Wireless Communications and Networking Technologies for Smart Grid: Paradigms and Challenges
智能电网被认为是下一代电网，它利用电力和信息的双向流动来创建一个广泛分布的自动化能源输送网络。在这项工作中，我们提出了我们对智能电网的无线通信和网络技术的角度来看。提出了未来智能电网中四种典型场景的无线通信和组网模式，并指出了智能电网中无线通信和组网技术的研究挑战
2011-12-06 cs.NI
Scheduling wireless links in the physical interference model by fractional edge coloring
在物理干扰模型下，研究了无线网状网链路调度问题。我们用一个无向图$G$来表示这样的网络，其中顶点代表网络节点，边代表链路。我们将网络容量定义为$1/χ'^*_\mathrm{phys}(G)$，其中$χ'^*_\mathrm{phys}(G)$是$G$的一个新的边色指标，它修改了$G$的分数色指数的概念。该索引要求$G$的边以某种最佳方式被匹配覆盖。新的指示器做同样的事情，但是另外要求所使用的匹配在物理干扰模型的意义上都是可行的。有时候，$G$的边集被可行匹配的最优覆盖仅仅是边集的一个划分。在这种情况下，指数$χ'^*_\mathrm{phys}(G)$就变成了我们用$χ'_\mathrm{phys}(G)$表示的特殊情况，它是对$G$的著名色指数的类似修改。我们制定的精确计算的$χ'^*_\mathrm{phys}(G)$作为一个线性规划问题，我们解决了广泛收集的随机几何图形用于实例化网络的物理干扰模型。我们发现，根据节点密度（每单位部署区域的节点数），$G$通常是$χ'^*_\mathrm{phys}(G)<χ'_\mathrm{phys}(G)$。这表明，通过简单地定义网络容量，使边缘在分数而不是整数意义上着色，可以增加网络容量。
2019-12-12 cs.NI
Adaptive Power Management for Wireless Base Station in Smart Grid Environment
对全球环境变化的日益关注引发了能源利用方式的革命。在无线产业中，绿色无线通信最近得到越来越多的关注，并有望在降低电力消耗方面发挥重要作用。特别是，促进无线通信的节能与环境保护相关的行动正变得势在必行。为此，我们研究了一种绿色通信系统模型，其中无线基站配备了可再生能源和电网的组合，以最大限度地减少功耗，以及满足用户的需求。更具体地说，我们专注于无线基站的自适应电源管理，以最大限度地减少各种不确定性，包括可再生能源发电，电力价格和无线流量负载下的功耗。我们相信，基于所研究的通信架构的需求侧电源管理解决方案是迈向绿色无线通信的重要一步。
2014-01-28 cs.NI
Joint Optimization of Scheduling and Routing in Multicast Wireless Ad-Hoc Network Using Soft Graph Coloring and Non-linear Cubic Games
在本文中，我们提出了联合路由，网络编码和调度问题的矩阵博弈论模型。首先，路由和网络编码建模使用一种新的方法，压缩拓扑矩阵的基础上，考虑到网络的固有组播增益。采用网络图软着色的方法对调度进行优化。软图着色是通过在无线网络图的不同组件之间切换来设计的，我们称之为图分形，具有适当的使用率。网络组件，表示的图形分形，是一种新的范式，在网络图分割，使网络优化问题的建模，使用矩阵博弈框架。在所提出的游戏，这是一个非线性立方游戏，球员的策略集的链接，路径和网络组件。这个博弈模型的输出是第二和第三个博弈者在均衡时的混合策略向量。第二个参与者的策略向量指定最佳多径路由和网络编码解决方案，而第三个参与者的混合策略向量指示不同网络组件之间的最佳切换速率或最佳软调度方法的成员概率。最佳吞吐量是所提出的非线性立方博弈在平衡时的值。提出的非线性三次博弈通过扩展虚拟博弈法求解。数值和仿真结果证明了所提出的技术的优越性能相比，传统的计划，使用硬图着色。
2018-03-10 cs.NI eess.SP
Optimization of Scheduling in Wireless Ad-Hoc Networks Using Matrix Games
在本文中，我们提出了一种新的应用矩阵博弈论的无线ad-hoc网络中的链路调度优化。通过网络图的软着色实现最优调度。传统的着色方案是基于一个颜色分配给每个区域或等价地每个链接是一个部分拓扑的成员。这些算法的基础上着色是不是最佳的链路时，不以相同的速率激活。软着色，本文介绍，解决了这个问题，并提供任何请求的链路使用率的最佳解决方案。为了定义最优调度的博弈模型，首先确定图的所有可能的组件。组件被定义为可以同时激活而不会受到相互干扰的无线链路的集合。然后，通过在具有适当频率（使用率）的组件之间切换，实现最佳调度。我们称这种调度为软着色，因为在不同的时间段中，任何链路都可以是多个部分拓扑的成员。为了简化这个问题，我们模型之间的关系的链路速率和组件的选择频率的矩阵游戏，提供了一个简单而有用的工具来简化和解决这个问题。提出的博弈论模型是用虚拟博弈方法求解的。仿真结果证明了所提出的技术的效率相比，传统的基于着色的调度
2018-03-10 cs.GT cs.NI eess.SP
Harvest: A Reliable and Energy Efficient Bulk Data Collection Service for Large Scale Wireless Sensor Networks
