一项调查在无线传感器网络的频谱利用率

文摘

近年来,工业、科学、医疗(ISM)乐队与无证集中共享无线通讯应用,如无线传感器网络(网络)。的流行的传感器设备和增加安装无线传感器节点,交叉技术干扰(CTI)已成为一个相当大的实际问题。因为CTI,无线设备遭受重大通信难题。此外,ISM波段,为主要传播媒介的基础,应该在一个有效的合理利用和有效的方式。广泛的方法提出了探索频谱利用率的基础上。但是,没有这样的一个系统地组织这些作品。在本文中,我们提出一个全面的调查在网络的频谱利用率。为了实现这一目标,我们首先说明网络的背景和频谱利用率。我们关注CTI然后指出。后来我们展示高效的频谱利用率的重要性。 Eventually, through classification and summary of recent related works, we provide an essential structure of research in titled field and detailed intellectual merits of published works. Our survey covers more than 80 studies in the scope of spectrum utilization in WSN.

1。介绍

工业、科学和医疗(ISM)无线电波段光谱波段保留全球频谱资源的使用提供给授权工业、科学和医疗设备。这些设备的例子有微波炉和医疗透热机器。最近,ISM波段与无照集约共享无线通讯网络等。

提出了广泛的传感器网络应用程序利用ISM频段的频谱共享。这些应用程序包括医疗监测、环境遥感、森林火灾探测、自然灾害预防、战场监视。提高这些应用程序的性能,大量的研究已经完成探索网络协议设计、无线连接属性,频谱利用率和能量平衡。

州ISM频段的共享情况,图1显示了wi - fi的信道分配(基于IEEE 802.11)和无线个域网内部(基于IEEE 802.15.4)提供服务在2.4 GHz的ISM波段。我们很容易注意到通道的无线通讯都在同一光谱重叠的频率。然而,强大的无线电的排放许可主义可能导致光谱干扰和干扰无线通信设备在同一个乐队。更重要的是,由于繁荣的传感器设备的流行和广泛安装无线传感器节点,共享ISM乐队变得越来越拥挤。各种未经授权的无线设备可以创造可观的交叉技术干扰(CTI)在自己位于空间区域;一个例子是显示在图2。因为CTI的无线传感器设备遭受重大的争论和冲突,这不利的通信性能,介绍冗余能源消耗和频谱利用率(1,2]。解决这些问题,充分利用传统媒体访问控制(MAC)因为各种无线设备具有不同的物理层次,也不允许它们之间通信。鉴于目前考虑大量和无线网络的规模,它是几乎没有有效的修改现有的网络基础设施。因此,为了实现不同无线设备之间的友好共处,研究人员已经提出了几种先进的机制如交叉技术传感、光谱干扰避免,和多输入多输出(MIMO)为基础的解决方案。在本文中,我们提出一个全面的调查在传感器网络的频谱利用率。通过分类和总结近期的相关工作,我们提供了一个名为领域的基本结构的研究和发表作品的详细知识的优点。为了便于通过我们的调查,主要分类和内容展示在表1。

剩下的纸是组织如下:介绍了相关研究的基础部分2;工作提出了结合技术讨论了部分3;最后,我们总结我们的调查4。

2。无线传感器网络

无线传感器网络(WSN)是一个抽象的表现分配地空间无线传感器,其安装监控(i)环境和物理因素,如温度、湿度、声音,和光度,(2)个人条件下,如血压、脉搏、呼吸速率,或(3)社会事件,如交通时间敏感的方式与人类行为。除此之外,传感器能合作将其收集的数据通过无线网络传输给一个总理点,可以各种各样的信息运营商和执行者。当前现代网络是双向的,这意味着传感器也可以控制活动。根据不同类型的监测目标和传感器节点,传感器网络应用程序可以分为几类,如栖息地观察(3- - - - - -5],军事侦察[6)、道路网络监控(7)、医疗监督(8,9),房子安全哨兵(10,11),而无线局域网性能监控(12]。

