IoT Content Object Security with OSCORE and NDN: A First Experimental Comparison
新兴的物联网（IoT）通过执行协议转换的低功率有损链路和网关来挑战互联网的端到端传输。诸如CoAP或MQTT-SN之类的协议由于DTLS会话的开销而降级，DTLS会话在常见的部署中仅保护到网关的内容传输。为了通过网关和代理端到端地保护内容安全，IETF最近开发了用于受限REST式环境的对象安全性（OSCORE），该OSCORE扩展了CoAP，具有通常从信息中心网络（ICN）已知的内容对象安全特性。本文对保护请求-响应事务的协议栈进行了比较分析。我们在单跳和多跳场景下的大规模物联网测试平台上测量了CoAP在DTLS，OSCORE和以信息为中心的命名数据网络（NDN）协议上的协议性能。我们的研究结果表明，（a）OSCORE改善了CoAP在DTLS在容易出错的无线制度，由于省略了维护安全会话的开销在端点，和（b）NDN达到卓越的鲁棒性和可靠性，由于其固有的网络缓存和跳明智的重传。
2020-06-16 cs.NI
Cost-Effective Situational Awareness Through IoT COTS Radios
针对现有战术态势感知方案成本高、功耗大、便携性差的问题，研究提出基于物联网COTS组件的Beartooth MKII无线电及配套网关，可低成本构建态势感知网络，兼容TAK等现有军事IP基础设施，满足野外战术需求。
2023-08-23 cs.NI
HAPS-RIS-assisted IoT Networks for Disaster Recovery and Emergency Response: Architecture, Application Scenarios, and Open Challenges
Manisa Celal Bayar University（马尼萨杰拉勒巴亚尔大学）；Centre Tecnològic de Telecomunicacions de Catalunya (CTTC)（加泰罗尼亚电信技术中心）；Zonguldak Bulent Ecevit University（宗古尔达克布伦特·埃切维特大学）；Ericsson Research（爱立信研究）；University of Antwerp–IMEC（安特卫普大学-IMEC）；Carleton University（卡尔顿大学）
本文提出利用高空平台站和可重构智能表面辅助的物联网通信系统，以恢复灾害区域的连接性。通过分布式物联网传感器收集环境数据并转发至网关，同时利用HAPS-RIS系统为网关提供回传。动态可调的主动RIS架构有效克服了高海拔被动RIS的严重双路径损耗，提升了下行和上行数据速率及系统能效。
2026-03-17 cs.NI
On multiple IoT data streams processing using LoRaWAN
LoraWAN已成为物联网设备中最成功的框架之一。现实世界的场景需要使用这样的网络以及强大的流处理应用层。为了维护只处理一次的语义，必须确保我们有适当的方法来主动检测消息丢失并进行处理。流处理发挥关键作用的一个重要用例是将通过连接到边缘设备的网关传输的各种数据流连接起来，这些边缘设备作为某些常见业务需求的一部分彼此相关。LoraWAN支持连接到边缘设备的多个网关，并且凭借其不同的设备类别，网络可以有效地发送和接收消息，从而节省电池电量和网络带宽。我们利用设备的这些特性来检测、处理丢失的消息并最终处理它们，而不是依赖于对所传输消息的显式确认。
2021-10-31 cs.NI
Gateway Controller with Deep Sensing: Learning to be Autonomic in Intelligent Internet of Things
University of Stockholm（斯德哥尔摩大学）
物联网（IoT）将通过无处不在的传感来彻底改变未来的互联网。据估计，部署数千亿台设备的挑战之一将是大量数据的增加，以及设备的管理能力。本文提出了一种作为控制器解决方案的方法，专为物联网网关中的自主管理、连接和数据互操作性而设计。该方法支持分布式物联网节点与其他基于云的解决方案进行管理和数据互操作。该概念还允许网关轻松收集和处理来自物联网设备的数据的互操作性。我们证明了该方法的可行性，并评估了其在深度感知和自治网关作为边缘计算智能方面的优势。
2020-09-18 cs.CY cs.LG cs.NI
Searching Neural Architectures for Sensor Nodes on IoT Gateways
University of Genoa（基因瓦大学）
提出一种在物联网网关上自动设计神经网络的方法，保护数据隐私，在Raspberry Pi Zero 2上10小时内搜索出达到SOTA的架构。
2026-06-17 cs.LG cs.NI
Environmental Variable Monitoring with IoT Technology
本文介绍了一个灵活的和低成本的平台，用于监测环境变量应用于农业的设计。为了构建这个平台，使用了基于通信协议，Wi-Fi，蓝牙和Zigbee的技术，使用嵌入式Raspberry pi 3 b +系统和传感器来量化不同的环境变量，使用不同的开源硬件和软件工具。该网络由一个在三星Artik 1020卡上实现的中心节点（网关）和两个连接读取环境变量的传感器的节点组成。最后，数据由网关收集，网关将负责处理并将其存储在数据库中，以便将来用户可以从任何地方实时的访问信息。
2021-01-14 cs.NI
IoTScent: Enhancing Forensic Capabilities in Internet of Things Gateways
针对物联网取证中高效采集网络痕迹的需求，提出开源工具IoTScent，支持基于IEEE 802.15.4的物联网流量捕获分析，简化取证数据收集流程，可用于设备识别，推动物联网取证研究发展。
