定向Ad hoc网络中一种带冲突避免的邻居发现算法

定向天线应用于ad hoc网络,一方面能显著提升网络性能,另一方面也需要新的MAC和路由协议来控制定向天线系统。邻居发现算法作为其中最重要的协议之一,是定向ad hoc网络组网的基础和前提,针对现有文献中提出的各种邻居发现算法大多没有考虑同一定向波束扇区内存在多个节点时的冲突情况,提出一种带冲突避免的定向邻居发现算法DAND/CA。DAND/CA通过随机选择发送控制消息占用的微时隙,能有效避免碰撞冲突的发生。仿真结果表明,提出的DAND/CA算法在邻居发现时间和成功率等方面明显优于现有算法。     

物联网信息通信一致性的算法研究

针对传统的物联网通信一致性算法偏差大的情况,对物联网信息通信一致性算法进行设计。由于在物联网中没有严格的控制管理层,会出现多个节点反复发送和多个节点共同发送的现象,建立网络管理层,降低多个节点同时发送的现象。在此基础上,获取邻居节点,降低网络负载,根据获取的邻居节点,生成通信一致协议,引入截断因子,解决一致性过程中新入节点或者重启节点与邻居节点之间协同变量偏差过大的问题,以此实现了物联网信息通信一致。本文方法在进行计算时偏差值比传统算法低,与标准值相近,说明此次设计保证了物联网信息通信的一致性,具有一定的应用意义。     

一种新的支持定向天线应用的忙音和功率控制多址接入协议

该文针对移动Ad Hoc网络(MANET),提出了支持定向天线应用的忙音和功率控制多址接入协议(BT-DMACP)。协议充分考虑到定向天线应用中存在的特殊隐藏终端问题和旁瓣干扰,利用RTS/CTS短分组对话机制、定向忙音信号和基于信噪比门限的功率控制策略,对数据分组的定向发送功率进行实时调整。同时为准确估计接收节点处的最大干扰功率,设计了自适应干扰功率估计算法。仿真结果证明,BT-DMACP协议能有效支持定向天线在MANET中的应用,在降低了系统功耗同时,具有很高的信道利用率。     

Ad-hoc网络的大步进节点发现算法

主要研究采用了定向天线的Ad-hoc网络中的节点发现策略,针对Ad-hoc网络中邻节点发现的阶段中,使用随机扫描算法带来的性能缺陷,提出了一种基于TDMA MAC协议的大步进节点发现扫描算法。该算法通过预先划分场景的区域,安排不同区域内的节点在不同扫描周期内扫描的顺序和方式,从而达到了加快邻节点发现的速度,减少建网时间,提高网络的性能。并通过理论推导、OPNET仿真和数据结果分析比较,验证了算法的性能。     

基于定向天线的移动自组网TDMA协议研究

传统的移动自组网大多采用全向天线组网,为提高传输距离、减少时隙冲突、提高时隙利用率,因此在组网过程中引入定向天线。为解决移动自组网中因引入定向天线带来的时隙冲突问题,论文从研究较为成熟的DTRA协议出发,通过在帧结构中增加随机微时隙的方式来减少时隙冲突。为给网络中各节点提供高效、公平的时隙分配策略,论文改进了DTRA协议中的时隙预留过程,提出了基于节点自身缓存队列数分配不同优先级时隙数目的动态时隙分配算法。通过提出的DTDMA协议与DTRA协议进行的对比仿真,验证了提出的DTDMA协议能够有效减少时隙冲突,且协议在保证高优先级节点可多申请数据时隙的前提下,改善了节点接入信道的公平性。     

基于定向天线的移动自组网TDMA协议研究

传统的移动自组网大多采用全向天线组网,为提高传输距离、减少时隙冲突、提高时隙利用率,因此在组网过程中引入定向天线。为解决移动自组网中因引入定向天线带来的时隙冲突问题,论文从研究较为成熟的DTRA协议出发,通过在帧结构中增加随机微时隙的方式来减少时隙冲突。为给网络中各节点提供高效、公平的时隙分配策略,论文改进了DTRA协议中的时隙预留过程,提出了基于节点自身缓存队列数分配不同优先级时隙数目的动态时隙分配算法。通过提出的DTDMA协议与DTRA协议进行的对比仿真,验证了提出的DTDMA协议能够有效减少时隙冲突,且协议在保证高优先级节点可多申请数据时隙的前提下,改善了节点接入信道的公平性。     

