Deterministic Task Offloading and Resource Allocation in the IoT-Edge-Cloud Continuum
Uwicore laboratory, Universidad Miguel Hernandez de Elche（乌维科实验室，埃尔切米格尔·埃尔南德斯大学）
本文提出了一种确定性任务卸载与资源分配方案，旨在优化物联网-边缘-云计算连续体中的通信和计算资源管理，优先保证任务在截止前完成，提升网络性能和资源灵活性。
2026-04-17 cs.NI
Tackling Contention Through Cooperation: A Distributed Federation in LoRaWAN Space
低功耗广域网（LPWAN）在物联网市场中发挥着关键作用，其中LoRaWAN被认为是领先的解决方案。尽管LoRaWAN有吸引力，但研究表明，LoRaWAN目前的竞争管理机制无法扩展。本文通过引入FLIP来解决LoRaWAN上的争议，FLIP是LoRaWAN的完全分布式和开放式架构，从根本上重新思考了LoRa网关应该如何管理和协调。FLIP将LoRa网关转换为联合网络，为漫游提供固有支持，同时使用共识驱动的负载均衡解决争用问题。FLIP提供与LoRaWAN相同的安全保证，与现有的网关硬件兼容，并且不需要对终端设备硬件或固件进行更新。这些功能确保了FLIP的实用性，并为其采用提供了一条途径。我们评估了FLIP在大规模实际部署中的性能，并证明了FLIP与LoRaWAN相比可以提供可扩展的漫游和改进的争用管理。FLIP在传统LoRa网关的资源限制内实现了这些优势，并且不需要服务器硬件。
2020-02-18 cs.NI
An Active Network-Based Open Framework for IoT
物联网的无线传感器节点的主要优点，如低成本和易于部署，正在倡导它们在各种应用中的使用。其中一些是健康监测、农业、环境和居住者监测以及水监测。这些节点在本质上是自治的。因此，他们喜欢在动态和自适应的网络环境中工作。因此，物联网节点之间的通信机制必须具有鲁棒性和自适应性，以适应环境变化。不幸的是，传统的网络架构支持有限的和固定的网络计算。这些限制抑制了灵活和强大的物联网节点通信。此外，由于处理量有限，通信节点的能耗很高。针对这些问题，本文对主动系统进行了再生。提出的主动网络框架带来了主动系统与最新技术（软件定义网络和网络功能虚拟化）的新集成。作为集成的结果，活动系统在软件定义网络的控制下作为网络功能虚拟化运行。在我们看来，最新技术与主动系统的结合将促进强大而灵活的物联网节点通信，同时降低能耗。此外，各种设计优势，如安全性，灵活性，可用性，成本和性能将被添加到系统中。此外，所提出的框架是开放的和通用的。它可以扩展到其他网络，如移动，卫星和车载网络。
2019-10-17 cs.NI
Space-Terrestrial Integrated Internet of Things: Challenges and Opportunities
我们星球上的大片地理区域仍然没有陆地网络连接。稀疏和密集的近地轨道卫星星座可以通过以灵活和具有成本效益的方式在全球范围内提供物联网（IoT）连接来弥补这一差距。本文提出了一种新的空间-地面集成物联网网络架构，涵盖从地面上的物联网资产直接和间接到卫星的访问。基于已确定的需求，我们分析了NB-IoT和LoRa/LoRaWAN功能，以将这些技术作为未来卫星物联网部署的有吸引力的候选技术。最后，我们列出并讨论了为实现成功的空间-地面物联网集成而需要解决的关键开放研究挑战。
2022-07-23 cs.NI
PIERES: A Playground for Network Interrupt Experiments on Real-Time Embedded Systems in the IoT
物联网设备已成为我们生活和行业不可或缺的一部分。这些设备中的许多运行实时的【形】系统或用作系统的一部分。当这些设备通过IP网络接收网络数据包时，网络接口使用可能抢占关键进程的中断通知CPU它们的到达。因此，出现了网络中断是否对这些设备的实时性构成威胁的问题。然而，很少有工具来调查这个问题。我们提出了一个操场，使研究人员进行实验的背景下，网络中断模拟。操场包括不同的网络接口控制器实现，负载生成器和定时实用程序。它形成了一个灵活的和易于使用的基础，为未来的网络中断的研究。我们进行了两个验证实验和两个现实世界的例子。后者给出了洞察中断处理策略参数的影响和不同的负载类型对执行时间相对于这些参数的影响。
2021-02-23 cs.DC cs.NI
Towards Novel Multipath Data Scheduling For Future IoT Systems: A Survey
