同步无线Mesh网络带宽申请与分配策略的改进

数据通信具有突发性与带宽计算的不确定性,现有同步无线Mesh网络带宽申请与分配策略未对此问题进行充分考虑,在设计上存在带宽申请速度慢、带宽分配没有最大化、将数据时隙区分了上下行等不足,导致了QoS保障能力低与网络性能的下降。提出了带宽申请与分配策略的改进方案,包括结合各类数据业务类型的带宽申请条件的描述、检查数据发送队列的时间间隔描述、带宽分配最大化的描述、数据时隙不再区分上、下行的描述。理论分析表明,改进后的方案能够提供精确的QoS保障并提高网络性能。

同步无线Mesh网络数据包连发技术研究

现有的基于多方向天线阵列的同步无线Mesh网络在一个数据时隙内只发送一个数据包,这在发送节点采用高调制速率发送数据包时会造成时隙利用率的下降。针对该问题,对该网络下的数据包连发技术进行了研究,给出了最多可连发的数据包个数与计算时机、序列号与确认机制、涉及到的参量、父子节点处理流程的详细设计方案。理论性能对比结果表明,在发送节点采用高调制速率发送数据包时,在该网络下采用数据包连发技术能够大幅度提高时隙利用率,网络性能明显提升。

同步无线Mesh网络的密钥同步更新机制

为保障同步无线Mesh网络的安全性,需对网络中通信节点间的通信密钥进行动态更新,针对密钥更新过程中通信节点密钥的同步更新问题,设计一种密钥同步更新机制。针对同步无线Mesh网络的同步特性,设计网络中通信节点间的统一时间标识,利用统一时间标识实现通信节点间新密钥生效时间点的一致性。为保障密钥同步更新过程的健壮性,识别并处理在密钥更新过程中可能出现的异常情况。对该密钥同步更新机制的安全性进行分析,分析结果表明,该机制能够防止重放攻击和伪造攻击。

软件定义无线Mesh网络多目标路由优化算法

无线Mesh网络(Wireless Mesh network, WMN)中,链路拥塞会导致较长的传输时延和排队时间,因此将链路负载均衡与服务质量结合起来一直是研究热点.本文针对多目标路由优化管理的关键问题,将路由问题表述为整数线性规划(Integer linear programming, ILP)模型,并将无线Mesh网络与软件定义网络(Software defined network, SDN)结合,设计了适应于SD-WMN架构的多目标函数、约束条件以及整体的网络优化模型,此外,由于该整数线性规划模型是NP完全的,本文将改进的人工蜂群的启发式优化算法引入到路由优化算法中,以获得源节点和目的节点之间传输流量的理想路径.本文所提出方法在Mininet网络模拟工具中的仿真结果证明了该算法的有效性,与OSPF、SDNR以及遗传蚁群优化(G-ACO)相比,所提出方法在丢包率、往返时间和负载均衡方面均有不错的改善.

基于ZigBee无线传感网络的分簇时间同步算法

在无线传感网络中,时间同步技术在信道分配、数据收发、休眠调度中都有着关键作用。目前已有的时间同步算法,有些同步精度不高,有些需要进行频繁的数据交换导致功耗过大。因此设计出能同时满足高精度和低功耗两个要求的算法势在必行。提出的算法通过改变网络拓扑结构,构造分簇函数,选出簇头,进行分簇。在新的网络拓扑中,协调器与簇头之间通过频偏补偿来保证同步的精度,簇头与成员节点之间通过三次通信消除时延进行时间同步,从而实现全网时间同步。仿真结果表明,整个网络在较低功耗下也能有较高的同步精度。

面向无线传感网络的同步时钟技术研究

考虑到传统的时钟同步技术在信息交互过程中产生的延迟具有不确定性,为了消除其对时钟同步的影响,提出了面向无线传感网络的同步时钟技术研究。通过对任意一个网络节点在真实物理时间的本地时间进行变换处理,构建无线传感网络的线性时钟模型,根据高斯分布所具有的加减特性,计算两个连续同步轮次的动态响应时间差值,在离散形式下,构建无线传感网络观测模型。通过计算无线传感网络时钟差值的均值,得到无线传感网络节点的时间戳,将无线传感网络节点数据交互误差补偿的目标函数转换成向量的形式,补偿无线传感网络节点数据交互误差,实现无线传感网络的时钟同步处理。实验结果表明,在微秒级延迟下,该技术的同步精度仍较高,可以有效消除网络信息延迟的不确定性对同步时钟的影响。

机械振动无线传感器簇状网络路径感知同步触发方法

无线传感器可以实时监测机械振动情况,但如果同步触发问题解决不好,可能会直接影响监测效果,导致机械设备无法正常使用。为了从根源上解决这个问题,需要重新研究感知同步触发方法。文章以机械振动无线传感器数据采集为基础,提出了STBTC_P架构与实现,并探讨了簇状网络路径感知同步触发方式,谨供参考。