2023-10-05 cs.CR cs.NI cs.SI
Flexible Allocation of Heterogeneous Resources to Services on an IoT Device
在物联网（IoT）中，设备和网关可以配备有多个异构网络接口，其应当被大量服务利用。在这项工作中，我们的问题分配服务的资源需求的设备的异构接口建模，并给出了一个混合线性规划（MILP）formulation.For有意义的实例大小的MILP模型给出了最优的解决方案，提出的计算困难的问题。我们提供了有见地的结果，讨论的属性派生的解决方案相对于分裂的服务到不同的接口。
2015-04-13 cs.NI
Wi-Lo: Emulating LoRa using COTS WiFi
我们提出了Wi-Lo，它允许将普通的802.11（WiFi）接入点转换为在下行链路中支持低功耗广域网（LPWAN）技术LoRa的物联网（IoT）网关。我们的Wi-Lo系统只需要软件更新，无需额外的硬件。它使用基于802.11b的互补码键控调制的信号仿真技术，以仿真下行链路LoRa（远程）传输。Wi-Lo网关可以由普通的支持WiFi的智能手机使用，将数据包发送到符合LoRa标准的物联网设备，如智能传感器。我们使用商用WiFi硬件实现了一个原型。实验结果表明，Wi-Lo使普通WiFi节点即使在长距离上也能与LoRa设备通信，这与使用纯LoRa发射器和接收器的配置相当。
2021-05-11 cs.NI
Joint Time Scheduling and Transaction Fee Selection in Blockchain-based RF-Powered Backscatter Cognitive Radio Network
在本文中，我们开发了一个新的框架，称为基于区块链的射频（RF）驱动的反向散射认知无线电网络。在该框架中，物联网设备作为次级发送器，通过使用RF供电的反向散射认知无线电技术将其感测数据发送到次级网关。然后，在网关处收集的数据被发送到区块链网络，以进行进一步的验证、存储和处理。因此，该框架使物联网系统能够同时优化频谱使用并最大限度地提高能源效率。此外，该框架确保从物联网设备收集的数据以分散但可信的方式进行验证，存储和处理。为了实现这一目标，我们在主通道的动态性、物联网设备的不确定性以及区块链环境的不可预测性下，为网关制定了一个随机优化问题。在该问题中，网关联合决定（i）时间调度，即，物联网设备之间的能量收集时间、反向散射时间和传输时间，（ii）区块链网络，以及（iii）交易费率，以最大化网络吞吐量，同时最小化成本。为了解决随机优化问题，我们建议使用，评估和评估深度强化学习（DRL）与Dueling Double Deep Q-Networks（D3 QN），以获得网关的最佳策略。仿真结果清楚地表明，所提出的解决方案在网络吞吐量和收敛速度方面优于传统的基线方法，如传统的Q-学习算法和非学习算法。此外，所提出的解决方案保证数据以合理的成本存储在区块链网络中。
2020-01-10 cs.NI eess.SP
A Cost-effective Edge Computing Gateway for Smart Buildings
本文提出结合开源工具、低成本硬件与边缘计算的 Zigbee 网关框架，以降低既有建筑部署楼宇管理系统的成本并支持大规模物联网改造。
2024-08-21 cs.NI
Publish/subscribe-enabled software defined networking for efficient and scalable IoT communications
- 物联网（IoT）是许多不同的使能技术的结果，诸如用于收集、处理、推断和传输数据的嵌入式系统、无线传感器网络、云计算、大数据等。整合所有这些技术需要全面和整体的研究工作，以解决这些技术带来的所有挑战，特别是从物理世界到云托管服务的感知和交付信息。在本文中，我们概述了与标准化工作，对象的移动性，网络和网关接入，QoS支持相关的最重要的问题。特别是，我们描述了一种新的物联网网络架构，集成了软件定义网络（SDN）和对象管理组的数据分发服务（DDS）中间件。拟议的架构将改善物联网系统的服务交付，并为网络带来灵活性。
2017-11-14 cs.NI
Mesh Augmentation of LoRaWAN-based IoT Networks
NLytica LLC（NLytica有限责任公司）；goTenna Inc.（goTenna公司）；Meta Inc.（Meta公司）；Raman Labs（Raman实验室）
本文提出LIMA协议，通过在现有或新LoRaWAN部署中加入Mesh网络，提升覆盖范围和降低终端能耗，同时不改变终端、服务器或LoRaWAN标准。
2026-05-13 cs.NI
Machine Learning-Based Early Detection of IoT Botnets Using Network-Edge Traffic
Singapore University of Technology and Design（新加坡科技设计大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；University of Sydney（悉尼大学）
在这项工作中，我们提出了一个轻量级的物联网僵尸网络检测解决方案，EDIMA，该解决方案旨在部署在安装在家庭网络中的边缘网关上，并在发起攻击之前对僵尸网络进行早期检测。EDIMA包括一个新的基于两阶段机器学习（ML）的检测器，专门为边缘网关的物联网机器人检测而开发。基于ML的机器人检测器首先采用ML算法进行聚合流量分类，然后采用基于自相关函数（ACF）的测试来检测单个机器人。EDIMA架构还包括恶意软件流量数据库、策略引擎、特征提取器和流量解析器。性能评估结果表明，EDIMA实现了较高的bot扫描和bot-CnC流量检测准确率，同时具有极低的误报率。检测性能也显示出对连接到部署EDIMA的边缘网关的IoT设备数量的增加具有鲁棒性。此外，在Raspberry Pi上部署的EDIMA的Python实现的运行时性能分析显示，机器人检测延迟低，RAM消耗低。EDIMA还被证明优于现有的检测技术的机器人扫描流量和僵尸CnC服务器通信。