在互联网诞生的最初几年，互联网被广泛用于通过使用IP地址在用户和相应的数据源之间传输数据包。随着技术的进步，互联网已被用于在数十亿连接的几个小型和资源受限的设备内共享数据，以创建所谓的物联网（IoT）的框架。这些系统以呈现这些设备中出现的大量数据而闻名。另一方面，众所周知，这些设备会给物联网网络带来巨大的开销。因此，作为物联网网络的一部分，开发解决不同网络相关问题的解决方案至关重要。在本文中，我们回顾了这些挑战出现在路由，拥塞，节能，可扩展性，异构性，可靠性，安全性和服务质量（QoS）。这可以用来最佳地使用可用网络。作为这项研究工作的一部分，将对物联网中的网络优化过程进行详细调查，如另一项研究所示。由于无线网络的进步，相关的物联网设备配备了多个元素，包括多个网络接入接口。采用多路径TCP（MPTCP）技术可以提高数据传输的总吞吐量。另一方面，利用传统的MPTCP路径管理算法导致数据传输领域的其他问题，甚至缓冲区阻塞。这将导致整个物联网网络中传输性能降低的大量问题。为此，我们开发了一种新的多路径算法，将有效地管理数据传输的智能调度和无缝的方式使用多个无线/有线路径。
2021-05-17 cs.NI
Cooperative Deep Reinforcement Learning for Multiple-Group NB-IoT Networks Optimization
窄带物联网（NB-IoT）是一种新兴的基于蜂窝的技术，为具有异构需求的设备组的大规模物联网无线电接入提供一系列灵活的配置。配置指定分配给每组设备的用于随机接入和用于数据传输的无线电资源的量。假设不知道流量统计数据，问题是在每个传输时间间隔（TTI）以在线方式确定最大化能够访问和传递数据的IoT设备的长期平均数量的配置。鉴于优化算法的复杂性，开发了基于协作多智能体深度神经网络的Q学习（CMA-DQN）方法，由此每个DQN智能体独立地控制每个组的配置变量。DQN代理在相同的环境中基于关于传输结果的反馈进行协作训练。CMA-DQN被认为大大优于传统的启发式方法的基础上负载估计。
2018-11-01 cs.NI
Towards a Scalable and Trustworthy Blockchain: IoT Use Case
最近，区块链作为一种新技术获得了发展势头，产生了大量新的分散式应用程序（例如，物联网（IoT）。然而，它与物联网的整合仍然面临着几个问题（例如，可伸缩性、灵活性）。配置资源以支持大量连接的物联网设备意味着拥有可扩展和灵活的区块链。为了解决这些问题，我们提出了一种适用于物联网的可扩展和可信赖的区块链（STB）架构;该架构使用区块链分片和Oracle以完全分布式和可信赖的方式在不可靠的物联网设备之间建立信任。特别是，我们设计了一个点对点的甲骨文网络，确保数据的可靠性，可扩展性，灵活性和可信度。此外，我们引入了一种新的轻量级共识算法，该算法可以显着扩展区块链，同时确保区块链参与者之间的互操作性。结果表明，我们提出的机顶盒架构实现了灵活性，效率和可扩展性，使其成为一个有前途的解决方案，适用于物联网环境。
2022-01-27 cs.CR cs.NI
Embedded vs. External Controllers in Software-Defined IoT Networks
软件定义网络（SDN）提供的灵活且可编程的架构模型重新构想了现代网络。在强大的硬件和设备与控制器之间的高速通信的支持下，SDN提供了一种虚拟化控制功能并实现快速网络重新配置以响应动态应用需求的方法。然而，最近将SDN的集中式控制模型应用于物联网（IoT）的努力已经发现了由于嵌入式低功耗设备和位于IoT边缘的网络所面临的限制而带来的重大挑战。特别地，对骨干网络上的外部SDN控制器的依赖引入了性能瓶颈（例如，等待时间）。为此，我们主张通过直接在嵌入式硬件上引入轻量级SDN控制器来支持软件定义的物联网网络。我们首先探讨了物联网网状网络的两种流行的SDN实现，$μ$ SDN和SDN-WISE的性能，显示前者比后者有相当大的收益。因此，我们采用$μ$ SDN进行嵌入式与外部SDN控制器性能的研究。我们强调了嵌入式控制器的优势是如何随着网络规模的扩大而减少的，并量化了一个点，在这个点上，外部控制器应该用于更大的网络。
2021-06-06 cs.NI
PatrIoT: IoT Automated Interoperability and Integration Testing Framework
随着当代物联网（IoT）市场的快速增长，已建立的系统引起了许多关于可靠性和潜在的关键集成缺陷的担忧。在本文中，我们提出了一个PatrIoT框架，旨在提供灵活的支持，以构建一个有效的物联网系统测试床，实现自动化的互操作性和集成测试。该框架允许从纯物理测试平台扩展到模拟环境，使用许多预定义的模块和元素来模拟物联网设备或部分测试基础设施。PatrIoT还包含一组参考示例测试床和几组用于智能街道用例的示例自动化测试。