我们提出了一个批量数据汇集服务，收获，能量受限的无线传感器节点。为了增加空间重用，从而减少延迟，Harvest执行从多个节点到基站的并发、流水线式渗出。为此，它使用的节点的距离-k着色，特别是具有恒定数量的颜色，这产生了TDMA调度，从而节点可以同时通信，由于冲突的低分组丢失。该着色基于不利用位置知识的随机化CSMA方法。给定网络的有界度，每个节点仅等待O个$(1)$时间以在其距离k的邻居中获得唯一的颜色，与传统的确定性分布式距离k的顶点着色形成对比，其中每个节点等待O个$(Δ^{2})$时间以获得颜色。Harvest提供了将内存使用限制为一个小的恒定字节数或随着内存使用的增加而改善延迟的选项;它可以与或不与额外的消息转发可靠性机制一起使用。我们在感性测试平台上使用51个微尘对Harvest的性能进行了实验评估。我们还提供了理论以及基于TOSIM的比较收获与秸秆，现存的数据汇集服务实施的TinyOS平台，使用一个节点一次渗出。对于超过3跳的网络，Harvest与Straw相比至少减少了33%的延迟。
2021-01-27 cs.NI
Grid-based Network Architecture for Distributed Computation in Wireless Sensor Networks
无线传感器网络（WSNs）被用于执行分布式传感在各个领域，如健康，军事，家庭等，在WSNs中，传感器节点之间进行通信，并做分布式计算的传感器值，以确定事件的发生。本文假设传感器节点为无内存计算模型，即传感器节点只有两个寄存器。本文提出了一种最佳的结构，在无线传感器网络的分布式计算，并声称这种结构是最佳的所描述的计算模型。
2013-09-28 cs.NI
Optimizing Local Capacity of Wireless Ad Hoc Networks
在这项工作中，我们评估本地容量的无线Ad Hoc网络与几个介质访问协议，并确定最佳的协议。我们将本地容量定义为随机位于网络中的接收器接收到的平均信息速率。我们分析了网格模式协议，同时发射机定位在一个规则的网格模式，纯ALOHA协议，同时发射机根据均匀泊松分布和排除协议，同时发射机根据排除规则，如节点着色和载波侦听协议进行调度。我们的分析使我们能够推测，本地容量是最佳的同时发射机定位在一个网格模式的基础上等边三角形和我们的研究结果表明，这种最佳的本地容量是最多的两倍，简单的ALOHA协议的本地容量。我们的研究结果还表明，节点着色和载波侦听协议接近最佳的本地容量几乎可以忽略不计的差异。
2011-11-09 cs.NI
Learning-Based Constraint Satisfaction With Sensing Restrictions
在本文中，我们考虑图着色问题，一般约束满足问题，出现在无线资源分配的一个重要子集。我们建设性地建立了完全分散的基于学习的算法的存在，即使在存在很强的感知限制的情况下，也能够找到适当的着色，特别是当存在隐藏终端时遇到的感知不对称类型。我们的主要分析贡献是建立充分条件的感知行为，以确保求解器找到满意的分配概率为1。这些条件的形式是对感应图的连通性要求。这些要求是温和的，我们证明，他们通常在无线分配任务得到满足。我们认为，我们的研究结果是相当实际的重要性，鉴于在无线资源分配问题的通信和传感限制的流行。这里分析的算法类不需要任何无线设备之间的消息传递，我们表明，他们继续表现良好，即使当设备只能进行周围的无线电环境的约束传感。
2013-03-14 cs.NI
Content Caching and Distribution in Smart Grid Enabled Wireless Networks
为了方便多媒体内容的无线传输到移动用户，我们提出了一个内容缓存和分发框架，智能电网使能OFDM网络，每个流行的多媒体文件被编码和分布式存储在多个能量收集使能服务节点（SN），和绿色能源分布式收集SN可以通过智能电网彼此共享。分布式缓存、绿色能源共享和在线能源备份提高了无线多媒体下载过程的可靠性和性能。为了使全网总的上网功耗最小，在保证每个用户都能检索到全部内容的前提下，联合考虑子信道分配、功率分配和节点间功率流等资源分配，设计用户关联方案，由用户关联方案决定哪个SN为哪个用户服务。首先，解析地推导出分配给每个子信道的最优功率和节点间的功率流。然后，用户关联问题从子信道分配问题中解耦，并且所提出的用户关联方案利用了内容下载过程的多播性质。为了决定将哪个子信道分配给哪个节点，首先根据绿色能量产生速率和相关联的业务卸载来确定分配给每个节点的子信道的数量，然后从总的分配的系统频谱中选择对应的子信道。仿真结果表明，使内容、绿色能源和服务节点更接近终端用户可以显著降低上网能耗。
2016-03-17 cs.NI
Joint Routing and STDMA-based Scheduling to Minimize Delays in Grid Wireless Sensor Networks
在这份报告中，我们研究了网格无线传感器网络（WSNs）的延迟优化和能源效率的问题。我们专注于STDMA（空间复用TDMA））调度，其中重复预定义的周期，并且每个节点在特定时隙（由颜色定义）期间具有固定的传输机会。我们假设一个STDMA算法，利用网格拓扑的规律性，也提供了一个空间周期性的着色（“平铺”相同的颜色模式）。在这种情况下，关键的挑战是：1）通过对周期中的时隙进行排序来最小化平均路由延迟; 2）节能。我们的工作遵循两个方向：第一，基线性能进行评估时，没有做任何具体的，颜色是随机排序的STDMA周期。然后，我们提出了一个解决方案，ORCHID，故意构建一个有效的STDMA调度。它分两步进行。在第一步中，ORCHID开始形成一个彩色网格，并根据这些颜色构建一个分层路由。在第二步中，ORCHID通过联合考虑路由和调度来建立颜色排序，以确保任何节点将在单个STDMA周期中到达宿。我们研究这些解决方案的性能，通过模拟和建模。结果显示，与使用延迟作为启发式算法的最短路径路由相比，ORCHID在延迟和能量方面具有出色的性能。我们还提出了适应ORCHID一般网络的SINR干扰模型下。
