文摘

的大规模部署和应用智能系统,如智能生命,和智能交通、智能医疗护理是越来越普遍的异构无线网络,如无线网络,无线个域网,蓝牙在同一个物理空间共存。提高沟通效率的共存下异构无线网络,本文提出了基于CTC的异步数据传输方法技术,不断监测睡眠和唤醒周期的异构设备,充分利用唤醒周期的接收终端,并使用异步方法实现cross-technology数据包的传输。我们也给出了具体实现方案和使用程序来模拟传输的效果。结果表明,我们提出的方法有效地减少了数据传输时间和平衡通道传输的吞吐量。

1。介绍

近年来,智能手机、智能手镯/手表,无线传感器网络设备,等显示爆炸性增长,日益普及的智能设备使用各种无线通信技术在日常生活(家庭、办公室、购物中心等)和在特定场合(医院、工厂等)1]。是越来越普遍的异构无线网络(如无线网络、无线个域网和蓝牙)共处在同一个物理空间和工业控制(2,3]。人们使用WiFi网络来访问互联网在家中或办公大楼;蓝牙设备如智能扬声器和无线耳机也通过蓝牙传输信息。同时,基于Zigbee协议部署入侵预防系统和建筑管理系统也在这些领域,和不同类型的无线网络快速扩张他们的应用程序空间4- - - - - -6]。因为这些异构设备的物理层是完全不同的7)和调制和解调方法太不同,共存环境的无线通信效率较低,和无线信道的通信性能降低。

解决共存问题的关键在于共存技术之间的合作交流。cross-technology通信的出现使异构无线网络设备之间建立良好的沟通联系和交流控制信息跨异构技术。然而,不同的无线技术如WiFi,蓝牙,无线个域网有不同的通信能力。共存环境中无线网络,低功耗无线个域网,蓝牙,显然和其他通讯技术将获得大功率无线信号干扰。这些差异导致无法公平竞争和使用不同的无线通信技术之间的通道,导致减少了网络吞吐量和增加通信延迟。

深入研究的前提下,考虑现有的通信标准,提高通信效率共存下的异构无线网络,本文提出了一种名为ADT异步数据传输方法。它充分利用不同无线技术的叫醒时间异步传输数据,从而提高信道利用率和吞吐量的共存环境下无线网络和改善公平占领不同的频道。

本文的主要贡献如下:(我)ADT, CTC-based异步无线网络数据传输方法,可以有效地提高系统吞吐量和公平性(2)我们提出一种算法来动态检测无线网络的觉醒和休眠时期和异步传输数据(3)我们通过计算机程序模拟这种传输方法并评估其效果

在以下文本部分2讨论了相关的工作。部分3详细描述了ADT的设计。部分4描述了实现和评价结果。最后,给出了结论部分5。

共存沟通研究异构无线网络包括两个方面:cross-technology通信和无线网络的数据传输机制。

2.1。无线网络数据传输机制

无线设备需要采用cotransmission策略来确保通信效率共存下的异构网络。一般而言,数据通信的可靠性是保证在MAC层,和研究人员主要实现共存传输通过改进MAC层的设计。MAC协议决定无线频道异构无线网络的使用和负责无线通信资源的分配和协调节点(8]。MAC协议可以醒来,只有当有数据传输数据传输根据每个节点的工作状态。S-MAC (Sensor-MAC)是一个MAC协议提出的魏爷等人早在传感器网络研究;它使用一个同步策略,允许每个节点周期性地听和睡眠同时节约能源。当较少的数据需要发送在每个周期中,S-MAC同步策略将导致大量闲置的监控。之后,约瑟夫等人提出b-MAC [9],它采用了异步代码主要策略醒来接收机。它只需要稍微超过一段时间,并保证接收者会醒来一次在此期间;睡眠和唤醒可以异步执行,大大降低MAC协议的频宽比(频宽比)。布特尼等人提出了X-MAC协议(10],连续传输多个小数据包包含接收者的链路层地址。太阳等人提出了RI-MAC协议(11),采用receiver-initiated策略,有效地解决了冲突的现象引起的多个节点同时发送数据在同一无线领域。这些方法和技术提出要么专注于不同的无线技术的沟通问题或关注系统功耗,不考虑信道占用的问题和公平下的传输无线共存。