2020-10-22 cs.CR cs.LG cs.NI
On the Performance of Non-Terrestrial Networks to Support the Internet of Things
针对传统地面网络难以满足物联网需求尤其是农村偏远地区的问题，研究非地面网络中LPWAN技术的运行情况，并将物联网流量向LEO卫星卸载以减轻地面网关负担的问题形式化为优化问题。
2022-12-03 cs.NI
Dissecting IoT Device Provisioning Process
本文剖析了消费级IoT设备的配网过程，开发了IoT-Dissect I和II两个工具包用于解密通信和逆向应用，发现了潜在安全问题并提出缓解方案，同时论证了构建厂商无关的IoT家庭网关的可行性。
2023-10-21 cs.NI
A Publish/Subscribe QoS-aware Framework for Massive IoT Traffic Orchestration
物联网（IoT）应用部署需要分配虚拟机、存储和网络元素等资源，这些资源必须部署在不同的基础设施上，如云计算、物联网（CoT）、数据中心和骨干网络。对于大规模物联网数据采集，通常使用基于网关的数据聚合方法，其特征在于传感器/执行器无缝访问并提供缓存/缓冲和预处理功能。从这个角度来看，作为生产者的网关需要分配网络资源来向消费者发送物联网数据。在本文中，它提出了一个发布/订阅（PubSub）服务质量（QoS）感知框架（PSIOT-Orch），编排物联网流量和分配网络资源之间的聚合和消费者的大规模物联网流量。PSIOT-Orch根据其配置的QoS要求调度物联网数据流。此外，该框架在物联网数据用户和消费者之间通过具有有限和受约束资源的受控骨干网络分配网络资源（LSP/带宽）。使用带宽分配模型（BAM）来分配网络资源，以实现用于调度的IoT数据流的高效网络资源分配。PSIOT-Orch采用ICN（信息中心网络）PubSub架构方法来处理框架组件之间的物联网数据传输请求。所提出的框架旨在使用PubSub消息方案收集以ICN为中心的方法的固有优势，同时有效地分配资源，保持QoS意识并处理大规模物联网流量的受限网络资源（带宽）。
2018-06-08 cs.DC cs.NI
Talk with the Things: Integrating LLMs into IoT Networks
本文提出以边缘为中心、基于RAG的轻量级LLM-IoT框架，并通过LLaMA 3与Gemma 2B智能家居原型验证其控制能力及准确率、延迟权衡。
2025-07-23 cs.NI
System Design of Internet-of-Things for Residential Smart Grid
物联网（IoT）设想集成、协调、通信和协作现实世界的对象，以便以更智能、更高效的方式执行日常任务。为了理解这一愿景，本文研究了智能电网应用的大规模物联网系统的设计，它构成了大量的家庭用户，并具有快速响应时间的要求。特别是，我们专注于通用物联网家庭网关的消息传递协议，其中我们的云支持系统由后端服务器、终端用户的统一家庭网关（UHG）和移动设备的用户界面组成。我们讨论了这样的物联网系统的功能，以支持大规模部署的UHG和实时住宅智能电网应用。根据需求，我们设计了一个使用XMPP协议的物联网系统，并在能源管理应用的测试床中实现。为了展示所设计的测试平台的有效性，我们使用所提出的物联网架构展示了一些结果。
2016-04-14 cs.CY cs.NI
Transparent Recovery of Dynamic States on Constrained Nodes through Deep Packet Inspection
许多物联网应用广泛使用受限设备，这些设备的特点是意外故障。此外，节点可以暂时离线进行维护（例如更换电池）。这些事件导致由于节点之间的交互而生成的动态数据丢失。例如，通过向传感器发送PUT请求调整的配置设置将在节点重新引导时丢失。丢失的数据，我们称之为动态状态，会导致物联网应用程序的错误结果或故障。在本文中，我们介绍了一种智能的动态恢复机制，通过深度包检测。放置在网关处的状态目录拦截外部设备与受约束设备之间的每个通信，并存储（或更新）对恢复动态状态很重要的信息。当节点报告重新启动时，状态目录将重放生成动态状态的数据包，以便恢复所有动态状态。我们在一个不受约束的设备上实现了该解决方案，该设备充当到受约束网络的网关，并使用Cooja模拟器测试了结果。
2018-06-21 cs.NI
Characterizing Smart Home IoT Traffic in the Wild
随着灵巧家庭物联网生态系统的发展，必须更好地了解它在管理、安全和隐私方面带来的独特挑战。之前的研究是有限的，因为它们在测试台环境中或小规模地检查了灵巧家庭物联网设备。为了解决这一差距，我们提出了一个测量研究的灵巧家庭物联网设备在野外通过仪表家庭网关和被动收集现实世界的网络流量日志从200多个家庭在美国的一个大都市区。我们从流量、时间模式和外部端点等方面描述了灵巧家庭物联网流量的特征，并重点关注了某些安全和隐私问题。我们首先表明，流量特征反映了灵巧家庭物联网设备（如智能电视）的功能，这些设备在与人类活动相关的昼夜模式下生成大量流量到内容流媒体服务。虽然灵巧家庭物联网生态系统似乎是分散的，但我们的分析表明，由于它依赖于一些流行的云和DNS服务，它主要是集中的。我们的研究结果还强调了灵巧家庭物联网生态系统中几个有趣的安全和隐私问题，例如需要改善基于策略的物联网流量访问控制，缺乏应用层加密的使用，以及第三方广告和跟踪服务的普及。我们的研究结果对未来改善灵巧家庭物联网生态系统的管理、安全和隐私的研究具有重要意义。
