无线多跳网络中吞吐量优化的多播路由算法研究*

现有网络中提高多播吞吐量的算法通常是以提高链路速率为目的,但单纯地提高链路速率而忽略多播树的度也限制了多播吞吐量的提高。主要研究了多跳无线网络中多播吞吐量最优化问题,深入分析了无线多跳网络特点,并在综合考虑链路速率和多播树度对多播吞吐量影响的基础上,提出了应用于节点发射功率相同环境下的UUP_MTOA算法和应用于节点发射功率不同环境下的UNP_MTOA算法。通过仿真实验与同类近似最优化算法相比,UUP_MTOA算法和UNP_MTOA算法能够获得更高的吞吐量,更适应于多跳无线网络环境。     

基于LTE系统的VoIP自适应调度算法

提出一种基于LTE系统的VoIP服务的自适应上行调度算法,该算法采用自适应多速率语音编码器,利用传统MAC通用报头中的2个比特将语音编码的模式告知eNB,eNB根据UE的语音状态转换和语音编码速率动态分配上行链路资源。从系统容量、吞吐量和时延方面对比分析该算法和传统算法的性能。理论分析和仿真结果表明,在时延满足要求的前提下,该算法比传统算法具有更高的系统容量和吞吐量。     

基于服务质量的LTE增值业务下行跨层调度算法

针对LTE系统如何实现不同增值业务用户速率的问题,提出一种优化型比例公平(PF)算法。该算法在用户签约速率不能实现时,考虑信道条件、付费等级和满意度,同时通过引入业务服务质量(QoS)特征函数合理调度付费用户,从而实现各付费等级对应的用户速率。在Matlab环境中进行仿真,其中优化型算法在满意度、有效吞吐量方面优于传统PF算法。与PF算法相比,优化型算法使付费用户间满意度均值相差约26%,有效吞吐量均值提升约17%。仿真结果表明,优化型算法在保证多业务服务质量的前提下,可以实现各付费用户的感知平均速率,保障不同付费用户满意度,并提高系统有效吞吐量。     

多速率最优竞争窗口的WLAN退避算法

在对原有的IEEE 802.11 DCF多速率退避算法研究的基础上,提出了基于多速率的最优竞争窗口退避算法（Multi-rate Optimized Contention Window algorithm,MOCW）。该算法的核心思想是在多速率时间公平性的基础上,利用理论上的最优窗口值作为节点的初始窗口值,以此来减小多节点同时发送数据时的碰撞概率。仿真实验表明,该算法在饱和状态下,无论在时间公平性还是系统吞吐量的性能上都有所提高。     

近似公平带宽分配的无状态队列管理

本文提出了一种基于速率和RED的公平排队算法RRFQ，算法能够达到近似公平的带宽分配，较好地区分短暂拥塞和持续拥塞，改善总体吞吐量，对参数设置的敏感度低。     

无线局域网的速率自适应算法设计与仿真分析

目前的IEEE802.11在物理层提供了不同的传输速率,因此根据不同的信道条件可以选择一个合适的传输速率,以使系统吞吐量达到最大。在WLANs中,当有多个用户向同一个接入点传输数据时,碰撞就会产生。Collision-Aware Rate Adaptation（CARA）算法能够有选择地启用Request-To-Send/Clear-To-Send（RTS/CTS）识别出这种碰撞,很大程度上避免了由于碰撞引起的吞吐量下降。但随着碰撞的增加,CARA吞吐量还是有明显下降。为了提高吞吐量,提出了一种新的速率自适应算法Adaptive Avoid Collision Rate Adaptation（Adaptive-ACRA）,该算法根据信道条件不同改变门限值,有效地提高了大量碰撞存在情况下的吞吐量。最后,通过大量NS2仿真证明了新算法提高系统吞吐量的有效性。     