2014-09-01 cs.NI
An Efficient Transport Protocol for delivery of Multimedia An Efficient Transport Protocol for delivery of Multimedia Content in Wireless Grids
网格计算系统是为了有效地解决复杂的科学和商业问题而设计的，而移动计算是一种传统的分布式系统，具有移动计算能力，采用无线通信方式。媒体和娱乐领域可以通过在游戏应用程序和多媒体数据管理中应用其用法来利用这两种范例。多媒体数据必须以高效和有效的方式存储和检索才能投入使用。本文提出了一种在无线网格中传输多媒体数据的应用层协议，即多媒体网格协议（MMGP）。为了使流式传输更有效，设计了一种称为dWave的新的视频压缩算法，并将其嵌入到所提出的协议中。该协议将在无线网格环境中提供更快、更可靠的访问，并在传输多媒体时提供不可感知的QoS，并解决了具有挑战性的问题，如i）间歇性连接，ii）设备异构性，iii）弱安全性和iv）设备移动性。
2013-08-11 cs.MM cs.NI
Efficient Radio Resource Management for Wireless Cellular Networks with Mobile Edge Computing
移动边缘计算（MEC）作为一种有前途的方法来增强移动设备的计算能力，引起了极大的兴趣。MEC范例中的一个重要问题是计算卸载。在本文中，我们提出了一个集成的框架，用于在无线蜂窝网络中使用移动边缘计算进行计算卸载和干扰管理。在该集成框架中，MEC服务器根据所有用户设备（UE）估计的本地计算开销和MEC服务器自身估计的卸载开销来做出卸载决策。然后，MEC服务器使用图着色来执行PRB分配。然后，卸载决定和PRB分配的结果用于将MEC服务器的计算资源分配给UE。仿真结果表明，该方案与不同的系统参数的有效性。
2017-06-28 cs.NI
Simple Distributed Delta + 1 Coloring in the SINR Model
在无线自组织或传感器网络中，分布式节点着色是一个基本的问题，通过TDMA调度建立有效的通信密切相关。对于具有最大度Delta的网络，Delta + 1着色是分布式设置的最终目标，因为这总是可能的。在这项工作中，我们提出了三角洲+1着色算法的同步和异步设置。所有算法的运行时间都是O（Delta log n）。这在所需颜色的数量或运行时间方面改进了用于SINR模型的先前算法，并且匹配SINR模型中的本地广播的运行时间（其可以被视为下限）。
2015-02-09 cs.DC cs.DS cs.NI
Scheduling wireless links by graph multicoloring in the physical interference model
调度无线链路以使所有传输在接收器处被成功解码并且此外网络容量被最大化的方式同时激活是计算上困难的问题。通常，它是由一系列的时隙，其中每一个链接出现在一个时隙的输出处理。这样的方法可以被解释为图的顶点的着色，使得每个顶点都得到一种颜色。在这里，我们介绍了一种新的方法，可以被视为分配多个颜色给每个顶点，这样，在产生的时间表中，每个链接可能会出现一次以上（虽然所有链接的次数相同）。我们报告了大量的计算实验，在物理干扰模型下，揭示了各种随机生成的网络的实质性收益。
2015-04-07 cs.NI
Edge-computing Enabled Next Generation Wireless Networks: A Novel Approach to Provide Secure Multicast Services
智能电网是近年来电力资源、传输和消耗的最佳管理方式，其中组播服务是最重要的通信服务之一。在智能通信网格中提供组播服务面临着多种挑战，包括不同通信介质的异构性以及对可靠性、安全性和延迟的严格要求。无线技术和PLC连接是该电网中使用的两种最重要的介质，其中PLC连接非常不稳定，这使得难以提供可靠性。在这项研究中，多播数据的地理洪泛的问题已经被考虑。首先，这个问题已被建模为一个优化问题，它是用来作为一个参考模型，在评估所提出的方法。然后，根据智能电网的特点，提出了基于地理信息的MKMB和GCBT组播树生成算法。这两种方法的比较显示了形成基于核心的树与基于源的树相比的优点和缺点。这些方法的评估表明，树的成本和端到端的延迟量相比，基本算法的相对改善。在第二部分中，提供数据传输的安全性和可靠性已被考虑。基于多传输树的思想，提出了混合算法和多传输树算法。在混合算法中，目标是提供更高的安全性和可靠性，而在多算法中，目标是最小化消息传输延迟。在行为评价部分，对这两种算法在不同工况下的性能进行了研究，达到了预期的目标。
2022-02-07 cs.NI
A Hybrid Wired/Wireless Deterministic Network for Smart Grid
随着智能电网、机器人、自动驾驶汽车和工业自动化等时间关键型应用的快速增长，对高可靠性、低延迟和严格限制抖动的需求急剧增加。高精度的时间同步通信，如时间触发以太网（TTE），已经成功地开发了有线网络。然而，部署额外设备和额外布线的高成本限制了这些网络的可扩展性。因此，本文提出了一种基于高速TTE和5G超可靠低延迟通信（URLLC）相结合的混合有线/无线高精度时间同步网络。其主要动机是满足时间关键型应用（如智能电网同步相量通信）的低延迟、低抖动和高可靠性要求。因此，在所提出的混合网络架构中，高速TTE被认为是主总线（即，骨干网），而精确时间协议（PTP）辅助的基于5G-URLLC的无线接入被用作子网络。主要的挑战是实现PTP辅助URLLC和TTE之间的互操作性，同时确保高精度的定时和同步。仿真结果表明，PTP辅助URLLC的影响，在保持网络的可靠性，延迟和抖动与TTE网络完全协调。
