基于LoRaWAN自适应数据速率的地下无线传感网络性能评估

随着城镇化进程的不断加快和物联网技术的迅速进步,地下复杂土壤介质中的无线传感网络正成为新的研究热点。在此背景下,首先概述了基于LoRaWAN的地下无线传感网络基本架构和研究现状,接着搭建了网络仿真器并实现了自适应数据速率(ADR)调节机制在传感器节点端和网络服务端的2个优化算法,最后依据网络整体数据接收率和网络能耗等性能指标,分别从传感器节点的地下部署环境(土壤含水量和传感器埋藏深度)和LoRa物理层参数两方面进行了网络性能定量评估。结果表明,针对土壤这一复杂介质,ADR调节机制对LoRaWAN中的物理层参数具有较好的调节能力,该机制可为地下无线网络性能优化提供有利手段,有望大幅降低网络能耗。

一种实现Wi-SUN网络多速率自适应切换的方法

针对Wi-SUN(Wireless Smart Utility Network)FAN(Field Area Network)网络通信速率单一导致的数据吞吐量和通信可靠性不平衡问题,设计了一种Wi-SUN网络多速率自适应切换方法。该方法使用判定机制根据节点与邻节点通信情况判定节点间是否需要切换链路速率,自适应调整合适的通信速率方案,且使用基于跳频技术设计的速率匹配机制,使节点可以在网状网络中随时切换与其它邻节点通信的速率。通过将传统单一速率Wi-SUN网络与多速率Wi-SUN网络模拟对比,结果表明多速率网络比传统单一速率网络可以被应用在更多场景下,且证明多速率网络能够平衡数据吞吐量和通信可靠性。

受体相互作用对细菌趋化适应速率的影响

生物体进化出不同的受体来感知环境中的不同刺激。受体之间的相互作用能够显著提升感知的灵敏度和适应的精度。为研究细菌趋化信号网络中不同种类受体之间的相互作用对适应速率的影响,我们使用荧光共振能量转移技术和小球标记实验系统地比较了表达混合种类受体的野生型菌株与只表达Tar受体的突变株(即,Taronly菌株)对添加不同浓度天冬氨酸的阶跃型刺激的适应时间。我们发现,在相同的饱和浓度刺激下,野生型比突变株表现出更快的适应。相比之下,在引起相同程度响应的非饱和浓度刺激下,野生型比突变株表现出更慢的适应,且这与化学受体的表达浓度无关。通过监测鞭毛马达的稳态旋转信号,我们对网络弛豫时间得出了相同的结果。通过模拟具有不同适应速率的细菌在稳定的趋化引诱剂梯度下的趋化,我们证实了不同种类受体的相互作用可以有效提高大肠杆菌在稳定的趋化引诱剂空间梯度下的趋化能力,并同时保证细胞位置分布的噪声最低。

全双工干扰接收机速率自适应隐蔽通信设计

【目的】在全双工干扰接收机隐蔽通信系统中,由于非法检测用户所在位置的不确定性和信道状态的随机性,导致合法用户很难对发射功率和传输速率进行准确把控。为此,提出一种速率自适应的隐蔽通信设计方案。【方法】该方案在保证通信满足隐蔽约束条件的前提下,通过减少信道状态与传输速率不匹配情况发生,降低系统隐蔽中断概率。【结果】仿真分析结果表明,在一定隐蔽中断概率约束条件下,根据估计信道的状态来自适应匹配传输速率,将有助于降低隐蔽通信系统的中断概率。【结论】因此,速率自适应将有助于提高隐蔽通信系统的可通性。