MIMO系统中的自适应比例公平调度算法研究

在MIMO系统中,通过在每个时隙选择信道条件最好的用户进行通信,可以利用无线通信系统的多用户分集大大提高系统吞吐量,但该方法存在公平性差的缺点。主要关注应用机会波束形成的MIMO系统的公平性。提出了一种自适应比例公平调度算法来提高长时间处于较差信道条件下的用户的吞吐量,从而提高系统的公平性。在每个时隙,基站监测每个用户的实时请求速率和过去一段时间内的平均请求速率,并根据这两个速率来调整算法中的自适应参数。提出的算法较好地获得了系统吞吐量和公平性的折中,仿真实验结果也表明了算法的有效性。     

多速率无线局域网的速率自适应算法

为了提高IEEE 802.11中速率选择机制的性能，提出了一种基于多信道参数数据融合算法的自动速率选择机制，克服了采用单一参数进行信道状态估计的误差和误判。在发送端，将获取到的RSS、CIR和PER信息模糊化，并运用模糊集理论进行模糊推理，形成单一参数对信道质量评估的局部决策，经过融合中心的合成运算和决策规则得到信道质量的全局判决，以此进行最佳发送速率的选择。该算法在NS2网络仿真软件的Ricean信道模型下进行了仿真。仿真结果表明该机制比固定速率和单一参数信道估计机制提高了28.4%和22.2%的平均吞吐量。     

支持多速率多播的Ad hoc网络资源分配算法

多播流是无线Ad hoc网络中的一种常见和有效的通信形式,尤其是对多媒体业务而言。提出了一种支持多速率多播传输的Ad hoc网络资源分配算法,它通过引入基于价格的流量分配方案来解决多速率多播传输问题,从而能够自适应地分配网络流量,并且最大化网络流的总效用。仿真结果表明,该算法不仅具有良好的收敛性,而且它的多速率多播传输特性使得不同信道条件的用户能获得最佳的网络性能,从而提高了网络吞吐量。     

基于均衡算法的协作信道分配策略

IEEE 802.11物理层和MAC具有支持多信道和多速率的能力。在多速率情况下,IEEE 802.11网络产生性能异常问题,低速率链路严重降低了高速率链路的性能,导致系统性能下降。针对该问题,设计了基于均衡算法的协作信道分配(CCA)协议,以解决无线网络中的性能异常问题。CCA的主要思想是通过预估传输时间(ETT)标准和均衡算法来解决信道分配问题。在预估传输时间标准下,CCA通过多信道来分离不同速率链路。通过使用均衡算法,CCA还能增加吞吐量的公平性。仿真结果表明,在无线网状网中,CCA能有效改善网络性能。     

Fuzzy logic-based performance improvement on MAC layer in wireless local area networks

There are many studies that have been done to improve the quality of service of wireless local area networks (WLANs). Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) WLAN are based on IEEE 802.11 protocol. The 802.11e medium access control (MAC) protocol is generally recommended for efficient quality of service in WLANs. There are many parameters in the MAC protocol that affect quality of services. Among these parameters, request to send threshold value (RSTV), fragmentation threshold value (FTV) and buffer size (BS) directly affect network performance. RSTV is used in the request to send/clear to send (RTS/CTS) mechanism in the carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA/CA) protocol for collision prevention. This parameter specifies the threshold used to activate the CSMA/CA protocol. FTV is another parameter that is used to send large-sized packets by dividing them into appropriate fragments during CSMA/CA transmission and reduces packet loss in WLAN. BS is another parameter that has a significant cost in the CSMA/CA model and also directly affects the performance. In this article, to improve the performance of WLANs, OPNET Modeler was used and ideal values were obtained for RSTV, FTV and BS by using fuzzy logic-based method. The values obtained by fuzzy logic were re-tested in OPNET Modeler, and the achieved improvement was as follows: for delay 36–38%, for load 2–10% and for throughput 25–44%, respectively. Thus, in WLANs, performance was improved by using fuzzy logic-based method.

