基于双忙音的可调功率无线MAC协议

本文基于IEEE802.11DCF提出了两种基于双忙音信号的无线自组织网络MAC协议,即恒定功率双忙音(FPDBT)和变功率双忙音(VPDBT)MAC协议。这两种协议能基本解决无线自组织网络大干扰范围下的隐藏终端和暴露终端问题。本文对MAC协议进行了理论分析,并建立了OPNET仿真模型。通过仿真试验分析比较了IEEE802.11DCF、DBTMA、FPDBT和VPDBTMAC协议的信道传输性能。结果表明两种改进协议都能在大干扰范围下有效避免分组冲突,并显著提高信道利用率。VPDBT协议还能够对信道空间复用率和分组冲突避免的性能有较好的折衷。     

传输范围对移动自组网的性能影响

分析了在移动自组网中IEEE802.11 MAC协议的隐藏终端和暴露终端问题以及数据流调度的不公平性，并利用仿真方法研究了基于节点移动、通信干扰以及调度的非公平性等因素情况下，不同的传输范围对节点平均吞吐量、报文丢失率、端到端的报文延时的影响。     

基于CSMA/CA协议的隐藏终端问题的改进

在无线局域网中,当节点采用竞争方式访问信道时,隐藏终端和其他节点可能同时利用信道发送数据,引起数据碰撞。在CSMA/CA协议中,增加数据收发的控制分组,正确表示数据收发开始和停止的时间,代替网络分配矢量(NAV),使得隐藏终端和其他节点按照先后顺序发送数据,实现可靠的数据传输。在CC2530芯片设计的方法中,实验结果表明降低了隐藏终端干扰造成的误码率;在NS-2仿真器评估的方法中,仿真结果表明控制分组对于网络其他性能影响小。通过两种方法验证了改进MAC协议的有效性。     

一种多路传输可伸缩视频流的分组调度算法

由于无线网络带宽不足,不能满足高质量视频的传输要求,终端用户往往会遭受频繁的播放中断.为了解决上述问题,一种可能的办法是利用终端的多模特性并发地多路传输视频流.多路传输视频流的关键技术之一是分组调度算法,即将视频分组分配到适合的接口进行传输.本文研究了一种多路传输可伸缩编码视频流下基于质量驱动的分组调度算法.为了最大限度地提升接收端的视频质量,该分组调度算法考虑了接入网络的特性以及视频帧的特征.在本文中,视频数据包调度的问题建模为一个受限多重背包问题,而这个问题是已知为NP-hard的.然后,提出了一种分组调度算法,将视频分组调度到合适的接入网进行传输.在NS-2仿真软件中使用真实的视频trace文件去验证该算法利用多模终端传输可伸缩编码视频的性能.仿真结果表明,分组调度算法在PSNR上优于速率控制算法和传统的round-robin算法.     

Ad Hoc网络中一种单信道并行MAC协议

提出一种单信道下的并行MAC协议PCTS—MAC．该协议在控制帧中携带时间信息和功率容忍度信息,其中时间信息用于隐藏终端和暴露终端同步并行传输,而功率容忍度信息则使隐藏终端和暴露终端在功率控制下参与并行通信．从而减轻并行通信给首传输节点对的干扰,保护正在进行的通信。定性分析和实验表明,该协议有效减轻隐藏终端和暴露终端问题,达到数据的并行传输,获得较好的网络吞吐量和公平性。     

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。     

全双工CSMA网络中的隐藏终端问题研究

同时同频全双工技术允许节点在同一频带内同时发送和接收信号,理论上可以将频带利用率提高一倍。该技术虽然可以有效缓解传统CSMA网络中的隐藏终端问题,但是全双工CSMA网络中的隐藏终端问题仍然缺少全面且深入的研究。对半双工CSMA网络中隐藏终端问题及其解决方案进行了分析,介绍了全双工CSMA网络中的4种传输模式,理论分析和实验仿真说明了全双工CSMA网络中的隐藏终端问题。最后进一步分析了一些现有的全双工媒体访问控制(Medium Access Control,MAC)协议,并提出了几个在设计全双工MAC协议时为解决隐藏终端问题而应该考虑的问题。     

基于Ad Hoc的改进型多信道接入协议研究

为了解决目前多信道接入协议面临的多信道隐藏终端和多信道Deafness问题,加入了探测报文和等待报文,采用节点状态表和信道空闲状态表的方法,并采用NS2仿真软件对该协议进行性能仿真。仿真结果表明,该协议解决了多信道隐藏终端和多信道Deafness问题,与DPC协议相比提高了网络吞吐量和信道利用率,降低了网络传输的延迟,增强了网络的性能。     

基于FPRP的无线自组织网的MAC协议*

基于FPRP的用于同步无线自组织网的MAC协议采用分布式控制和同步竞争接入,能够支持QoS业务的传输,较好地解决了隐藏终端和暴露终端问题.仿真结果表明,该协议在吞吐率和媒体接入时延上较同步FPRP有所提高.     