2020-03-31 cs.NI
IoT service slicing and task offloading for edge computing
随着物联网技术的进步，智能工厂、智能城市和智能汽车等各个领域都在使用物联网提供增值服务。此外，MEC和网络切片等技术为物联网提供了另一个机会，可以支持以前无法支持的更先进和实时的服务。然而，将这些技术简单地集成到物联网中并没有充分利用MEC和网络切片，或者分别减少延迟和流量优先级。因此，迫切需要一种有效的物联网平台集成机制，以最大限度地发挥使用此类技术的优势。在本文中，我们介绍了一种新颖的架构框架，该框架能够以最少的功能虚拟化物联网平台，以支持特定的物联网服务，并在靠近最终用户的边缘节点上托管实例。由于实例在MEC节点和网络切片所在的边缘节点处提供其服务，因此最终用户的流量不需要遍历回到云。这种架构不仅保证了低延迟，还保证了边缘节点处物联网服务的有效管理。为了证明所提出的架构的可行性，我们通过比较在中央云上运行的物联网服务和在边缘网关中使用切片物联网功能的物联网服务的传输时间来进行实验评估。结果表明，所提出的架构提供的传输时间比传统的基于云的物联网平台快两倍。
2020-08-24 cs.NI
DSME-LoRa: Seamless Long Range Communication Between Arbitrary Nodes in the Constrained IoT
在许多物联网部署中，远程无线电通信是首选，因为它避免了多跳无线网络的复杂性。LoRa是一种流行的节能无线调制，但其网络基板LoRaWAN对其用户带来了严重的限制。在本文中，我们提出并深入分析DSME-LoRa，LoRa的系统设计与IEEE 802.15.4 DSME作为MAC层。DSME-LoRa提供了无缝客户端到客户端通信的优势，超越了LoRaWAN纯粹的以网关为中心的传输。我们通过流行的RIOT操作系统上的全栈实现来评估其可行性，在分析随机马尔可夫模型中评估其稳态数据包流，并使用大规模网络模拟来量化其在大规模通信场景中的可扩展性。我们的研究结果表明，DSME-LoRa确实是一种强大的方法，可以将LoRa开放到标准网络层，并在许多方面优于LoRaWAN。
2022-08-26 cs.NI
Async-HFL: Efficient and Robust Asynchronous Federated Learning in Hierarchical IoT Networks
University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；Arm Research（Arm研究院）
本文提出异步分层联邦学习框架Async-HFL，通过网关层设备选择与云端设备-网关关联机制，在分层物联网网络中提升收敛速度并降低通信成本。
2023-04-10 cs.DC cs.LG cs.NI
Experimental Study on Low Power Wide Area Networks (LPWAN) for Mobile Internet of Things
在过去的十年中，我们见证了低功耗嵌入式和互联网连接设备数量的爆炸式增长，加强了物联网（IoT）的新范式。低功耗广域网（LPWAN）由于其远距离、低功耗和低成本的通信能力，被学术界和工业界积极考虑作为物联网未来的无线通信标准。然而，尽管“移动物联网”越来越受欢迎，但人们对LPWAN对于节点具有不同程度移动性的移动物联网应用的适用性知之甚少。为了填补这一知识空白，在本文中，我们进行了实验研究，以评估，分析和表征LPWAN在室内和室外移动环境。我们的实验结果表明，LPWAN的性能是令人惊讶的易受流动性，甚至轻微的人类流动性，流动性的影响显着升级的距离网关的增加。这些结果要求开发新的移动感知LPWAN协议来支持移动物联网。
2017-05-19 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
Intrusion Detection System in Smart Home Network Using Bidirectional LSTM and Convolutional Neural Networks Hybrid Model
University of Cincinnati（辛辛那提大学）
物联网（IoT）使灵巧家庭能够提高我们日常生活的质量和舒适度。然而，这些便利带来了几个迅速增加的安全问题。物联网设备、灵巧家庭集线器和网关会带来各种安全风险。灵巧家庭网关充当物联网设备之间的集中通信点，这可以为黑客创建进入网络数据的后门。对网络流量进行入侵检测是检测此类攻击的一种常用而有效的方法。在本文中，我们提出了一个入侵检测系统（IDS）检测灵巧家庭网络中的异常使用双向长短期记忆（BiLSTM）和卷积神经网络（CNN）的混合模型。BiLSTM的递归行为提供了入侵检测模型来保存学习到的信息，而CNN可以完美地提取数据特征。该模型可应用于任何灵巧家庭网络网关。
2021-05-27 cs.LG cs.NI
LightIoT: Lightweight and Secure Communication for Energy-Efficient IoT in Health Informatics
物联网（IoT）被认为是健康信息学的关键推动因素。物联网设备用于医院和家庭患者监测，以收集和传输有关血压，心电图（ECG），血糖水平，体温等的生物医学数据。在这些设备中，可穿戴设备已经在广泛的医疗保健应用中找到了它们的存在。这些设备实时生成数据，并将其传输到附近的网关和远程服务器进行处理和可视化。这些设备传输的数据容易受到一系列对抗性威胁的影响，因此需要保护隐私和完整性。在本文中，我们介绍了LightIoT，这是一种用于医疗基础设施设备之间交换数据的轻量级安全通信方法。LightIoT分为三个阶段：初始化、配对和身份验证。这些阶段通过在通信实体（可穿戴设备、网关和远程服务器）之间建立安全会话来确保数据的可靠传输。统计结果表明，我们的计划是轻量级的，强大的，和弹性对广泛的对抗攻击，并招致更低的计算和通信开销的传输数据在现有的方法。
