IEEE802.15.4多时隙下GTS性能分析及配置优化

IEEE802.15.4标准的保障时隙(GTS)机制可分配多个时隙,用于保障实时性数据的传输。针对非竞争接入期多时隙下GTS性能分析的不足,利用网络微积分法分析时延和吞吐量服务曲线及其与能耗的关系,改进IEEE802.15.4传感器节点模型,建模仿真研究GTS参数对网络性能(时延、吞吐量及能耗)的影响。仿真结果表明：根据高低突发性数据率的情况,最优化配置下的GTS可以满足实时性数据的传输。     

增强安全性的IEEE802.15.4协议研究

IEEE 802.15.4标准因其低速率、低成本、低功耗、高质量,被认为是无线传感器网络和无线个人域网络的理想实现技术。简要介绍了无线传感器网络及其主要特点和问题,及无线传感器网络的安全需求。提出了增强安全性的IEEE802.15.4协议SE-IEEE802.15.4研究,其中使用公钥加密算法ECC来实现IEEE802.15.4协议的数字签名。最后采用NS-2平台对其进行仿真,并进行了性能和安全性的分析。     

IEEE 802.15.4实时通信调度算法研究

IEEE 802.15.4是低功耗无线通信媒体接入控制协议,目前已广泛应用于医疗健康、工业控制和楼宇自动化等物联网领域。为满足不同应用需求,研究者提出了多种适用于IEEE 802.15.4协议的实时通信算法。根据带宽利用率、延时约束和能效性等特征,对这些实时通信调度算法进行分类、比较和性能分析,以助于在实际应用中合理部署。另外,对未来的研究工作进行了展望。     

基于802.15.4的无线传感器网络查询质量优化算法

在簇形结构的无线传感器网络中,针对基本单元簇,在IEEE 802.15.4协议的MAC层讨论查询质量的优化问题。建立了以查询质量为目标,带宽限制为约束条件的优化模型,并提出了动态规划法和查询质量因子动态更新算法相结合的动态查询质量保证算法。仿真实验表明,该方法能提高IEEE 802.15.4的实时带宽利用率,减少查询响应时间,并能根据不同的查询质量要求提供相应的服务。     

基于IEEE 802.15.4的无线传感器网络性能分析*

通过将IEEE 802.15.4标准中的超帧与无线传感器网络的LEACH协议结合,在星型网络拓扑下,网络节点通过申请超帧中的GTS来进行无冲突的数据通信,对使用GTS传输数据的这一过程进行了研究,从理论上分析了无线传感器网络的网络性能.仿真结果说明了网络控制参数对网络性能的影响,为今后无线传感器网络应用中的参数配置提供了一定的理论基础.     

一种基于IEEE802.15.4无线智能化传感器网络实现探讨

介绍了IEEE802.15.4协议的特点、构件及体系结构、发展前景,分析了IEEE1451智能传感器模型,提出了一种基于IEEE802.15.4协议的无线智能传感器网络结构设计,并探讨了其实现。     

IEEE802.15.4的CC2530无线数据收发设计

基于TI公司的CC2530实现了IEEE 802.15.4(ZigBee)的无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)协议;在分析CSMA-CA算法的基础上,重点讨论了片内集成的命令选通/CSMA-CA处理器的工作机制,同时组建了一个小型星状网络.测试结果表明,在节点通信范围内,节点收发的...     

基于IEEE802.15.4a的工业无线网络嗅探器

针对基于IEEE802.15.4a的工业无线传感器监控网络嗅探器的研究和实现,从分析嗅探器原理,介绍了IEEE802.15.4a协议,详细描述了嗅探器的系统结构及设计中对数据包的捕获和过滤过程。给出了针对4种不同过滤设置条件所对应的类定义,可根据用户要求对指定类型、特定站点或设定时间段及包含热点关键字的数据进行捕获过滤,动态显示网络的实时状况。经过试验,本嗅探器完全达到了设计要求,实现了对无线传感器网络的主动侦听监控。     

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。     

IEEE 802.15.4协议在GAINS-Z节点上的移植

本文基于CHIPCON公司提供的基于IEEE 802.15.4的MAC层和PHY层代码对中国科学院（宁波所）研发的GAINS-Z节点硬件进行了软件移植。并组建一星型拓扑无线传感器网络，实现网络协调器（PAN Coordinator）和设备节点（Device）之间的数据传输，验证了移植的正确性。     

An optimal GTS scheduling algorithm for time-sensitive transactions in IEEE 802.15.4 networks

IEEE 802.15.4 is a new enabling standard for low-rate wireless personal area networks and has been widely accepted as a de facto standard for wireless sensor networking. While primary motivations behind 802.15.4 are low power and low cost wireless communications, the standard also supports time and rate sensitive applications because of its ability to operate in TDMA access modes. The TDMA mode of operation is supported via the Guaranteed Time Slot (GTS) feature of the standard. In a beacon-enabled network topology, the Personal Area Network (PAN) coordinator reserves and assigns the GTS to applications on a first-come-first-served (FCFS) basis in response to requests from wireless sensor nodes. This fixed FCFS scheduling service offered by the standard may not satisfy the time constraints of time-sensitive transactions with delay deadlines. Such operating scenarios often arise in wireless video surveillance and target detection applications running on sensor networks. In this paper, we design an optimal work-conserving scheduling algorithm for meeting the delay constraints of time-sensitive transactions and show that the proposed algorithm outperforms the existing scheduling model specified in IEEE 802.15.4.     