2021-01-27 cs.NI cs.SE
Load-balanced Service Function Chaining in Edge Computing over FiWi Access Networks for Internet of Things
服务功能链（SFC）有望为物联网（IoT）实现灵活且可扩展的虚拟网络基础设施。边缘计算被认为是处理大量物联网应用数据的有效解决方案。为了在分布式边缘计算节点（ECN）之间统一为物联网应用提供服务，提出了一种基于SDN和NFV协调的统一SFC编排框架，该框架通过利用FiWi接入网络的连接性提供协同边缘云平台。此外，我们研究的VNF部署问题在我们的协同框架下，我们制定了一个混合整数非线性规划（MINLP）问题，共同考虑负载均衡的网络和计算链VNF。我们还提出了两个近似的最优部署算法贪婪二分多路径（GBMP）和KSP多路径（KSMP）利用部署在ECN的多实例虚拟网络功能（VNF）和FiWi接入网络的多路径能力。在两种类型的物联网应用场景中进行了广泛的仿真，在EC over FiWi接入网络。数值结果表明，在两种典型场景下，我们提出的算法在负载均衡、业务接受率和网络利用率方面均优于单路径和基于ECMP的部署算法.
2020-06-15 cs.DC cs.NI
Minimization of the Worst-Case Average Energy Consumption in UAV-Assisted IoT Networks
物联网（IoT）为大量需要节能解决方案的设备带来了连接，以应对有限的电池容量、上行链路占主导地位的流量和信道损害。在这项工作中，我们探索使用配备可配置天线的无人机（UAV）作为服务低功耗物联网网络的灵活解决方案。我们制定了一个优化问题，以设置无人机的位置和天线波束宽度，以及物联网设备的发射功率受到平均信号与平均干扰加噪声比（$\bar{\text{S}}\overline{\text{IN}}\text{R}$）服务质量（QoS）约束。我们最大限度地减少后者的最坏情况下的平均能源消耗，从而实现能源资源的最公平分配。这个问题是非凸的，高度非线性的，因此，我们重新制定它作为一系列的三个几何规划，可以迭代求解。结果显示，规划网络相比，随机部署在减少最坏情况下的平均能耗方面的好处。此外，我们表明，目标$\bar{\text{S}}\overline{\text{IN}}\text{R}$受到物联网设备数量的限制，并强调了无人机悬停高度在服务更广泛区域时的主要影响。我们提出的算法在最大限度地减少最耗能的物联网设备的平均能耗和收敛时间方面优于其他优化基准。
2022-02-07 cs.NI
Design and Implementation of Open LoRa for IoT
长距离（LoRa）网络正在成为最有前途的低功耗广域（LPWA）网络之一，因为它使分布在广域上的能量受限设备能够建立负担得起的连接。然而，如何实现具有成本效益和灵活性的LoRa网络仍然是一个开放的挑战。本文旨在揭示一种可行的设计和实现解决方案，允许用户方便地为各种物联网应用构建专用LoRa网络。首先，讨论了LoRa网络的几种典型应用场景。然后，给出了LoRa系统架构以及各个组件的功能。介绍了LoRa网关的硬件设计与实现，它是LoRa节点与LoRa网络服务器之间的桥梁。特别是，本文提出了一种改进的LoRa网络服务器的软件架构，其源代码在GitHub上开放。在该架构下，LoRa网络服务器被划分为四个解耦的模块，模块之间的交互采用基于流数据的消息传递系统，保证了可扩展性和灵活性。最后，进行了广泛的实验，以评估在典型环境下的LoRa网络的性能。
2019-07-23 cs.NI
Signal strength based scheme for following mobile IoT devices in dynamic environments
实现物联网（IoT）愿景的技术成果成熟度不断提高，使得复杂的解决方案得以出现，在缺乏定义明确和设计良好的基础设施的高度动态环境中提供可靠的监控。在本文中，我们使用了一种生物启发的物联网架构，它允许灵活地创建和发现基于传感器的服务，为动态网络提供自组织和自优化特性，以便提供所需的监控信息。本文的主要贡献是引入了一种新的算法，用于在物联网系统的背景下跟踪移动监控目标/个人，特别是如上所述的动态目标/个人。所设计的技术，称为热冷，能够确保跟踪机器人设备的接近度维护，仅基于目标广播的RF信号的强度，以传达其传感器的数据。完整的几何，数值，仿真和收敛性分析所提出的技术进行了彻底介绍，以及详细的基于仿真的评估，揭示了更高的精度热冷相比，流行的概念，基于三边测量的跟踪。最后，一个原型的完整架构的实施不仅证明了所提出的方法在动态环境中的监测的适用性，但也引入跟踪技术的可操作性。
2020-05-11 cs.NI