2021-05-13 cs.NI eess.SP
Mobility Impact on Performance of Mobile Grids
无线移动网格是一种新兴的网格类型，它有助于集中多个愿意合作的移动设备的资源来解决计算密集型任务。移动网格面临着更大的挑战，如设备的移动性管理，提供对网格资源的透明访问，任务管理和有限资源的处理，使资源有效地共享。这些设备上的任务执行不应受到其移动性的影响。提出了一种基于正常步行移动模型的无线移动网格性能评估方法。正常行走模型表示用户的日常运动，并且运动的方向在现实生活环境中大多是对称的，因此它在移动站的位置更新中是有效的，并且反过来有助于这些可用移动站之间的任务分配。讨论了任务执行时间、任务失败率、代理服务器通信开销和监控开销等性能指标。
2010-02-09 cs.NI
Dynamic Optimization For Heterogeneous Powered Wireless Multimedia Sensor Networks With Correlated Sources and Network Coding
无线多媒体传感器网络（WMSN）的能量消耗远大于传统的无线传感器网络。因此，保持WMSN的永续经营是一个巨大的挑战。在本文中，我们提出了一种新的异构能源供应模型的WMSN通过共存的可再生能源和电网。研究了具有相关信源的异构供电无线多媒体传感器网络（HPWMSN）中分布式信源编码和会话内网络编码的多播跨层优化问题。其目标是使汇点处的重构失真最优，同时使购电成本最小。基于李雅普诺夫漂移加罚的扰动技术和对偶分解技术，提出了一种全分布式的动态跨层算法，该算法包括组播路由、信源速率控制、网络编码、会话调度和能量管理等，只需要知道系统的瞬时状态.从理论上证明了优化目标和队列积压之间的明确权衡。最后，通过仿真验证了理论分析的正确性.
2014-10-21 cs.NI
Barrier Coverage in Mobile Camera Sensor Networks with Grid-Based Deployment
障碍覆盖是无线传感器网络中许多实际应用的关键问题，例如，国家边界监控、安全监视和入侵者检测等，其目的是检测试图穿越保护区域的入侵者。在本文中，我们研究了如何有效地提高障碍物覆盖使用移动摄像头传感器，其中摄像头传感器部署基于网格的策略。
2015-03-18 cs.NI
Wireless Mobility Management with Prediction, Delay Reduction and Resource Management in 802.11 Networks
在802.11无线基础设施网络中，当移动节点从一个接入点移动到另一个接入点时，如果切换是平滑的并且如果在目标接入点中预留了足够的资源，则活动连接将不会被严重丢弃。在一个5 × 5的接入点网格中，在一个6 × 6的区域网格中，通过位置跟踪和数据采掘，我们预测移动节点的移动模式具有良好的准确性。移动节点的预扫描，以及预认证的相邻接入点和预重新关联被用来减少扫描延迟，认证延迟和重新关联延迟分别。该模型利用预测结果进行第一阶段预留，并根据分组内容类型进行第二阶段预留，使得移动节点在切换到下一个接入点时能够预留足够的资源。因此，整个移动性管理方案减少了切换延迟。性能仿真验证了所提出的模型。
2014-10-08 cs.NI
Energy Management and Cross Layer Optimization for Wireless Sensor Network Powered by Heterogeneous Energy Sources
近年来，将可再生能源用于无线系统引起了广泛的关注。然而，由于能源供应的不稳定性和电池容量的有限性，可再生能源不能保证为无线传感器网络（WSN）提供持久的运行。可再生能源和电网的共存被认为是一种有前途的能源供应方式，可以在潜在的无限寿命内保持功能。在本文中，我们提出了一个新的系统模型，考虑到多个能源消耗，由于传感，传输和接收，异构能源供应的可再生能源，电网和混合能源，和多维随机性质，由于能量收集配置文件，电价和信道条件。离散时间随机跨层优化问题的制定，以实现最佳的权衡之间的时间平均费率效用和电力成本的数据和能量排队稳定性约束。该算法采用Lyapunov漂移加罚的扰动技术和块坐标下降法，得到了一个完全分布式的、低复杂度的跨层算法，只需要知道系统的瞬时状态。从理论上证明了优化目标和队列积压之间的明确权衡。最后，大量的模拟验证了理论索赔。
2014-11-29 cs.NI
On the Optimal Transmission Scheme to Maximize Local Capacity in Wireless Networks
我们研究的最佳传输方案，最大限度地提高本地容量的二维（2D）无线网络。本地容量被定义为随机位于网络中的节点接收的平均信息速率。使用分析和数值方法的基础上，我们表明，最大的本地容量，如果同时发射器定位在一个网格模式的基础上等边三角形。我们还比较了这个最大的本地容量与时隙ALOHA计划的本地容量，我们的结果表明，时隙ALOHA可以实现至少一半的最大本地容量在无线网络中。
2011-11-09 cs.NI
Relaying Technologies for Smart Grid Communications
无线技术可以支持广泛的智能电网应用，包括高级计量基础设施（AMI）和需求响应（DR）。然而，当无线技术应用于智能电网时，存在许多艰巨的挑战，例如，无线覆盖和容量之间的折衷、通信的高可靠性要求以及有限的频谱资源。中继已成为解决这些问题的最有前途的候选解决方案之一。在这篇文章中，介绍了各种中继策略，以及如何提高频谱效率和覆盖范围的讨论，在基于中继的信息和通信技术（ICT）基础设施的智能电网应用。特别注意的是使用单向中继，协作波束成形，和双向中继策略。
