基于无线网络编码的速率自适应协作MAC协议

传统无线网络编码协议在单播传输模式中较少考虑速率自适应对网络性能的改善作用,而利用RTS/CTS握手信号进行信道估计的速率自适应机制则存在开销大、网络吞吐性能差等缺陷。为此,提出一种基于网络编码的速率自适应协作介质访问控制协议RACNC。该协议使用网络编码模型和基于ACK帧的速率自适应机制,当源节点传输的原始数据帧未被成功接收时,选取中继节点对原始数据帧进行编码处理,然后转发编码数据帧,在保证数据帧可靠传输的同时减少其在网络上的传输次数。同时利用改进的ACK帧进行速率反馈,避免在估计信道质量时发送多余的RTS/CTS控制帧。仿真结果表明,与基于网络编码的NCAC-WTC协议相比,RACNC协议可有效减小平均端到端时延,提高网络吞吐量。     

基于图论优化模型的自组织网络算法与网络吞吐率分析

研究了分布式自组织无线通信网的组网问题,提出了一种充分利用网络拓扑结构信息的优化组网算法,该算法具有网络控制节点数少、节点之间通信链路简化等优点,在组网后规定网络通信路由的情况下,利用ＣＳＭＡ作为信道舆协议,对网络中节点之间通信的吞吐率进行了分析,在给定节点平均通信业务量的条件下,分析了整个网络的吞吐率,推导了模型参数的估值公式,计算机传真结果表明,优化网络的性能 于已有组网算法构建的网络。     

片间高速图像传输系统的设计与实现

针对图像采集与处理系统研发中的现场可编程门阵列(FPGA)之间的高速图像数据传输问题,设计了一种全双工、高吞吐率、高稳定性和高抗干扰能力的高速图像数据传输方案。设计的片间高速图像传输系统提供了通用的图像传输接口,可兼容不同的数据位宽和用户时钟频率。高速图像传输模块分为协议层和物理层。协议层包括跨时钟域电路和CXP图像传输协议编译码电路,完成跨时钟域和图像数据流编译码处理;物理层基于Aurora 8B/10B core,完成数据流的串并转换以及多通道绑定等处理,并采用GTH收发器实现高速串行数据的收发。仿真测试表明,图像数据传输正确,图像数据流同步时钟最高可达250 MHz,传输位宽达128 bit,最高吞吐率可达32 Gbit/s,平均吞吐率为20 Gbit/s,并且还有很大的提升潜力。该高速图像传输系统能够实现高吞吐率、高抗干扰、低错误率的图像数据传输,有助于各种不同视觉测量系统和图像处理系统的开发,具有广泛的应用价值。     

一种高可靠的多通道MAC协议

针对工业无线传感器网络的应用需求和射频环境特点,提出了一种高可靠的多通道MAC协议CHNP.协议中给出了一种基于协商模式通道切换机制的MAC架构,并基于该架构给出了一种通道切换模式选择算法和一种自适应传输机制.前者可以实现更高程度的并发传输,而后者可在动态变化的射频条件下自适应地选择高质量通道进行传输.仿真表明,与已有多通道协议相比,CHNP可大幅提高网络的吞吐量、分组到达率以及MAC层延迟性能,并具有更好的抗干扰能力.     

一种基于空分复用的无线自组网接入层协议及其跨层分析模型

为充分利用无线自组织网络节点所装备的多天线以提高网络性能,提出一种基于空分复用的无线自组织网络接入层协议MADB-MAC(multiple antennas dual backoff-media access control).通过在传输帧的竞争时隙交换多个握手信息,使网络中节点能够以空分复用的方式并行传输.建立网络性能跨层分析模型,考虑物理层检测错误传播的影响,对此协议进行分析.理论分析和数值计算结果表明MADB-MAC能够在不增加占用带宽的前提下有效提高网络吞吐率.     

AHHR:一种新的移动ad hoc网络混合路由协议

Adhoc网络是一种特殊的自组织无线网络,路由协议对网络性能起着决定性的作用。论文提出了一种新的混合式路由协议。该协议利用了DSR的路由发现机制,并通过边权值管理和路由公告来获得网络拓扑。该协议可以在先应式和反应式路由之间进行自适应切换。仿真结果显示该路由协议在平均分组递交率和路由协议开销等方面要优于传统路由协议。     

基于动态占空比的流量自适应MAC协议

提出一种基于动态占空比的流量自适应MAC协议,在基于S-MAC和TDMA流量自适应MAC协议的基础上,引入动态占空比机制,将原S-MAC协议的侦听/睡眠周期划分为多个短侦听/睡眠周期以实现多次数据传输。仿真结果表明,该协议在多竞争节点情况下能减少系统时延,维持较高的吞吐率,实现协议的平滑切换。     