Incremental Firmware Update Over-the-Air for Low-Power IoT Devices over LoRaWAN
由于许多物联网通信协议的限制，有效地支持物联网（IoT）设备中的远程固件更新仍然是一个重大挑战，这通常使得传输完整的固件映像变得不切实际。已经引入了诸如固件分区之类的技术来缓解这个问题，但是它们经常达不到要求，特别是在时间和能量限制很关键的电池供电系统中。因此，通常仍然需要物理维护干预，这在大规模部署中是昂贵且不方便的。在这项工作中，我们提出了一个轻量级的和创新的方法，通过生成高度紧凑的增量补丁，使固件重建直接在设备上，以解决这一挑战。我们的算法专门针对低功耗设备进行了优化，最大限度地减少了内存使用和计算开销。与现有的解决方案相比，我们的方法显着减少了更新所需的数据量，同时保持与更复杂的替代方案相当的性能。实验评估证实，我们的方法节省了大量的时间和能源，特别适合电池供电的物联网节点。虽然我们的实现针对LoRaWAN协议，但该方法非常灵活，可以适应其他物联网通信技术。
2025-07-07 cs.NI cs.SY eess.SY
IoT-Scan: Network Reconnaissance for the Internet of Things
网络侦察是一个核心的网络和安全程序，旨在发现设备及其属性。对于基于IP的网络，有几种网络侦察工具可用，例如Nmap。对于物联网（IoT），目前还没有类似的工具能够跨多个协议发现设备。在本文中，我们介绍了一种通用的物联网网络侦察工具IoT-Scan。物联网扫描基于软件定义无线电（SDR）技术，允许灵活的基于软件的无线电协议实现。我们提出了一系列被动、主动、多通道和多协议扫描算法，以加快使用物联网扫描发现设备的速度。我们基准被动扫描算法对理论流量模型的基础上，非均匀的优惠券收集器的问题。我们实现了扫描算法，并比较了四种流行的物联网协议的性能：Zigbee，蓝牙LE，Z-Wave和LoRa。通过对数十个物联网设备的广泛实验，我们证明了我们的实现经历了最小的数据包丢失，并达到了接近理论基准的性能。使用多协议扫描，我们进一步证明了减少70%的发现时间的蓝牙和Zigbee设备在2.4GHz频段和LoRa和Z-Wave设备在900 MHz频段，相比顺序被动扫描。我们向研究界提供我们的实施和数据，以允许独立复制我们的结果，并促进该工具的进一步开发。
2022-04-06 cs.NI cs.SY eess.SY
Mobile Base Station Optimal Tour in Wide Area IoT Sensor Networks
Motilal Nehru National Institute of Technology (MNNIT)（莫蒂拉尔·尼赫鲁国立理工学院）
针对广域物联网传感器网络，提出移动基站最优巡回（MOT）问题，通过形式化建模为组合优化问题，因计算难设计多项式时间贪婪启发式算法，模拟结果显示算法能低成本、全覆盖且快速执行。
2026-07-07 cs.NI eess.SP
Deep Reinforcement Learning for Real-Time Optimization in NB-IoT Networks
窄带物联网（NB-IoT）是一种新兴的基于蜂窝的技术，为具有异构需求的设备组的大规模物联网无线电接入提供一系列灵活的配置。配置指定分配给每组设备用于随机接入和数据传输的无线电资源的量。假设不知道业务统计，则存在“如何以在线方式确定使每个传输时间间隔（TTI）处的所服务的IoT设备的长期平均数量最大化的配置”的重要挑战。考虑到搜索最优配置的复杂性，我们首先在单参数单组场景中开发基于表格Q学习（tabular-Q）、基于线性近似的Q学习（LA-Q）和基于深度神经网络的Q学习（DQN）的实时的【形】配置选择。我们的研究结果表明，所提出的基于强化学习的方法在服务的物联网设备的数量方面大大优于传统的基于负载估计的启发式方法（LE-URC）。这一结果也表明，LA-Q和DQN可以很好地替代表Q，以更少的训练时间达到几乎相同的性能。针对多参数多组场景，我们进一步通过动作聚合（AA-LA-Q和AA-DQN）和协作多Agent学习（CMA-DQN）改进了LA-Q和DQN，从而解决了Q-学习Agent在高维配置中不收敛的问题.在这种情况下，所提出的Q学习方法的优越性，传统的LE-URC方法显着提高与配置维度的增加，和CMA-DQN方法优于其他方法在吞吐量和训练效率。
2018-12-21 cs.NI
Design and implementation of intelligent packet filtering in IoT microcontroller-based devices