2013-02-07 cs.IT cs.NI math.IT
Multi-Interface PLC / Wireless Network Simulation
许多通信网络由使用诸如铜线、光纤、无线和电力线通信（PLC）之类的异构技术的传统设备和新设备组成。然而，大多数网络模拟器都被设计为与单一的底层链路层技术一起工作。此外，几乎没有任何合适的模型，PLC的网络模拟器。在本文中，我们提出了扩展的Contiki OS网络模拟器Cooja：一个设备可以支持多个接口访问多个PLC段或无线信道和一个简单的PLC介质模型，介绍了描述数据包丢失概率作为距离的函数。我们测试我们的方法来模拟智能电网的情况下，环网柜配备PLC设备。
2012-09-27 cs.NI
Efficient Energy Harvesting in Wireless Sensor Networks of Smart Grid
本文针对智能电网无线传感器网络节点电池寿命受限问题，提出利用移动充电器结合最优路径计算的高效能量收集与充电模型，以最大化节点电池利用率并减少充电等待时间。
2019-11-02 cs.NI eess.SP
An Overview of Local Capacity in Wireless Networks
本文介绍了一种度量的性能评估的媒体接入方案在无线自组织网络称为本地容量。虽然推导无线自组织网络的端到端容量是一个困难的问题，本地容量框架允许我们量化随机位于网络中的接收器节点接收的平均信息速率。在这篇文章中，基本的网络模型和分析工具进行了讨论，并应用到一个简单的网络，得出各种媒体接入方案的本地容量。我们的目标是确定最优的方案，并看看它如何与更实际的媒体接入方案相比。我们分析了网格模式计划，同时发射机定位在一个规则的网格模式，ALOHA计划，同时发射机根据均匀泊松分布和排除计划，同时发射机根据排除规则，如节点着色和载波侦听计划进行调度。我们的分析表明，本地容量是最佳的同时发射机定位在一个网格模式的基础上等边三角形和我们的研究结果表明，这种最佳的本地容量是最多的两倍的本地容量的ALOHA为基础的计划。我们的研究结果还表明，节点着色和载波侦听计划接近最佳的本地容量几乎可以忽略不计的差异。最后，我们还讨论了模型的不足以及未来的研究方向。
2012-02-21 cs.IT cs.NI math.IT
Optimal and Approximation Algorithms for Joint Routing and Scheduling in Millimeter-Wave Cellular Networks
毫米波（mmWave）通信是一种很有前途的技术，可以应对5G数据流量的指数增长。这样的网络通常需要非常密集的基站部署。这些基站的一个子集，即所谓的宏基站，具有与核心网络的高带宽连接，而中继基站则以无线方式连接。为了降低成本并增加灵活性，需要无线回程来连接宏到中继以及中继到中继基站。毫米波通信的特性要求路由和调度的新范例。本文研究了不同干扰模型下的调度算法。为了展示调度方法，我们研究了最大吞吐量公平调度问题。然而，所提出的算法可以很容易地扩展到其他问题。针对全双工网络中无干扰模型，提出了一种高效的多项式时间调度方法--{ \em面向调度优化}。此外，我们证明了这个问题是NP-难的，如果我们假设成对链路干扰模型或半双工无线电。针对这些NP难问题，提出了基于分数加权着色的近似算法。在无干扰模型下，针对半双工网络提出了近似算法并行数据流调度算法。它比基于分数加权着色的算法具有更好的逼近比，甚至达到了均匀正交回程网络的特殊情况下的最优解。
2020-07-06 cs.NI
LoRa-RL: Deep Reinforcement Learning for Resource Management in Hybrid Energy LoRa Wireless Networks
LoRa无线网络被认为是下一代物联网（IoT）系统的关键技术。新的物联网部署（例如，智能城市场景）每平方公里可能具有数千个设备，导致提供连接的巨大功耗。在本文中，我们研究了由电网和可再生能源混合供电的绿色LoRa无线网络，它可以在处理间歇性供应的同时受益于收获的能量。本文提出了有限数量的信道和扩频因子（SF）的资源管理方案，以提高LoRa网关的能量效率。首先，在满足系统的服务质量需求的同时使电网功耗最小化的问题被公式化。具体而言，这两种情况下的不相关和时间相关的信道进行了研究。最优的资源管理问题是通过解耦成两个子问题：信道和SF分配问题和能量管理问题。由于最优解的获得具有较高的复杂性，在线资源管理启发式算法，最大限度地减少电网的能源消耗。最后，考虑到信道和能量的相关性，自适应资源管理方案的基础上强化学习（RL），开发。仿真结果表明，所提出的资源管理方案提供了在LoRa无线网络中的可再生能源的有效利用。
2021-09-06 cs.NI eess.SP
Optimal Placement of Relay Nodes in Wireless Sensor Network Using Artificial Bee Colony Algorithm
