一种高效并行传输的MAC地址协议算法

为解决传感网络由于终端导致信道利用率较低的问题,提出了一种高效并行传输的MAC地址协议算法。该算法主要根据节点的地理位置来进行并行传输调度。在该分析中采用退避的思想来解决并行传输所产生的传输碰撞。从理论分析可知该协议算法可有效提高传感网的数据吞吐量,有效减少数据的传输时延,对无线传感网络性能有较大的提高。     

非均匀多信道Ad Hoc网络信道选择方法

提出了一种基于混合博弈的Ad hoc网络多信道选择算法,以最大化每个节点吞吐量为目标,研究了在多个信道速率不同的情况下节点对接入信道的选择问题. 首先通过建立饱和吞吐量模型来量化节点选择不同信道所获得的收益,然后利用混合博弈纳什均衡理论分析不同用户数时的信道选择策略,并提出一种混合策略信道选择算法,以最大化每个节点的吞吐量,同时保证了信道分配的公平性. 仿真结果表明,该算法能较大地提高系统吞吐量,在多用户竞争情况下,与随机选择和共享信道等策略相比,吞吐量至少提高了15%.     

一种基于多信道的接收节点优先的MAC算法

为了提高无线传感器网络的吞吐量并减小延迟,提出了一种基于多信道的接收节点优先的MAC算法（MCS-MAC）.在信道选择阶段,以接收节点为中心,由接收节点选择数据信道,发送节点转换到数据信道上与接收节点通信.如果接收节点不在控制信道上,邻居节点会主动发送NCTS包通知发送节点,并告知接收节点所在的信道,发送节点转换到数据信道进行通信,有效地利用了多信道,提高了网络吞吐量.在数据传输阶段,允许一次传送多个数据包,有效地减少了信道转换次数,减少了传输延迟.仿真结果表明,在较高负载的网络环境下,与经典S-MAC、MMAC协议相比,MCS-MAC明显提高网络吞吐量,同时减少了包的平均传输延迟.     

基于无线供电的非正交多址接入网络的鲁棒资源分配研究

无线能量传输是解决无线网络中节点设备能量短缺问题的新技术,非正交多址接入是缓解无线网络频谱紧缺难题和满足大规模节点接入需求的新型多址接入技术. 将两者相结合不仅可以缓解节点设备电池能量不足、需要频繁更换电池的问题,还可以提高系统的频谱效率,满足大规模节点接入的需求. 本文考虑基于无线供电的非正交多址接入网络,其中包含一个多天线的能量基站、多个单天线用户和一个单天线信息接收机. 在该网络中,下行链路和上行链路分别表示从能量基站到用户和从用户到信息接收机的物理信道. 在下行链路中,能量基站通过无线能量传输给多个用户提供可靠的能量;在上行链路中,用户使用收集到的能量并基于非正交多址接入技术发送信息给信息接收机. 在系统的下行链路信道状态信息不完美的实际情况下,设计鲁棒资源分配策略,联合设计能量基站的波束赋形向量、用户的发射功率和上下行链路间的时间分配,最大化系统的吞吐量. 仿真结果表明,所提鲁棒设计算法的吞吐量性能明显优于不具有鲁棒性的资源分配算法.     

高性能水下传感器网络多信道MAC协议

为解决水下无线传感器网络中由于水声信号传播的时-空不确定性引起的空间公平性问题,并有效实现多信道通信,提出了一种基于单收发器的水下多信道MAC协议,即SFM-MAC。该协议利用水下定位信息进行时空信息转换,避免全网同步;通过RTS/CA/CL/CTS握手机制避免多信道隐蔽终端问题,并实现公平接入。采用马尔科夫链构建了控制信道的预约模型,理论分析并计算了考虑预约碰撞条件下的多信道MAC协议的理论吞吐量。仿真实验表明:SFM-MAC的网络公平性指数较传统RTS/CTS类协议提高15%;在2个业务场景下,网络有效吞吐量较单信道水下MAC协议SFAMA和多信道水下MAC协议UMMAC分别提高60%~70%及12%~15%,证明SFM-MAC可以有效提高网络公平性与网络吞吐量。     

