Channel Aware Opportunistic Routing in Multi-Radio Multi-Channel Wireless Mesh Networks

Opportunistic routing （OR） involves multiple candidate forwarders to relay packets by taking advantage of the broadcast nature and multi-user diversity of the wireless medium. Compared with traditional routing （TR）, OR is more suitable for the unreliable wireless link, and can evidently improve the end to end throughput. At present, there are many achievements concerning OR in the single radio wireless network. However, the study of OR in multi-radio wireless network stays the beginning stage. To demonstrate the benefit of OR in multi-radio multi-channel network, we propose a new route metric -- multi-channel expected anypath transmission time （MEATT）, which exploits the channel diversity and resource of multiple candidate forwarders for OR. Based on the new metric, a distributed Mgorithm named Channel Aware Opportunistic Routing （CAOR） is proposed. The simulation results demonstrate that MEATT improves 1.14 and 1.53 times of the average throughput than existing expected anypath transmission time （EATT）and metric of interference and channel switching cost （MIC） respectively. The average delay of MEATT is 17% and 40% lower than those of EATT, MIC, respectively.     

无线Mesh网络中多射频多信道MAC机制设计

针对无线Mesh网络中多信道分配问题,提出了一种适用于多射频网络的MAC机制MRMC-MAC.整个机制包含节点默认接收信道分配、可切换主信道集分配、节点通信以及可切换主信道集更新4部分.采用一种基于接收负载的分配算法,将接收负载作为信道分配的优先级参数,保证了接收负载重的节点优先分配到负载较小的信道,而接收负载较轻的节点间可以共享同一个默认接收信道,从而平衡了各个信道间的负载.分析了多射频网络中的多信道的隐终端问题并提出了解决方案.仿真结果表明,使用MRMC-MAC协议能够明显地改进MAC层吞吐量、碰撞次数等性能参数.     

相继干扰抵消的无线网络基于遗传算法的容量估计

相继干扰抵消(SIC)是一种有效对抗干扰的多包接收技术.在支持SIC的无线网络中,研究了最大容量即最大化并发传输数目的问题.给出了刻画SIC顺序检测特性的干扰模型,并据此提出判断链路集是否可并发的有效算法.由于最大容量问题为NP-hard的,而寻找最大并发链路集是全局优化的问题.研究了基于遗传算法的近似机制.详细讨论了遗传算法的设计并探讨了关键参数的设置,算法性能通过大量仿真实验得到了验证.     

基于网络编码的多射频Mesh网组播时延建模与分析

网络编码在提高多射频无线Mesh网组播吞吐量的同时也增加了组播传输时延.针对该问题,在建模分析基于网络编码的多射频无线Mesh网组播传输时延特征的基础上,设计了平均组播传输时延(AMTD)的计算方法并给出时延整体优化方案.首先提出1个由双排队系统串联构成的多射频组播模型.其次,运用该模型对组播传输时延特征进行分析,通过计算每个排队系统平均等待时间之和给出AMTD计算公式,得到时延与各网络参数之间的量化关系.最后通过理论分析和仿真实验指明如何调整多个网络参数以优化平均组播传输时延.结果表明,网络状态确定时,同样的射频比例在不同网络编码体积下未必总是最优,应用提出的AMTD公式恰当调整射频用于收?发的比值,可以最优化平均组播传输时延.     

Multi-Radio Multi-Channel无线传感器网络中信道分配和路由策略

针对无线传感器网络中传输时延长、传输冲突大和吞吐量低等问题,提出了一种在Multi-Radio Multi-Channel无线传感器网络中信道分配和路由策略.该策略动态地建立k元n立方体拓扑结构,使用优化的静态信道分配算法提高节点的吞吐量,使用维序寻径的路由算法减少传输冲突.该方法适用于网络节点稠密、节点相互之间通信冲突大的情况,并且在单跳和多跳的网络环境下均适用.实验结果表明,基于k元n立方体这一拓扑结构的信道分配和路由策略与传统方法相比,有效地减少了端到端时延,降低了网络冲突,减少了节点能量消耗,延长了网络寿命,提高了网络吞吐量.     

EasiTest:多Radio异构无线传感器网络测试平台

设计并实现了一种多Radio的异构无线传感器网络综合测试平台系统EasiTest,该平台采用了两种不同性能、功能的测试节点,可以支持大规模、异构传感器网络综合性能测试以及应用性研究.平台内采用了结构复杂、功能完备的多Radio的EZ271作为中高速测试节点,以及以 WiFi作为测试通道的EZ521作为中低速测试节点;系统提供传感/测试数据收集、数据管理、资源分配、服务器状态检查、节点状态检查与参数配置以及资源注册共享等功能模块,保障用户能够方便快捷地实现功能实验;通过友好的 Web访问页面,用户能够模拟真实的网络环境对多种类,如802.15.4,802.11协议等,以及多层次,如 MAC层、路由层、应用层等的网络协议研究成果进行灵活的综合实验验证,从而能够有效地提高无线传感器网络技术的研究效率.     