即使在高密度网络中，随机部署传感器节点也会产生初始通信洞。即使以结构化的方式进行部署，也无法完全消除这些通信漏洞。在任一种情况下，所产生的节点间距离可能会降低网络的性能。提出了一种基于人工蜂群（ABC）的改进部署算法.基于ABC的部署通过优化网络参数和限制部署的中继总数来保证延长生命周期。仿真结果验证了该策略在不同问题复杂度情况下的有效性。结果表明，所提出的方法相比，在文献中报道的解决方案，如最短路径3-D网格部署（SP 3D）算法，大大提高了网络的生命周期。保留字：人工蜂群，维纳指数，优化，中继节点，拉普拉斯矩阵，连通图，顶点，边，平均距离，拉普拉斯矩阵，最短路径3-D网格部署，ABC，SP 3D，RN/CH，ILDCC，SPRN，O3 DwLC，算法，方法，单目标，多目标，特征值，第一阶段中继节点，NP难，部署，建议，第二阶段中继节点，理想媒体访问控制，簇头，最小生成树，非确定性多项式时间硬，两层分层结构，生命周期约束下的优化三维部署，流量，无线传感器网络，规模，生命周期，网络负载，使用分组的节点数，连通性，两层，协议，冲突和干扰。
2018-09-10 cs.NI
Performance Analysis of an Improved Graded Precision Localization Algorithm for Wireless Sensor Networks
本文提出了一种改进的分级精度定位算法GRADESTRUCTURE，称为IGRADESTRUCTURE。GRADEFLOW的性能取决于由底层传感器网络的节点的重叠无线电范围形成的区域。不同的区域模式可能会显着改变定位的性质和精度。在IGRADEFIGURE中，提出了两个改进。首先，在固定网格节点的无线电范围中提出修改，牢记通常可用节点的实际无线电范围，以允许通过它们进行路由。路由是没有解决的GRADERNET，但最重要的是任何adhoc网络，特别是传感器网络的部署。提出了一个理论模型表示的无线电范围的网格基础设施的单元尺寸方面，以帮助进行部署计划，实现所需的精度粗粒度定位。其次，在GRADE中，可以观察到细粒度本地化与粗粒度本地化相比没有显著的性能优势。在IGRADERECT中，这个因素是通过引入一个参数来解决的，该参数可用于改进和微调细粒度定位的精度。
2010-09-15 cs.NI
The Enhancement of Communication Technologies and Networks for Smart Grid Applications
目前的电网可能是20世纪最伟大的工程成就。然而，它越来越过时和负担过重，导致代价高昂的停电和烧毁。出于这个原因和其他各种原因，正在进行改造工作，使目前的电网更加智能。可靠、通用和安全的通信基础设施是未来智能电网实施和部署的必要条件。一个特别的兴趣是给高效和强大的网络架构的设计，能够管理下一代电网的操作和控制。为此，除了以前用于帮助升级当前电网的技术之外，新的有线和无线技术正在出现。在本文中，我们将给出一个智能电网参考模型的概述，和智能电网的可用网络的全面调查和智能电网通信基础设施的有线和无线通信技术的进展的关键审查。并提出了智能电网应用中的家庭局域网（HAN）、邻居局域网（NANS）和广域网（WAN）的端到端通信架构。我们相信，这项工作将提供赞赏的见解，为新手谁愿意遵循相关的研究在SG域。
2014-03-03 cs.CY cs.NI
Empowering Prosumer Communities in Smart Grid with Wireless Communications and Federated Edge Learning
Université of Sherbrooke（舍布鲁克大学）；INTERLAB Research Laboratory（INTERLAB研究实验室）
分布式能源资源的指数级增长正在使智能电网中的传统消费者转变为生产消费者。这种过渡为可持续能源贸易提供了一个充满希望的机会。然而，将产消者纳入能源市场，在设计统一和可持续的框架以有效利用电力和通信基础设施方面提出了新的考虑。此外，需要解决几个问题，以充分促进采用分散的可再生系统，如通信开销，数据隐私，可扩展性和可持续性。在这篇文章中，我们提出了建立有效的能源交易市场在沟通和智能决策方面需要解决的不同方面和挑战。因此，我们提出了一个多层次的亲决策框架，为prosumer社区实现集体目标。由于产消者的个人决策主要由个人自给自足目标驱动，因此该框架优先考虑个人产消者的决策，并依赖5G无线网络在社区成员之间进行快速协调。事实上，每个产消者都预测能源生产和消费，以做出积极的交易决策，作为对集体要求的回应。此外，社区的协作进一步扩展，包括使用联合学习的预测模型的协作训练，由边缘服务器和生产者家庭设备辅助。除了保护产消者的隐私外，我们还通过评估表明，使用联合学习训练预测模型可以为不同的能源资源提供高准确性，同时减少通信开销。
2022-01-28 cs.AI cs.NI eess.SP
On the Monetary Loss Due to Passive and Active Attacks on MIMO Smart Grid Communications
我们考虑多个源节点（消费者）无线通信他们的能源需求的仪表数据管理系统（MDMS）的子区域网关（S）。我们量化了被动和主动安全攻击对无线通信系统的可靠性和安全性的影响，以及能源需求估计错误的成本美元支付的公用事业。我们采用多输入多输出多天线窃听器（MIMOME）窃听信道模型。为了保护MIMO无线通信系统的安全，合法节点生成人工噪声（AN）向量以减轻被动窃听攻击的影响。此外，我们提出了一个冗余的设计，其中多个网关被假定为在每个子区域共存，以转发消费者的能源需求消息。我们量化的冗余设计对消费者和MDMS之间的通信可靠性和能源需求估计误差成本的影响。
2017-11-20 cs.IT cs.NI math.IT
Assessment of LTE Wireless Access for Monitoring of Energy Distribution in the Smart Grid
