基于跨层竞争的PRMAC协议的优化研究

基于流水路由的MAC协议PRMAC(Pipelined Routing Medium Access Control)是无线传感网络WSNs(Wireless Sensor Networks)的典型的基于跨层竞争的同步MAC协议. PRMAC协议允许一个周期内进行多跳传输.但是,PRMAC协议的传输请求发送包RTSD(Request-To-Send Data)和确认发送数据包CTSD(Confirmation-To-Send Data)在同一个数据包窗口传输,降低了路由性能.为此,对 PRMAC 协议进行改进,提出面向多跳场景的 PRMAC 协议 MH-PRMAC(Multi-Hop PRMAC). MH-PRMAC协议采用新的周期结构,并在休眠窗口内设置两个独立窗口,再由它们分别传输RTSD和CTSD包.实验数据表明,提出的MH-PRMAC协议有效地降低了数据包传输时延,并提高了数据包传输率.     

基于跨层竞争的同步MAC协议研究

在无线传感器网络(WSNs)中,基于跨层竞争的同步媒体接入控制(MAC)在一周期内可安排多个数据包的多跳传输,传统的协议在同一个数据窗口传输请求数据包和确认数据包,降低了数据窗口的多跳流量的建立,也降低了在多跳场景中的数据包传输率和传输时延性能.本文提出了基于新的基于跨层竞争的同步MAC(CLC-MAC)协议,CLC-MAC协议引用新的周期结构,且其包含两个独立窗口,并由该窗口分别传输数据请求包和确认包,即请求包在数据窗口传输,而确认包在休眠窗口传输.实验数据表明:与先锋路由帧MAC(PRMAC)协议相比,CLC-MAC协议的端到端传输时延和数据包传输率的性能均得到了提高.     

AGQ-MAC:无线传感器网络中基于Grid Quorum的异步低占空比MAC协议

针对无线传感器网络占空比MAC协议在链路或节点失效环境下易导致严重的能量浪费问题,提出了一种基于GridQuorum的异步低占空比MAC协议-AGQ-MAC(Asynchronous Grid Quorum MAC).AGQ-MAC采用Grid Quorum组分配信道,通过动态调配Quorum比率得到了节点的最优占空比,并在邻节点发现过程中采用双前导序文抽样来监测信道状态,以减少节点唤醒时间从而达到能量高效.仿真实验结果表明,与其他占空比MAC协议相比,AGQ-MAC延长了网络生存时问,降低了网络能耗,提高了邻发现数据传输率,同时保持较低的平均邻发现延迟.     

一种适用于移动Adhoc网络的自适应多跳路由协议

跨层优化多径路由协议以跨层优化为手段，使用物理层，MAC层和网络层的信息做路由决策并在多条路径上同时传递数据包。实验表明，该协议拥有以往的多径路由协议在网络吞吐量和端到端延迟的优势，而且延长网络寿命并降低网络中传输比特信息所需消耗的能量。     

传感器网络中一种基于梯型休眠调度的MAC协议

如何在提供能量高效数据通信的同时满足必要的延迟需求,是无线传感器网络MAC协议面临的一大挑战。本文提出一种基于梯型休眠调度的MAC协议——LP-MAC,通过安排传输路径上的节点连续转发数据从而消除休眠延时;采用冲突避免机制和基于链路计数器的临时唤醒机制,减少兄弟节点间冲突并增加节点休眠时间,进一步提高协议能量效率。理论分析和模拟实验表明,LP-MAC协议既具有低能耗的协议特性,也能保证较低的稳定的端到端延时。     

一种能量有效控制的实时无线传感器网络路由协议

提出了一种能量有效控制实时无线传感器网络路由协议.该协议通过信息类分处理,动态聚点策略,基于遗传算法的单跳延迟实现了网络传输端到端的实时性保证以及网络能量有效性控制;利用上溯重新路由方法,来处理网络拥塞问题,并实现了处理拥塞的智能化.经过实际应用,证明该协议是十分有效的,能满足无线传感器网络传输实时性和能量有效性要求.     

