一种高效的水下传感器网络MAC协议

水声信道具有窄带宽、高传播延时等特点,为有效减少水声信道冲突,信道预约型MAC协议成为水下传感器网络的首要选择.通过分析信道预约型MAC协议节点在高负载网络条件下的RTS-CTS控制包的交换过程,给出了多个节点对同时取得信道使用权成立条件,设计了一种在一次RTS-CTS握手后,拥有信道使用权的多个节点对依次进行无碰撞数据传输的MAC协议.最后通过仿真实验验证协议的性能,结果表明:该协议具有更高的网络吞吐量和更低的网络时延.     

基于水声传感器网络的MACA改进协议

水下网络使用水声信道进行通信,但水声信道低带宽和高传播时延的特点使介质访问控制协议的设计存在较多难点。为此,对冲突避免多址接入(MACA)协议进行改进,提出PE-MACA协议。根据优先权原则使节点同时与多个邻居节点通信,在数据传输时使用高响应比优先算法,并利用半争用算法进行信道切换。仿真结果表明,与MACA协议相比,PE-MACA可有效提高信道利用率和网络吞吐率。     

基于可变长时隙机制的水下传感器网络MAC协议

通过研究水声通信的特点,分析水下物体的运动特性,提出了一种基于可变长时隙机制的水下传感器网络MAC协议。新协议中,传感器节点会周期性获取邻居节点的位置信息,并根据节点间相互距离的变化自适应地调整信道预约时隙长度,当节点由于运动引起网络区域收缩,节点之间距离变小时,预约时隙长度变小,反之,时隙长度增大。可变长时隙机制,提高了信道时隙资源的利用率。仿真结果表明,动态环境下新协议相对现有的协议在有效网络吞吐量性能上提升15%左右。     

基于预约和反馈的无线传感器网络MAC协议研究

针对无线传感器网络中对通信实时性要求较高的应用环境,引入信道预约机制和反馈机制到S-MAC协议,提出了一种低时延的RF-MAC协议。该协议在有数据需要发送时先预约信道,各节点根据预约时间表进行数据传输。采用在数据传输过程中向源节点发送反馈信息的方法,实现后续数据的提前发送。通过仿真实验表明:RF-MAC协议有效地降低了数据传输的时延,同时改善了丢包率和网络吞吐量。     

基于预约调度的无线传感器网络的MAC协议*

提出了一种基于预约调度的用于无线传感器网络的MAC协议--SSMAC.该协议采用分布式竞争接入和预约调度发送,提供高能量效率的信道接入和支持QoS业务的传输,较好地解决了隐藏终端和暴露终端问题.仿真结果表明SSMAC协议在保持节能的同时,在降低媒体接入时延、提高报文投递成功率和提供QoS保障上较TRAMA协议性能有很大的提高.     

基于信道预约及信道感知的复合多址接入协议

随着计算机网络技术的不断发展,无线局域网得到了广泛的应用.由于在无线信道中,通信环境不稳定,用户间分组冲突及分组误帧经常发生,造成了网络性能的下降.为了改善上述现象,提出了一种基于信道预约及信道感知的复合多址接入协议,即CA-DIBCR(Channel Awareness-Distributed In-Band Channel Reservation).协议通过预约及感知信道来减少分组冲突及误帧的发生,从而提高网络的性能.利用OPNET仿真工具对CA-DIBCR进行了仿真,结果表明方案对网络吞吐量以及平均分组时延等性能指标均有明显改进,使得嘲络资源得到更加充分的利用.因此,CA-DIBCR算法是一种能有效提高无线网络性能的多址接入算法.     

M-TDMA:基于TDMA协议的高效水下传感器网络MAC协议

TDMA是基于固定分配的MAC协议,网络中不需要控制信息就能避免节点间出现的数据碰撞问题,是一种简单而成熟的信道分配机制。由于水下传感器网络的高延时和网络传输的易干扰性,使得水下传感器网络信道的传输效率较低。文中提出一种新型的水下无线传感器网络数据发送传输协议(M-TDMA),解决传统TDMA协议水下信道利用率不高的问题。同时还对网络进行拓扑扩展,拓展了网络的实际应用范围,以及制定了可行的网络时钟同步机制。仿真实验表明,该协议能有效提高水下信道的利用率,具有更好的性能。     