Aeronautics Institute of Technology (ITA)（航空技术学院）；University of São Paulo (USP)（圣保罗大学）；Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)（米纳斯吉拉斯联邦大学）
针对物联网设备安全方案稀缺的问题，提出低资源占用的ML数据包过滤器T800，在ESP32上验证其可通过拦截恶意流量提升算力，还提供适配多系统的性能评估策略，助力资源受限IoT设备安全增强。
2023-05-30 cs.CR cs.LG cs.NI
A Survey on IoT Smart Healthcare: Emerging Technologies, Applications, Challenges, and Future Trends
物联网（IoT）是指相互关联的网络关联对象的框架，可以在没有人为干扰的情况下通过远程网络收集和移动信息。随着物联网设备的快速发展，以及医疗保健在财务上更加精明、定制和主动的扩展，物联网已经准备好在医疗保健行业的各个方面发挥坚实的作用。在这种情况下，基于物联网的医疗保健通过使用不同的新技术提供了几个好处，例如即时和可靠的治疗，降低成本，改善通信等。无线体域网（WBAN）技术可以提高智能系统中数据采集和数据传输的质量。机器学习（ML）可用于智能医疗系统的各个层面。雾计算降低了通信成本并提供了低延迟。软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）技术提供了更简单和更灵活的网络结构。区块链技术为保护用户的敏感信息提供了更好的方式。本文旨在全面描述正在进行的研究项目以及上述技术在智能医疗系统中的应用。在本文中，最新的研究，提出的技术和当前的解决方案的智能医疗保健系统的新兴技术，应用和这些系统的挑战的背景下进行了详细阐述，以提供更好地了解物联网在医疗保健行业意味着什么现在和它将意味着什么在未来。
2021-09-05 cs.IT cs.NI math.IT
STGen: A Novel Lightweight IoT Testbed for Generating Sensor Traffic for the Experimentation of IoT Protocol and its Application in Hybrid Network
STGen提出一种轻量级物联网测试平台，通过专用服务器模拟WSN与物理互联网的混合环境，支持大规模分布式系统，内存使用较Gotham和GothX减少89%，初始化500个传感器节点仅需1.645秒。
2025-04-24 cs.NI
3D Multi-Drone-Cell Trajectory Design for Efficient IoT Data Collection
无人机蜂窝（DC）是一种新兴技术，可提供灵活且具有成本效益的无线连接，以在地面网络的未覆盖区域收集物联网（IoT）数据。DC的飞行轨迹对数据汇集性能有很大影响。然而，设计的轨迹是一个具有挑战性的问题，由于DC的复杂的3D移动性，独特的DC到地面（D2 G）信道功能，有限的DC到BS（D2 B）回程链路质量等，在本文中，我们提出了一个3D DC轨迹设计的DC辅助物联网数据汇集，多个DC定期飞越物联网设备和中继的物联网数据到基站（BS）。考虑到最先进的实用D2 G信道模型，将轨迹设计公式化为混合整数非线性规划（MINLP）问题，以最小化平均用户到DC（U2 D）路径损耗。我们将MINLP问题分解为多个拟凸或整数线性规划（ILP）子问题，分别优化用户关联、用户调度、DC的水平轨迹和DC飞行高度。在此基础上，提出了一种求解MINLP问题的三维多DC轨迹设计算法，该算法采用块坐标下降法（BCD）对子问题进行迭代优化。与静态DC部署相比，所提出的轨迹设计可以将U2 D平均路径损耗降低10-15 dB，将U2 D路径损耗的标准差降低56%，这表明链路质量和用户公平性都得到了改善。
2019-05-29 cs.NI eess.SP
EMPIOT: An Energy Measurement Platform for Wireless IoT Devices
分析和最大限度地减少资源受限设备的能耗是在各种应用领域采用物联网的重要一步。由于商业能源测量平台的大尺寸和高成本，研究界已经提出了替代解决方案。然而，现有工具的三个主要缺点是复杂、测量范围有限和精度低。具体而言，这些工具不适合新物联网设备的能量测量，例如支持802.11技术的设备。在本文中，我们提出了EMPIOT，一个准确，低成本，易于构建，灵活的功率测量平台。我们提出了该平台的硬件和软件组成，并研究了各种设计参数的精度和开销的影响。特别是，我们分析了驱动器，总线速度，输入电压和缓冲机制的采样率，测量精度和处理需求的影响。这些广泛的实验研究使我们能够配置系统，以实现其最高性能。我们还提出了一种新的校准技术，并报告在各种设置下的校准参数。使用五种不同的物联网设备执行四种类型的工作负载，我们根据从高精度工业级功率测量工具获得的地面实况评估了EMPIOT的性能。我们的研究结果表明，对于采用802.15.4无线标准的极低功耗设备，测量误差小于3.5%。此外，对于基于802.11的设备，产生短而高的功率尖峰，误差小于2.5%。