虽然LTE正在广泛推广用于人类类型的服务，但它也是智能电网监控设备的经济高效连接的有前途的解决方案。这是一种主要由零星上行链路传输组成的机器对机器（M2M）业务。在这样的设置中，可以在小区中服务的业务量不受数据容量的约束，而是受随机接入信道和控制信道中的信令约束的约束。在本文中，我们探讨了这些限制使用详细的模拟LTE接入预留协议（ARP）。我们发现：1）分配更多的随机接入机会实际上可能会降低性能; 2）ARP之后的附加信令对支持设备数量方面的容量有很大影响;我们观察到容量几乎减少了3倍。这表明，在M2M应用的标准化中需要考虑具有减少数量的信令消息的轻量级接入方法。此外，我们提出了一个易于处理的分析模型来计算可以快速实施和评估的停电。该模型考虑了随机接入、控制信道、上行链路和下行链路数据信道以及重传的特征。
2015-11-30 cs.IT cs.NI math.IT
SSGMT: A Secure Smart Grid Monitoring Technique
电网等关键基础设施系统需要一个完善的关键信息基础设施（CII），它不仅可以帮助监控关键实体，还可以参与故障分析和自我修复。由于每种通信技术都有其自身的优点和缺点，因此有效地设计CII是一项具有挑战性的工作。有线网络具有高度的可扩展性和安全性，但它们既不具有成本效益，也不具有动态性。另一方面，无线通信技术易于部署，成本低等，但它们容易受到网络攻击。为了优化成本，功耗，动态性，准确性和可扩展性的混合通信网络的设计在本文中的通信网络的一部分是建立使用无线传感器网络（WSN）和其余的是一个有线网络的光纤通道。为了保证混合通信网络的无缝运行和安全性，提出了一种安全智能电网监控技术（SSGMT）。利用NS 2仿真器测试了与SSGMT耦合的电网发输电系统混合CII在不同网络攻击下的性能。仿真结果表明，SSGMT在IEEE 118节点系统的联合电力通信网络中的性能优于Lo-ADI和Modified AODV等主流无线通信接口。
2020-07-30 cs.NI cs.SY eess.SY
On the Minimum Number of Transmissions in Single-Hop Wireless Coding Networks
网络编码的出现在通信和网络的许多领域提供了有前途的机会。最近的研究表明，网络编码技术可以利用无线网络的广播特性，显著提高无线网络的整体吞吐量。在无线网络中，每个传输的数据包都在特定区域内广播，并且可以被相邻节点窃听。当一个节点需要传输数据包时，它采用机会编码方法，该方法使用节点的邻居已经听到的知识，以减少传输的数量。通过这种方法，每个传输的数据包是原始数据包在某个有限域上的线性组合。在本文中，我们专注于找到最佳的编码广播的数据包，最大限度地减少传输的总数的基本问题。我们证明了这个问题在GF（2）上是NP-完全的，并建立了最优解的几个基本性质。我们还提出了一个简单的启发式解决方案的基础上，图着色的问题，并提出了一些随机设置的经验结果。
2007-07-05 cs.IT cs.NI math.IT
What is A Wireless UAV? A Design Blueprint for 6G Flying Wireless Nodes
Northeastern University（东北大学）
无线无人机（UAV）作为蜂窝用户被引入第四代网络（4G）的世界中，并且从那时起吸引了无线社区的兴趣。在~5G中，无人机也作为飞行基站运行，为地面用户提供服务。它们还可以实现独立的离网无人机网络。在~ 6 G网络中，无线无人机将把地面用户连接到在轨无线基础设施。由于无线无人机的设计和原型正在兴起，现在是时候引入一个更精确的定义什么是无线无人机。在此过程中，我们修改了无线无人机原型设计中的主要设计挑战，以供未来的6 G频谱研究使用。然后，我们介绍了一种新的无线无人机原型，以解决这些挑战。我们的无线无人机原型的设计将公开，并免费提供给其他研究人员。
2021-10-06 cs.NI cs.RO
What Can Wireless Cellular Technologies Do about the Upcoming Smart Metering Traffic?
具有蜂窝无线电接口的智能电表的引入给无线蜂窝网络带来了额外的负载。目前，这些仪表设计用于低占空比计费和偶尔的系统检查，这会产生低速率的零星流量。随着分布式能源数量的增加，家庭电力将变得更加多变，因此从配电系统运营商（DSO）的角度来看是不可预测的。因此，预计在不久的将来，在配电网中具有增加数量的具有类似相量测量单元（PMU）的能力的广域测量系统（WAMS）设备，从而允许公用事业监测低压电网质量，同时提供更严格的电网控制所需的信息。从通信的角度来看，流量概况将朝着更高的数据量和每设备更高的速率急剧变化。在本文中，我们描述了智能电表产生的当前流量，并补充了引入增强型智能电表所带来的潜在流量需求，即，具有类似PMU功能的仪表。我们的研究显示了GSM/GPRS和LTE蜂窝系统的性能如何与当前和下一代智能电表流量，其中可以清楚地看到，PMU数据将严重挑战这些无线系统。最后，我们强调了升级蜂窝标准的可能解决方案，以应对即将到来的智能计量流量。
2015-07-01 cs.IT cs.NI math.IT
Raptor-IRSA Grant-free Random Access Protocol for Smart Grids Applications
针对海量无线智能电网通信的高可靠随机接入需求，提出结合Raptor码与不规则ALOHA的RapIRSA免授权随机接入协议，经与现有方案对比验证其适配5G场景的优势，并梳理了大规模传感器部署下的落地挑战。
2023-04-14 cs.NI cs.SY eess.SY
On the Existence and Structure of Mixed Nash Equilibria for In-Band Full-Duplex Wireless Networks