越来越广泛的无线传感器节点的位置,许多辅助应用程序也被开发提供用户更好的管理的基础。例如,考虑到广泛的大规模部署的无线传感器节点,论文(13- - - - - -18]目前对无线传感器节点进行定位的方法。此外,由于数据的准确性是至关重要的网络性能,(19)提出了一种新颖的方法来识别与故障节点阅读。另一方面,存在大量的作品,促进提高性能的传感器网络应用程序。的情况下,捕获和回放传感事件,20.,21)提供系统,提高重复性实验测试的基础。为了一个共同的时间戳记录的无线传感器节点,(22)实现按需同步方法来实现有效的时间和可配置的同步性能。摘要(23)也提出了一个新颖的传感器网络时间同步的方法,利用信标广播的wi - fi APs同步无线个域网节点。实现目标跟踪某些WSN应用程序(如战场监视,(24,25提供实时的设计和分析,能及时识别和分类的目标。摘要(26发展一个中间件,这有助于加快邻居发现许多现有的邻居发现计划的基础上。

然而,巨大的和强烈的无线通信有时会很快饿死频谱资源和保留在传感器节点能量有限,可能会导致严重的光谱干扰,引入了不必要的冗余传输。因此,为了实现有效的提高无线通信频谱利用率在传感器网络应用中,研究人员试图追求这一目标从三个主要方向:(i)高效的网络协议设计中描述的部分2。1,(ii)深入探索无线连接属性中演示部分2。2,(iii)平衡能源发展基础上指出的部分2。3。

2.1。高效的网络协议设计更好的频谱利用率

高效、可靠的网络协议设计可以大大减少冗余传输或化妆重发,提高频谱利用率。在本节的其余部分,我们将讨论几个先进的网络协议的设计和实现,旨在更好地利用有限的频带资源通过支持有意义的频谱使用情况。

摘要(27]调查广播无线电信号重叠的问题,这将导致大量的冗余,争用和碰撞,然后进一步导致昂贵的广播。李等人第一次演示如何严重的问题是通过理论分析和模拟。减少冗余的重播,微分时间重播,缓解观察问题,作者提出几个方案命名为概率,counter-based,基于距离的定位和基于集群的方案。仿真结果表明,用更少的重播和减轻干扰,系统可以实现更高效的广播和更好的频谱利用率。作为广播相同的减重发,28)探讨了多点中继机制有效地开展洪水无线网络的广播数据包。多点传送技术,限制中继发射机的数量相对较小的子集的邻居,而不是传统的邻居洪水方案。这种技术提供了一个充分的解决方案来减少广播消息的洪水在无线通信;交货与此同时,它可以达到相同的目的感兴趣的信息,网络中的每个节点保证成功率。

恢复损坏的可靠和高效的传输数据包,(29日)提出了一种基于集群的转发(CBF)方法,它被实现为一个增强层,可以列入现有的路由协议。在CBF,传感器节点将形成一个集群,这样任何节点单范围内可以转发任务。该体系结构通过传输来实现更好的频谱利用率降低。摘要(30.]介绍了动态开关基于转发(DSF)的概念,旨在实现预期的数据交货率和可容忍的通信延迟。DSF是专门为无线网络开发的系统,可能会遇到不可靠的通信链路,需要预定的交通安排。作者还指出,DSF可以显著降低端到端延迟通过投机取巧的循环,使更有效的利用频谱资源。

2.2。探讨高效的频谱利用率的无线连接属性

无线传感器网络的链接通常认为是众多,不可靠,变化无常的流量。因此,如何测量,调查,并利用无线连接属性相当大的挑战是实现高效无线通信在共享ISM乐队。一些更早的研究(31日- - - - - -33)提出了量化和基于度量的方法探索无线连接属性不同的时间范围。

摘要(31日)提出了一种统计方法来衡量时间属性的低功率无线链接的上下文建模在多次反射路由。作者提到,相关研究分析低功率无线链接的属性在实际设置。大量的实验结果表明,实证研究了属性之间存在显著差异,常用的仿真模型。然而,大多数的工作没有深入探讨颞无线通信的性质。因此,作者旨在调查统计时间属性的低功率无线链接通过研究一些短暂的现象中发现低功率无线通讯等滞后相关的反向链接和连续不变的路径链接。考虑结合调查这些现象,研究遗留的端到端路由协议的设计,两个新的路由算法开发考虑相关的连续多次反射通信链接和生成概率水平的转发路径。