一种定向无线自组网邻居发现算法

针对使用定向天线的无线移动网络在自组网过程中邻居搜索时间较长且不确定性较大等问题,提出了一种根据二进制编码序列确定收发模式的异步邻居发现算法,通过为每个节点分配独立的二进制编码来确定节点的收发模式,并根据收发状态给出确定的节点波束扫描方式。讨论了应用于该算法的编码需要满足的条件,并给出一个满足要求的编码序列组,在节点时间异步情况下完成邻居发现的时长具有确定的上界。仿真结果表明,相较其他确定时长的异步邻居搜索算法,该算法能够提高节点间相互发现概率,缩减节点邻居发现的平均和最大用时。     

基于定向天线的多中继DF协作通信系统性能分析

为提高多中继协作通信系统可靠性,将定向天线和多中继协作通信系统相结合,提出基于定向天线的解码转发最佳中继选择协作策略.首先理论推导出定向发送一定向接收模式下通信系统中断概率闭合表达式,并推导出定向发送一全向接收、全向发送一全向接收模式下的系统中断概率计算式.然后对3种模式下,协作通信系统中断概率和信噪比、中继节点数、天线增益、信道衰落系数以及信道容量之间的关系进行了数值仿真分析.理论分析和仿真结果表明,采用定向天线的协作通信系统可以有效降低协作通信系统中断概率,提高频谱利用率,并且存在最佳中继节点和最优功率分配系数使得中断概率进一步下降.     

基于波束成形天线的分簇时间同步算法

波束成形天线相比较定向天线具有波束集中,抗干扰能力强等特点,配备波束成形天线的节点间通信复杂,造成网络同步困难。文中提出一种分簇网络时间算法解决基于波束成形天线网络同步问题,算法分为选举,分簇,同步三个阶段,选举阶段选举网络根节点,分簇阶段工作于定向天线且网络时间异步场景下,利用网络根节点作为分簇的初始节点完成网络分簇,同步阶段利用簇间同步与簇内迭代完成全网节点同步。仿真分析了算法的开销并能够促使网络时间收敛。     

多簇无线传感网的优化生存时间近邻功率控制算法

针对非均匀分布的无线传感网的生存时间问题,提出多簇无线传感网的优化生存时间近邻功率控制(NPCAOL_MC)算法。该算法采用K-means算法确定网络的簇个数和对应每个簇的节点,利用近邻算法评估每个簇的节点密度,确定簇的最优通信距离。结合Friss自由空间模型计算当前簇的最优发送功率。Sink节点广播通知其他节点,如果是同一簇内的节点相互通信,则采用簇最优功率发送数据,否则采用默认最大发送功率发送数据。仿真结果表明,利用NPCAOL_MC算法可以分析整个网络节点的位置信息,采用簇最优发送功率发送数据,从而提高生存时间,并使能耗经济有效。在密度分布不均的无线传感网中,NPCAOL_MC比采用固定发送功率的Ratio_w算法更优。     

采用定向天线的MANET邻居发现算法研究

在无线多跳移动自组织网(MANET)中采用定向天线(特别是波束成形天线)有一系列优点。这一技术能增加单跳传输的距离、减小干扰、提高空间复用度,从而能显著增大系统容量。然而,适应于采用全向天线的传统MANET的媒质接入控制(MAC)、功率控制、邻居发现、路由等方法必须作相应的修改。在分析前人相关研究的基础上,针对MANET使用定向天线情况下的邻居发现机制及算法进行了深入研究,提出了2种采用定向天线的MANET的邻居发现算法———非辅助TD模式的定向邻居发现算法与非辅助TRD模式的定向邻居发现算法。这2种算法与目前已提出的其他定向邻居发现算法的最大区别是,它们不需要依赖GPS或其他辅助信息就能独立实现邻居发现。     

定向天线的Ad hoc网络邻居发现

在Ad hoc网络中邻居节点发现（Neighbor Discovery）是网络初始化中的重要步骤之一,节点邻居的信息对于几乎所有的链路选择和路由算法都有着重要的影响,特别是在采用方向性天线时邻居发现不仅难度更大而且其影响作用也更明显。通过分析在采用方向性天线时的Ad hoc网络中的邻居发现算法,总结出了其一般步骤,即首先通过判断网络规模来进行天线收发模式选择算法和扫描图案的选择,然后再设计相应的通信握手协议。     

Tone Dual‐Channel MAC Protocol with Directional Antennas for Mobile Ad Hoc Networks

The directional medium access control (MAC) protocol improves the throughput of mobile ad hoc networks but has a deafness problem and requires location information for neighboring nodes. In the dual‐channel directional MAC protocol [12], the use of omnidirectional packets does not require the exact location of destination node. In this letter, we propose a tone dual‐channel MAC protocol with directional antennas to improve the throughput of mobile ad hoc networks. In the proposed MAC protocol, we use a directional CTS and an out‐of‐band directional DATA tone with a new blocking algorithm to improve the spatial reuse. We confirm the throughput performance of the proposed MAC protocol by computer simulations using the Qualnet simulator.     