考虑进水速率的水厂泵机排水流量自动控制

为了解决水厂泵机排水流量波动大的问题,采用了基于自适应调节速率的控制策略。首先,通过构建自适应调节速率模块结构,监测泵机出口压力和管道周围压力的差异来调节进水速率,抑制水流量大幅度波动;其次,考虑到目标排水流量、实际排水量以及泵机的泄露等参数,引入补偿控制策略建立水厂泵机的数学模型;最后,为了进一步优化泵机的控制性能,在水厂泵机的数学模型中引入预测控制算法,应用预测函数和正交基函数表达输入值,通过计算最佳运行水位与输出值之间的误差,获取误差补偿量。利用计算得到的排水流量参考输出值,引入二次型优化性能指标对其进行滚动优化,实现水厂泵机排水流量的自动控制和优化调整。经实验验证,排水流量波动现象得到明显改善。控制能耗在40.15 kW·h~48.95 kW·h之间变化,且在水厂泵机出现变量变载工况时,回归稳定状态时间较短。表明水厂泵机排水流量的自动控制效果得到了显著提升。

基于IEEE 802.11高速无线局域网的速率自适应MAC协议研究

目前的IEEE 802.11标准在物理层提供了对多种发送速率的支持,然而在MAC层却没有规定速率自适应的方法。该文研究了高速IEEE 802.11无线局域网中的速率自适应方案。首先,提出了EACK协议,EACK使用基本速率发送MAC头,并在ACK帧中携带信道信息,因而能够较快速地响应信道的变化,同时具有少的开销;其次,在EACK基础上,提出了一种恒定发送时间(CEACK)的策略,CEACK能够克服传统IEEE 802.11DCFMAC协议的理论吞吐量上限,并且具有更好的时间公平性能,能够应用于高速的无线局域网。

一种速率自适应的能耗优化路由策略研究

降低网络系统能耗是当前计算机领域构建绿色网络迫切需要解决的关键问题.网络设备的传输服务速率自适应性为优化网络能耗和提高网络能效提供了有效的途径,文中提出一种基于速率自适应的全局性和分布式的能耗优化路由策略.该策略从网络全局路由的角度出发,根据网络系统的服务特征,将为数据提供传输服务的网络组件抽象为一个处理域.为求解处理域中速率自适应时的服务速率和工作状态平均转换次数,把处理域的服务过程视为可变服务速率的服务系统.然后以网络系统总能耗最小化为目标,并满足相关的路由和性能等约束条件,建立基于速率自适应的网络能耗优化路由模型,利用改进的蚁群算法对模型进行求解.在仿真实验中,将文中提出的能耗优化路由的分布式启发算法与相关文献的OSPF和GreenOSPF节能路由算法进行比较,给出算法在能耗和延时方面的对比结果.多种实验情况下的对比结果表明,文中提出的能耗优化路由策略能更有效地匹配速率自适应机制,具有较好的节能效果,从而达到优化和降低能耗的目的.

短波IP网络中速率自适应与SR-ARQ性能分析

短波信道的时变特性将严重影响短波通信的传输效率,同时在短波IP(Internet protocol)组网通信中影响更为显著。为此,在短波IP数据传输中给出基于选择重发ARQ(selective repeat automatic repeat-requst,SR-ARQ)的自适应调整速率的短波通信系统。系统选择有效吞吐率作为速率自适应阈值判决标准,得出了一般有效吞吐率表达式,以及不同速率判决的最佳阈值。理论分析和仿真验证了与单一速率系统相比较,系统吞吐率有明显提高。最后通过理论计算和仿真分析证明在数据分组和IP数据包在排队性能上,系统同样具有明显优越性。

适用于IEEE 802.11ac协议的高效速率自适应算法

速率自适应作为多速率无线局域网必不可少的一种机制,决定着系统的性能.针对IEEE 802.11ac协议,以不改变MAC帧格式为前提,提出了一种基于接收端信息反馈的高效速率自适应算法.算法的基本思想是,通过RTS帧实时准确地估计当前信道状况,然后将选择的最佳发送速率信息携带于CTS帧的扰码序列中并反馈给发送端.另外,根据统计的接收误帧率,自适应地调节速率选择的阈值水平,进一步保证了系统性能的稳定性.利用NS-3软件进行了仿真验证,结果表明在不同的信道环境下,该算法的吞吐率性能均优于AARF、ONOE以及Minstrel这3种常用的速率自适应算法.