基于QoS的分布式认知无线电网络多信道MAC协议

在分布式认知无线电网络中,动态资源利用不足和中心控制单元的缺失使其MAC层协议的设计面临很多挑战。针对认知无线电网络的特点,提出了一种新的MAC协议,该协议通过在信道预约阶段优先考虑对时延要求较高的应用,来保证网络对这类应用的QoS;同时还解决了认知无线电网络中频谱的利用率低和隐藏终端两个热点问题。为分析研究该协议的性能,首先提出了一种新的分析模型。然后将这种新的MAC协议与两种典型的MAC协议进行了仿真对比,结果表明该协议提高了网络的吞吐量。最后通过数值分析和仿真证实了本协议设计简单高效,具有较高的频谱利用率,不但满足了时延敏感性应用的QoS需求,而且还能有效地解决多信道隐藏终端的问题。     

基于分簇技术的水下声传感器网络的时钟同步研究

时钟同步是水下传感器网络节点协作的必要条件;不同于陆地传感器网络,水声信道具有随机的时频变化,声信号传播速率低,具有很大的时延;文章首先研究了水下传感器网络的分簇技术,在分簇的传感器网络中,实现了适用于水下的发送端—接收端的同步协议;通过MATLAB,利用水下声传播特性公式,对水下传感器网络的时钟同步能耗与同步精度之间的关系进行模拟仿真;最后得出了基于分簇技术的时钟同步技术能耗低、精确度高,证明了文章的研究意义。     

基于蚁群算法和BP神经网络的信道分配策略的研究

研究无线传感器网络信道分配策略的主要目标是提高网络吞吐量和容量,减小网络的传输时延,最大限度的利用有限的网络带宽资源。多信道MAC协议的应用,可以有效地提高网络通信的可靠性和吞吐量,以及解决由于信道受干扰而造成的网络瘫痪等问题。根据无线传感器网络多信道的特点提出了一种基于蚁群算法的动态反馈负载均衡信道分配策略。本策略首先应用BP神经网络对信道负载情况进行预测,然后通过基于蚁群算法的负载均衡算法对信道进行筛选,最后利用最大离散化算法进行信道分配。在NS2平台下对所设计的协议进行了仿真实现,并与应用最为广泛的多信道MMAC协议以及SMAC进行了对比分析。根据仿真结果可知,本文设计的MAC协议在网络吞吐量、网络传输时延等性能方面比MMAC协议及SMAC都有了很大程度的提升。可以有效减小网络传输时延,提高网络吞吐量和抗干扰能力。     

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。     

Performance investigation of a token passing access protocol for a multichannel optical fibre LAN

An alternative approach to multichannel local area network access is described. The new multichannel access scheme or protocol is based on a token passing arbitration policy. It is specifically intended for use with a starconfigured optical fibre LAN employing wavelength division multiplexing technology in order to provide a multichannel transmission medium. The multichannel network architecture comprises a single reservation channel and several equivalent speed data channels. Delay versus throughput performance characteristics for the network obtained by both analysis and discrete event simulation are shown. The multichannel token passing protocol is found to significantly improve these characteristics in comparison with a conventional single channel token passing approach using the same overall network transmission rate (i.e. the sum of the individual channel bit rates in the multichannel case). Furthermore, when the end-to-end propagation delay for an individual channel on the network becomes large, the multichannel token passing protocol is shown to exhibit an improved delay versus throughput performance over a multichannel protocol employing carrier sense multiple access with collision detection.     

多跳移动Ad Hoc无线网络中UPMA协议的仿真

基于有效竞争预约接人、无冲突轮询传输的思想,该文改进了支持节点移动性和多跳网络结构的依据用户妥善安排的多址接人（UPMA）协议,然后利用网络仿真工具OPNET构建了UPMA协议的仿真框架,并仿真了由自组织分群算法所获得群的群内无线传输情况。该仿真框架为UPMA协议详细配置了物理层和数据链路层模型,可以设置不同的信道特性以及应用场景。在此基础上,该文分析了UPMA协议的信道吞吐量、平均消息时延和平均消息丢弃率,并将其与带冲突避免的载波侦听多址接人协议（CSMA／CA）、轮询协议进行了性能比较。仿真结果表明,UPMA协议可以提供较高的吞吐量、较低的平均消息时延和较小的平均消息丢弃率。     