基于蜂窝结构的海上风电场无线Mesh网络覆盖优化算法

以往的海上风电场无线Mesh网络覆盖优化算法由于仅计算了单一的优化目标,导致算法的优化效果不佳。因此,设计了基于蜂窝结构的海上风电场无线Mesh网络覆盖优化算法。考虑到蜂窝结构的特性,得到基于蜂窝结构的海上风电场覆盖情况,根据覆盖区域中静态节点的分布情况,制定相应网络节点移动策略,在上述基础上,构建相应的风电场网络覆盖模型,并通过计算节点覆盖率和节点移动距离,得到相应的优化目标函数,通过计算移动节点的适应度,实现对风电场的网络覆盖优化。通过上述的设计,完成对海上风电场无线Mesh网络覆盖优化算法的设计。在实验测试中,和以往的海上风电场无线Mesh网络覆盖优化算法相比,设计的基于蜂窝结构的海上风电场无线Mesh网络覆盖优化算法在实际应用后,网络覆盖率提升到98.12%,优化效果较好。

无线微震传感器网络高精度时间同步技术研究

时间同步技术作为无线微震传感器网络的核心技术之一,是网络协调运行的关键。首先研究了无线传感器网络时间同步原理及影响同步精度的因素;其次研究了经典无线时间同步协的实现方法;然后仿真对比了传感器网络时间同步协议(Timing-sync Protocol for Sensor Networks,TPSN)和泛洪式时间同步协议(Flooding Time Synchronization Protocol,FTSP)的同步精度;再针对FTSP协议的不足提出一种改进的G-FTSP协议,能有效提高无线传感器网络时间同步精度;最后估算由时间同步误差造成的微震震源定位误差,验证G-FTSP协议满足实际生产需求。

基于同步预测的无线传感网络自适应采样节能策略研究

针对无线传感网络(Wireless Sensor Network,WSN)固定周期数据传输导致的数据冗余和节点能耗高等问题,提出了一种基于同步预测的WSN自适应采样节能策略。通过在终端节点和协调器之间建立指数平滑同步预测模型,根据实际值和预测值的误差实现自适应通信;在同步预测模型基础上引入了传输控制协议(Transmission Control Protocol,TCP)拥塞控制思想,自适应地调整节点的采样间隔和睡眠时间,通过动态调整采样间隔,避免频繁的数据采集及传输,减少数据冗余。为验证节能性,基于ZigBee的室内甲醛监测系统平台进行仿真与实验。实验结果表明,在均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)为4.2×10^(-4)的情况下,相较于固定周期采样策略,所提出的策略能够节省能耗89.7%。对于提高WSN的能源效率具有参考价值。

基于索道信息化设备的无线自适应智能Mesh网络

随着索道信息化的快速发展,吊厢/吊椅上的无线通信设备之间的网络通信成为了一项关键技术。由于吊厢/吊椅在运行过程中需要采用电池供电,并且所有通信设备需要将数据回传到索道站,无线通信距离达3 km左右,需要消耗较多电量,故索道吊厢/吊椅上无线通信设备减小电池电量消耗的技术显得尤为重要。文中提出一种索道吊厢/吊椅上的无线通信设备的自适应智能Mesh网络,在保证数据传输稳定和效率的前提下,使整个网络电量消耗效率最高,并且均衡每台信息化设备的综合功耗。

基于改进麻雀搜索算法的无线Mesh网络信道分配优化

文章在考虑网络信道分配优化模型的约束条件时,由于缺少对资源分配公平性的约束,导致信道分配后利用率较低,优化效果有限,为此,文章提出基于改进麻雀搜索算法的无线Mesh网络信道分配优化。文章采用数学模型描述网络中的信道分配问题,构建信道分配模型,结合Mesh网络的结构与特性,设计约束条件,包括网络连通性约束、信道容量约束和资源分配公平性约束。文章通过引入新的搜索策略和局部优化机制优化麻雀搜索算法,实施模型求解得到最佳信道分配方案。实验结果表明,在文章所提研究方法的应用下,Mesh网络信道的利用率得到了很大提升。

面向工业无线网络的时间同步攻击检测

高精度的时间同步是保障工业无线网络(IWN,industrial wireless network)安全、可靠传输的基础。延迟攻击作为一类无法使用密码技术解决的时间同步攻击,严重威胁工业无线网络的安全运行。首先,在深入分析工业无线网络时间同步机制的基础上,构造了3种时间同步攻击模型,即单向全生命周期延迟攻击、双向全生命周期延迟攻击和单向非全生命周期延迟攻击,模型在目标节点未被捕获的前提下可实现较隐蔽的延迟攻击。其次,针对现有检测算法难以检测时间特征无明显变化的较隐蔽延迟攻击的问题,提出了一种基于贝叶斯模型的攻击检测算法,算法提取传输速率、传输时延、传输成功率及时间同步周期共4类代表性特征。此外,在贝叶斯特征信息矩阵中引入无线信道噪声模型,以保证在噪声干扰存在条件下的攻击检测和分类准确性。实验结果表明,所提算法在有噪声存在的情况下能够有效检测3种延迟攻击。