无线传感网多信道的MAC层协议

无线传感网(Wireless Sensor Networks,WSNs)作为计算机、通信和传感器三项技术相结合的产物,已成为计算机与通信领域一个活跃的研究分支。信道接入协议是无线传感网协议的重要组成部分,基于多信道的信道接入协议具有一些特殊的优点。分析了无线传感网多信道的MAC(Media Access Control)协议:DCA-PC(Dynamic Channel Assignment withPower Control),并与其他的多信道协议作了比较。     

混合无线网络容量及延迟性能的研究

混合无线网络是在Ad hoc网络中添加基站的新型网络模型，其容量是评估网络性能的重要参数。本文研究了混合无线网络的容量问题。首先建立了谊网络的网络模型，在考虑延迟时间的基础上提出一种新的路由策略，一定程度地保证了数据传输的实时性。在此基础上运用图论中数学计算的方法推导了混合无线网络容量数学期望的分析表达式，这是本文的重要结论，对于未来混合无线网络的设计与分析都具有指导意义。     

A Monte Carlo Enhanced PSO Algorithm for Optimal QoM in Multi-Channel Wireless Networks

In wireless monitoring networks, wireless sniffers are distributed in a region to monitor the activities of users. It can be used for fault diagnosis, resource management and critical path analysis. Due to hardware limitations, wireless sniffers typically can only collect information on one channel at a time. Therefore, it is a key topic to optimize the channel selection for sniffers to maximize the information collected, so as to maximize the quality of monitoring (QoM) of the network. In this paper, a particle swarm optimization (PSO)-based solution is proposed to achieve the optimal channel selection. A2D mapping particle coding and its moving scheme are devised. Monte Carlo method is incorporated to revise the solution and significantly improve the convergence of the algorithm. The extensive simulations demonstrate that the Monte Carlo enhanced PSO (MC-PSO) algorithm outperforms the related algorithms evidently with higher monitoring quality, lower computation complexity, and faster convergence. The practical experiment also shows the feasibility of this algorithm.     

MPMC:一种无线传感器网络多信道多功率数据聚集调度算法

数据聚集是传感器网络中比较耗时的操作,特别是在高密度网络中.因此,最小化数据聚集延迟问题成为人们研究的热点,该问题已经被证明是NP难问题.提出一个基于分簇思想的多信道多功率数据聚集调度算法MPMC,来降低聚集延迟.该算法采用一种簇内小功率、簇间大功率的分簇思想,结合信道分配来降低数据聚集延迟,簇间可无冲突同步进行数据聚集.并分析了不同网络拓扑下使用的信道个数趋于常数.在模拟实验中,算法MPMC与目前最好的单信道以及多信道数据聚集调度算法进行了比较,验证了MPMC的平均延迟最小.     

基于网络编码的无线网络容量分析

无线网络容量一直是无线网络领域的研究热点,而网络编码通过赋予中间节点对接收数据包进行编码、组合的能力,可以有效提高网络容量,达到最大流—最小割定理确定的理论上限.本文在Gupta和Kumar提出的信号干扰噪声比模型基础上,首先分析网络节点均匀分布时发送节点与目的节点进行多跳传输的无线网络容量计算方法;接着推导出了基于网络编码的无线网络容量计算公式,并利用MATLAB中求解线性规划问题的函数linprog()求解网络最大流及各链路流量,以此求出无线网络容量上界.通过对无线网络容量上界进行MATLAB仿真,得到如下结论:无线网络容量上界随节点数量的增加呈现先增加后减少的趋势;且当节点数量趋于无穷大时,网络容量趋于零;与传统的存储转发模式相比,采用网络编码有利于提高网络容量.     

无线传感器网络多信道节能信道接入控制协议

在无线传感器网络MAC这一广阔的研究领域已经开展了很多研究工作,但迄今对能量节省并没有很好的解决方案,一般都以牺牲其他性能来降低能耗的.多信道节能MAC协议结合传感器网络对信道接入控制的要求,综合提高了网络性能,通过ns-2仿真,验证了本协议在能量节省、信道公平性以及网络吞吐量等方面的性能改善.     

