基于ABE算法的2.4GHz IEEE 802.15.4网络模拟研究

针对IEEE 802.15.4网络的MAC层采用基于时隙的CSMA/CA标准算法可能引发数据封包碰撞和网络拥塞的问题,参考ABE算法对标准算法进行了改进,并采用NS-2网络模拟软件对基于时隙的CSMA/CA标准算法与ABE算法对2.4 GHz频段上的IEEE802.15.4星型网络性能进行了模拟实验。结果表明,基于ABE算法的2.4 GHz IEEE 802.15.4网络在网络吞吐量、数据封包成功传输率、网络公平性、LQI类型封包遗失数量等方面的性能都得到了有效提升。

基于多条件休眠的802.15.4网络能耗优化方法

针对802.15.4网络能耗优化问题,提出了一种基于多条件休眠模式的媒体接入控制(MAC)层信道接入机制。首先,建立该机制的马尔可夫模型;然后,基于模型对网络主要状态的稳态概率和协议参数进行推导;其次,分析了节点在每个超帧内的平均能耗;最后,研究了数据包到达率、退避次数、超帧指数和最小退避指数对节点主要状态的稳态概率、能耗和节点生存时间的影响。实验结果表明,与节点无休眠态的802.15.4网络相比,节点能耗降低了84.4%左右;与部分条件休眠的方法比较,节点能耗平均降低了62.8%,网络存活时间平均提高了70%。模型较好地描述了提出的网络信道接入机制,合理的网络参数设置能够优化网络能耗性能,也为无线传感器网络(WSN)的实际应用提供能耗优化参考。

非饱和态802.15.4网络吞吐量建模分析

IEEE802.15.4是目前无线传感器网络中的主要协议,实际应用中由于无线传感器网络的工作特点,这类802.15.4网络多工作于非饱和态,而现有的对其建模研究通常假设网络处于饱和态。在分析时隙CSMA/CA的IEEE802.15.4MAC协议基础上,使用M/C/1/K排队系统理论,建立了新的Markov链模型。并在此基础上,推导出网络的吞吐量表达式。仿真结果表明,该模型能准确反映网络吞吐量的变化。

基于马尔可夫链的IEEE 802.15.4网络防丢包信道访问机制研究

为了降低IEEE 802. 15. 4MAC层数据帧丢包率,在分析丢包率的原因基础上,提出了一种基于Markov链的信道竞争机制模型。通过对网络发送、退避和信道检测状态的稳态概率进行数学推导,研究了信道碰撞和数据帧的丢包率分析式,研究了参数数据包到达速率、节点数量、误码率、后退指数、后退等待次数对碰撞概率和丢包率的影响。实验结果表明,与节点无休眠态的IEEE 802. 15. 4网络相比,节点丢包率平均降低了23. 7%,模型较好地描述了提出的MAC层信道访问机制,合理的网络参数设置能够优化数据帧丢包率,研究结果对无线传感网的应用提供了可靠传输优化参考。

基于重传的802.15.4网络MAC层丢包率研究

为了降低802.15.4网络数据帧的丢包率,分析了基于重传机制的丢包率问题,提出MAC层节点工作过程的数学模型,并分析推导了节点主要工作状态的稳态概率;然后对数据帧重传概率和丢包率进行数学分析;最后通过实验比较了MAC层参数minBE、NB和网络环境参数λ、N、BER对重传概率和丢包率的影响。结果表明,与无重传机制的数据传输性能比较,节点丢包率平均降低了88.9%,模型准确反映了节点的数据传输特点,均衡的参数部署有效地提高了数据传输成功率,理论研究为802.15.4标准的应用提供了参考。

IEEE 802.15.4网络的IPv6报头压缩研究

研究IETF草案在IEEE 802.15.4网络进行IPv6分组的传输的基础上,提出了一种基于IEEE 802.15.4网络的IPv6报头压缩方案.通过修改适配层帧格式及使用路由标识符,该方案的压缩报头比草案的压缩报头小7个字节,并且它兼容现有IETF草案.在实验平台上的测试结果表明,使用本方案能够延长节点生存期.