2018-12-09 cs.NI cs.PF
Connecting the World of Embedded Mobiles: The RIOT Approach to Ubiquitous Networking for the Internet of Things
物联网（IoT）正在基于低功耗兼容协议标准快速发展，这些标准将互联网扩展到嵌入式世界。开创性的实现已经证明，将非常受限的设备互连是可行的，但必须依赖于特殊的跨层设计，并提供一组极简的功能。然而，从长远来看，物联网设备的专业使用和大规模部署需要功能齐全、结构清晰且灵活的网络堆栈。本文介绍了将RIOT转变为功能强大的物联网系统的网络架构，以实现低功耗无线场景。RIOT网络提供（i）具有通用接口的模块化架构，用于插入驱动程序，协议或整个堆栈，（ii）支持多个异构接口和可以并发操作的堆栈，以及（iii）GNRC，其干净分层，递归组成的默认网络堆栈。我们对RIOT的通信性能和资源效率进行了深入分析，包括微观基准测试以及比较不同平台上的物联网通信。我们的研究结果表明，尽管RIOT的网络子系统基于显著不同的设计权衡，但它的性能与Contiki和TinyOS相当，这两个操作系统是物联网软件平台的先驱。
2018-01-09 cs.NI cs.OS
Design and Implementation of a Multiprotocol IoT Gateway
在未来几年中，大量设备的互连预计将导致现实和虚拟世界之间的新形式的交互。在这个被称为物联网的前景广阔的场景中，预计不同的物体，如传感器，工业机器人，汽车，家用电器，将连接到互联网。物联网的主要挑战之一是高度异构设备的互操作性，主要是在所使用的通信能力和网络协议方面。因此，不同设备的互连模型涉及称为网关的中间设备。该网关是一个集中式元素，用于管理组成物联网应用程序的设备。此外，它对于将信息传输到互联网至关重要，特别是当许多物联网设备不是基于IP的时候。本文描述了物联网网关的实现，该网关允许通过不同的无线技术交换数据并将这些数据转发到互联网。所提出的网关具有重要的优势，如：支持多协议互连;远程配置无线节点的传感器和执行器管理;灵活的算法，将传感器获得的数据转换为统一的格式传输到云服务器;由于MQTT协议的高效数据传输，能耗低。为了证明所开发的网关的有用性，进行了概念验证测试。所实现的场景由2个无线节点组成，负责感测环境变量并通过不同的通信协议将数据传输到网关节点。所得到的结果表明，从远程无线节点到网关的同时数据传输的可行性。
2020-01-11 cs.NI
A Multi-Domain VNE Algorithm based on Load Balancing in the IoT networks
China University of Petroleum (East China)（中国石油大学（华东））；Tsinghua University（清华大学）；University of Avignon（阿维尼翁大学）；Technical University of Catalonia (UPC)（加泰罗尼亚理工大学）
虚拟网络嵌入是网络虚拟化的关键问题之一。由于虚拟网络映射是一个NP难问题，大量的研究都集中在进化算法的代表作遗传算法上。但是，传统方法中的参数设置过于依赖经验，灵活性低，无法适应日益复杂的网络环境。此外，不考虑负载均衡的链路映射策略很容易在高流量环境中导致链路阻塞。在涉及医疗、救灾、生命保障等设备的物联网环境中，网络性能和稳定性尤为重要。因此，如何在大流量的异构网络环境中提供更灵活的虚拟网络映射服务是一个迫切需要解决的问题。针对这一问题，提出了一种基于混合遗传算法的虚拟网络映射策略。该策略采用动态计算交叉概率和基于信息素的变异基因选择策略，提高了算法的灵活性。此外，还引入了基于负载均衡的权值更新机制，在均衡负载的同时降低了映射失败的概率。仿真结果表明，该方法在映射平均报价、链路负载均衡、映射成本效益比、接受率和运行时间等方面都有较好的性能。
2022-02-07 cs.AI cs.NI
GRAVITAS: Graphical Reticulated Attack Vectors for Internet-of-Things Aggregate Security
Princeton University（普林斯顿大学）