2021-04-30 cs.CR cs.NI
Mitigating IoT Botnet DDos Attacks through MUD and eBPF based Traffic Filtering
针对IoT设备易被纳入僵尸网络发动DDoS攻击的问题，提出基于扩展MUD规则的集成系统，搭配eBPF与iptables两种执行后端，验证了其防护有效性与低影响性。
2023-05-03 cs.CR cs.NI
Security for the Industrial IoT: The Case for Information-Centric Networking
工业生产工厂传统上包括用于监控或记录过程的传感器，以及用于在错误配置、故障或危险事件的情况下实现纠正措施的执行器。随着物联网的出现，嵌入式控制器将这些“东西”链接到本地网络，这些网络通常是低功耗无线网络，并通过网关从全球互联网互连到某个云。工业物联网中的联网传感器和执行器形成了一个关键的子系统，同时经常在恶劣条件下运行。目前正在讨论如何以安全可靠的方式实现关键工业部件的互联。在本文中，我们分析了ICN的潜力，为工业安全系统中的受限控制器提供安全和强大的网络解决方案。我们展示了广泛的工业环境中的有害气体传感，如炼油厂，并与基于IP的方法，如CoAP和MQTT进行比较。我们的研究结果表明，以内容为中心的安全模型以及增强的DoS抵抗能力是在安全关键型工业物联网中部署信息中心网络的重要论据。对RIOT操作系统上用于内容安全的加密工作的评估揭示了其在常见部署场景中的可行性。
2019-03-05 cs.NI
Slotted ALOHA Overlay on LoRaWAN: a Distributed Synchronization Approach
LoRaWAN是物联网应用最有前途的标准之一。然而，每个网关所期望的终端设备的高密度，网关和终端设备之间缺乏有效的同步方案，挑战了这些网络的可扩展性。在本文中，我们建议使用时隙ALOHA（S-ALOHA）来规范LoRaWAN网络的通信，而不是LoRa使用的经典ALOHA方法。该实现是标准LoRaWAN之上的覆盖;因此不需要修改预先存在的LoRaWAN固件和库。我们的方法是基于一种新的分布式同步服务，适用于低成本的物联网终端节点。我们的同步服务支持的S-ALOHA显著提高了传统LoRaWAN网络在丢包率和网络吞吐量方面的性能。
2018-09-06 cs.NI cs.PF
Orchestrating Data Collection and Computation in Green IoT Networks
Jinan University-University of Birmingham Joint Institute, Jinan University（暨南大学伯明翰大学联合学院）；Department of Electrical and Systems Engineering, University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学电气与系统工程系）；College of Information Science and Technology, Jinan University（暨南大学信息科学技术学院）；School of Electrical, Computer and Telecommunications Engineering, University of Wollongong（伍伦贡大学电气、计算机和电信工程学院）；School of Electronic and Information Engineering, Beijing Jiaotong University（北京交通大学电子与信息工程学院）
提出首个混合整数线性规划（MILP）模型，用于在能量收集节点上调度和嵌入应用，以最小化最大服务年龄（AoS），并设计了基于滚动时域控制（RHC）和贪心策略的近似解法。
2026-05-22 cs.NI
GNU Radio Implementation of MALIN: "Multi-Armed bandits Learning for Internet-of-things Networks"
我们通过以下方式实现物联网网络：一个网关，一个或多个智能（即，学习）对象，嵌入所提出的解决方案，以及仿真来自许多其他对象的无线电干扰的业务生成器。智能对象使用基于无线ALOHA的协议与网关通信，该协议不需要任何特定的学习开销。我们将网络访问建模为一个离散的顺序决策问题，并使用多臂强盗（MAB）学习的框架和算法，我们表明智能对象可以通过使用低复杂度和分散的算法（如UCB 1和Thompson Sampling）来改善其对网络的访问。该解决方案可以以简单且无成本的方式添加到LoRaWAN网络中，只需在部分或所有设备中添加此功能，而无需对网络侧进行任何修改。
2019-02-05 cs.NI
Survey on Multi-Access Edge Computing for Internet of Things Realization
物联网（IoT）最近已经从实验性技术发展成为产品和服务行业未来客户价值的支柱。这强调了物联网在迈向第五代（5G）无线通信系统的过程中的重要作用。通过智能和大数据分析增强的物联网技术预计将迅速改变从医疗保健到智能城市和工业自动化等众多应用领域的格局。多接入边缘计算（MEC）技术的出现旨在将云计算能力扩展到无线电接入网络的边缘，从而提供对无线电网络资源的实时、高带宽、低延迟接入。物联网被确定为MEC的关键用例，因为MEC能够在网络边缘提供云平台和网关服务。MEC由于其密集的地理分布和对移动性的广泛支持，将激发对超低延迟和高服务质量（QoS）需求的无数应用和服务的开发。因此，MEC是需要实时操作的物联网应用和服务的重要推动者。在本次调查中，我们全面概述了MEC技术用于实现物联网应用及其协同作用的开发情况。我们进一步讨论了在物联网中启用MEC的技术方面，并提供了对其中各种其他集成技术的一些见解。