延迟评估的车载自组织网络数据传输协议

车载自组织网络(VANET)作为一种新的自组织网络,可以极大提高驾驶安全性和交通运输的效率。由于车辆行驶导致的快速拓扑变化,使得设计高效的数据传输协议在车载自组织网络研究中成为挑战。分析了车辆自组织网络的特征,在道路统计信息的基础上,依据不同车辆的行驶方向,提出了一种新的基于延迟评估的车载自组织网络数据传输协议(DEF)。模拟实验证明提出的协议比现有协议具有更低的平均传输延迟。     

面向工业无线汇聚网络的高吞吐率MAC协议

汇聚网络是工业传感器网络的常用拓扑形式。汇聚网络的隐藏终端是影响网络吞吐率的重要因素,目前常用信道预留机制来加以解决。此外,随着物理层数据传输速率的不断提高,相对短报文的现象日渐突出,使得用于信道预留的控制报文的开销相对增加。现有的IEEE802.11 DCF不能同时有效应对这两个现象。提出了取消信道预留方式来克服相对短报文问题,而对于由于信道预约取消所导致的隐藏终端问题,则以随机发送机制解决。为了获得最优的发送概率,设计了APCSMA协议,该协议以最大化节点吞吐率为目标,提出吞吐率最大化的必要条件,基于该必要条件,在主干扰模型下推导出节点均匀分布情况下的最优报文发送概率。从理论上分析了协议的网络吞吐率、延迟和能量效率。仿真结果和分析表明,APCSMA协议对于工业无线汇聚网络具有广泛的适用性。     

一种新的无线传感器网络MAC协议

针对SMAC协议退避机制的缺陷,提出一种新的MAC协议——自适应SMAC。在SMAC的基础上引入指数退避机制,引用马尔可夫分析模型对退避关键性能参数进行理论分析,根据分析结果引入信道忙计数器。使节点能根据该计数器估计信道的拥塞程度,自适应地改变竞争窗I：1大小以减少碰撞,提高能量效率和吞吐率。仿真结果表明,新方案的能量效率和吞吐率相对于SMAC有明显提高。     

基于模糊逻辑的多速率WLAN自适应MAC协议

针对DCF应用在多速率无线局域网中存在吞吐量异常和严重不公平性问题,提出了一个基于信道状态和节点速率的模糊自适应退避算法——RCFAB算法。仿真结果表明,RCFAB能够适应多速率WLAN,并有效地改善系统的吞吐量和接入公平性。     

移动Ad Hoc网络中应用智能天线的多址协议及其性能分析

对智能天线在移动Ad Hoc网络(MANET)中的应用进行研究．提出了自适应波束形成CSMA／CA(ABF—CSMA／CA)协议．该协议利用RTS／CTS对话实现信道预约；在RTs与CTS分组中设置了训练序列，收发节点的智能天线基于训练序列进行自适应波束形成以传输数据分组与ACK．提出改进的“虚拟载波监测”机制进行冲突避免(CA)．每个节点中设置两类网络分配矢量(NAV)，用一个oNAV记录邻节点以全向模式占用信道的时间，用多个bNAV分别记录各邻节点以波束形成模式传输分组的时间．推导了信道利用率的近似计算公式并进行了仿真，考察了节点传输距离、训练序列长度及天线模式切换时间对网络性能的影响．结果表明，ABF-CSMA／CA协议与智能天线的结合能有效实现信道的空分复用(SDMA)，显著提高整个网络的信道利用率．     

无线局域网的速率自适应算法设计与仿真分析

目前的IEEE802.11在物理层提供了不同的传输速率,因此根据不同的信道条件可以选择一个合适的传输速率,以使系统吞吐量达到最大。在WLANs中,当有多个用户向同一个接入点传输数据时,碰撞就会产生。Collision-Aware Rate Adaptation（CARA）算法能够有选择地启用Request-To-Send/Clear-To-Send（RTS/CTS）识别出这种碰撞,很大程度上避免了由于碰撞引起的吞吐量下降。但随着碰撞的增加,CARA吞吐量还是有明显下降。为了提高吞吐量,提出了一种新的速率自适应算法Adaptive Avoid Collision Rate Adaptation（Adaptive-ACRA）,该算法根据信道条件不同改变门限值,有效地提高了大量碰撞存在情况下的吞吐量。最后,通过大量NS2仿真证明了新算法提高系统吞吐量的有效性。     

无线Ad hoc网络MAC层吞吐量分析

MAC层吞吐量分析是无线Ad hoc网络容量分析的基础。对CSMA协议特别是IEEE802.11DCF协议建立了一个Markov链分析模型。分析得出状态间的转移概率,通过建立状态方程得出稳态概率的线性方程。通过数值方法得出稳态解,从而得到无线Ad hoc网络MAC层吞吐量,并与公认的网络容量分析结果做了比较。通过吞吐量与节点数及分组大小的关系曲线,为网络性能的优化提供了理论基础。     