解决传感器网络应用程序的预期性能之间的差异和实际的网络协议的性能,(32)提出了一种度量称为联系能力在较长时间,这是无线连接。林等人也把能力与现有的瞬态评估方法在路由算法的设计。提高无线网络的性能,作者进一步发展路线框架基于反馈控制的解决方案在一个分布式的方式。而不是调查长期无线连接属性,33提出了一种度量,测量短时间内无线连接属性:burstiness。通过无线个域网实验台,作者发现中介丛发性无线链接,这意味着他们的交付质量波动之间的差和良好。作者还指出,burstiness影响协议性能和链接可以预测的影响。的调查允许研究人员找出多久一个协议应该暂停会议包丢失后降低其传播成本。通过使用作为参考来设置一个常数在正常的传感器网络数据采集协议,网络可以大大减少他们的平均传输成本。

与广泛的研究已经做了探索无线连接,目前研究人员命名三个相当大的无线连接的属性的基础。在以下段落中,我们将讨论这些有不良影响的无线连接属性的不规则,不对称,相关。

无线连接不均匀性。无线连接在WSN不规则性是一种常见的和重要的现象。它导致不规则广播范围和包丢失在不同方向的变化。一个简化的例子如图3;鉴于黄色恒星总理发送方,我们可以很容易发现收音机的发送者并不是一个完美的圆。尽管所有的接收器(标记为黑色矩形)在同一半径,仍有一些接收器不能接收来自发送方的光谱框架由于无线链接不规则。无线连接不均匀性对协议性能的影响可以通过运行的系统研究。然而,一些研究者已经研究这个方向,因为两个原因:与传感器网络性能评估的巨大成本保持扩大和穷人重复性电台演出的结果由于不受控制的环境中。因此,基于仿真技术被视为有效的方法来评估网络协议的性能。

摘要(35)验证广播的存在违规使用经验数据是从Mica2 [36)平台。结果表明,无线连接的模式大多是随机的。然而,它展示无线连接的三个主要特性:nonisotropic,连续变异和异质性。Nonisotropic意味着无线电信号从发射机各方向不同的路径损耗。连续变化的事实表明,路径损耗在不断变化和日益变化的传递方向从发射机。最终,异质性表示硬件校准和电池状态的差异会导致不同的信号发送的权力,因此不同的接收信号强度(RSS)。进一步详细的实验数据的基础上,作者开发的广播模型模拟,称为无线电不规则模型(RIM)。RIM认为nonisotropic无线电传播的属性和各种物理特性的传感器设备。通过利用边缘,无线电不规则的影响在一些现有知名MAC和路由协议进行了分析。评价结果表明,广播不规则,路由协议产生重大影响但对MAC协议的影响相对较小。 Eventually, six solutions are proposed to deal with radio irregularity. Hwang et al. [37)还提到,尽管遗产圆形传感模型被广泛用于估计传感器网络应用程序的性能在现有的分析和模拟,这种模型不能提供真正的性能的应用程序由于复杂环境和无线连接的属性不足引起的不规则硬件校准。因此,作者开发两个互补的原位传感区域建模(SAM)技术,P-SAM V-SAM,可应用于实际的设置。P-SAM旨在为传感器节点提供精确的感应区域模型使用控制或监控事件,虽然V-SAM提出制定连续感知相似性模型在一个环境中使用自然事件。通过这两个模型,作者进行调查,无线连接不均匀性的影响关注传感器网络应用程序的性能。无线连接系统建模的不规则性,我们可以更好地描述无线连接,从而提供高效利用频谱共享的机会。

无线连接不对称。无线连接无线链接不规则不对称是一个相当大的结果。由于各种信号损失在不同方向的传感器节点,可能是高度发射机能够成功将数据包发送到接收机但不是亦然。换句话说,无线链路不对称性是无线连接的不规则性体现在更高的层(38]。协议的性能使用path-reversal技术建立端到端通信严重限制了无线链路不对称。

探讨无线链路不对称,39,40)进行大量实验分组交付性能广泛应用传感器平台:Micaz [86年和目的41]。通过实证研究,Srinivasan等人得到两个观察:(i)虽然有很多的不对称链接,链接是很少不对称在长时间和(2)这些长期不对称链接是由于噪音水平差异和RSSI不对称。通过这两个观察,作者状态,节点可以利用噪声级和RSSI信息不对称选择邻居和削减邻居表来实现高效的路由。作者还指出,识别无线连接不对称作为网络的一个关键特征,可以帮助研究人员了解协议可能在网络工作,它可以给洞察为什么有些不同在不同的网络协议工作。最后,作者建议的当前实践的一些方法可以很容易地改变,将极大地提高效率,性能和传感器网络的生命周期。