2.2。CTC技术

关键突破解决共存的问题在于共存技术之间的沟通与合作,这就需要跨异构控制信息的交换技术。Chebrolu和Dhekne12)首先研究cross-technical沟通;他们指出,异构技术overlap-ping工作频段可以通过无线信号的能量传输信息,提出第一个cross-technology Esense通信方案。Esense编码信号能量的持续时间的信息。基于Esense HoWiES [13)引入了一个更完整的信息编码方案,实现无线网络和无线个域网之间的直接传递。不同于Esense和HoWiES和胫骨14]提出的发生模式GSense调制的无线信号能量脉冲,编码信息通过相邻的能量脉冲之间的时间间隔。类似于GSense,免费赠品15)定期使用信标消息在无线通信协议来构建cross-technical沟通渠道和编码信息的时间间隔相邻的灯塔。因为信标消息只占一个很小的所有消息的一部分,Beacon-based的吞吐量cross-technology沟通有限,和cross-technology通信性能的改善通过调整所有消息的传输时间间隔。此外,基于“莫尔斯代码”,C-Morse [16)进行cross-technical沟通通过控制相邻数据消息的长度。EMF (17)实现一对多cross-technology通信除以数据的消息发送到多个层在时间和调整每一层的消息发送时间。文献[18]通过实验发现,当无线发送UDP数据包以更高的速度,信号能量检测到无线个域网节点相对强劲,而当UDP数据包发送率较低,相对较弱的信号能量。通过调节UDP消息传输速率,作者使用的强度信号能量传输信息,实现无线网络和无线个域网之间的直接通信。Wizig [19)实现直接cross-technical WiFi和以高速率无线个域网之间的通信通过结合扰动数据包的发送时间、发送功率。不同的调制cross-technical通信使用现有的包,B2W2 [20.)达到cross-technical从蓝牙,无线通信在无线接收机干扰CSI信息终端。Webee [21]和PMC [22)模拟无线个域网信号通过无线网络在物理层,改善无线网络之间的直接通信的吞吐量和无线个域网至少3个数量级,实现无线同步发送端之间的通信和无线个域网和显著提高频谱利用率。

3所示。ADT设计

在异构无线网络环境中共存,如智能家居场景,WiFi和无线个域网部署在同一个空间23,24),和无线通信能力高,导致通信干扰和抑制无线个域网。然而,无线个域网有很多节点,因此节点接近共存技术可以作为继电器实现数据转发或沟通。如图1在这样一个网络共存的情况下,1 TX, 1无线AP, 2无线个域网节点组成一个数据交换网络。


图1
异构无线网络共存和交流。

由于使用不同的网络协议和编码技术,交流信息的一种技术是很难解码通信设备的另一个技术。其次,一些技术使用交流电源低功耗低,和通信信号的传输范围有限,难以被探测到的共存技术,这进一步增加了问题的复杂性。在无线通信、射频芯片调节电磁信号基于发送数据。数据信息x、调制的无线信号可以表示为

其中, 代表了调制信号的振幅(信号能量)(电磁波) 代表了调制信号的相位。通过无线信道传播,接收端收到的信号可以表示为

H无线信道信号的影响系数。考虑噪声和cross-technology干扰共存的环境;接收到的信号可以表示为(其中,我(x)代表的干扰信号x,H是信道系数干扰信号的位置,然后呢n(x是环境噪声叠加x):

当无线通信干扰,干扰信号的能量和正常的通信信号相互叠加如下:

Cross-technical干扰可以确定通过检测接收到的信号强度(RSS)的无线通信。利用这一现象,共存技术实现异构网络感知和传输通信需求通过检测cross-technology干扰的通信特征。

3.1。共存和交流

CTC技术的支持下,TX客户可以用无线AP交换数据,或与无线个域网节点RX2 RX3;当WiFi导致干扰节点RX2 RX3可以用作继电器与RX2交换数据。如果TX端有数据传输需求,它可以发送数据包RX1, RX2, RX3。正如我们所知,为了降低功耗,无线设备将定期睡眠和醒来,只有唤醒期间可以数据传输完成。当TX端数据传输请求RX1, RX2, RX3,它将检测接收端是否叫醒。如果是唤醒时期,它将传输数据。如果是在睡眠期间,它会等待,直到它醒来并发送数据。如果TX端发送一个数据包到无线AP的休眠但与此同时,还有其他接收节点唤醒时期但不能传输数据,数据包仍将处于等待状态,直到相应的设备醒来完成数据包的传输。这将导致数据传输延迟、通道拥堵在当地的设备,和不平衡通道利用率(25- - - - - -27]。

3.2。包的定义

我们设计实现方法,我们定义了一些这方面的信息在我们想要发送的数据包28- - - - - -30.),如图2,有四个数据包的信息,包括信标,数字,数据和旗帜。灯塔是当前设备是否随着时间;在传输数据之前,接收端检测到工作状态。当接收端后时期,它设置为“灯塔Y”。否则,接收端在睡眠期间,虽然是“灯塔N”。Num代表当前目标接收方号码。数据代表了数据传输。我们设置了标志指示数据传输状态;当这个数据成功发送,国旗被设置为“1”。如果数据包的接收端仍在睡眠期间,标志被设置为0,这表明我们需要等待。