一种ad hoc网络时分多址接入策略

为了提高ad hoc网络的吞吐量,提出了一种利用多用户分集的时分多址接入(TDMA)策略.在系统分析的基础上给出了一种分布式协议实现.为了根据即时的信道特性来决定接入信道的链路,将时隙分成控制和数据两个阶段.在控制阶段,通过控制包的交互实现发送节点对链路信息的获取以及解决竞争邻域内链路接入冲突;在数据阶段,由接入成功的链路发送数据包.仿真结果表明,该策略可以有效地利用多用户分集,比原有的随机接入策略有很大的性能提升,提高了网络的吞吐量.     

THBP：支持可靠广播业务的无线多跳网络同步MAC协议

提出了一种单信道无线多跳网络同步MAC—three-handshake broadcast protocol(THBP)．采用基于收节点冲突发现机制的三握手过程,解决无线多跳网络中难以保证广播业务传输可靠性的问题．通过控制分组三次交互,可为节点调度可靠广播信道．广播信道调度过程中,信道冲突由收节点探测并报告．分析结果表明,该协议能够利用较小的开销,保证广播分组的可靠发送．     

一种基于博弈论的无线网状网络信道分配算法

为了解决无线Mesh网络中的信道分配问题,提出了一种基于博弈论的信道分配方法。该算法将网络中每一个节点模型实义为一个参与者,每个参与者的策略为信道的分配方案,收益函数的目标为最大化网络信噪比。参与者通过相互博弈来优化收益函数以最大化网络信噪比。针对节点的QoS提出了算法的改进方案。基于NS2的仿真结果表明:2种算法在收敛性、吞吐量和信道接入时延方面都有较好的性能。     

下一代WLAN中一种空间聚集群组的OFDMA接入协议

为了提升下一代无线局域网(wireless local area network,WLAN)高密集场景下的区域吞吐量,正交频分多址接入(orthogonal frequency division multiple access,OFDMA)作为关键技术之一已被下一代WLAN通信标准采纳。然而,现有研究所提出的OFDMA多址接入技术均存在传输干扰扩散问题,即多个并行接入的节点位于位置分散的区域,从而对周边的传输干扰面积加大。提出一种空间聚集群组的OFDMA多址接入协议,空间位置接近的节点构成空间聚集群组,该协议使得空间聚集群组内的节点采用OFDMA的方式并行接入和传输,从而降低多个节点同时传输时的干扰范围,进而提升区域吞吐量。此外,根据网络仿真软件得出的结果,进行理论推导,理论分析与仿真结果相吻合。仿真结果表明,当小区节点数为100时,所提出协议的区域吞吐量比已有OFDMA协议和分布式协调功能协议分别提升15.98%和31.26%。为设计下一代WLAN媒体接入控制协议提供参考。     

一种关联多小区的空间聚集群组多址接入协议

下一代无线局域网(wireless local area network,WLAN)IEEE 802.11be将超高吞吐量(extremely high throughput,EHT)作为其核心技术目标,其中多频段能力和AP协作技术被视为其关键技术。然而,现有正交频分多址接入(orthogonal frequency division multiple access,OFDMA)协议的研究并没有考虑IEEE 802.11be的多频段能力和接入点(access point,AP)协作技术,因此对于系统性能的提升是有限的,无法达到技术要求。尤其在重叠覆盖区域内节点有大批量业务的情况下,提升重叠覆盖区域内节点吞吐量显得更为重要。为了提升重叠覆盖节点的吞吐量,提出一种关联多小区的空间聚集群组OFDMA协议。利用多频段能力,允许重叠覆盖区域内的节点同时关联到多个小区,即多关联。利用AP协作技术,允许节点在多个小区上执行并行退避以提升接入效率。重叠覆盖区域内的节点关联到多个小区的信道进行并行退避,完成退避并成功接入信道的节点触发与其空间位置接近的节点形成空间聚集群组,采用OFDMA的方式接入与传输,从而增加重叠覆盖节点的接入机会,进而提升重叠覆盖节点的吞吐量。仿真结果表明,提出关联多个小区的SCG-OFDMA协议在关联2个小区的场景下,重叠覆盖节点吞吐量高于IEEE 802.11ax协议353.41%,高于OMAX协议558.33%。     