BP网络局部学习速率自适应SA算法的改进

Silva-Almeida(SA)算法是最好的局部学习速率自适应算法之一,在对SA算法进行研究分析的基础上,提出 两项改进措施,使改进后的SA算法较原SA算法震荡现象大大减弱,训练速率有较大加快,训练精度有较大提高。在仿 真实验中,改进的SA算法在一定程度上优于RPROP算法。

基于自适应学习速率的改进型BP算法研究

从感知器的结构及学习规则无法执行异或问题出发,用神经网络中的BP网络来解决异或问题,消除了感知器的局限性,但BP算法在具体实现中常会出现一些问题,如:收敛速度缓慢且与其他参数存在较强的耦合关系,局部极小等。对此,从前馈神经网络的原理出发,提出了一种自适应学习速率因子方法,用于对BP算法的改进,并将改进后的算法用于二维XOR问题及多维XOR问题的学习中。仿真实验证明,改进后的算法可显著提高网络的学习速度,且学习过程具有良好的收敛性及较强的鲁棒性。

基于传输速率自适应的动态带宽分配算法

提出一种基于传输速率自适应的动态带宽分配算法,为异构无线网络中的多业务提供服务质量保证。根据所提的传输速率优先级决策模型,在传输速率QoS需求和异构网络容量约束的条件下,通过动态调整不同网络中各个移动终端所支持业务的传输速率来得到最优带宽重分配矩阵,以最大化整个异构网络的效用函数;将自适应带宽重分配问题描述为一个优化问题,采用动态优化的迭代算法自适应调节用户传输速率来进一步最大化该效用函数。理论分析和数值仿真结果表明,所提算法在给定传输速率且满足QoS需求的基础上,能够最大化网络的效用函数并减小新呼叫的阻塞概率。

灵活高效超高速WLAN速率自适应算法

针对超高速IEEE 802.11ac网络中速率自适应算法的效率是决定系统性能的关键因素,本文提出了一种基于信息统计的高效速率自适应算法(AMRA)。该算法采用发送和接收相结合的方式精确地估计当前信道状况,并在由发送带宽、空间流数、物理层的调制模式所确定的三维空间内选择最佳的速率。通过实际测试验证,结果表明在不同的信道环境下,该算法的吞吐率性能均优于Atheros MIMO RA、Minstrel等速率自适应算法,有效提高了网络吞吐量性能和利用率。

基于IEEE802.11的速率自适应算法研究

目前IEEE802.11设备提供了多个不同的传输速率,对动态变化的无线信道选择不同的传输速率可以使系统性能最大化。目前已经有许多速率自适应算法被提出,但是没有一种算法适用于所有环境下的动态变化无线信道,而不同工作环境下需要选择不同种类的速率自适应算法。概述了不同种类的速率自适应算法,剖析了每种算法影响其性能提高的因素,并对不同种类的算法进行了对比,最后提出了现有速率自适应算法所存在的问题。此外,用NS-2(Network Simulator version 2)仿真软件验证了RTS/CTS(Request-to-Send/Clear-to-Send)信号的作用,它的启用会降低系统频带利用率,但同时也能有效地消除由多个移动终端共用一个AP(access point)引起的碰撞。

改进速率自适应算法的高压开关柜母线温度监测系统

针对目前市场上高压开关柜远程监控相关参数的安全监测困难,设计了基于改进速率自适应算法的高压开关柜母线温度监测系统。为了保证高压开关柜监测的安全性和实时性,系统采用Lo Ra低能耗收发模块对高压开关柜母线触头温度终端数据进行传输,设计了系统的硬件、软件以及抗干扰措施。为了在低功耗条件下快速传输高质量数据,提出了一种改进速率自适应算法,算法以统计为基础、综合分析节点无线接收信号的质量和传输信道情况,对传输节点数据进行速率自适应调整,得到较高的吞吐量。仿真结果表明:优化算法在快速调节传输速率和提高吞吐率方面均有很大提升。基于改进算法的系统在KYN28—12型高压开关柜远程监控实际运行中取得了良好的效果。