无线连接的相关性。在洪水算法发展的早期研究中,研究者已经提出了很多有效的和可靠的设计来实现通信网络的效率。然而,独立的联系,设计洪水算法的前提下,进一步限制性能增强。原因是设计的前提要求发送方接收来自每个接收机的昂贵的确认(ack),而这些ack介绍重大开销。实现可靠的洪水,42)首先利用链接相关性减少大量的ack通过集体ack的概念。集体ack允许发送方确保传输接收器的成功基于其他邻居的ack接收器利用它们之间的链接关系。具体来说,作者使用条件包接收概率(CPRP)量化相关链接。CPRP是一个节点的概率成功接收数据包,鉴于条件是邻国也收到同样的包。为了更好地表示集体ack的机制,一个简单的例子如图4。作者使用之间的CPRP表示和。我们假设%,这意味着如果收到一个数据包从,也会收到包。在传统的洪水协议,发送方作为接收器的包招待会独立。实现可靠性的广播,需要保持传输的兴趣从两包,直到它收到ack和。由于低质量的链接回(15%),可能进行许多冗余重发。然而,集体ack允许节点停止传输之前的年代收到洪水包与一个较小的比预期的。例如,如果在第一个传输和接收数据包重播,节点可以立即终止重传基于的假设%。因此,在这种情况下,数字传输的节点可以减少到一个。我们可以很容易发现,利用相关的联系,集体ack可以提高可靠的洪水协议的效率。

也有许多其他作品(34,43- - - - - -46],它利用链接相关性的发现提高频谱利用率。在[43),作者提出一个指标,,它捕获连接关联。可用于描述网络的类型,目前礼物,帮助客户选择特定的网络协议。通过合理选择网络协议,无线通信的性能改善。摘要(44]表明,频谱利用率可以提高通过考虑链接相关性。具体地说,郭等人第一次实验确认链接的存在相关性和统计证明广播的频谱使用情况可以大大增强,同时相关性较高的节点接收数据包。创新型洪水方案叫做相关洪水发达,然后与高度相关节点分组,然后分配给一个常见的发送者。分组接收器的招待会的广播数据包只承认一个ACK。这种独特的功能有效地减轻了ACK内爆问题,节省频谱占领数据包和ACK。

此外,现有研究假设空间链接相关性的存在使得测量通道状态一度可重用在很长一段时间。然而,通过深入的经验数据,34)展示了一个有趣的现象称为短暂的链接的相关性,这意味着一些链接相关性是稳定在很短的时间内持续时间而大大降低。利用短暂的链接相关性,作者设计和实现一个实时传输调度系统命名演讲中在铁路货物交付平台。演讲中可以智能地安排水槽节点依赖于未来的无线传输通道状态衡量水槽节点提前放置在同一辆火车。高效的无线传输调度策略,显著提高频谱利用率。除此之外,(45)发展CorLayer,MAC层解决方案基于链接的相关性实现高效、可靠的广播。通过应用一个三角形黑名单的原则,Corlayer只使用单邻居信息来排除不相关的链接。注册的CorLayer,广播算法会自动制定集群链接相关性较高,这意味着广播公司需要更少的传输,以确保数据包被传递给所有的接收器。提高频谱利用率,因为显著减少冗余传输可靠的广播。提到的所有测量在链路层链接相关工作;相关性是完全由接待成功与失败模式的相似性之间的链接。更好的获取链接的相关性,46)提出了一个框架,它利用信号干扰加噪声比(SINR) PHY层信息准确地捕捉和模型链接相关性。与传统指标如RSSI和链路质量指标(LQI),提出SINR模型可以捕捉链接相关性,使更好的利用这一现象协议躺在上面。

2.3。平衡能源消耗和频谱利用率

目前,现代网络系统遭受三个相当大的限制,频谱带宽,保存能量,和数据吞吐量。这些约束限制无线通信的整体性能,因此阻碍传感器网络应用程序的设计目的。保持高的传感器节点的工作周期肯定会提高频谱利用率。然而,频繁的从睡眠模式中醒来可以快速排气能量存储在传感器节点和饿死的渠道有限的频谱资源。与此同时,这种光谱利用率是否有意义共享ISM波段仍然需要深入探讨。很多研究已经完成平衡能源消耗和频谱利用率,我们会讨论这些作品在以下段落。