基于Newton-Thiele有理插值的误码隐藏

低速率的视频传输必然要求对视频信号进行高效压缩,而高效压缩后的视频码流对传输中产生的误码非常敏感.一旦传输中出现了误码,不仅影响该误码数据的恢复,还会影响与之相关的其他数据的恢复,造成误码扩散,误码隐藏是解决这个问题的一种有效方法.在对最新视频压缩标准H.264研究的基础上,针对H.264中相邻运动矢量具有高度相关性的特性,提出了一种基于Newton-Thiele型有理插值的误码隐藏算法,仿真结果显示,提出的误码隐藏算法可以有效地改善解码图像的视觉质量,并且能够满足实时视频传输的要求.     

面向工业无线汇聚网络的高吞吐率MAC协议

汇聚网络是工业传感器网络的常用拓扑形式。汇聚网络的隐藏终端是影响网络吞吐率的重要因素,目前常用信道预留机制来加以解决。此外,随着物理层数据传输速率的不断提高,相对短报文的现象日渐突出,使得用于信道预留的控制报文的开销相对增加。现有的IEEE802.11 DCF不能同时有效应对这两个现象。提出了取消信道预留方式来克服相对短报文问题,而对于由于信道预约取消所导致的隐藏终端问题,则以随机发送机制解决。为了获得最优的发送概率,设计了APCSMA协议,该协议以最大化节点吞吐率为目标,提出吞吐率最大化的必要条件,基于该必要条件,在主干扰模型下推导出节点均匀分布情况下的最优报文发送概率。从理论上分析了协议的网络吞吐率、延迟和能量效率。仿真结果和分析表明,APCSMA协议对于工业无线汇聚网络具有广泛的适用性。     

e-MAC:一种面向Ad Hoc网络的高吞吐量MAC协议

解决ad hoc网络中隐藏节点问题、暴露节点问题的最终目的是减少节点间的冲突,提高网络空间复用率,从而提高网络吞吐量.现有MAC协议在解决隐藏节点问题时着重于彻底消除网络中的隐藏节点,忽略了网络空间复用率,即使能够彻底解决隐藏节点问题,也不能有效提高网络吞吐量.同样,现有协议在解决暴露节点问题时着重于如何允许暴露节点并行发送数据,忽略了暴露节点接收数据的问题,也影响了网络空间复用率.提出了一种高效的MAC协议e-MAC,协议采用两种方法提高网络空间复用率:首先,协议中接收节点根据接收到发送节点的信号强度动态调整忙音发射功率,使忙音恰好覆盖所有的隐藏节点,在彻底解决隐藏节点问题的同时,提高网络空间复用率;其次,隐藏节点接收到RTS消息后,通过判断RTS消息信号强度与信道中干涉信号的强度之比来决定是否接收数据,允许满足信噪比要求的接收节点接收数据,进一步提高网络空间复用率.仿真结果验证了协议的有效性,在任意拓扑结构下,e-MAC协议的平均吞吐量比DUCHA(dual channel access)协议高87%.     

Energy efficient smart-relay-based cooperative MAC for wireless networks

An enormous number of papers investigated wireless cooperative networks over the last few years. Almost all have shown that cooperative transmission improves network performance significantly. However, none of these studies have considered the hidden and exposed terminal problems which appear due to the cooperative mechanisms of relay selection and transmission processes. The hidden terminal problems increase collisions and the exposed terminal problems increase bandwidth wastage, degrading the expected performance of cooperative networks. This paper addresses these problems of traditional wireless cooperative networks. We also propose a protocol called smart-relay-based-cooperative (SRcoop) MAC to optimally reduce the impacts of hidden and exposed terminal problems. We also illustrate an efficient relay selection mechanism that uses a back-up relay to increase transmission reliability. Our innovative model significantly improves the network throughput, end-to-end delay and energy efficiency over traditional cooperative MAC, 2rcMAC, LC-MAC, C-ARQ and Adere et al. protocols.     

