高效高带宽利用率的太赫兹无线网络定向MAC协议

现有太赫兹无线定向网络中,随着网络规模的扩大,用于节点接入网络的Beacon帧长度不断变长,导致过多的控制开销;同时,由于定向天线的使用,中心控制节点需要在全方向各个扇区发送多个Beacon帧,随着扇区数目的增加,Beacon时段的长度和在整个超帧中的占比也会随着增加,由于超帧的长度是固定的,Beacon时段过长的时隙占用会导致更少的时隙用于传输数据,浪费信道资源.针对上述问题,本文提出一种高效高带宽利用率的太赫兹无线网络定向MAC协议—HEBU-MAC.本协议采用基于常短帧精简Beacon帧机制减少了Beacon帧的长度,采用基于常短时隙压缩基本时隙机制压缩基本时隙的长度,减少了Beacon时段的时隙占用,从而极大地降低了控制开销,提高了信道利用率.     

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。     

一种快速高效的太赫兹无线个域网定向MAC协议

太赫兹无线个域网是一种新型的无需基础设施的中心式网络,支持10 Gb/s～1 Tb/s的数据传输速率,具有广泛的应用前景。针对现有太赫兹无线个域网MAC协议和高效的太赫兹无线个域网定向MAC协议ED-MAC(Efficient Directional MAC protocol)存在节点间波束赋形训练开销大、耗时长的问题,对无线个域网内设备处于静止状态下的场景,提出一种快速高效的太赫兹无线个域网定向MAC协议FE-MAC(Fast and Efficient MAC protocol)。通过仿真验证,将提出的FE-MAC协议与基于802.15.3c的太赫兹MAC协议和ED-MAC协议进行性能对比,能够有效降低节点间数据发送时延,提高网络吞吐量。     

基于网络协调器高效切换的太赫兹无线个域网接入协议

针对现有的太赫兹无线个域网（THz-WPAN）相关接入协议涉及到的网络协调器（PNC）切换流程不够完善、存在传输冗余信息和较为明显的时隙资源浪费问题,提出一种基于PNC高效切换的太赫兹无线个域网接入协议（PCHEH-AP）。PCHEH-AP通过利用删除指定节点冗余信息、切换先确认以及PNC切换自适应时隙分配等新机制优化了PNC切换流程,提高了信道利用率,减少了数据时延,使得PNC切换更加合理和高效,能够更好地适应于太赫兹无线网络高业务量的需求。仿真结果表明,相比IEEE 802.15.3c定义的协议及HTLL-MAC协议,PCHEH-AP的数据时延至少降低了8.98%,MAC层吞吐量也提升3.90%。     

降低控制开销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双信道媒体访问控制(Medium Access Control, MAC)协议在节点需要双向通信时采用半双工通信方式和对于已通信过的节点再次通信且位置未发生改变时信息控制开销较大而影响网络性能的问题,提出一种低控制开销的太赫兹无线个域网双信道MAC协议(Low Control Overhead dual-channel MAC protocol, LCO-MAC).LCO-MAC协议通过在通信双方节点同时有向对方发送数据的需求时,采用点对点全双工通信机制通过一次信息控制帧的交互完成信道预约和自适应省略允许发送帧/测试帧机制,降低信息交互过程的控制开销,提高吞吐量来提升网络性能.仿真结果表明,与TAB-MAC协议和EF-MAC协议相比,本文所提出的协议信息控制开销降低了至少12.6%、网络吞吐量和信道利用率提升分别不少于11.3%和12%.     

高吞吐量低时延的太赫兹无线个域网MAC协议

针对现有太赫兹无线个域网MAC协议存在的基于动态均衡思想的网络不稳定、不合理的竞争窗口导致退避时间过长,以及所分配CTA长度大于节点的时隙请求量时会导致时隙剩余3个问题,提出了一种高吞吐量低时延的太赫兹无线个域网MAC协议——HTLL-MAC(High Throughput and Low Latency MAC protocol)。HTLL-MAC协议通过基于动态均衡思想的接入机制提高网络稳定性,引入动态更改重传竞争窗口方法缩短了退避所需时间,并且启用CTA剩余时隙机制充分利用剩余时隙,从而达到增加网络吞吐量、降低数据传输时延的效果。理论分析验证了HTLL-MAC协议的有效性。仿真结果表明,相较于IEEE 802.15.3c和HTLD-MAC的MAC层,吞吐量提高了6.15%,数据平均时延降低了32.53%。     

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。     

一种高能效无线传感器网络MAC协议研究

为了解决无线传感器网络中MAC层空闲侦听、冲突和控制开销所带来的无效功耗等问题,提出了一种高能效无线传感器网络动态非等分时隙MAC新方法;该方法依据网络拓扑和监测类型分析了覆盖率模型,设计了通过选举最低剩余能量节点为休眠节点的动态选举算法,推导得到了非等分配时隙协议的算法公式,同时,采用簇内单向广播的时钟同步算法保证了网络节点拥有相同的时间基准;在无线传感器测试床上进行仿真对比实验,结果表明该方法较好地实现了动态调节工作节点数量和非等分传输时隙的协议功能,MAC层的能量有效性显著提高;该方法可有效使用网络能量,延长网络生命周期,是一种高能效的无线传感器网络MAC协议。     

EDA-MAC:事件驱动应用感知的无线传感器网络MAC协议

MAC协议是无线传感器网络领域中的一个广泛研究的问题,然而,现有的MAC协议较少是针对具体的应用而设计.针对基于无线传感器网络的坡道转弯交通控制系统,设计并实现了一个事件驱动、应用感知的MAC协议EDA-MAC(Event Driven Application MAC).此协议使用竞争时隙分配算法选择优先级最高的汇报事件,根据此优先级作为可以汇报事件的基准,限制低优先级事件的汇报,有效降低数据包的碰撞,保证了数据传输的完整性和实时性.同时,提出一个时隙动态调整算法,根据已有汇报事件的信息,动态调整非竞争周期和非活动周期的时隙数目,减少节点的空闲监听时间,最大程度地使节点处于睡眠状态,有效降低了节点能耗.试验结果表明,该MAC协议支持优先事件传输,具有较好的实时性和能量高效性,适用于基于无线传感器网络的坡道转弯交通控制系统.     

采用渐进式预留机制的Ad Hoc网络MAC协议

实时业务传输的服务质量(QoS)保障问题一直是限制Ad Hoc网络发展的瓶颈.在分布式网络环境下,分组冲突十分普遍,节点很难在限定的时间内成功接入信道.现有很多算法(如FPRP)虽能很好的消除冲突,却需要非常多的控制分组,同样造成过高的接入时延.在研究动态时隙分配类MAC协议的基础上,设计了一种采用渐进式预留机制的MAC协议,协议通过分级预留、协同竞争和空闲时隙的时隙重构来达到分组冲突的充分化解,信道资源的高效利用,以及不同优先级业务的有效接入.仿真表明,与现有时隙类协议相比,新协议可以显著减少分组冲突,提高信道利用率,实现较低的分组接入延迟,并且能够较好的支持数据报业务.