线传感器网络 MAC 协议. 结果表明, 不存在一种适用于无线传感器网络应用的标准 MAC 协议, 好的 MAC 协议必须能在能量有效性和网络性能之间进行折中. 最后, 展望了无线传感器网络 MAC 协议的进一步研究策略和发展趋势.     

基于队列长度的自适应占空比MAC协议

由于无线传感器网络中设备电池能量有限,实现能量高效性是其主要考虑的问题。众所周知优秀的数据传输协议对降低能耗,延长网络生命周期有重要意义。而在基于竞争的MAC协议中,空闲监听是主要能量消耗来源,所以通常设计较低占空比的MAC协议来减少空闲监听时间。但是如果占空比过小,使得网络中所有数据传输集中在较短时间内,会导致节点无法完成所需要的通信。所以选择合适的节点占空比,对于资源受限的网络来说是一种很重要的节能方法。文中提出了一种新型的异步MAC协议QL-MAC,节点利用CSMA争用信道,发送一系列短的信标包唤醒目标节点,采用虚拟载波监听防止串听。不同于其他改变接收节点的方法,该协议从发送节点来考虑,可以根据缓冲区队列长度判断该网络负载,从而自适应调整节点的占空比,使节点及时发送数据,减少时延,并告知接收节点做出相应改变,进一步节省能量。在OMNET++上实现了QL-MAC协议,仿真结果表明QL-MAC协议展现了良好的时延和能量有效性。     

基于功率控制的无线传感器网络MAC协议研究

无线传感器网络是21世纪新兴的网络技术,它的出现使网络的发展进入一个新的阶段.近年来,对无线传感器网络介质访问控制协议的研究也越来越多.总结了近年来的研究成果,并针对S-MAC,T-MAC和D-MAC等几种典型的MAC协议进行了对比分析.研究出将功率控制机制引入到MAC协议中可以进一步减少能耗,给出了一种基于发射功率控制思想的MAC协议.PCSMAC协议.功率控制可以从直接的降低发送能量和间接的减少碰撞两个角度节约能耗,是一种有效的节能机制.仿真实验表明,引入功率控制后可以节约能耗达50%--96%左右.     

An asynchronous scheduled MAC protocol for wireless sensor networks

Wireless sensor networks (WSNs) comprise a number of autonomous sensors and one or more sinks to cooperatively monitor physical or environmental conditions. Energy efficiency is a key design factor of a MAC protocol for WSNs. Due to the importance of the problem, a number of energy efficient MAC protocols have been developed for WSNs. Preamble-sampling based MAC protocols (e.g., B-MAC and X-MAC) have overheads due to their preambles, and are inefficient at large wakeup intervals. SCP-MAC, a synchronous scheduled energy-efficient scheduling MAC protocol, minimizes the preamble by combining preamble sampling and scheduling techniques; however, it does not prevent energy loss due to overhearing; in addition, due to its synchronization procedure, it results in increased contention and delay. In this paper, we present an energy efficient MAC protocol for WSNs that avoids overhearing and reduces contention and delay by asynchronously scheduling the wakeup time of neighboring nodes. We provide an energy consumption analysis for multi-hop networks. To validate our design and analysis, we implement the proposed scheme in TinyOS. Experimental results show that AS-MAC considerably reduces energy consumption, packet loss and delay when compared with existing energy efficient MAC protocols.