无线局域网中一种自适应RTS门限调整算法

媒体访问控制是无线局域网的重要部分,决定了具有受限通信带宽的无线信道的共享效率.IEEE 802.11系列标准基于现有以太网技术,具有良好的操作性和兼容性,已发展成为WLAN的主要标准.IEEE 802.11 DCF中有两种接入方式:基本方式和RTS/CTS方式.RTS/CTS方式是IEEE 802.11无线网络的可选握手过程,用于减小碰撞的可能性.决定使用RTS/CTS握手方式的RTS门限值是研究的重要参数,不同的取值对数据传送会产生不同的性能特点.文章通过分析IEEE 802.11 DCF分组发送成功和碰撞的持续时间,获得了RTS和基本方式下分组传输时间开销与分组长度的关系.给出了以最小化分组传输时间代价为优化目标的最优RTS门限的计算公式.通过对当前信道分组发送的冲突概率的预测实现了最优RTS门限的计算;给出了一个具体的RTS门限自适应调整算法,使终端能自动调整其RTS门限以达到或接近最优值.仿真表明RTS门限自适应调整算法明显减小了分组传送时收发器发送单位比特数据的时间开销.     

一种基于移动自组网的联合检测MAC协议性能分析

在ad hoc移动自组网中,隐藏终端和暴露终端问题严重影响着MAC层的网络吞吐量性能。为了更好的解决隐藏／暴露终端问题,文献[3,4]提出了一种信道接入方法,即联合检测法。论文对此算法进行了改进,对RTS／CTS控制分组采用了载波侦听／冲突检测（CSMA／CD）策略,而对数据分组采用了基于发射端的码分配法。通过理论分析和仿真,表明提出的信道接入策略可获得较大吞吐量增益。     

Rate avalanche: Effects on the performance of multi-rate 802.11 wireless networks

Originally designed to deal with the hidden node problem, the Request-to-Send/Clear-to-Send (RTS/CTS) exchange is often turned off in most infrastructure-based 802.11 networks with the belief that the benefit it brings might not even be able to pay off its transmission overhead. While this is often true for networks using fixed transmission rate, our investigation leads to the opposite conclusion when multiple transmission rates are exploited in WLANs. Through extensive simulations using realistic channel propagation and reception models, we found out that in a heavily loaded multi-rate WLAN, a situation that we call rate avalanche often happens if RTS/CTS is turned off: high collision rates not only lead to retransmissions but also drive the nodes to switch to lower date rates; the retransmissions and the longer channel occupation caused by lower rates will further deteriorate the channel contention, which yields more collisions. This vicious circle could significantly degrade the network performance even no hidden node presents. Our investigation also reveals that, in the absence of effective and practical loss differentiation mechanisms, simply turning on the RTS/CTS could effectively suppress the rate avalanche effect. Various scenarios/conditions are extensively examined to study the impact of RTS/CTS on the network performance. Our study provides some important insights about using the RTS/CTS exchange in multi-rate 802.11 WLANs.     

一种实现MIMO多包接收的Ad Hoc网络MAC协议

MIMO技术可以同时接收多个数据包并能对它们进行有效的分离,是改善Ad Hoc网络系统性能的新途径。提出一种利用MIMO系统中MPR能力来提高网络吞吐量的MAC协议。它通过在回复CTS前接收多个RTS来最大化可以同时发送的链路数,接收节点根据自身的天线数目和接收到的RTS数目决定发送数据流数目。与现有的同类协议相比,该协议可以无差错地接收并分离出多个节点同时发送的数据,且在同一竞争区域内,允许多对节点同时通信。在OPNET仿真软件中,从业务负载、节点场景密度对其进行了网络仿真,并在结果分析中验证了MIMO MAC协议的综合性能优势。     

高效快速的太赫兹无线个域网双信道MAC协议

针对现有的太赫兹无线个域网络中太赫兹辅助波束赋形媒体访问控制（MAC）协议（TAB-MAC）存在数据传输时延较大以及信道利用率低问题,提出了一种高效快速的太赫兹无线个域网双信道MAC协议（EF-MAC）。通过目的节点向源节点发送测试帧机制来减少一个确认帧,从而减少控制开销和测试时延;采用自适应取消节点位置信息的收发机制,源或目的节点通过之前的请求发送帧/允许发送帧（RTS/CTS）帧交互过程已获得对方节点的位置信息且对方节点的位置没有发生改变,可以省去RTS或CTS中的位置信息,减少控制开销。理论分析与仿真结果表明,与TAB-MAC协议相比,所提协议能够有效减小数据传输时延,提高网络吞吐量。     

无线网络中的多速率调整机制综述

目前IEEE802.11a/b/g等无线局域网的物理层均支持多速率的数据传输。无线信号在传输过程中受节点运动、时变干扰、信号衰落等因素的影响较大,因此发送节点采取何种策略预测信道状况和调整数据速率,对提高网络吞吐量有着重要影响。根据发送节点是利用历史信息预测速率还是用RTS/CTS反馈信息确定速率,可以将速率调整分为开环方式和闭环方式。综述了现有绝大部分速率调整机制的性能和特点,对起始速率设置、丢包区分和调整策略等关键问题进行了分析和对比,提出了目前存在的问题和今后主要的研究方向。