有限的能量储存一直是传感器网络应用的瓶颈。摘要(47]介绍了设计和实现整个集成的协议和应用程序模块节能监测、协作传感器节点可以探测和跟踪的位置移动车辆的节能方式。摘要(48)发展一个轻量级算法的自适应传输功率控制(ATPC)为基础。ATPC的所有单个传感器节点的邻居模型构造表示链路质量和传动功率之间的关系。该模型,作者利用一个基于反馈的传输功率控制算法,积极控制个人链接质量而达到节能与一个定制的能力。摘要(49)还认为,一生最大化是最重要的目的之一基于传感器网络的监控应用程序的发展。曹等人提出的战略节点周期性调度,确保bounded-delay传感报道同时延长WSN应用程序的一生。他们的责任周期调度保证每个目标点监测地理区域内监督一些有界检测延迟。然后优化设计对一些常见事件检测。除此之外,该系统使可调传感器节点能耗和事件检测延迟之间的权衡,同时保持保证传感覆盖每一个点。摘要(50)指出,它变得很难设计一个最优协议,解决的挑战,能源约束,可以适应动态网络拓扑和网络不可预测的交通模式。因此,自适应应用独立数据聚合(AIDA)提出了实现数据聚合在一个时间敏感的方式。设计封装数据决定聚合成一个框架添加了数据链路层和网络层。没有任何修改目前现有的MAC和网络层协议,AIDA利用无线通信的广播性质和排队延迟将网络单元组装成一个聚合。通过使用一种新颖的自适应反馈方案,AIDA时间表交付这个聚合到MAC层为未来的传播。

能量采集技术的发展,实现可持续的传感器网络(SSN)来支持长期监测应用程序转向是可行的。传感器网络为基础的电池相比,SSN的目标是有效地利用环境能量。节能成为传感器网络可以收获足够的能量时不从外部环境节能设备在存储和通常leakage-prone总是有限的。而不是推动能源能力的限制,研究人员针对energy-synchronized设计能源供应和需求的平衡。因此,节能能源充足的时期实际上是浪费的性能会有所降低,适得其反。换句话说,在SSN,无线通信应用程序应该使用尽可能多的能量,同时保持他们的可持续发展。完成这个设计目标,一种创造性方法的时候叫能量同步通信(ESC) [51]提出了动态同步节点活动和可用的能量存储,以提高频谱利用率在全球传感器范围。利用楼梯在能量同步延迟的影响,ESC也能够减少在每个节点通信延迟一致的时间和被实现为一个分布式中间件之间的数据链路层和网络层。此外,构建分布式能源存储,可以有效地最大化传感器网络系统的生命周期,(52)提出了一种技术,eShare,进行嵌入式传感器设备之间的能源共享。eShare提供储能和路由设备的硬件设计,相关能源获取、网络协议。与能源共享、效率显著提高能源存储设备和个人能源存储设备的早期损耗的问题是可以避免的。通过延长了网络的生命周期,极大地提高了频谱利用率在共享的ISM波段。

3所示。结合技术

这是一个好地开发网络应用程序的性能可以大大影响交叉技术设备工作在相同的频带(61年,62年,87年]。因此,实现友好共存与各种物理设备层共享ISM波段,研究人员提出了许多作品,旨在减轻CTI。在本节中,我们将首先提出一个创新的概念交叉技术传感节3.1说明已经发表的作品,利用这个概念。然后一个广泛使用的机制,光谱干涉规避,提高频谱利用率,将节中讨论3.2。与此同时,我们将提供应用程序的详细描述,应用这种机制。最终,节3.3我们将展示另一个技术叫多输入多输出(MIMO),它利用多路径传播减轻CTI和提高频谱利用率。

3.1。交叉技术传感

一些作品探索交叉技术传感的概念。这一概念的核心理念是,无线设备之间的通信,它有各种各样的物理布局和工作在不同的标准(例如,IEEE 802.11、IEEE 802.15.1内部和IEEE 802.15.4)提供服务,可以通过能量包传感(53,54),接收信号强度(RSS)测量(55- - - - - -57),和CTI识别(58- - - - - -60]。

摘要(53)指出,即使设备从根本上不同的物理层次,他们仍然可以通过能量包感应相互通信。一种新的框架命名Esense设计感和解释能量模式。通过测量实际部署的无线交通痕迹,黄等人设计一组字母,它包含一系列的签名包大小,可以后进行Esense。收获能源的分析资料,Esense使无线网络和无线个域网设备之间的通信。摘要(54)还希望利用能量感知的能力来协调异构设备无需修改PHY层调制方案或频谱宽度。为了实现这一设计目标,作者GSense,遗留包加一个定制的序言中包含多个能量脉冲。序言利用信号脉冲之间的平静期转达坐标信息,可以检测到邻近的节点,即使他们有不兼容的PHY层。