2018-05-17 cs.NI
Energy-Efficient UAV-assisted LoRa Gateways: A Multi-Agent Optimization Approach
College of Computing, Mohammed VI Polytechnic University (UM6P)（穆莱·易斯六世理工学院计算机学院）；Department of Computer Science, Khalifa University（哈利法大学计算机科学系）；Concordia Institute for Information Systems Engineering, Concordia University（康科迪亚大学信息系统工程研究所）
本文研究多无人机支持的LoRa网络在上行数据采集中的能量效率优化，通过多智能体强化学习框架实现传输功率、扩频因子等参数的联合优化。
2026-03-25 cs.LG cs.NI
ORPHEUS: Living Labs for End-to-End Data Infrastructures for Digital Agriculture
物联网网络被用于收集、分析和利用传感器数据。在数字农业中利用物联网网络仍有一些关键要求，例如，设计和部署节能和加固型传感器节点（SN）、可靠的远程无线网络连接、用于批量和流式数据的端到端数据汇集管道。因此，我们介绍了我们的生活实验室ORPHEUS及其设计和实施轨迹，以展示我们的物联网传感器，数据连接，数据库编排和可视化仪表板的协调测试床。我们在现场部署轻型节能SN来收集数据，使用LoRa（远程无线）将数据从SN传输到网关节点，将所有数据上传到数据库服务器，并最终将数据可视化。为了进一步探索，我们还使用四种不同的NVIDIA Jetson开发模块（Nano、TX2、Xavier NX、AGX Xavier）构建了一个嵌入式设备测试平台，以衡量ORPHEUS中SN的潜在升级选择。基于我们在普渡大学周围三个县的多个农场以及普渡大学校园的部署，我们从我们的生活实验室部署和下一代物联网农场的其他组件中进行了分析。
2021-10-04 cs.NI
A Scalable Solution for Node Mobility Problems in NDN-Based Massive LEO Constellations
本文提出基于NDN架构的解决方案，用于解决大规模LEO星座中节点移动性问题，通过可扩展的方法关联内容与地面网关，无需网络路由算法协作，实现低延迟和高可靠性通信。
2026-01-12 cs.NI
Dynamic Load-Balancing Vertical Control for Large-Scale Software-Defined Internet of Things
随着全球物联网日益受到消费者和商业环境的欢迎，网络流量管理已成为优化物联网性能的重要课题。僵化的现有物联网（IoT）架构阻碍了当前的流量管理技术为大规模物联网提供真正的差异化服务。软件定义的物联网（SD-IoT）是一种新的计算范式，它将控制平面和数据平面分离，并实现集中式逻辑控制。在本文中，我们首先提出了一个SD-IoT的通用框架，它由两个主要组件组成：SD-IoT控制器和SD-IoT交换机。SD-IoT的控制器采用资源池技术，池负责整个网络的集中控制。SD-IoT的交换机集成了网关功能，负责数据访问和转发。SD-IoT控制器池设计为垂直控制架构，包括主控层和基础控制层。主控层的控制器（主控制器）向上与应用层交互，向下与基础控制层交互，基础控制层的控制器（基础控制器）与数据转发层交互。分别提出了基于选举机制的主控制器动态平衡算法和基于均衡延迟的基本控制器动态负载均衡算法。实验结果表明，基于选举机制的动态均衡算法能够保证主控制器之间消息的一致性，基于均衡延迟的动态负载均衡算法能够在基本控制器中实现这些不同负载之间的均衡。
2017-12-29 cs.NI
Enhancing LR-FHSS Scalability Through Advanced Sequence Design and Demodulator Allocation
本文针对LEO卫星物联网大规模连接需求，通过利用宽间隔跳频序列并设计Early-Decode与Early-Drop两种解调器分配策略，联合提升LR-FHSS的可扩展性，并经仿真验证其有效性。
2024-07-03 cs.NI
Contact-Aware Opportunistic Data Forwarding in Disconnected LoRaWAN Mobile Networks
LoRaWAN是领先的低功耗广域网（LPWAN）架构之一。它最初设计用于由静态传感器或物联网（IoT）设备和静态网关组成的系统。它最近进行了更新，引入了纳秒时间戳等新功能，这些功能打开了应用程序，使LoRaWAN能够用于移动终端跟踪和定位。在这种移动场景中，由于障碍物或深度衰落的干扰，设备可能暂时失去与网关的通信，导致吞吐量降低和数据传输延迟。为了克服这个问题，我们提出了一个新的数据转发方案。设备可以将其数据转发到附近的设备，这些设备与网关联系的概率更高，而不是将数据保存到下一次与网关联系。我们提出了一个新的网络度量称为实时接触感知预期传输计数（RCA-ETX），实时建模这种接触概率。在不对移动性模型进行任何假设的情况下，该度量利用数据传输延迟来对复杂的设备移动性进行建模。我们还扩展了RCA-ETX的吞吐量最优的随机背压路由方案，并提出了实时反推背压收集（ROBC），一个协议，以对抗随机行为所产生的动态与流动性。为了将我们的方法无缝地应用于支持LoRaWAN的设备，我们进一步提出了两个新的LaRaWAN类，即修改的C类和基于网络的A类。它们都与LoRaWAN Class-A设备兼容。我们基于伦敦公交网络的数据驱动实验表明，我们的方法可以将数据传输延迟减少到$25\%$，并在数据传输性能方面提供$53\%$吞吐量改进。