基于无线网络编码的速率自适应协作MAC协议

传统无线网络编码协议在单播传输模式中较少考虑速率自适应对网络性能的改善作用,而利用RTS/CTS握手信号进行信道估计的速率自适应机制则存在开销大、网络吞吐性能差等缺陷。为此,提出一种基于网络编码的速率自适应协作介质访问控制协议RACNC。该协议使用网络编码模型和基于ACK帧的速率自适应机制,当源节点传输的原始数据帧未被成功接收时,选取中继节点对原始数据帧进行编码处理,然后转发编码数据帧,在保证数据帧可靠传输的同时减少其在网络上的传输次数。同时利用改进的ACK帧进行速率反馈,避免在估计信道质量时发送多余的RTS/CTS控制帧。仿真结果表明,与基于网络编码的NCAC-WTC协议相比,RACNC协议可有效减小平均端到端时延,提高网络吞吐量。

基于无率纠错码和高阶QAM调制的收端速率自适应方案

现有的自适应解调方案中调制阶数最高仅限于16,且方案分析和设计中没有考虑信道编码的译码环节.本文研究适用于高阶QAM的自适应解调算法,并结合无率纠错码提出一种收端速率自适应方案.接收端有多种解调模式,每种解调模式删除一个符号中不同数量的、似然比绝对值最低的几个比特,以提高解调比特的可靠度和平均互信息.从互信息分析的角度,得到在满足要求的译码误码性能时,译码所需要的码字长度的理论结果,进一步给出在译码复杂度约束条件下解调模式的选择方案.以256-QAM调制星座和Raptor码为例对方案进行了仿真,验证了理论分析的正确性和方案的有效性.

Ad Hoc网络中支持拥塞控制的速率自适应协议

Ad Hoc网络中节点需要竞争共享信道,容易使部分节点发生拥塞而丢弃部分分组,造成带宽资源浪费。为了更有效地利用Ad Hoc网络物理层的多速率能力,提出了一种支持拥塞控制的速率自适应协议,引入了可变发送窗口机制,接收节点根据信道质量选择可用的最高传输速率,并根据其队列拥塞程度控制发送端节点的发送窗口,发送节点按照发送窗口的大小连续发送多个数据帧。仿真结果表明,该协议能够充分利用信道条件,在网络重负载的条件下,饱和吞吐量提高80%,并能够调整拥塞节点的分组进出速率,有效地控制了网络拥塞。

一种基于网络编码的速率自适应多播MAC协议

针对现有IEEE 802.11协议在无线局域网多播应用中存在可靠性差、吞吐性能不佳等诸多缺陷,提出了一种基于网络编码的速率自适应多播MAC协议RAMPNC.该协议采用网络编码组传输模型发送多播数据,使多播接收节点通过对累积的编码帧进行解码操作恢复出所需的原始数据.此外,RAMPNC利用RTS/CTS握手信号实现信道状态信息交换,并根据多播接收节点反馈的信道信噪比估值动态调整源端的物理层发送速率.通过使用NS-2模拟器评估RAMPNC协议性能,结果显示,该协议在多播吞吐量,平均帧传输延时和帧投递率等方面获得了比已有ELBP和ARSM协议更好的性能.

多媒体CDMA蜂窝网络中联合退避缓存及速率自适应的呼叫接纳控制策略

资源管理和呼叫接纳控制作为未来蜂窝网络的核心管理模块,能为移动用户提供具有QoS保证的多媒体应用并实现无线资源的有效利用.针对多业务CDMA蜂窝网络,结合非理想功率控制下的容量定义,提出退避缓存与自适应速率调控相结合的呼叫接纳控制策略.其中退避缓策略采用请求呼叫主动退避的思想,有效降低阻塞率;自适应速率调控策略则采用业务用户双重分级的思想,确保用户公平性的同时实现平稳的QoS.仿真结果表明,该策略可以自适应地保证各类业务的QoS要求,提高业务间的公平性和系统资源的利用率.