物联网（IoT）和网络物理系统（CPS）可能由连接在复杂网络拓扑中的数千个设备组成。这些组件的多样性和复杂性构成了巨大的攻击面，使对手能够利用不同设备的安全漏洞来执行强大的攻击。尽管已经做出了显著的努力来提高这些系统中的单个设备的安全性，但是很少关注聚合级别的安全性。在本文中，我们描述了一个用于物联网/CPS的综合风险管理系统，称为GRAVITAS，可以识别未发现的攻击向量，并优化系统内的防御位置，以实现最佳性能和成本。虽然现有的风险管理系统只考虑已知的攻击，但我们的模型采用机器学习方法来推断未发现的漏洞，使我们能够识别手动渗透测试（笔测试）忽略的攻击。该模型足够灵活，可以分析几乎任何物联网/CPS，并为系统管理员提供具体的建议防御列表，可以以最佳成本减少系统漏洞。政府、公司和系统管理员可以使用GRAVITAS来大规模设计安全的物联网/CPS，在物联网/CPS设备即将无处不在的世界中提供安全性和效率的定量测量。
2021-05-31 cs.AI cs.CR cs.LG
Guardian of the HAN: Thwarting Mobile Attacks on Smart-Home Devices Using OS-level Situation Awareness
灵巧家庭系统的新发展是使用移动应用程序来控制家庭局域网（HAN）上的物联网设备。这些系统倾向于依赖Wi-Fi路由器来验证其他设备;正如我们的研究所证实的那样，物联网供应商倾向于信任连接到HAN的所有设备。这种处理使它们暴露于恶意应用程序的攻击，特别是那些在授权手机上运行的应用程序，路由器没有信息可以控制，正如我们的测量研究所证实的那样。减轻这种威胁不能仅仅依靠物联网制造商，他们可能需要改变设备上的硬件以支持加密，增加设备的成本，或者我们需要信任的软件开发人员来正确实现安全性。在这项工作中，我们提出了一种新技术，以统一的、向后兼容的方式控制物联网设备及其应用程序之间的通信。我们的方法称为Hanguard，不需要对物联网设备本身、物联网应用程序或参与手机的操作系统进行任何更改。Hanguard通过桥接操作系统级别的态势感知和路由器级别的每个流控制来实现细粒度的每个应用程序保护：每个手机运行非系统用户空间监视器应用程序，以识别试图访问受保护物联网设备的一方，并通过控制平面通知路由器其访问决策;路由器在验证是否应该允许电话与设备通话之后在数据平面上执行该决定。Hanguard使用基于角色的访问控制（RBAC）模式，该模式利用类型强制（TE）和多类别安全（MCS）原语来定义高度灵活的访问控制规则。我们在Android和iOS（超过95%的移动操作系统市场份额）以及一个流行的路由器上实现了我们…
2017-03-07 cs.CR cs.NI
Towards Big data processing in IoT: Path Planning and Resource Management of UAV Base Stations in Mobile-Edge Computing System
数据负载大、覆盖范围广一直是物联网在线数据处理的关键问题。最近，移动边缘计算（MEC）和无人机基站（UAV-BS）已经成为物联网中有前途的技术。本文提出了一种基于MEC技术的三层在线数据处理网络。在底层，原始数据由广泛分布的传感器生成，反映了本地信息。在它们上面，无人机基站（UAV-BS）被部署为移动MEC服务器，收集数据并进行数据处理的初始步骤。在它们之上，中心云接收处理结果并进行进一步评估。由于这是一个在线数据处理系统，边缘节点应该稳定延迟，以确保数据的新鲜度。此外，有限的机载能量对边缘处理能力造成限制。为了智能地管理网络资源以节省能量和稳定延迟，我们开发了一种基于李雅普诺夫优化的在线确定策略。在低数据率的情况下，倾向于降低边缘处理器频率以节省能量。在存在高数据率的情况下，它将智能地分配用于边缘数据卸载的带宽。同时，悬停式无人机基站带来了大范围、灵活的服务覆盖，这就带来了有效的路径规划问题。在本文中，我们应用深度强化学习，并开发了一个在线路径规划算法。以周围环境的观察作为输入，训练CNN网络来预测每个动作的奖励。通过仿真，我们验证了它在提高服务覆盖率的有效性。其结果将有助于未来物联网中的大数据处理。
2019-06-12 cs.IT cs.NI cs.SY
Securing RC Based P2P Networks: A Blockchain-based Access Control Framework utilizing Ethereum Smart Contracts for IoT and Web 3.0
针对高度动态P2P网络访问控制难题，提出基于以太坊智能合约的区块链访问控制框架，包含ACC、JC和RC合约，结合CIA与STRIDE原则评估威胁，为物联网和Web 3.0提供灵活透明的去中心化安全方案。
2024-12-04 cs.CR cs.DC cs.NI
Evolving SDN for Low-Power IoT Networks