这篇文章提供了第一个特性的混合纳什均衡（MNE）的无线系统与全双工能力的终端，共享一个共同的信道，通过基于Aloha的竞争。专注于一个简单的网格拓扑结构，我们证明了混合MNE存在，只有当比例，自干扰消除的准确性，被授予之间的成本进行全双工和半双工操作。分析表明，如何适当选择这样的成本允许MNE，也是最佳的从网络的角度来看，在总吞吐量。考虑到无政府状态的无政府代价，讨论了系统性能对成本的敏感性。
2017-12-30 cs.GT cs.NI
Self-stabilizing TDMA Algorithms for Wireless Ad-hoc Networks without External Reference
时分多址（TDMA）是一种用于共享通信介质的方法。在无线通信中，TDMA算法通常将无线电时间划分成统一大小的时隙$ξ$，然后将它们组合成统一大小的帧$τ$。我们考虑TDMA算法，分配至少一个时隙，在每帧中的每个节点。给定一个最大的节点度，$δ$，没有访问外部参考碰撞检测，时间或位置，我们考虑的问题，无冲突的自稳定TDMA算法，使用恒定的帧大小。我们证明了这个问题没有解决方案时，帧大小为$τ< \max\{2δ,χ_2\}$，其中$χ_2$是距离- $2$顶点着色的色数。作为一个补充，这个下限，我们专注于证明存在的无冲突的自稳定TDMA算法，使用恒定的帧大小的$τ$。我们考虑基本的设置（没有硬件支持冲突检测，没有事先时钟同步），并从发射机的并发传输的冲突，最多两跳。在没有外部参考的自稳定系统的背景下，我们是第一个研究这个问题的（据我们所知），并使用模拟来显示收敛，即使计算时间的不确定性。
2014-03-25 cs.DC cs.NI
Throughput Optimal Uplink Scheduling in Heterogeneous PLC and LTE Communication for Delay Aware Smart Grid Applications
智能电网是集先进的电力设备、通信技术和控制技术于一体的能源网络。它可以同时在电网的所有组件之间传输双向电力和数据。现有的智能电网通信技术包括电力线载波通信、工业以太网、无源光网络和无线通信等，各有优势。由于智能电网应用场景复杂、采样点多、传输可靠性要求高，单一的通信方式已不能完全满足智能电网的通信需求，需要采用异构的通信方式。此外，随着蜂窝技术的发展，基于长期演进（LTE）的标准已被确定为能够满足智能电网中的各种操作的严格要求的有前途的技术。分析了PLC和LTE通信的优缺点，设计了一种智能电网中PLC和LTE通信上行异构通信的网络框架。在此基础上，根据系统时延和可靠性的要求，提出了一种吞吐量最优的采样数据上行调度传输方法。然后，利用公式推导，从理论上证明了调度系统的稳定性和可解性。仿真结果表明，在满足时延要求的情况下，该框架能够优化分配无线通信资源，最大化上行传输系统的吞吐量。关键词：智能电网，异构通信，优化吞吐量。
2020-11-19 cs.NI cs.SY eess.SY
Decentralized Federated Learning via SGD over Wireless D2D Networks
联邦学习（FL）是一种新兴的网络边缘快速智能获取范例，它能够在分布式数据集和计算资源上联合训练机器学习模型，并限制本地数据的公开。通信是大规模FL的关键使能因素，因为在边缘设备之间交换了大量的模型信息。在本文中，我们考虑一个网络的无线设备共享一个共同的衰落无线信道的FL的部署。每个设备持有一个一般不同的训练集，通信通常发生在设备到设备（D2D）的方式。在通信范围内的所有设备可以同时且无噪声地通信的理想情况下，在凸性和连通性假设下保证收敛到全局经验风险最小化问题的最优解的标准协议是分散式随机梯度下降（DSGD）。DSGD将本地SGD步骤与需要相邻设备之间通信的周期性共识平均值集成在一起。在本文中，无线协议提出了实现DSGD会计存在的路径损耗，衰落，阻塞和相互干扰。所提出的协议是基于图着色调度和数字和模拟传输策略在物理层，后者利用空中计算通过稀疏为基础的恢复。
2020-02-28 cs.IT cs.NI eess.SP
Optimizing the Medium Access Control in Multi-hop Wireless Networks
研究了多跳无线网络中媒体接入控制的几何优化问题。我们讨论的同时发射机在网络中的最佳位置和我们的一般框架，使我们能够评估的性能增益的高度管理的介质访问控制方案，将需要实施这些位置。在一个随机分布的节点组成的无线网络中，我们的性能指标是最佳的传输范围，实现了最佳的折衷之间的进展，在所需的方向上朝着各自的目的地和传输数据包到目的地所需的传输总数的数据包。我们评估ALOHA的计划，同时发送器根据一个统一的泊松分布进行调度，并比较它与各种网格模式为基础的计划，同时发送器定位在特定的规则模式。研究结果表明，在多跳网络中优化介质访问控制时，需要考虑信干比门限和衰减系数等参数。例如，在信号干扰比阈值和衰减系数的典型值处，最优方案基于三角网格图案，并且在无衰落信道模型下，最优传输范围和网络容量分别比利用基于ALOHA的方案可实现的最优传输范围和容量高两倍和三倍。随后，我们还确定了最佳的媒体接入控制方案时，信号干扰比阈值和衰减系数接近极值，并讨论如何衰落的影响，我们在这篇文章中评估的所有方案的性能。
2012-08-01 cs.IT cs.NI math.IT
A Distributed Event-Triggered Control Strategy for DC Microgrids Based on Publish-Subscribe Model Over Industrial Wireless Sensor Networks
本文提出一种基于发布-订阅模型的分布式事件触发控制策略，用于直流微电网电压稳定和储能平衡，通过改进卡尔曼共识滤波器和事件触发通信减少网络流量，仿真验证其有效性。
2019-06-09 cs.DC cs.MA cs.NI