多信道无线Mesh网络中基于路径尺度的负载平衡路由

为了有效利用无线Mesh网络的多个信道,设计了一种新的路径尺度ERC(expected residual capacity),用来评测路径质量并为节点选择高吞吐量低干扰的路由.同时结合多路径路由的思想,提出了多信道无线Mesh网络的负载平衡路由.该路由利用多个信道来减小通信干扰,并将网络流量尽量均衡地分配到高质量的路径上,有效提高了无线网络的通信质量.仿真结果表明,采用提出的负裁平衡路由算法后,网络整体吞吐量远远胜过单信道网络,而且比一般的多信道路由也有明显改善.此外,网络延迟和丢包率也得到了有效控制.     

多模无线传感器网络的容量

密集无线传感网络中,可通过配置多个Sink收集节点来观察所监测区域内的多个随机过程,并在相应的Sink节点处重建所观察到的过程。当网络中传感器节点的功率固定时,分析了采用基于波束成形的通信方式时网络的可达容量域,推导出每个过程可获得的传输容量为专(log(N)),并进一步分析了该网络可以同时观察到的随机过程的数目为O(N茁)。     

无线网状网容量分析与优化理论研究

首先对网状网容量估计与优化理论的技术难点进行分析,总结了其中的研究意义.根据国内外的研究现状,对干扰模型和调度模型进行总结与归纳,并对典型的优化模型进行了介绍.对目前容量优化算法常用的数学模型——规划模型、信息论模型、组合优化和随机过程模型进行了总结,提出了算法评价准则,对现有模型进行了点评.最后对未来的发展趋势提出了自己的观点.     

无线传感器网络连通k覆盖问题及其解决方案综述

覆盖控制是无线传感器网络的一个基本问题,通过对网络空间资源的优化分配,来更好地完成环境感知和有效传输等任务。作为覆盖控制理论的研究热点之一,连通k覆盖问题研究如何从随机部署的大量传感器节点中选择一部分节点激活,使得任意监测目标都被至少k个不同的活跃节点同时覆盖,而且所有活跃节点都是通信连通的。本文分析了无线传感器网络中连通k覆盖问题的系统模型和算法评价指标,介绍了一些典型的近似算法并对其进行了分析和比较,最后进行了总结和展望。     

一种无线网络路径容量分析模型

旨在为移动计算中多跳网络链路的研究建立一个计算复杂度较低的通用分析模型,奠定一定的数学研究基础.在已有成果的基础上,将研究的粒度从节点扩展到由若干节点组成的路径,并提出了基于流水排队策略的无线多跳路径容量分析模型.这个模型可以有助于在无线多跳网络中规整地探索网络传输的吞吐能力的状况,可以为研究MANET和Sensor network的传输链路的通信能力的工作提供一种比较高效的计算和分析模式.所得到的多跳环境下的网络容量表达式,计算比较简单,可以用于动态调整系统参数的设计中,在设计QoS路由算法时也是很有裨益的.     

新颖的无线传感器网络组网算法

为有效解决无线传感器网络的网络维护困难性问题,研究性能更好的网络组网算法是一种有效的解决手段．本文给出了无线传感器网络体系结构模型及其连通性定义,在此基础上本文提出了一个具有网络连通性能好的无线传感器网络组网算法并进行了仿真分析,由该算法构成的无线传感器网络不仅具有连通性能好,而且具有保护网络节点能量和控制网络功率的优良特点,所以在传感器网络实际应用中有着光明的前景．     

基于802.11的多信道无线网状网络的路由

无线网状网络(WirelessMeshNetworks,WMNs)已经成为下一代无线网络的研究热点,其中采用何种策略进行路由选择以使网络吞吐量最大成为目前研究的关键问题。论文分析了现有的无线网状网络路由选择策略,并在此基础上综合考虑了跳数、信道质量、链路间的多信道必然干扰以及潜在干扰,提出了一种新的路由尺度WCETTR。仿真表明,该方法能够显著地提高网络吞吐量。     

基于能量均衡的最大化覆盖目标算法

目标覆盖问题是无线传感网络WSNs(Wireless sensor networks)最重要的问题之一.每个目标至少被一个传感节点覆盖,为此提出基于能量均衡的最大化覆盖目标EMNL(Energy-balance-based Maximizing Network Lifetime)算法.EMNL算法将所有传感节点划分不同的传感节点覆盖区SC(Sensor Cover),致使每个SC能够维持对所有目标监测一个固定时间.通过有选择性选择一个SC活动,而其他SC休眠,进而提高能量利用率,延长了网络寿命.EMNL算法构建了不同不相邻SC,进而最大化网络寿命.最后,建立仿真环境,并进行性能仿真.此环境下的数据表明,在EMNL算法有效地扩延生存时间,也提升了覆盖率.