基于无线传感器网络的MAC层协议的研究

无线传感器因其巨大的应用前景而受到学术界广泛关注,无线传感器网络媒体访问控制的研究已经成为无线传感器网络中的研究热点。本文在分析无线传感器网络的MAC设计中需要考虑的问题的基础上,对近几年提出的几种典型MAC协议进行了深入探讨,并讨论了其在实际中的应用,最后提出了无线传感器网络MAC协议的发展方向。     

周期性数据采集无线传感器网络的设计

针对小范围内周期性数据的采集特点,采用改进的免冲突周期调度算法,实现了无线传感器网络中各节点对信道的时分复用,避免了因监听和对信道的竞争而消耗更多的能量.讨论了算法对网络容量和同步周期的限制,给出了确定累积误差和同步消息发布周期的方法.无线收发模块采用硬件支持IEEE 802.15.4协议的CC2430芯片,设计了满足该协议中MAC层的各类帧结构,以及传感器节点和汇聚节点的通信程序.     

可多跳预约信道的无线传感器网络MAC协议——CRMAC

针对无线传感器网络的特点,提出低能耗低延时的无线传感器网络MAC协议--CRMAC.该协议将节点工作时间分离为信道预约时间和数据发送时间.在信道预约时间里,有数据发送的节点发送预定信道帧通知多跳的转发节点,确定节点的数据发送时间框架.在数据传送时间里,只有需要发送或接收数据的节点被唤醒,而其它节点保持睡眠状态.     

支持多信道的无线传感器网络DMAC协议

为了解决无线传感器网络低延迟、高吞吐量与有限的带宽之间的矛盾,提出了一种基于DMAC的动态多信道MAC协议.协议依据节点本地信息,将信道预先分配给中间节点,利用多信道和多个时隙排列实现了DMAC的多信道支持,并为DMAC协议增加了由根节点到子节点的通信方式.理论分析与NS-2仿真结果表明,支持多信道的DMAC协议在没有增加能耗的前提下,显著降低了数据传输中的延迟.     

无线传感器网络S-MAC协议的改进及测试评估

在无线传感器网络节点上设计了一种简单有效的改进的S-MAC协议,实现了MAC协议功能模块,主要功能是建立和维护节点的激活/休眠周期,控制节点接入信道,完成数据分组的收发。测试结果表明MAC层模块能够按照设计标准正常运行,且性能良好。     

基于Tossim的传感器网络多信道仿真实现

多信道协议以其缓解网络干扰、增加吞吐量等特性,在无线传感器网络中应用越来越广泛.然而仿真工具Tossim只支持单信道仿真.该文分析了Tossim的工作原理,提出了使Tossim支持多信道仿真的方法,并给出了详细的解决方案.实验结果表明,Tossim已能成功支持多信道仿真.     

基于区分服务的无线传感器网络性能研究

根据网络数据区分服务的思想,对无线传感器网络MAC层协议的CSMA/CA算法进行改进.新算法可通过改变协议参数的方式达到无线传感器网络对网络数据区分服务的目的.针对改进协议所进行的仿真证明,新算法可以为网络数据提供多层次的服务.     

Ad Hoc网络联合物理层MAC协议设计研究

无线Ad Hoc网络以其独特的优势引起了人们的关注，但要发挥其作用需要有效的MAC协议的支持。文章指出面向无线局域网的802．11协议不能很好地适用于具有分布式及多跳特性的无线Ad Hoc网络。文章论述了多信道的、发送功牢控制的、节能的、开发信道分集的等各种结合物理层技术的MAC协议的最新进展，说明了其设计方法与途径，并提出了进一步可能需要研究的问题。     

无线传感器网络安全S-MAC协议研究

S-MAC协议是在802.11MAC协议基础上提出的传感器网络MAC协议。首先简要介绍了无线传感器网络及其主要特点和问题,接着介绍了无线传感器网络的安全需求,然后提出了安全的SSMAC协议,其中使用公钥加密算法NTRU来实现SSMAC协议的数字签名.最后采用NS-2平台对其进行仿真,并进行了性能和安全性的分析.仿真和分析结果表明,SSMAC能保证通信包的数据完整性,身份真实性和抗否认。与RSA公钥算法相比,NTRU加解密速度更快,适合于无线传感器网络。     

基于最小跳数的无线传感器网络跨层设计

传统的严格分层参考模型无法实现对无线传感器网络资源的有效管理和运用,跨层设计是提高网络整体性能的一种有效方法。针对无线传感器网络能量、计算资源、存储资源和带宽资源有限的特点,提出一种基于最小跳数的路由层和MAC层的跨层协议设计方案。MAC层和路由层通过共享sensor节点到sink节点的最小跳数信息,在MAC层建立时间梯度,解决多个节点共享无线信道的问题;并在路由层建立路由表,解决路由选择问题。仿真结果表明,该方案在降低网络能耗的同时,在降低传输延迟,提高数据投递率方面也取得了良好的性能。     

High performance multiply-accumulator for the convolutional neural networks accelerator

The multiply-accumulator (MAC) in existing convolutional neural network(CNN) accelerators generally have some problems, such as a large area, a high power consumption and a long critical path. Aiming at these problems, this paper presents a high-performance MAC based on transmission gates for CNN accelerators. This paper proposes a new data accumulation and compression structure suitable for the MAC, which reduces the hardware overhead. Moreover, we propose a new parallel adder architecture. Compared with the Brent Kung adder, the proposed adder reduces the number of gate delay stages and improves the calculation speed without causing an increase in hardware resources. In addition, we use the advantages of the transmission gate to optimize each unit circuit of the MAC. The 16-by-8 fixed-point high performance MAC based on the methods presented in this paper has a critical path delay of 1.173ns, a layout area of 9049.41μm2, and an average power consumption of 4.153mW at 800MHz under the SMIC 130nm tt corner. Compared with the traditional MAC, the speed is increased by 37.42%, the area is reduced by 47.84%, and the power consumption is reduced by56.77% under the same conditions.     