     

一种实现MIMO多包接收的Ad Hoc网络MAC协议

MIMO技术可以同时接收多个数据包并能对它们进行有效的分离,是改善Ad Hoc网络系统性能的新途径。提出一种利用MIMO系统中MPR能力来提高网络吞吐量的MAC协议。它通过在回复CTS前接收多个RTS来最大化可以同时发送的链路数,接收节点根据自身的天线数目和接收到的RTS数目决定发送数据流数目。与现有的同类协议相比,该协议可以无差错地接收并分离出多个节点同时发送的数据,且在同一竞争区域内,允许多对节点同时通信。在OPNET仿真软件中,从业务负载、节点场景密度对其进行了网络仿真,并在结果分析中验证了MIMO MAC协议的综合性能优势。     

无线局域网中一种自适应RTS门限调整算法

媒体访问控制是无线局域网的重要部分,决定了具有受限通信带宽的无线信道的共享效率.IEEE 802.11系列标准基于现有以太网技术,具有良好的操作性和兼容性,已发展成为WLAN的主要标准.IEEE 802.11 DCF中有两种接入方式:基本方式和RTS/CTS方式.RTS/CTS方式是IEEE 802.11无线网络的可选握手过程,用于减小碰撞的可能性.决定使用RTS/CTS握手方式的RTS门限值是研究的重要参数,不同的取值对数据传送会产生不同的性能特点.文章通过分析IEEE 802.11 DCF分组发送成功和碰撞的持续时间,获得了RTS和基本方式下分组传输时间开销与分组长度的关系.给出了以最小化分组传输时间代价为优化目标的最优RTS门限的计算公式.通过对当前信道分组发送的冲突概率的预测实现了最优RTS门限的计算;给出了一个具体的RTS门限自适应调整算法,使终端能自动调整其RTS门限以达到或接近最优值.仿真表明RTS门限自适应调整算法明显减小了分组传送时收发器发送单位比特数据的时间开销.     

On avoiding RTS collisions for IEEE 802.11-based wireless ad hoc networks

The paper proposes an RCA (RTS collision avoidance) MAC protocol to reduce RTS collisions for IEEE 802.11-based mobile ad hoc networks (MANETs). RTS/CTS exchanging is used for the resolution of the hidden terminal problem. However, the paper shows that, even the backoff counters of two stations are different, RTS frames are also collided to each other due to the hidden terminal problem. The situation would be getting worse in high traffic load or in a dense network. RTS collisions not only result in the following CTS or ACK collisions, but also induce false blocking problem, even dead locks of transmissions. To address the above problems, an RCA MAC protocol is proposed to reduce RTS collisions. The RCA protocol utilizes a narrow band, called the tone channel, to announce the RTS transmission in advance in order to preclude the RTS transmissions of two-hop neighbors. To reduce the channel and hardware overhead, an improvement to the RCA protocol is also devised, which only uses a single channel and one transceiver to reduce RTS collisions. The RCA protocol provides a type of fast collision detection and decreases the probability of RTS collisions, which is benefit for RTS/CTS exchange scheme. Meanwhile, the RCA protocol can reduce the retransmission cost and have lower control overhead than that of IEEE 802.11 DCF. In addition, simulation results verify the advantages of the RCA protocol in comparison with IEEE 802.11 DCF.     

无线Ad Hoc环境下基于跨层设计和多包接收的媒体接入控制算法

利用多包接收的方法和跨层设计的思想,提出一种基于IEEE802．11接入控制策略中的RTS／CTS机制,来实现无线Ad Hoc网络媒体接入的算法,并对新算法进行了理论分析和仿真。分析结果表明与传统的RTS／CTS机制相比,该算法有效地提高了无线Ad Hoc网络的吞吐量。     