Cross-layer adaptive cooperative TDMA protocol for multi-hop wireless networks

Aiming at signal fading in the Rayleigh channel and channel waste or overload caused by the sudden traffic transmission in multi-hop wireless networks, a cross-layer adaptive cooperative time division multiple access protocol(CAC-TDMA) for multi-hop wireless networks is proposed. By taking advantage of the routing layer characteristics that periodically update topology, nodes can get the channel outage probability and position, determine whether they are cooperative relays themselves by no additional consultations overhead, which can decrease the waiting delay and increase channel utilization. To make a numerical analysis of the throughput, packet drop rate and delay of CAC-TDMA, a Markov chain analysis models of CAC-TDMA is constructed. Numerical and simulation results show that the proposed protocol can guarantee better performance than the conventional TDMA, that is, the maximum increase of throughput is 36％ and the maximum decrease of delay is 40％.     

一种新的无线中继网络随机接入协议

针对无线中继网络多址接入的碰撞问题,提出了一种由固定中继节点支持的多址随机接入协议.中继网络中的节点采用非坚持监听方式随机接入,保证一定比率的通过量,中继节点存储剩余碰撞的分组数据包.在若干个连续时隙内,根据信道衰落系数的非相关性,中继节点将建立恢复原始数据的线性方程组,求解并恢复原始数据包.仿真结果表明,与同类算法相比,采用了非坚持监听方式,系统的吞吐量有较明显的提高;该方法不需要增加重传机制,节省了系统频谱资源;由于有中继存在,采用了不同路径传输,使信道参数不相关;接收端不需要增加天线等硬件设备,以便获得较高的分集增益.     

MIMO链路ad hoc网络中一种新的MAC协议

针对支持MIMO的并行RTS处理(PRP)MAC中分组的冲突导致网络通过量减小的问题,提出了基于五阶段预约的改进MAC协议(FPR-PRP MAC).该协议采用同步的时间结构,通过五阶段预约使网络节点获得传输时隙号.在信息时隙,根据预约的结果,一部分节点可以优先发送RTS分组,其他节点再通过竞争发送RTS分组.接收节点根据收到的全部RTS决定允许各发送节点使用的数据流数目,并将此允许值携带在CTS中回复给发送节点.FPR-PRP MAC将预约与竞争相结合的机制减少了网络中RTS冲突,同步的时间结构消除了控制分组和数据分组的冲突,因此可以有效地改善网络性能.仿真结果表明,在网络比较繁忙的情况下,与PRP MAC相比,FPR-PRP MAC可以大幅增加网络中流控方式发送的分组数,并提高网络的通过量.     

Novel MAC protocol for MIMO link ad hoc networks

Considering the throughput reduction caused by the packet collision of the PRP MAC, a novel MAC based on five phase reservation (FPR-PRP MAC) is proposed. The FPR-PRP MAC adopts a synchronous time structure, and it allows the nodes in the network to acquire transmission slot numbers through five phase reservation. Then in information slots, some nodes can transmit RTS packets with higher priority according to the reservation results, and other nodes contend with each other to transmit RTS packets. A receiving node determines the maximum allowable number of data streams according to all the RTS packets it has received, and put this number in the CTS packet to reply to the transmitter. The mechanism of combining reservation with contention in FPR-PRP MAC reduces the collisions of RTS packets in the network. Moreover, the synchronous time structure in FPR-PRP MAC eliminates the collisions of the control packet with the data packet. Therefore, the proposed FPR-PRP MAC can improve the performance of the network effectively. Simulation results show that, in a heavy load situation, compared with the PRP MAC, the FPR-PRP MAC can transmit many more packets in a stream-controlled way, and increase the network throughput.     