基于减少偷听的IEEE 802.15.4网络节点能耗降低方法

为了优化IEEE 802.15.4 MAC协议能耗性能,针对IEEE 802.15.4 MAC协议存在的空闲偷听现象浪费节点能量问题,提出一种基于减少偷听的降耗方法:节点于超帧竞争接入时期内的退避时期适时地进入休眠状态。应用该方法建立了IEEE 802.15.4 MAC时隙CSMA/CA机制的Markov模型,并对模型进行了数学推导。基于本模型,对网络节点平均能耗进行了数学分析。理论分析和仿真结果表明,该模型有效地降低了节点的平均能量消耗和空闲偷听时间,协议性能得到有效改善。

IEEE802.15.4网络的性能仿真研究

分析了IEEE802.15.4协议特点,运用NS2仿真软件分析了星型网的网络性能,重点分析信标使能模式和非信标使能模式的网络性能,并分析信标使能模式下信标级数的改变、数据传输方式的改变对端到端延时、平均分组递交率的影响,从而为实际应用802.15.4协议提供了参考.

信标模式下IEEE802.15.4网络漏洞分析及利用研究

IEEE802.15.4因其低速率、低成本、低功耗和高质量特点,成为无线传感器网络MAC层标准,已被广泛应用于各种领域,其安全漏洞一旦被攻击者发现并利用将造成难以估量的后果。为发现当前协议标准中存在的问题,文章对IEEE802.15.4协议的MAC层标准进行了分析,发现了信标广播漏洞和GTS管理机制等漏洞,并给出了信标同步扰乱、阻止节点接入、空闲时隙抢占和空闲节点仿冒4种漏洞利用模式。漏洞及其利用模式的发现可为研究人员改进协议设计的安全性提供基本依据。

基于非饱和负载的802.15.4网络能耗分析

为了优化802.15.4 MAC协议能耗性能,提出了一种基于退避时提前休眠的时隙CSMA/CA机制,并建立了该协议的Markov链模型。然后使用M/G/1排队系统理论对非饱和网络负载建模,并对协议主要参数进行了数学推导。最后基于该模型对网络节点能耗进行数值分析。理论分析和仿真结果表明,该模型较好地描述了基于非饱和负载的802.15.4 MAC协议,网络节点平均能耗得到有效改善。

基于隐藏终端的802.15.4网络丢包率研究

针对基于隐藏终端的802.15.4网络数据丢包问题,提出了一种时隙CSMA/CA算法的数学模型.基于模型推导建立数据丢包概率的数学模型,并研究隐藏终端对数据丢包现象的影响.然后研究不同网络参数如隐藏终端数、λ、N、minBE和NB对数据丢包的影响.实验表明:通过合理的参数配置能够改善网络丢包问题,且相对于不考虑隐藏终端的情形,隐藏终端导致的丢包问题更加严重(高出25.2%).实验结果说明提出的算法模型较好的描述了802.15.4网络实际运行特征.

基于强化学习的IEEE802.15.4网络区分服务策略

为了弥补IEEE 802.15.4协议原有区分服务机制的不足,提出了一种基于BCS(backoff counter scheme)与强化学习的区分服务策略。从终端节点出发,在原优先级区分服务策略的基础上增加BCS退避策略以解决流量较大场合业务区分问题;针对协调器节点,提出了基于强化学习的占空比调整策略,该策略能根据不同应用需求和环境变化自适应调整占空比。仿真结果表明,提出算法能针对不同环境满足高优先级业务性能需求,并能根据流量变化进行占空比调整,具有极强环境适应性。

高速率数据下IEEE 802.15.4网络的性能分析和拓扑优化

生理、环境监测等网络要求较高的网络吞吐量,并以中低速率网络流量为主,但特殊情况下,需要传输较高速率数据.为了使网络能够适应高速率数据传输需求,通过网络仿真,比较了IEEE 802.15.4网络各种拓扑结构在面对高速率数据传输需求情况下的网络性能,给出了双星型拓扑优化方案使网络性能得到提升,并通过分析饱和吞吐量与节点数量之间的关系,为实际应用双星型结构提供了参考.

一种用于提高802.15.4网络性能的区分服务模型

IEEE802.15.4作为低速率、低功耗的无线传感器网络标准,其媒体接入控制(MAC)协议的竞争接入时段(CAP)对所有数据帧和节点都采用相同的竞争参数,不能为某些需要服务区分的应用提供很好的服务。针对这一问题,提出了一种基于区分服务的改进IEEE802.15.4机制以支持高QoS要求。该机制的主要思想是根据服务质量要求(时延及吞吐量)为不同的数据流分配不同的优先级,对不同优先级数据设置不同的数据帧长度和竞争参数来达到区分服务的目的。与此同时提出一种区分服务的不饱和马尔科夫链模型来分析所提出的机制。该模型评估了采用此简单但有效的区分服务机制后两种优先级数据的信道接入概率、吞吐量、时延及能耗等性能。分析结果表明,此模型对区分服务起到了很好的效果。