速率自适应的树状采集型MHWSN跨层MAC协议

中高速传感器节点能量严重受限,节能是中高速传感器网络（Medium and High Rate Sensor Networks,MHWSN）中MAC协议设计的首要问题。针对SMAC协议固定占空比不能适应中高速网络中多种速率混合业务传输的特点,提出了一种适应于数据采集型应用的速率自适应的MAC协议（AMAC）。AMAC协议在SMAC基础上,采用了基于跨层的速率自适应机制和交错唤醒机制,根据节点速率动态调整占空比,上层节点较下层节点延迟一段时间后激活。仿真结果表明,在数据采集树中该算法节点速率较小时,可有效降低空闲节点的占空比、减少能量消耗,节点速率较大时,调整占空比大小,减少碰撞和阻塞发生的概率,尤其在多种速率任务突发的中高速传感器网络中,能有效提高节点的数据吞吐量并降低时延。     

利用发送和接收时隙分配策略改善无线传感器网络MAC协议能效

摘　要 针对无线传感器网络中存在数据冲突和串音而影响MAC协议能量效率的问题,提出了基于接收和基于发送的TDMA-MAC协议时隙分配策略。通过考虑各种无线收发器模式(即发送、接收、休眠和空闲)花费的不同时间段来计算WSN能耗,假设聚类中WN数据包时间间隔为指数分布,采用两级TDMA方法实现对多步聚类的评估。利用OPNET Modeler软件执行仿真实验验证了本文模型的有效性,仿真结果表明,基于接收的SAS的能效是基于发送的SAS的5倍,相比基于分簇的TDMA/CDMA混合HCT-MAC协议,本文协议可节省4.3%的能量,减少了0.35ms的端到端延迟,相比倍增超周期多信道MAC协议,可节省10.8%的能量,减少了1ms的端到端延迟。     

无线传感器网络自适应MAC协议

提出了一种根据无线传感网络流量自动调节节点睡眠-活动时间比例的MAC协议-ATMAC,在无线传感器网络TMAC协议的基础上,以低能耗、低延迟为目标,主要采用自适应、多级别的占空比及自适应竞争窗口,数据优先级队列使节点在流量较小时能更多地处于睡眠状态以节省能量,而在流量较大时,传输所涉及的节点可相对长时间地进入活动状态,且大流量和小流量节点所采取的占空比可以不同,从而节省低流量节点用于空闲侦听的能耗,降低数据传输的延迟,增大网络的吞吐量。仿真结果显示新协议在能量消耗、数据延迟等方面要超过TMAC。     

基于自适应更新的无线传感网络MAC协议

针对无线传感器网络节点能量受限问题,提出了一种新的自适应更新异步MAC协议——AU-MAC协议。该协议以睡眠与工作状态切换、异步方式和自适应更新相结合的办法有效延长了网络寿命,减少了节点能耗。AU-MAC协议通过采用发方监听、接方激活数据传输,提高了信道利用的有效性。并且,它以建立邻居节点信息表,引入自适应更新机制,来减少空闲监听。在NS2网络仿真平台对提出的AU-MAC协议的性能进行了仿真评估。仿真结果表明,AU-MAC协议在保持相当的吞吐量以及端—端延迟的基础上,使无线传感器网络的能量有效性得到了改善。     

SR-MAC: A Low Latency MAC Protocol for Multi-Packet Transmissions in Wireless Sensor Networks

Event detection is one of the major applications of wireless sensor networks (WSNs). Most of existing medium access control (MAC) protocols are mainly optimized for the situation under which an event only generates one packet on a single sensor node. When an event generates multiple packets on a single node, the performance of these MAC protocols degrades rapidly. In this paper, we present a new synchronous duty-cycle MAC protocol called SR-MAC for the event detection applications in which multiple packets are generated on a single node. SR-MAC introduces a new scheduling mechanism that reserves few time slots during the SLEEP period for the nodes to transmit multiple packets. By this approach, SR-MAC can schedule multiple packets generated by an event on a single node to be forwarded over multiple hops in one operational cycle without collision. We use event delivery latency (EDL) and event delivery ratio (EDR) to measure the event detection capability of the SR-MAC protocol. Through detailed ns-2 simulation, the results show that SR-MAC can achieve lower EDL, higher EDR and higher network throughput with guaranteed energy efficiency compared with R-MAC, DW-MAC and PR-MAC.     