2020-04-14 cs.NI
Employing p-CSMA on a LoRa Network Simulator
低功耗广域网（LPWAN）的出现是为了满足物联网（IoT）的需求-设备的运行寿命和长工作范围。在LPWAN中，远程（LoRa）WAN是最有前途的;这是一种即将推出的物联网协议，已经被KPN和TTN等大型移动运营商采用。通过LoRaWAN，物联网设备可以在单跳中将数据传输到数公里之外的相应网关，占空比为1%。然而，在LoRa网络中，任何设备都要求用于数据传输的信道，而不执行信道感测或与其他设备同步。当每个网关连接的IoT设备的数量增加时，这极大地增加了信息分组的冲突数量。为了提高信道的利用率，我们提出在LoRaWAN的MAC层上应用持续载波侦听多址（p-CSMA）协议。在这篇手稿中，我们报告了ns 3中用于LoRa网络模拟的p-CSMA组件的初始设计。特别地，呈现了向IoT设备添加p-CSMA功能的类别。此外，还详细说明了这些类与它们所应用的现有LoRaWAN模块之间的依赖关系和关系。此外，我们通过模拟LoRa网络来评估这个新的p-CSMA LoRaWAN模块的分组接收率（PRR）。目前的报告是创建整体p-CSMA模块的第一步，旨在支持网络研究人员和鉴赏家在ns 3中模拟LoRa网络的各个方面。
2018-05-30 cs.NI cs.PL
Joint Energy and SINR Coverage in Spatially Clustered RF-powered IoT Network
由于射频（RF）信号无处不在，RF能量收集正在成为为物联网设备供电的一种有吸引力的解决方案。在本文中，我们对一个物联网网络进行了建模和分析，该网络从同一个无线网络中收集RF能量并接收信息。为了实现该操作，每个时隙被划分为计费和信息接收阶段。对于这种设置，我们表征两个性能指标：（i）能量覆盖和（ii）联合信号干扰加噪声（SINR）和能量覆盖。分析是使用一个现实的空间模型来执行的，该模型捕获了物联网设备的位置与无线网络的节点（以下称为物联网网关）之间的空间耦合，这在文献中经常被忽略。特别是，我们使用泊松集群过程（PCP）对物联网设备的位置进行建模，并假设其中一些集群在其中心部署了物联网网关（GW），而其他GW独立于物联网设备部署。耦合水平可以通过调整部署在集群中心的总GW的比例来控制。由于固有的棘手性计算散粒噪声过程的分布，这种设置，我们提出了两个准确的近似，使用上述指标的特点。从我们的结果中得出了多个系统设计见解。例如，我们证明了最佳时隙划分，最大限度地提高系统吞吐量的存在。此外，我们探讨了物联网设备和GW的位置之间的耦合水平对这种最佳时隙划分的影响。特别是，我们的研究结果表明，充电阶段的持续时间的最佳值增加耦合的水平降低。
2018-12-24 cs.IT cs.NI math.IT
Reliable Firmware Updates for the Information-Centric Internet of Things
物联网（IoT）的安全性需要在现场定期更新固件。这些需求随着新的敏捷概念（如代码安全性）而不断增加，应该被视为常规操作。托管大规模固件部署对于受限的无线环境来说是一个关键挑战。在本文中，我们将探讨以信息为中心的网络如何简化可靠的固件更新。我们从IETF SUIT工作组开发的最新标准开始，并贡献了一个系统，该系统允许通过使用加密保护的清单文件及时发现新的固件版本。我们的设计使级联固件推出从网关到叶节点在低功耗多跳网络。虽然分块机制为通常较小的最大传输单元（MTU）准备固件映像，但早期拒绝服务（DoS）检测可防止分发篡改或格式错误的分块。在对真实世界物联网测试平台的实验评估中，我们展示了可行的策略，这些策略具有自适应带宽消耗和在将固件映像复制到物联网边缘时对连接丢失的高弹性。
2021-08-21 cs.NI
FSMA: Gateway-Controlled Access for Scalable LoRa Non-Terrestrial Networks
University of California San Diego（加州大学圣迭戈分校）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
针对LoRa非地面网络中大规模设备冲突和网关移动导致的链路变化问题，提出网关控制的免同步MAC协议FSMA，利用低扩频因子啁啾隐式过滤弱链路节点，将冲突窗口减少6-200倍，实验显示吞吐量提升2倍，可扩展至5000+设备。
2026-09-10 cs.NI eess.SP
Time-Constrained Erasure Correction for Data Recovery in UAV-Aided IoT
Indian Institute of Technology Bhubaneswar（印度理工学院布巴内斯瓦尔分校）
本文提出了一种受时间约束的数据恢复方案，利用 fountain 编码和信息复制提高无人机辅助物联网网络的上行链路可靠性。
2026-01-27 cs.NI eess.SP
Modern Random Access: an Age of Information Perspective on Irregular Repetition Slotted ALOHA