IEEE 802.15.4网络仿真研究

利用超帧中定义的休眠模式,从而使节点能够在超帧竞争访问周期(CAP)内进入低功耗的工作模式,通过修改基于NS2仿真工具的源代码,对网络节点在超帧的活跃时段进入休眠和唤醒的方法进行实现,构建一个能够对要研究的网络场景进行性能仿真的模拟器,验证所提出的措施对提高网络性能的有效性,仿真结果对无线传感器网络的设计有一定参考价值。

基于M/G/1/K排队理论的IEEE 802.15.4网络吞吐量分析

针对IEEE 802.15.4时隙载波侦听多址接入与碰撞避免(CSMA/CA)算法,利用二维Markov链分析方法提出了一个网络分析模型。该模型特别考虑了IEEE 802.15.4协议的休眠模式以及退避窗口先于退避阶数(NB)达到最大值的情况。在此基础上,结合M/G/1/K排队理论推导得到了吞吐量的表达式,进而分析了网络在非饱和状态下数据包到达率对吞吐量的影响,利用模拟平台NS2进行了仿真。实验结果显示理论分析结果与仿真结果可以较好地拟合,并能准确描述网络吞吐量的变化,验证了分析模型的有效性。

基于IEEE 802.15.4网络的天车避碰系统设计

介绍一种基于IEEE802.15.4网络的天车避碰系统,用以解决天车运行过程中的防止避碰的安全问题。该系统采用RFID定位技术和IEEE802.15.4网络数据传输技术,实现对两台或多台天车之间距离的监测、声光报警和停车控制,具有数据传输范围大、定位精度较高等优点。

IPv6与IEEE802.15.4网络结合的发展现状

6LoWPAN技术是将IPv6应用在IEEE802.15.4网络上的一种创新技术。本文分析了6LoWPAN适配层结构和报头压缩、邻居发现两项关键技术,介绍了6LoWPAN标准和产业发展现状。

IEEE 802.15.4非信标使能模式在车联网中的性能评估

车联网是车与车之间广泛使用的网络技术,是车与车之间经济、高效的通讯渠道。IEEE 802.15.4由一层简单物理层和一层节能型介质访问控制层所组成,是当前所有通讯标准中车联网网络的最佳选择。基于此,这里选择适合车联网的IEEE 802.15.4非信标使能模式作为分析模型,将其应用于车联网中,具体包含非饱和通讯量模式和大型网络,并分别研究了IEEE 802.15.4适合车联网的非信标使能模式的性能,这对车辆积极调整广播速度,在车与车之间联网通讯中取得更高的成功具有一定的参考价值。

广义确定性标识网络

随着智能制造、智能交通等重大国家战略实施,确定性成为信息网络尤其是行业专网的新焦点.现有确定性网络技术始终关注网络传输要素(带宽、时隙等)来保障数据流的确定性传输.然而,仅靠保障传输要素无法支撑新兴行业应用的多样化需求.例如,在算网融合场景,智算任务要求同时保障传输与计算要素的确定性来实现高性能通信;在绿色通信场景,需要考虑节点能量要素的确定性以维持网络稳定运行.针对上述需求,本文基于前期提出的标识网络技术,研究面向传输、计算、存储、能量等多要素的广义确定性网络.首先提出广义确定性标识网络架构,包括差异化服务层、异构融合网络层和智慧化适配层.差异化服务层和异构融合网络层,分别实现差异化确定性应用需求和异构化确定性网络要素的统一标识和描述,并通过标识解析映射实现确定性信息向智慧化适配层的统一封装和传递;智慧化适配层完成差异化确定性应用需求和异构化确定性网络要素的适配.现有确定性资源适配方法,即使仅考虑单一网络内的基本确定性要素,仍面临计算时间长、求解复杂性高、灵活度低等问题,为了支持更加复杂的多确定性要素、多种异构网络的协同适配,设计了基于深度强化学习的端到端的确定性调度(End-to-end Deterministic resource scheduling,E2eDet)算法,该算法可统一化、端到端地为混合数据流协同分配多种确定性网络资源,满足不同应用的差异化确定性需求.实验表明,E2eDet比DeepCQF和Random算法分别提升了28.4%和6.38倍数据流调度数量,同时E2eDet可以较好地权衡计算时间和调度能力.