图2
ADT的方法。
3.3。ADT的方法

基于上述问题,我们提出了一个异步无线网络数据传输方法。在共存场景如图1TX节点作为数据发送终端,和RX1 RX2, RX3作为数据接收终端。与上述方法不同,有n包,和当前数据包的顺序 。当TX节点发送这些数据包,它不断接收端检测到工作状态。根据数据包的顺序,如果n1数据包的目的地国家是清醒状态,然后把它;如果是睡眠状态时,它将被放置在监控状态。同时,继续检测目标接收机n2包;如果唤醒,把它,等等。当目的地接收的数据包被搁置后时期之前,应当及时发送数据包,或目标接收方仍在睡眠状态。但其他接收器处于后并没有接受任务。CTC技术可以用来进行cross-technology转发,直到所有数据包被发送。采用这种方法,接收端后时间可以接收或转发数据包,而接收端潜伏期可以发送和接收数据包的时间醒来后,或转发数据包通过CTC技术,这不仅可以解决封包延迟,而且平衡的通道,使合理使用它,如图2。

4所示。实施和评价

可以看出ADT的方法有两个方面需要考虑当我们想实现异步数据传输。一方面,我们需要的状态信息的接收方确认是否叫醒时间。另一方面,我们需要调整数据包的传输顺序根据接收端的状态,以确保每个包可以发送。该算法如下。

4.1。算法

评估我们的方法的有效性,我们比较它与传统方法(交易)和估计各自使用一个计算机仿真算法运行时间1)。

输入:
输出:
为我= 1,n
∀我∈n数据显示,包 发送请求,接收数据包被发送到目的地,得到接收机的状态。共存的环境。
它不能收到在睡眠状态,可以收到唤醒状态。
当接收者睡着了,它需要寻找其他附近的接收器。
附近有一个可用的接收机,传送数据包x我不需要接收反馈,继续传输XJ直到接收器输入下一个睡眠周期。
附近没有接收器,包x我转移到等待队列,继续发送下一个包吗 和包x我传播时,接收器将进入唤醒。
直到所有数据包发送成功。
结束
算法1
异步传输算法。
4.2。模拟

假设接收终端定期睡觉和醒来每隔100毫秒,只接收数据处于唤醒状态。接收终端RX1 RX2, RX3都开始从一个随机的周期性睡眠和醒来的时刻。发送端准备在一个随机的时间发送数据包t。每个数据包的发送时间最长为4。数据包序列是随机生成的,对应于接收终端。

交易方法,在当前的发送方发送时间结束在接收机端唤醒时期(间隔)工作,接待可以成功;否则,等到收到后时期。只有在前面的包已经发送第二包可以发送,发送等等,直到最后。

在ADT方法中,发送终端发送时间t、监测接收机的工作状态是“灯塔Y”,接收终端后时期(工作时间);那么它可以接收。如果接收端接收成功,会有反馈,国旗是第一,表明数据包发送成功。包传输的数据进行顺序。首先,发送数据包1。如果在工作区域对应的接收端,传输成功。否则,检测,其他接收器在工作区间和闲置,它可能通过其他传输数据接收器在CTC技术的支持。如果不是在工作区间或不可用,它被放在等待序列和重新排队;与此同时,发送数据包2。如果数据包2是在工作区域,相应的接收终端传输成功; otherwise, it will still reenter the end of the queue and proceed in sequence until all data packets are sent.

4.3。评价

我们计算的总运行时间发送数据包时每次从0数据包的数量逐渐增加,50岁,100年,等,到1000年的两种情况;结果如图3和4。


图3
数据传输消耗时间。

图4
数据传输信道的利用率。

从这些数据可以看到,当数据包的数量很小,数据传输所花费的时间是不明显的。当数据包的数量增加时,所消耗的时间交易方法是3倍以上由ADT使用。这个结果也表明,ADT方法能有效提高系统吞吐量和减少消费时间,从而实现平衡通道和节约能耗的目的。

5。结论

在本文中,我们审查的方法数据通信和传输的共存下异构无线网络并提出基于CTC的异步数据传输方法技术。我们描述了该方法的设计思想和应用场景的细节;数据传输时间是估计一个计算机程序,与传统方法相比。结果表明,ADT方法可以有效平衡通道,减少传输时间。然而,这仅仅是一些我们正在做的工作。在未来,如何减少能源消耗,同时减少时间消耗是我们所面临的挑战。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是支持部分由中国国家自然科学基金(批准号下的国家自然科学基金委)61872434和中国国家重点科研项目批准号mj - 2018 s - 33所示。