基于精确时间协议的工业无线传感器网络时间同步方法

针对工业无线传感器网络(IWSNs)中复杂链路环境、温度波动等造成的链路时延动态变化、时钟计时干扰、时间戳获取不确定等问题,提出一种基于精确时间协议(PTP)的IWSNs时间同步方法。首先,融合PTP双向时间同步过程的时钟计时干扰、非对称链路时延噪声,建立时钟状态空间模型和观测模型;其次,构建反向自适应卡尔曼滤波算法以滤除噪声干扰;然后,利用反向估计和正向估计的时钟状态归一化新息比值来评估噪声统计模型的合理性;最后,在设定检测阈值后,动态调整时钟状态过程噪声,以实现时钟参数的精确估计。仿真结果表明,相较于经典卡尔曼滤波算法和PTP,在不同时钟计时精度下,反向自适应卡尔曼滤波算法估计的时钟偏移和偏移率均有较小且更稳定的误差标准差,有效解决了噪声不确定等原因造成的卡尔曼滤波发散问题,提高了时间同步的可靠性。

基于无线Mesh网络的建筑物内消防应急通信组网技术分析

在建筑物内应用无线Mesh网络组网技术设计消防应急通信体系,是目前优化消防应急通信时效性的关键依托,有利于提升应急救援能力。该文简要分析无线Mesh网络类别与价值,深入研究建筑物内消防应急通信常见阻力,通过细化组网建设架构、完善技术应用设施、优化技术终端节点和科学配置技术参数等要点的阐述,促使消防应急通信工作在新网络技术辅助下得到深改革。

基于UWB技术的矿井低功耗无线传感器网络研究

针对煤矿井下各类参数有线监测系统的布线复杂、维护困难、扩展性差等问题,基于UWB技术研究了矿井低功耗无线传感器网络,采用STM32L151微处理器和DW1000芯片设计了具有自动组网、数据多跳传输和测量距离等功能的传感器节点。详细介绍了矿井低功耗无线传感器网络的组网机制、传感器数据多跳传输技术和低功耗休眠算法等关键技术。试验结果表明,传感器节点入网时间与网络深度成正比,网络深度每增加1级,入网时间就增加1个数据传输周期;传感器数据传输时延不超过1 s,通信距离可达100 m,未入网时的平均工作电流为230μA,已入网时的平均工作电流为680μA。该无线传感器网络为煤矿安全监测系统提供了一种低功耗、低成本且高可靠性的数据传输通道和平台。

GPS辅助测距下的无线传感器网络时间同步误差分析

传感节点通过交互同步信号推算对应的参变量时,会出现不受控制的时延,影响误差上下限;对这种误差形成分析机制,是十分重要的。提出了一种无线传感器网络时间同步误差分析方法。通过GPS基站测量无线传感器网络信号的距离参数,利用用户接收器校正网络位置,获得矩阵信息;预测本地和物理时钟间相关性,或本地时钟自身的关联性,作为误差分析的基础条件。把时间同步误差分割成服从于正态分布的三个部分,通过线性时间误差在距离向加入相位项,获得网络误差的具体分析情况。通过仿真证明:300 s内子区间的时钟偏差低于200μs。即该方法能够准确计算出网络时间同步误差值,明确传感网络运行状况,以保证通信安全稳定。

无线Mesh网络同步架构研究

提出了基于混合GPS同步与信标同步的无线Mesh网络同步方案,能够简化系统设计,防止同步误差逐级累积。在Mesh骨干节点间采用GPS同步,设计并实现了不依赖于CPLD等硬件的GPS时隙同步算法,简化了系统硬件设计。提出了在失去GPS后骨干节点同步修正算法,在失去GPS信号后能在一定的时间内维持系统的同步,提高了系统的可靠性。在Mesh接入节点与骨干节点之间采用改进的信标同步方案,能够在较远的距离达到10us级的同步精度。最后通过实验数据验证同步方案的同步精度。

Mesh网络技术在电梯应急通信中的应用

传统的电梯应急通信系统基于有线传输,存在通话质量差、布线成本高等问题。Mesh网络属于无线通信,有效覆盖范围可达1000 m,将该网络技术应用于电梯应急通信,能够提高通信质量、降低运营成本。Mesh网络技术通过高级多带激励进行信号编解码,降低了对带宽的要求,研究设计并开发相应的通信终端和控制软件。经测试,在有障碍条件下,其有效传输距离满足设计要求,通话质量良好且丢包率较低,具有较强的实用性。

多接口多射频无线Mesh网络部分重叠信道分配研究

在多射频多信道无线Mesh网络中,信道分配和路由共同决定了链路上流量的分布。因此,信道分配和路由设计相结合是一种高效的联合解决方案。IEEE 802.112.4 GHz标准由于其在实际网络场景中的适应性而在无线Mesh网络中被广泛使用,然而在IEEE 802.112.4 GHz中由于相邻信道的频谱部分重叠,通常只有有限的正交信道被使用,造成无线电频谱资源的浪费并导致网络容量降低。文章设计了一种使用部分重叠信道的联合信道分配和路由策略。该策略充分利用所有IEEE 802.11 2.4 GHz频段的频谱资源,实现了无冲突传输。仿真结果表明,本策略可以提高频谱利用率和吞吐量。