IEEE 802.15.4 MAC协议能耗与时延均衡的GTS调度新算法设计

简述了IEEE 802.15.4 MAC协议中超帧结构和保护时隙(GTS)分配机制,分析了星状网络中信标使能模式下设备节点利用GTS方式通信时超帧结构中各参数对能耗与时延性能的影响.在此基础上设计了一种GTS调度新算法,该调度算法对时延期限小的节点优先进行GTS分配并在满足其时延要求情况下,根据业务量调节超帧结构中的超帧序号SO与信标序号BO,使设备节点能耗降到最低,从而实现星状网络中各节点的能耗与时延均衡,并用NS2仿真评估了调度新算法性能,其研究可为无线传感网络的实时应用系统提供参考价值.     

An Adaptive GTS Allocation Scheme for IEEE 802.15.4

IEEE 802.15.4 is a new standard uniquely designed for low-rate wireless personal area networks. It targets ultralow complexity, cost, and power for low-rate wireless connectivity among inexpensive, portable, and moving devices. IEEE 802.15.4 provides a guaranteed time slot (GTS) mechanism to allocate a specific duration within a superframe for time-critical transmissions. This paper proposes an adaptive GTS allocation (AGA) scheme for IEEE 802.15.4, which considers low latency and fairness. The scheme is designed based on the existing IEEE 802.15.4 medium access control protocol, and IEEE 802.15.4 devices can receive this AGA service without any modification. A simulation model and an analytical model are developed to investigate the performance of our AGA scheme. The numerical results show that the proposed scheme significantly outperforms the existing IEEE 802.15.4 implementation.     

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.     

基于延迟调度策略的Reduce调度优化算法

在大规模的Hadoop集群中,良好的任务调度策略对提高数据本地性、减小网络传输开销、减少作业执行时间以及提高集群的作业吞吐量都有着重要的影响。本文针对Hadoop架构中Reduce任务的数据本地性较低问题,提出了一种基于延迟调度策略的Reduce任务调度优化算法,通过提高Reduce任务的数据本地性来减少作业执行时间以及提高作业吞吐量,该算法在Hadoop架构的Early Shuffle阶段,使用多级延迟调度策略来提高Reduce任务的数据本地性。最后重写原生公平调度器代码实现了该调度算法,并与原生公平调度器进行了对比实验分析,实验结果表明该算法明显减少了作业执行时间,提高了集群的作业吞吐量。     

无线簇树网下的GTS时隙调度算法

研究了无线传感器网络簇树结构下的超帧调度机制,针对无线簇树网络中的通信冲突和暴露节点问题展开研究,提出了一套分析理论和判定准则,并在此基础上给出了一种基于区分服务的GTS统筹调度算法。利用NS2软件进行仿真实验,结果表明：算法能够充分利用信道,合理分配时隙,避免不必要的通信冲突,在提高吞吐率、减少丢包率和稳定网络时延方面都具有明显的效果。     

Flexible IEEE 802.15.4 deadline-aware scheduling for DPCSs using priority-based CSMA-CA

The IEEE 802.15.4 protocol offers great potential in several application fields, such as industrial Wireless Sensor Networks (WSNs). An industrial automation cell (field level) is characterized mostly by periodic traffic flows. Using the IEEE 802.15.4 protocol, it is necessary to manage Guaranteed Time Slots (GTSs) allocation and at the same time ensure adequate performance both to other periodic traffic flows and network management/control flows. For these reasons, this paper shows a flexible approach in order to improve GTSs assignment and medium access performance. Analytical results are shown in order to demonstrate benefits introduced by deadline-aware algorithm (for guaranteed access to reserved slots) and CSMA-CA-priority based (for latencies reduction during medium access attempts). Otherwise, obtained results show that the proposed technique improves the number of deadlines met and the probability to find the channel free for transmissions.     

基于IEEE802.15.4的Sniffer系统的设计

针对IEEE 802.15.4 MAC层协议,提出了无线传感器网络嗅探系统设计的原理与框架,并且实现了2.4GHz频段下的原型系统.实验结果证明:与同类产品相比,性能有较大的提高.无线传感器网络嗅探系统对分析、评估无线传感网络有重要的辅助意义,为无线传感器网络研究人员和现场施工人员提供了一种实用、有效的监测分析工具.     

基于服务质量的云工作流调度优化算法

为满足云工作流实例的多样化需求,根据工作流的特点和云环境中资源部署结构,建立多服务质量指标的云工作流调度模型。对蚁群算法进行改进,解决其收敛速度慢、易陷入局部最优等缺点。利用用户对服务质量不同程度的偏好,引入云任务优先次序启发式规则,提出一种基于服务质量的云工作流调度算法(SPACO)。在Cloud Sim平台上,对云工作流调度模型和算法进行仿真分析,将仿真结果与基本蚁群算法(ACO)、改进的蚁群算法(PACO)进行比较,其结果表明该算法能缩短执行时间、降低能耗成本,验证了该模型的可行性和算法的有效性。     

基于双层粒子群优化算法的柔性作业车间调度优化

针对柔性作业车间调度问题(FJSP),提出了一种改进的双层粒子群优化(ITLPSO)算法。首先,以机器的最大完工时间最小化为优化目标,建立了一个柔性作业车间调度模型;然后,介绍了改进的双层PSO算法,为了避免陷入局部最优和提高收敛速度,算法中加入了停滞阻止策略和凹函数递减策略;最后,对相关实例进行求解,并与已有算法作了比较。实验结果表明,与标准PSO算法和双层粒子群优化(TLPSO)算法相比,最大完工时间的最优值分别减少了11和6,最大完工时间的平均值分别减少了15.7和4,收敛速度明显提高。经过性能分析,所提算法可以明显提高柔性作业车间的调度效率,从而获得了更优的调度方案。