Wake up after transmissions and reduced channel contention to alleviate the hidden terminal problem in preamble sampling WSNs

The hidden terminal problem is a well-known problem in wireless networks that degrades the network performance due to collisions between nodes unable to sense each other. Preamble sampling WSNs are more sensitive to that problem than wireless local area networks due to the high vulnerability time caused by the long preamble transmission. This is specially important when the traffic load is high, for instance due to event detection and query dissemination or in regions closer to the sink. Typical mechanisms to reduce the negative effects of hidden terminals, like the use of RTS/CTS messages, cannot alleviate the problem in preamble sampling WSNs as the long preamble is still needed, thus not reducing the high vulnerability time. To alleviate the hidden terminal problem in this kind of networks the LWT-MAC, a new preamble sampling MAC protocol, is presented. The LWT-MAC protocol adapts to the sporadic increases in the network load by waking up sensor nodes at the end of a transmission. At the same time, it reduces the channel contention by implementing a non-aggressive retransmission procedure. In this work, the ability of the LWT-MAC protocol to reduce hidden terminal problems is evaluated and compared to the basic preamble sampling technique. Results show that the LWT-MAC protocol is able to significantly lighten the hidden terminal problem, thus improving the overall system performance.     

一个可感知干扰的无线自组网MAC协议

在分析无线自组织网中隐终端和暴露终端问题的基础上,指出在802.11MAC协议中,造成这两类问题的根本原因是其采用了简化的干扰模型,并提出一个基于busy tone的、可以感知干扰的MAC协议(IABT)用来提高无线自组织网的性能.通过在busy tone中编码当前的干扰信息,busy tone可以有效的为将要进行的通信预留信道.IABT协议可同时解决隐终端和暴露终端的问题.通过NS2的模拟仿真,显示出IABT协议可以有效的减少MAC层的冲突,从而提高了无线自组织网的性能.     

一种面向输电线路监测的WSN混合式MAC协议

考虑到应用于输电线路监测系统中的无线传感器网络在拓扑结构、网络流量上都呈现出新的特点,提出了一种混合式MAC协议,即在网络空闲时期使用X-MAC协议,在繁忙时期使用流水线式传输调度方法。根据节点的不同角色,使用不同的X-MAC参数提高网络的响应实时性,采用流水线式的传输调度解决线状网络中的隐藏终端问题。仿真结果表明,这种协议能够满足网络对实时性和能量有效性的要求。     

能量有效的无线传感器网络MAC协议

针对无线传感器网络中的隐终端和延迟问题,提出一种基于功率控制机制的改进MAC协议。节点在SMAC协议的基础上通过功率控制算法在每个节点所保存的功率等级表中动态地选择合适的功率值作为其发射功率,从而避免了隐终端和延迟问题。仿真结果表明,与SMAC协议相比,改进协议能提高网络的吞吐量,降低源节点到目的节点的端到端延迟。     

How many wireless resources are needed to resolve the hidden terminal problem?

A novel wireless resource partition method is proposed to theoretically solve the hidden terminal problem (HTP) for wireless networks with uniform transmission ranges, and known, stationary node locations. A hidden terminal graph (HTG) representation is used to capture the potential hidden terminal interference among wireless nodes. The wireless resource partitioning solution of the HTP problem is cast as a graph-coloring problem on the HTG. Under a unit-disk wireless transmission range model, a novel, efficient, constructive solution to the HTG graph-coloring problem is proposed. Specifically, by spatially grouping wireless nodes into a hexagonal grid coordinate system, it is shown that the supremum of chromatic number of a HTG can be bounded by [6,12], regardless of the number of nodes or how the nodes are distributed spatially. Moreover, 12 is also the maximum number of wireless resource partitions needed to resolve the corresponding HTP problem. Extensive simulation results reveal that the performance of this hex-coloring method is comparable to existing heuristic graph-coloring methods such as DSATUR for problems with moderate size (a few hundreds of nodes). When the problem size scales up to a few thousands of nodes, the hex-coloring solution consistently achieves superior solutions (fewer wireless resources required) while consuming 3 orders of magnitude less computing time.