移动Ad Hoc网络中应用智能天线的多址协议及其性能分析

对智能天线在移动Ad Hoc网络(MANET)中的应用进行研究．提出了自适应波束形成CSMA／CA(ABF—CSMA／CA)协议．该协议利用RTS／CTS对话实现信道预约；在RTs与CTS分组中设置了训练序列，收发节点的智能天线基于训练序列进行自适应波束形成以传输数据分组与ACK．提出改进的“虚拟载波监测”机制进行冲突避免(CA)．每个节点中设置两类网络分配矢量(NAV)，用一个oNAV记录邻节点以全向模式占用信道的时间，用多个bNAV分别记录各邻节点以波束形成模式传输分组的时间．推导了信道利用率的近似计算公式并进行了仿真，考察了节点传输距离、训练序列长度及天线模式切换时间对网络性能的影响．结果表明，ABF-CSMA／CA协议与智能天线的结合能有效实现信道的空分复用(SDMA)，显著提高整个网络的信道利用率．     

一种基于移动自组网的联合检测MAC协议性能分析

在ad hoc移动自组网中,隐藏终端和暴露终端问题严重影响着MAC层的网络吞吐量性能。为了更好的解决隐藏／暴露终端问题,文献[3,4]提出了一种信道接入方法,即联合检测法。论文对此算法进行了改进,对RTS／CTS控制分组采用了载波侦听／冲突检测（CSMA／CD）策略,而对数据分组采用了基于发射端的码分配法。通过理论分析和仿真,表明提出的信道接入策略可获得较大吞吐量增益。     

Comparing the results from various performance models of IEEE 802.11g DCF

IEEE 802.11 DCF is the most widely-used CSMA/CA access control mechanism. Recent analytic performance models for DCF have received acclaim for both their simplicity and reported accuracy. Most of these models share the assumptions of full single-hop connectivity among all stations, that DCF back-off may be modeled as a Markov process and that the network is saturated with traffic. In order to verify the accuracy of existing analytic models we developed a discrete-event simulator to record the performance of the DCF protocol and ensure that every detail of the standard is represented. Simultaneously we set up a hardware test bed to measure the same performance metrics in an environment that makes none of the simplifying assumptions of either the analytic models or the simulation. In the test bed, as in the simulator, we used the same physical parameter settings prescribed by the standard. As is the case for the analytic models we used, we subjected the simulator and the test bed to the same saturated workload for both basic and RTS/CTS access modes. Finally, we also implemented a non-saturating Markov Modulated Arrival Process (MMAP) workload model for our simulator to test the performance of DCF subject to more realistic internet traffic conditions. We describe both the simulator and the test bed in some detail in order to testify to the accuracy and detail of our results. The results show that the analytic models are mostly pessimistic for small numbers of nodes and optimistic for larger numbers of nodes. The performance measurements from the test bed, in turn, indicate that the simulation results are similarly optimistic when large numbers of nodes are concerned. Since the test bed uses an error-prone wireless channel, this latter result is, in principle, not surprising. The rate of deterioration in the actual performance is however something that is not widely known and is much more rapid than analytic models would suggest.     

低速无线个域网隐蔽站问题研究

低速无线个域网标准IEEE802.15.4协议MAC层的主要目标是有效地减少能量的消耗,而并没有考虑如何有效地减少隐蔽站问题的产生.在无线多跳网络中解决隐蔽站问题主要方法有RTS/CTS和调节载波侦听范围等办法,但是均不适用于低速无线个域网.在对基于IEEE802.15.4的时隙CSMA/CA退避算法和隐蔽站问题产生的原理进行深入分析的基础上,得出了在节点均匀分布的情况下退避指数的最小值macminBE相对于发帧成功率的表达式,提出了通过调节macminBE,来减少由于隐蔽站问题引发的帧冲突的方法.并通过NS2仿真实验验证了方法的可行性.克服了现有方法的不足,较大地提高了网络的性能.     

IEEE 802.11无线局域网中分布式协调功能的改进

结合无线局域网和TCP的特点提出了一种改进算法,当AP向无线节点发数据包时,无线节点用一个小的数据包(如:TCP层的ACK等)来代替CTS,这样可以避免无线节点单独发送小数据包,从而提高无线信道的利用率和无线网络的吞吐率。从试验结果可以看出,改进后的DCF协议不仅提高了信道的利用率和无线局域网的性能,而且更好的维护了无线节点间的公平性。