信息时代（AoI）作为许多物联网系统的一个有价值的性能指标越来越受到关注，其中大量设备向中央网关报告时间戳更新。例如，在工业、车辆和环境领域具有广泛应用的遥感、监测或跟踪就是这种情况。在这些设置中，AoI提供了与吞吐量或延迟所提供的见解互补的见解，捕获了系统维护每个传输设备状态的最新视图的能力。从这个角度来看，虽然对点对点链路的度量已经有了很好的理解，但对物联网系统中采用的链路层解决方案可能对AoI产生的影响的关注相对较少。特别是，没有结果可用于现代随机接入协议，最近出现的有前途的解决方案，以支持大规模的机器类型的通信。要开始解决这个差距，我们在本文中提供的第一个研究的AoI计划在这个家庭，即不规则重复时隙ALOHA（IRSA）。通过马尔可夫分析，我们跟踪AoI的演变在网关，证明了该过程是遍历的，并推导出一个紧凑的封闭形式的表达其平稳分布。在此基础上，我们计算平均AoI和年龄违规概率的精确公式。该研究揭示了IRSA的非平凡设计权衡，并强调了协议操作帧大小所起的关键作用。此外，一个简单的时隙ALOHA策略的性能比较突出了一个显着的潜力，现代随机接入方案的信息新鲜度。
2021-02-15 cs.NI
Offloading Execution from Edge to Cloud: a Dynamic Node-RED Based Approach
雾计算支持在终端设备中生成的数据直接在网络边缘存储、处理和操作的用例，但计算可以通过边缘到云连续体卸载到更强大的实例。这种卸载机制在现代多用途物联网网关的情况下尤其需要，其中需求和操作条件在部署之间可能会有很大变化。为了促进网关的开发和运营，我们直接实施卸载，作为嵌入在软件堆栈中的物联网快速原型过程的一部分，基于Node-RED。我们评估实施的方法，使用图像处理的例子，并比较各种卸载策略的基础上，资源消耗和其他系统指标，突出处理需求和服务水平达到的差异。
2018-10-26 cs.DC cs.NI cs.PF
SOM-based DDoS Defense Mechanism using SDN for the Internet of Things
为有效应对物联网安全威胁，提出了一种基于软件定义网络（SDN）的SOM DDoS防御机制。该机制的主要思想是部署一个基于SDN的网关来保护物联网中的设备服务。网关提供了基于SOM神经网络的DDoS防御机制。通过基于SOM的DDoS防御机制，网关可以有效识别物联网中的恶意感知设备，并在检测到恶意设备后自动拦截，从而有效增强系统在遭受DDoS攻击时的安全性和鲁棒性。为了验证该机制的可行性和有效性，我们利用POX控制器和Mininet仿真器实现了一个实验系统，并进一步用Python实现了上述安全执行机制。最后的实验结果表明，该机制在不同的测试场景下都是有效的。
2020-03-18 cs.NE cs.NI
A DTLS Abstraction Layer for the Recursive Networking Architecture in RIOT
在物联网（IoT）上，设备彼此之间、与网关或其他互联网节点持续通信。设备通常受到限制，并使用不安全的信道进行通信，这使它们暴露于可能提取敏感信息或操纵对话以进行破坏的攻击。本文介绍了RIOT网络体系结构中的一个新层，用于使用DTLS无缝集成应用程序之间的安全通信。该层充当不同DTLS实现的模块化抽象层，支持通过几行代码交换底层实现。本文还介绍了credman，一个新的模块来管理用于（D）TLS连接的凭据。
2019-06-28 cs.NI
Beacon based uplink transmission for lorawan direct to satellite internet of things
本文提出BU-LoRaWAN方案，利用LoRaWAN B类同步机制和时隙调度优化星地上行传输，经OMNeT与FLoRaSat仿真验证，其交付流量约为标准LoRaWAN的两倍。
2024-09-30 cs.NI eess.SP
No Size Fits All: Automated Radio Configuration for LPWANs
University of Washington（华盛顿大学）；University of Illinois（伊利诺伊大学）；Microsoft（微软）
像LoRa这样的低功耗远程网络已经成为物联网部署的主流。考虑到这些协议支持的应用程序的多功能性，它们支持多种数据率和带宽。然而，对于在多英里上支持数百个设备的给定网络，网络运营商通常需要指定相同的配置或在配置的小子集中指定用于所有客户端设备与网关通信的配置。这种一刀切的方法在大型网络中效率极低。我们提出了另一种方法--我们允许网络设备以它们选择的任何数据率传输。网关使用前同步码中的前几个符号对正确的数据率进行分类，切换其配置，然后对数据进行解码。我们的设计利用了户外物联网部署中固有的不对称性，其中客户端是电力匮乏和资源受限的，但网关不是。我们的网关设计Proteus运行神经网络架构，并与现有的LoRa协议向后兼容。我们的实验表明，Proteus可以在室内和室外部署中以超过97%的准确率识别正确的配置。我们的网络架构使LoRa测试平台的吞吐量增加了3.8到11倍。
2021-09-10 cs.LG cs.NI
SWI-FEED: Smart Water IoT Framework for Evaluation of Energy and Data in Massive Scenarios
本文提出SWI-FEED智能水务物联网框架，整合EPANET与NS-3仿真环境，用于大规模供水系统的漏损检测、能耗及LoRaWAN网络性能评估，并给出实际用例与网关部署策略。
2024-04-11 cs.NI cs.SY eess.SY
A Deployment-Oriented Framework for Explainable AI-Assisted eBPF/XDP Mitigation at the IoT Edge
Istinye University（伊斯坦耶大学）
提出一种基于Linux的物联网边缘网关框架，结合资源感知的AI风险评分、事件级可解释性和eBPF/XDP限界缓解，实现可部署的异常流量管控。
2026-06-11 cs.CR cs.NI