为了更好的促进wi - fi接入点(AP)选择和移动定位,系统调用WiBee(55)提出了创建实时无线电台地图使用无线个域网传感器节点。克服的挑战传输碰撞和捕获高频框架和时间同步失败,作者开发gateway-assisted方法估计wi - fi RSS值在每个无线个域网传感器节点。RSS映射值与一个特定的无线AP在实际环境中,WiBee搜索无线个域网的模式RSS样本为目标无线AP签名模式。进一步表现出的实证研究构建一个无线地图对于室内环境,(56)构建一个与光谱实验装置传感器,如USRP2 [63年),经88年TelosB],传感器(41]。考虑的严峻挑战复杂的室内场景的属性在干扰和传播方面,实时测量方法动态环境属性进一步提供。

为了实现无线电频谱地图生成的目的,前两次技术利用non-Wi-Fi传感器节点测量RSS wi - fi美联社的价值。它也是可行的逆转的方式进行测量。摘要(57)发展Airshark实时系统,序non-Wi-Fi设备只有通常使用的无线网卡。区分non-Wi-Fi设备实例(如无线个域网,模拟无绳电话、蓝牙、Xbox,和微波炉),Airshark只利用商品wi - fi功能的硬件收集有限的信号信息(光谱样本)。因为偶尔失踪的光谱样本,采用了一种轻量级的识别机制改善提出了系统的鲁棒性。

协助无线AP的发现当wi - fi客户离开当前的网络覆盖,现有解决方案需要显著改变网络的基础设施或极大地依赖于上下文信息获取是不划算的。为了解决这些问题,(58]礼物ZiFi的存在,利用无线个域网无线电检测通过独特的干涉图样由wi - fi无线网络信标。CTI的帮助下造成这种共存,ZiFi使无线个域网节点检测生成的CTI签名wi - fi信号。因此,移动设备可以使用无线个域网射频检测无线AP的存在在一个纯粹的接受方式,更短的延迟和减少开销。摘要(59]礼物声波CTI识别系统,使资源有限的传感器节点检测的干扰来源接触和选择适当的缓解策略。声波装备一个分类(决策树)方法,认为损坏无线个域网包,而不是使用昂贵的连续光谱采样。

3.2。光谱干扰避免

一个广泛应用的机制来处理CTI光谱干扰避免。广泛依赖这种机制已经开发应用程序,使CTI减少MAC,白色的空间利用,光谱带管理。我们将展示这三个方法和相关研究在以下段落。

媒体访问控制。直观的方式,以避免干扰是MAC。然而,CTI提高因为异构设备的物理层和权力不对称状态。交叉技术设备无法识别对方,这意味着一种无线设备将不会停止传输,即使另一种类型的设备占用共享频谱。因此,执行MAC在交叉技术情况下,无线设备需要解决的物理限制,以便识别在不同设备可以实现。一些作品提供了方法如基于CSMA的设计(64年)和多线程机制(65年]。

使WPAN设备更可见对于WLAN设备或用户,(64年)提出了一种增强的基于CSMA的方法称为合作载波信号(CCS)。CCS技术利用无线个域网节点之间的合作协调与wi - fi的共存。CCS技术,使用一个额外的无线个域网节点广播载波信号(称为忙音)同时值班无线个域网的节点。因此wi - fi无线个域网的意识,通过增加无线个域网之间的干扰和wi - fi是减轻。

与实验结果对称不对称区域的干扰,(65年]礼物BuzzBuzz,一个MAC层的解决方案,使无线个域网节点与无线网络共存。BuzzBuzz包括两种机制,即multiheaders (MH)和前向纠错(FEC)来解决由于wi - fi干扰包丢失的问题。确保生存ZiBbee节点,暴露在wi - fi的存在干扰,MH采用冗余头ZiBee节点提供更多的机会来识别收到的帧。此外,结合选举委员会,纠正一些错误的无线个域网数据包,数据包重发的数量大大减少,从而提高了包交货率。也通过实验分析外部干扰的影响,在最先进的网络MAC协议,(66年)发现两种机制,包括使用多个握手尝试加上包火车和合适的拥堵补偿方案,以更好地容忍干扰。作者还遗留X-MAC内嵌入这些机制实现和证明他们显著提高数据包交付率,同时保持能源消耗在一个可接受的水平。