WLAN中一种改进的快速碰撞解决算法

在分析IEEE802．11MAC协议与系统吞吐量关系的基础上，提出一种改进的MAC快速碰撞解决算法(DFCR)，解决当前IEEE802．11中存在的吞吐量不稳定情况，同时考虑MAC层信道共享机制和物理层误码特性，达到减小站点之间碰撞概率、空闲时间、数据帧的重传次数的目的，仿真研究表明该算法可以在提高WLAN吞吐量的同时保证系统公平性．     

模糊逻辑控制的MAC协议

为了解决Ad hoc网络缺乏媒体接入控制层（MAC）的协调机制，低优先级数据流对高优先级的数据流存在很大影响这个问题，提出了一种基于模糊逻辑的MAC协议。该协议在MAC层通过模糊逻辑协调各个相关的数据流调整其初始退避窗口的大小，从而保证高优先级数据流能在较高背景负荷下维持较高的端到端吞吐量和较低的端到端接入时延。通过仿真证明，在网络背景负荷超过20%后，该协议能更好地保护高优先级数据流的端到端时延和吞吐量。     

一种低功耗的分布式无线网络MAC协议设计

为了提高分布式全双工无线网络的能量效率,提出了一种改进的低功耗全双工媒体访问控制(MAC)协议.不同于传统的MAC协议,该MAC协议通过降低数据包以及确认包的传输功率来实现能量有效性.提出的MAC协议支持双向以及单向两种链路,并保持对传统半双工节点具有向后兼容性,实现了较高的吞吐量.通过基于随机几何的方法对提出的MAC协议进行了仿真分析与性能评估,结果证明了其有效性和准确性,是全双工无线网络可行的一种解决方案.     

几种现场总线的介质访问控制方式

工业生产对控制网络的实时性和可靠性具有很高的要求,而介质访问控制方式直接决定了网络的实时性和可靠性,现场总线的MAC层在很大程度上决定了网络的实时性与可靠性,可以说是现场总线系统的关键。阐述了几种现场总线标准的介质访问控制方式,分析了它们在网络轻载、重载时的性能。介绍了MAC层的两大体系:令牌环／令牌总线和CSMA／CD,并深入分析了PROFIBUS和LONWORKS的MAC层的实现方式,探讨了它们的优缺点。     

MCN:基于冲突通知和占空比调节的多Radio无线传感器网络MAC协议

针对传感器网络中隐蔽终端问题和控制信道瓶颈问题,提出了一种基于冲突通知和占空比调节机制的多Radio MAC协议-MCN.MCN使用基于动态占空比凋节机制的控制Radio使用方案和敏感的冲突通知机制,在保证能量有效的前提下,通过多控制信道预约机制高效地解决了以上两个问题.为验证MCN中多控制信道预约和动态占空比睡眠以及冲突通知机制的性能,进行了模拟实验.实验结果表明:MCN能够适应数据负载的变化,与使用单个控制信道的MAC协议和MCN的简化版本相比,MCN提升了能量利用率和网络吞吐量.     

Ad hoc网络TDMA关键参数设计

在Ad hoc网络信道接入协议中，TDMA协议有着独特的优点，这种优势是其它任何MAC协议都无法能够取代的，因此，提高TDMA协议的传输效率有着很高的学术价值。本文对移动通信中的TDMA协议进行分类，研究了TDMA时隙大小与网络的性能关系及对网络性能的影响，提出TDMA业务时隙划分原则，最后通过仿真进行论证。     

自适应的Ad hoc MAC协议

为Ad hoc网络提出了一种基于模糊逻辑的媒体接入控制层协议。该协议通过在MAC层采用模糊逻辑协调各个相互影响的数据流,为低优先级数据流选择附加退避窗口以减少其自身接入信道概率。通过这种方法,使得高优先级数据流在各种背景流量的条件下,均能够维持较高的端到端吞吐量和较低的端到端接入时延。仿真结果表明,该协议较802.11e协议更好地保护高优先级数据流的端到端时延和吞吐量。     

HIPERLAN/2和IEEE802.11a无线局域网标准评析

QoS、安全性、移动性和高速传输是支持多媒体宽带通信无线局域网技术迅速发展的内在动力.在业界制定的无线局域网标准中最具代表性的是ETSI BRAN的HIPERLAN／2和IEEE802.11a,这些系统都支持在5 GHz的无线频段中提供高达54 Mb／s的信道传输速率.评述了HIPERLAN/2和IEEE 802.11a标准,分析了两种协议在媒质访问控制和物理层上的异同.     

支持区分服务的多跳Ad Hoc网络MAC机制

为了在多跳Ad hoc网络中提供实时业务和尽力而为业务的区分服务,提出了一种支持区分服务的媒体接入控制(MAC)机制――支持区分服务的标签交换分布式协调功能(DL-DCF). 在MAC层通过标签获取转发信息并携带在请求－应答帧(RACK)中发送,触发下游节点的清除发送帧(CTS)握手,使得数据包多跳连续转发;连续转发概率根据业务类型和节点数据包队列占用率确定,实现了区分服务,避免了节点队列溢出. 仿真结果表明, 与802.11 DCF相比,在重负载条件下DL-DCF能够显著降低端到端时延和归一化控制负载,提高网络吞吐量,实现区分服务.