一种多信道混合方式的无线传感器网络MAC协议

为了提高无线传感器网络的吞吐量,降低时延,本文设计了一种多信道MAC协议——MCHMAC。它采用调度和竞争访问机制相结的混合方式来传输信息,通过动态调整节点的活跃与睡眠状态的时长来节省能量。MCHMAC使用信道状态估计算法对信道进行评估,利用信道调度表来为节点调度状态最优的信道。仿真实验结果证明,本协议提高了吞吐量,降低了网络时延。     

自适应低轨卫星MAC协议性能分析

针对低轨卫星通信信道碰撞检测能力弱,时延较长和大业务量的特点,提出一种具有接入控制机制的自适应APRMA MAC协议。通过对信道负载和业务优先级判断来确定不同业务的接入概率函数,并且接入概率在每个时隙中通过更新来动态适应系统资源的变化。该MAC协议确保多个终端合理共享有限的无线资源同时,系统能达到高容量。通过仿真对语音业务丢包概率、数据包平均时延和数据业务吞吐量三个衡量协议性能指标与传统协议进行分析对比,证明了APRMA MAC协议显著改善系统性能。     

水下无线传感器网络信道研究

水下无线传感器网络通信信道是一种环境噪声高、传播时延长、误比特率高、多径干扰、多普勒效应严重的时、频、空变复杂的随机信道。水下声信道的复杂性和多变性严重限制了水下声通信的性能。本文使用Matlab软件研究、仿真分析了上述因素对水下无线传感器网络通信性能的影响,为更好地设计无线传感器网络信道模型、合理的水下无线传感器网络拓扑结构以及低功耗、高性能的路由协议提供一定的参考依据。     

Ad Hoc网络中基于双向多信道预留的媒体接入算法

结合多信道和双向信道预留的策略,本文提出了一种新的应用于Ad Hoc网络的多信道媒体接入算法-NBMC算法,并对其吞吐量进行了性能分析。仿真实验结果表明,与IEEE802.11DCF相比,NBMC算法使Ad Hoc网络上的TCP吞吐量和各TCP流信道占用的公平性都得到了有效的改善。     

An efficient joint channel assignment and QoS routing protocol for IEEE 802.11 multi-radio multi-channel wireless mesh networks

With the emerging of video, voice over IP (VoIP) and other real-time multimedia services, more and more people pay attention to quality of service (QoS) issues in terms of the bandwidth, delay and jitter, etc. As one effective way of broadband wireless access, it has become imperative for wireless mesh networks (WMNs) to provide QoS guarantee. Existing works mostly modify QoS architecture dedicated for ad hoc or sensor networks, and focus on single radio and single channel case. Meanwhile, they study the QoS routing or MAC protocol from view of isolated layer. In this paper, we propose a novel cross-layer QoS-aware routing protocol on OLSR (CLQ-OLSR) to support real-time multimedia communication by efficiently exploiting multi-radio and multi-channel method. By constructing multi-layer virtual logical mapping over physical topology, we implement two sets of routing mechanisms, physical modified OLSR protocol (M-OLSR) and logical routing, to accommodate network traffic. The proposed CLQ-OLSR is based on a distributed bandwidth estimation scheme, implemented at each node for estimating the available bandwidth on each associated channel. By piggybacking the bandwidth information in HELLO and topology control (TC) messages, each node disseminates information of topology and available bandwidth to other nodes in the whole network in an efficient way. From topology and bandwidth information, the optimized path can be identified. Finally, we conduct extensive simulation to verify the performance of CLQ-OLSR in different scenarios on QualNet platform. The results demonstrate that our proposed CLQ-OLSR outperforms single radio OLSR, multi-radio OLSR and OLSR with differentiated services (DiffServ) in terms of network aggregate throughput, end-to-end packet delivery ratio, delay and delay jitter with reasonable message overheads and hardware costs. In particular, the network aggregate throughput for CLQ-OLSR can almost be improved by 300% compared with the single radio case.     

基于竞争允许TDMA的无线传感器MAC层协议

无线传感器网络在许多重要领域有着广泛的应用，而传感网的媒体访问控制子层(MAC)协议对传感器网络的运行和性能具有重要影响。该文概述了目前存在的传感网MAC协议的设计思想，在SMAC协议的基础上，将TDMA和CSMA两种思想结合起来并与SMAC协议同步机制相统一，提出了一个新的基于竞争允许TDMA的无线传感器网络MAC协议。模拟结果显示，与SMAC协议相比，该协议在数据包延迟、能量消耗及数据包的接收率等性能上有很大提高。