基于交叉技术设备之间相互识别的前提下,(67年)提出了两种共存机制称为重叠规避方案,这依赖于交通调度技术,减少干扰各种无线应用程序之间共享的ISM波段操作。第一个方案是应用在无线端减轻碰撞可能引起的BT流量,和第二个机制是使用BT点来减轻干扰其他BT链接。除了集中控制器的使用,两个方案中实现任意协作模式。次要的修改在IEEE 802.11标准和英国电信规范,提出机制能够减少配置之间的干扰和noncollocated BT和wi - fi设备。

白色的空间利用。几位工作68年- - - - - -70年)已经证实这一事实wi - fi频道不是不断地忙碌在wi - fi设备的激活。一个典型的痕迹通道使用wi - fi如图5。我们很容易注意到wi - fi交通高度丛发性而留下丰富的IEEE 802.11帧之间的空白。利用未使用的空白一定能够协助共存的未经授权的无线设备的ISM波段,提高ISM频带利用率。然而,它非常依赖现有的共存机制不足如CSMA利用空白。有两个主要原因。首先,无线发射器不能识别无线个域网框架,从而不会停止他们的差事,即使存在持续的无线个域网传输。其次,即使上述问题得到解决(例如,通过采用能源clear channel评估(CCA) [71年,72年]),还有一个无线个域网的大面积发射器可以感知无线发射器但不是亦然因为wi - fi的传输能量远高于无线个域网的力量。

应对这两个挑战,73年)提出了一种新颖的方法,使无线个域网链接达到保证性能在沉重的wi - fi设备的干扰。首先,基于统计分析的实际网络痕迹,作者提出一个帕累托模型来准确描述交通wi - fi的空白。之后,通过建模性能的无线个域网链接无线干扰的存在,一个新的无线个域网帧控制协议明智的开发实现所需的吞吐量和交货率之间链接的取舍。基于帕累托提出的模型中,智慧可以预测白色空间的大小的wi - fi交通和任意改变链路吞吐量最大化无线个域网帧的大小而获得所需的包交货率。

除此之外,通过探索CCA机制,74年开发一个管理框架,WiCop,可以有效地控制无线传输之间的时间空白。具体来说,WiCop雇佣了一个假的wi - fi preamble-header广播到物理层静音期间其他wi - fi陷身体无线区域网络(WBAN)设备的活动区间。与此同时,WiCop利用直接序列扩频(DSSS)调零策略重复wi - fi物理层序言沉默其他wi - fi陷在WBAN设备活动间隔的持续时间。应用这两种方法后,可以用于提供wi - fi时间空白低占空比WBAN交通,因此扩大ISM频带利用率。

光谱带管理。早期作品(75年,76年)尽量避免CTI在共享上下文的宽带(ISM)网络传输窄带(例如,wi - fi无线个域网,BT)设备的帧低于噪声水平和限制窄带设备在一个连续的空闲的乐队。然而,这种方法自动牺牲宽带应用程序的工作范围和性能。解决上述缺点,提出了带管理的机制构建交叉技术友好网络通过乐队分裂和乐队聚合(77年- - - - - -79年]。乐队分裂分离广泛共享乐队部分波段,和乐队聚合旨在编织部分波段,然后分配结合部分波段无线设备为特定的使用要求。

在[77年),一个无线架构分频命名虚拟双提出了进行任意部门光谱带。虚拟双频谱资源分为两部分波段,分配给相应的下载和上传流量,分别。通过分离上传和下载流量在链路层上,频谱资源在同等或加权的方式可分为任意可调带宽分配给每个通道,以确保一个独立频谱资源共享。分离上传和下载链接增加频谱效率降低不对称竞争并提供光谱交通可伸缩性和健壮性。

实现友好共处环境和未受损伤的频带利用率,(78年]分离实现了宽带干扰友好技术(斯威夫特)确保共存窄带设备在ISM乐队。当窄带设备声称乐队使用或离开网络完成他们的任务后,迅速将建立高通量无线链路聚合的非连续空置的频带。由于更少的CTI和高吞吐量的无线连接,ISM乐队更好的利用。