合作博弈下无线传感器网络功率控制策略

无线传感器网络在动态变化的信道和干扰环境工作时,为获得较高的信干噪比,节点会提高发射功率,致使节点间的干扰不断增大,为抵消其带来的消极影响,节点将继续增加发射功率,这将导致网络环境逐渐恶化,同时过多浪费节点能量.针对以上问题,本文提出一种合作博弈下无线传感器网络功率控制策略,为使节点能够更加精准的根据周围环境信息动态调节发射功率,算法引入节点间距离作为干扰权重因子以修正有效干扰模型,进而改进信干噪比模型;基于合作博弈理论将节点信息传输速率和自身剩余能量整合,建立合作博弈下的效用函数,在对不同效用权重因子下的归一化信息传输速率、发射功率方差值、信干噪比和网络效用4种结果进行综合权衡后,得出适当的效用权重因子值,并证明效用函数存在纳什均衡解,通过算法多次迭代后得出使网络效用达到最高时的节点最优发射功率.仿真结果表明,本文算法得出的最优发射功率方差小,算法收敛速度快,网络在节点较低发射功率时即可获得较高的信干噪比,网络生存周期得以延长,实现更高的网络效用.     

无线Mesh网络中AMC的改进

传统的自适应调制编码（AMC）是单纯根据信道状态自适应的选择速率进行传输。为更好的提高网络性能,提出了一种联合考虑物理层的信道状态和链路层缓冲区队列长度的改进AMC,使系统能够根据实时的信道状态和缓冲区队列长度的大小,选择最合适的速率进行传输。相比较传统的AMC方法,提出的改进AMC方法能更好的提高网络性能。通过对三节点的多跳网络进行建模,在功率与带宽联合分配算法下,得到满足时延要求的最大吞吐量。仿真结果表明提出的新方法可以在满足系统时延要求的前提下,提高网络吞吐量。     

增强型RIEMS协议及其在Ad Hoc网络中的性能

提出了增强型RIEMS变速率传输协议（RIEMS+）,在原RIEMS基础上改进了NAV更新机制,网络节点不仅利用MAC层帧头中的信道预约信息,而且也利用物理层帧头携带的帧长度和发送速率信息来设置自己的NAV值．该协议解决了在不同发送速率条件下,因MAC层帧头的传输范围不同而引起邻节点对信道状态认知产生差异的问题,从而降低了分组发送失败概率和提高了信道利用率．仿真结果显示,新方案明显地改善了网络的端到端通过量和平均分组时延性能．     

用于OFDMA系统多小区干扰协调的功率分配算法

提出了一种用于小区间干扰协调的多小区自适应功率分配算法. 该算法利用相邻小区同频子信道间信干比的差异,通过平衡信干比,协调同频子信道上用户的发送功率,保证系统边缘用户性能,减小同频信道干扰,提高无线资源利用率. 仿真结果表明,该算法既可以很好地保证用户公平性,又能充分利用频谱资源以保障系统吞吐量.     

基于最优分数阶傅里叶变换MIMO-OFDM系统

在快速时变无线信道环境下,由于子载波间干扰(ICaI)和小区间干扰(ICeI)的存在,使得传统MIMO-OFDM系统性能有很大的下降.为了减小干扰,考虑每个用户可以根据周围的干扰环境选择合适的分数阶傅里叶变换(FrFT)来调制和解调信号.提出了基于FrFT的MIMO-OFDM系统模型以及基于此模型的干扰抑制合并(IRC)均衡器.由于实际通信系统中HARQ技术的运用,使得系统的初传误码率并不要求很低,所以提出了FrFT阶数优化准则,即在接收符号信噪比满足门限要求的前提下使得系统容量最大化,由此可以得到基于最优FrFT的IRC均衡器.最后系统仿真结果表明这种优化准则是有效的,在干扰得到抑制的同时,通过更新最优化阶数还可以使得小区吞吐量也有明显的提高.