软件定义网络（SDN）提供了一种灵活且可扩展的架构，可将决策从单个设备中抽象出来，并提供可编程的网络平台。然而，在低功率无线网络的约束下实现集中式SDN架构面临着相当大的挑战。由于不可靠的链路和网络争用，控制器流量不仅会受到抖动的影响，而且SDN产生的开销会严重影响其他流量的性能。本文讨论了将高开销SDN架构引入IEEE 802.15.4网络的挑战。我们探讨了传统SDN需要如何发展，以克服低功耗无线网络的限制，并讨论了必要的协议和架构优化，以减少SDN控制开销-成功实施的主要障碍。我们认为，与现有的协议栈的互操作性是必要的，提供一个平台，控制器发现和共存与传统网络。因此，我们引入了μSDN，一个轻量级的SDN框架Contiki，与IPv6和底层路由协议的互操作性，以及优化的SDN架构内的一些元素，以减少控制开销到实用的水平。我们从延迟、能量和数据包传输方面对μSDN进行了评估。通过此评估，我们展示了SDN控制开销（引导和管理）的成本如何降低到与基于IEEE 802.15.4-2012 RPL的网络实现相当的性能和可扩展性的程度。此外，我们还通过仿真演示了μSDN：提供了一个用例，其中SDN可配置性可用于为受到干扰的关键网络流提供服务质量（QoS），与没有SDN的场景相比，我们实现了延迟和抖动的大幅降低。
2019-05-29 cs.NI
TRUAV: Distributed Multi-Agent Reinforcement Learning for Trajectory Planning and Routing Enhancement in UAV-Aided IoT-Enabled VANETs
Hangzhou International Innovation Institute of Beihang University（北京航空航天大学杭州国际创新研究院）；School of Automation Science and Electrical Engineering at Beihang University（北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院）；State Key Laboratory of Intelligent Manufacturing Systems Technology（智能制造系统技术国家重点实验室）；School of Transportation, Southeast University（东南大学交通学院）；Digital Health Research Center, Haihe Lab of ITAI（海河信息技术与人工智能实验室数字健康研究中心）；School of Cyber Science, Nankai University（南开大学网络空间科学学院）；China-SCO Digital Intelligence Applications (DIA) Joint Laboratory（中国-上海合作组织数字智能应用联合实验室）；College of Engineering, Abu Dhabi University（阿布扎比大学工程学院）；Faculty of Engineering and Architecture, Nisantasi University（尼桑塔西大学工程与建筑学院）；School of Information Engineering, Guangdong University of Technology（广东工业大学信息工程学院）
研究无人机辅助车联网中轨迹规划与路由增强问题，提出基于独立表格Q学习的分布式多智能体强化学习框架TRUAV，其智能体依局部信息运行，奖励设计兼顾多种因素，模拟显示该框架在多方面表现良好，还讨论了相关挑战与方向。
2026-07-28 cs.LG cs.NI
HERMES: Heterogeneous Application-Enabled Routing Middleware for Edge-IoT Systems
INESC INOV, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa（葡萄牙创新科学与工程研究所、里斯本高等理工学院、里斯本大学）
HERMES提出一种面向边缘-IoT系统的异构应用增强路由中间件，通过动态整合应用感知决策提升路由灵活性，验证了其在边缘智能任务中的有效性。
2025-12-08 cs.NE cs.NI
Design, Implementation and Practical Evaluation of an Opportunistic Communications Protocol Based on Bluetooth Mesh and libp2p
本文提出了一种基于Bluetooth 5和libp2p的去中心化机会通信协议，通过动态节点发现提升物联网网络健壮性，实验证明其在家庭和工业等受限环境中实现了低延迟与低丢包率。
2025-03-02 cs.NI