一种负载均衡的移动Ad-hoc网络路由协议及改进

随着移动ad hoc网络负载的增加，现有路由协议的性能将急剧下降。为适应重负载网络，本文提出了一种带宽估算模型和负载平衡技术，并结合AODV（Ad hoc On-demand Distance Vector Routing）设计了新的路由协议。同时考虑到时廷因素，对新协议进一步改进。仿真表明，本文提出的协议可以提高分组传送率，降低平均端到端时延，并减少路由开销。     

An energy-efficient,transport-controlled MAC protocol for wireless sensor networks

In wireless sensor networks (WSNs), one major cause of wasted energy is that the wireless network interface is always on to accept possible traffic. Many medium access control (MAC) protocols therefore adopted a periodic listen-and-sleep scheme to save energy, at sacrifice of end-to-end latency and throughput. Another cause is packet dropping due to network congestion, necessitating a lightweight transport protocol for WSNs. In this paper, we suggest a transport-controlled MAC protocol (TC-MAC) that combines the transport protocol into the MAC protocol with the aims of achieving high performance as well as energy efficiency in multi-hop forwarding. Although TC-MAC also works through a periodic listen-and-sleep scheme, it lowers end-to-end latency by reserving data forwarding schedules across multi-hop nodes during the listen period and by forwarding data during the sleep period, all while increasing throughput by piggybacking the subsequent data forwarding schedule on current data transmissions and forwarding data consecutively. In addition, TC-MAC gives a fairness-aware lightweight transport control mechanism based on benefits of using the MAC-layer information. The results show that TC-MAC performs as well as an 802.11-like MAC in end-to-end latency and throughput, and is more efficient than S-MAC in energy consumption, with the additional advantage of supporting fairness-aware congestion control.     

基于数据重排序的无线传感器网络低延时节能MAC协议

节能,是无线传感器网络最关注的问题之一.让节点进行周期性的侦听与睡眠是一种常用的节能机制.但是,这种节能机制在数据报的传输过程中会引入较长的端到端延时,而且延时与整个周期的长度成正比.提出了一种应用于无线传感器网络的低延时的节能MAC协议:RLL-MAC.该协议在S-MAC/AL(S-MAC with Adaptive Listening)的基础上,增加了数据报重排序机制,即能够根据各个节点工作周期的时序关系,动态的调整数据报的发送次序,从而减少数据报的端到端延迟.通过理论分析和仿真实验表明,与S-MAC/AL相比,RLL-MAC在保持低能耗的同时,极大的降低了端到端延迟.     

一种新的移动自组网的数据传输策略*

为了提供移动自组网端到端的健壮的数据传输策略,对基于地理信息的路由协议进行优化,重点解决由于骨干节点停止工作后容易导致的整个网络快速崩溃问题,实现了能量的均衡。同时,根据排队理论,提出了一种移动节点的数据传输等候队列的调度策略,增加了移动自组网的端到端可靠的数据传输。基于NS的仿真实验,从路由协议选择、路由协议优化、数据传输等候队列调度策略方面展示提出的传输策略的优势。实验结果表明,该传输策略提高了节点能量利用率和节点生存时间,增加了数据传输的成功率,提高了网络的稳定性。     

Distributed Latency-Energy Minimization and interference avoidance in TDMA Wireless Sensor Networks

This paper presents Latency-Energy Minimization Medium Access (LEMMA), a new TDMA-based MAC protocol for Wireless Sensor Networks (WSNs), specially suited to extend the lifetime of networks supporting alarm-driven, delay-sensitive applications characterized by convergecast traffic patterns and sporadic traffic generation. Its cascading time-slot assignment scheme conciliates low end-to-end latency with a low duty-cycle, while supporting multi-sink WSN topologies. Unlike most of the current solutions, LEMMA’s time-slot allocation protocol makes decisions based on the interference actually experienced by the nodes, instead of following the simple but potentially ineffective n-hop approach. Simulation results are presented to demonstrate the ineffectiveness of the n-hop time-slot allocation in comparison with LEMMA, as well as to evaluate the performance of LEMMA against L-MAC, T-MAC and Low Power Listening. The results show that under the target scenario conditions, LEMMA presents lower interference between assigned time-slots and lower end-to-end latency, while matching its best contender in terms of energy-efficiency.     

基于竞争与TDMA的低时延无线传感器网络MAC协议

针对经典无线传感器网络（WSNs） S-MAC协议的累积睡眠延迟问题,提出了一种基于竞争与时分复用（TDMA）方式混合的低时延LH-MAC协议.LH-MAC根据包的传输跳数,提供不同优先级的接入服务,使已完成多跳传输的包以更大的概率接入信道,实现较远节点的低时延传输目标.仿真比较S-MAC与LH-MAC的平均延迟和能耗,表明LH-MAC在保持能量高效前提下,有效降低了端到端时延.