一种新的紫外光自组织网络的时分多址接入邻居发现算法

为了适应大 规模及拓扑变化较快的紫外光(UV)自组织网络,本文以提高邻居发现概率为目的,提出了一 种基于时分多址接入(TDMA, time division multiple access)的UV定向邻居发现新算法。新算法在DTRA(directional transmission and reception algorithm)协议的基础上采用了退避时延机制, 并通过邻居判断和维护机制让节点快速更新本地邻居表。实验结果表明,新 算法充分考虑了UV大气传输特性,能够有效地解决节点冲突问题,并通过找到一个最佳退避 时延使得节点冲突 概率和邻居发现时延之间达到一个较好的平衡。     

Angular MAC: a framework for directional antennas in wireless mesh networks

Capacity of wireless mesh networks can be enhanced through the use of smart directional antennas, which not only enable nodes to have high quality links but also increase network throughput by allowing spatial reuse. This paper proposes a new MAC protocol and framework, called Angular MAC (ANMAC) that enables directional antennas in wireless mesh networks. The protocols and algorithms of the ANMAC framework fit well with the requirements of mesh networks such as neighbor discovery and self-configuration, while providing significant throughput enhancements. The throughput enhancements are proven by comprehensive simulations with realistic antenna patterns, including performance comparisons of ANMAC with directional schemes using a similar node architecture and omni 802.11. Also, the effect of contention window size is analyzed and a dynamic contention window adaptation algorithm is proposed to maximize the throughput of the self-configuring mesh network, by taking instantaneous traffic conditions into account.     

Three-dimensional scan-based algorithm for directional neighbor discovery in ad hoc networks

In recent years, neighbor discovery techniques using directional antennas have attracted widespread attention. Most currently available directional neighbor discovery techniques are designed based on two-dimensional (2D) space. Although these algorithms can accomplish the discovery between nodes, the algorithm portability is poor for three-dimensional (3D) platforms, and the application scenarios are limited since new communication scenarios such as unmanned aerial vehicle (UAV) groups and maritime fleets emerge where information needs to be delivered in real time and nodes are located in 3D space. This paper proposes a new deterministic directional neighbor discovery algorithm in 3D space named 3D scan-based algorithm (3D-SBA) to meet the needs of the line-of-sight (LOS) scenes. Four existing neighbor discovery algorithms, namely, SBA-based random mode selection (SBA-R), quorum, complete random algorithm (CRA), and SBA-based leader election algorithm (LE), have been extended to our proposed 3D algorithm model for simulation and comparative analysis with 3D-SBA. The simulation results show that the 3D-SBA algorithm consumes 51.15%, 180.20%, 9.48%, and 17.49% of the time slots compared with the four existing algorithms mentioned above. However, the quorum algorithm has a very high node collision rate, up to 92.11%. Ultimately, the 3D-SBA algorithm has the best performance considering the conflicts and the density of network nodes.     

Routing and transmission scheduling for minimizing broadcast delay in multirate wireless mesh networks using directional antennas

Using directional antennas to reduce interference and improve throughput in multihop wireless networks has attracted much attention from the research community in recent years. In this paper, we consider the issue of minimum delay broadcast in multirate wireless mesh networks using directional antennas. We are given a set of mesh routers equipped with directional antennas, one of which is the gateway node and the source of the broadcast. Our objective is to minimize the total transmission delay for all the other nodes to receive a broadcast packet from the source, by determining the set of relay nodes and computing the number and orientations of beams formed by each relay node. We propose a heuristic solution with two steps. Firstly, we construct a broadcast routing tree by defining a new routing metric to select the relay nodes and compute the optimal antenna beams for each relay node. Then, we use a greedy method to make scheduling of concurrent transmissions without causing beam interference. Extensive simulations have demonstrated that our proposed method can reduce the broadcast delay significantly compared with the methods using omnidirectional antennas and single‐rate transmission. In addition, the results also show that our method performs better than the method with fixed antenna beams. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于Ka/Ku相控阵天线的空基自组网协议设计

针对空基自组织网络的大容量通信需求,首先提出了基于频分复用的定向MAC协议,在邻居发现过程中将测距算法与多维尺度变换定位算法相结合得到每个节点的相对位置,并设计了双预约资源分配算法,完成定向数据传输;然后提出了定向路由协议,解决了次佳路由问题和路由应答风暴,并加入相邻搜索、链路质量评估和备用路由,降低了协议开销。空基自组网基于Ka/Ku相控阵天线的定向传播特性以及Ka/Ku频段频谱资源丰富的特点,使用频分复用、空分复用技术实现多个信道的高速并行传输,从而极大地提高网络的吞吐量。