此外,(79年)指出,目前802.11物理层设计不是发达cosurvival不同宽度的通道。重叠窄带通道交通可能会阻止整个宽带通道,导致严重的频谱利用率和效率低下甚至饿死在宽带无线局域网。鉴于这些考虑,张等人提出自适应副载波调零(ASN)。ASN是建立在802.11正交频分多路传输物理层但使无线电探测、传输和解码数据包通过频谱碎片或部分波段。ASN伺机将信道划分为部分波段,分离繁忙的部分波段,骨料清晰的部分波段,并使用聚合带传送数据包。通过更好的利用空闲部分波段,无线通信实现高效的频谱使用。

3.3。基于分布式天线技术

米姆,一个新兴的技术在无线通信中,利用多个天线发射机和接收机双方提高频谱利用率(80年,81年]。相比之下,对于单输入和输出)如图6,可以使用多个天线进行智能天线技术(82年],它传播若干天线之间的传动功率,要么收获一个分集增益,提高了链路可靠性(衰落)或获得阵列增益,大大提高了频谱效率。通过利用多路径传播,那增加的能力谱链接。作为重要组成部分等标准IEEE 802.11,长期演进(LTE)和4 G, MIMO目前已经广泛的应用于无线通信行业。正在讨论在先进技术细节之前,83年探讨了多个天线多播的能力限制。假设天线或用户的数量增加到正无穷,金达尔等人理论模型多播信道的容量和预期交付率。作者还探讨最佳子集之间的权衡用户和传输速率的大小。在本节的其余部分,我们将演示几个高级MIMO的基础应用,旨在提高频谱利用率存在严重的CTI问题[84年,85年]。

最近的研究状态,wi - fi干扰一直是一个严重的问题对于低功耗无线传感网络应用程序(如。ISM波段越来越挤满了各种技术,因此许多802.11 APs可能不会找到一个无干扰的通道。处理这类干扰,蒂莫(84年),基于分布式天线的设计、开发,使802.11 n生存环境中充满了大功率干扰交叉技术。不同于已经提出了基于分布式天线的方法,这要求所有并发无线流量是来自相同的技术,TIMO可以利用MIMO解码能力感兴趣的信号在干扰信号造成的属于不同的技术,因此使和谐共处多样化的技术共享同一频段。作者实现的原型TIMO GNURadio-USRP2 [63年),证明TIMO支持802.11 n的通信干扰婴儿监视器、无绳电话、微波炉和完全断开操作沟通的改善这种情况。

此外,(85年)还指出,传统的方法往往改变无线设备的物理层实现共处交叉技术。然而,它不具有成本效益的修改或替换现有的基础设施由于广泛的无线个域网的广泛的一部分节点和不合作的无线网络用户。实现和谐交叉技术共存不改变原系统,(85年]礼物ZIMO,sink-based文中方法实现共存的无线个域网和无线网络同时保持无线个域网数据包感兴趣的信号。ZIMO探索保护的挑战长期存在短期wi - fi无线个域网交通干扰。为了解决这些挑战,ZIMO妥善利用机会wi - fi和无线个域网之间的差异,由此造成了交通和桥梁之间的差距感兴趣的数据和交叉技术的信号。具体来说,ZIMO水槽作为可以恢复干扰无线网络数据包嗅探器。除此之外,提取精确的信道系数wi - fi和无线个域网将加强其他共存技术如提到的蒂莫。

更和谐共处的环境和更高的吞吐量的无线连接由MIMO的基础技术,传感器网络应用程序可以实现更好的性能和更高效的频谱利用率。

4所示。结论

在本调查中,我们将讨论网络的频谱利用率。目前我们首先介绍ISM波段的拥挤情况,传感器网络应用程序主要工作。我们关注交叉技术干扰对无线通信应用程序的性能而著称。我们将演示高效的频谱利用率的WSN的重要性。此外,通过全面的分类和超过80的详细描述现有的工作,我们提供一个基本结构在给定的范围内研究现状。总体而言,本调查(i)说明了作品,探讨三大无线连接属性:不规则、不对称,和相关性;(2)广泛使用的无线网络覆盖研究系统:wi - fi无线个域网,和他们的组合应用程序;和(3)引入了两个广泛使用的高效的频谱利用率的技术基础:光谱干扰避免和再分配。我们想利用这个调查给研究人员总结这些提议的研究见解和内在价值。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

承认

这项工作是支持的NSF资助cns - 1503590。

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