具有时间同步和节点定位的工业无线网络协议

针对工业无线网络WIN的特点及传输实时性和空间位置的确定性要求,引入了工业无线网络的通信参考模型和协议架构.然后简单介绍了基于令牌的控制WIN-Z的MAC协议,并对其嵌入的时间同步算法和节点定位方法做了详细介绍.最后利用改进后的GAINS平台和WSN分析与管理平台SNAMP对WIN-Z的MAC协议和CSMA/CA做了数据吞吐量和数据传榆延迟的测试,测试结果表明,该协议保证了信道接入的公平性,减少了数据传输时延,适用于WIN网络.     

基于有序竞争的传感器网络MAC协议

在定向扩散路由无线传感器网络中,为减轻竞争型MAC协议CSMA/CD的碰撞冲突问题,以及减小MAC协议引入的时延,对CSMA/CD协议进行改进,提出基于定向扩散与有序竞争的传感器网络MAC协议,即CSMA/CD-DDOC,通过将同跳梯度层次内的转发节点进行分组后实施各分组对共享信道的有序竞争,减少同时争用信道的节点数目,以达到减少碰撞和减小时延的目的。理论分析和仿真结果表明,CSMA/CD-DDOC协议具有优于CSMA/CD协议的时延性能。     

基于OPNET的CSMA/CD改进与仿真

以太网中采用CSMA/CD使得网络时延不确定和时变与时延的随机性导致控制品质的下降,为了改善以太网的延迟抖动性能,对以太网采用的TBEB算法进行改进,提出自适应退避算法,并用OPNET对改进的算法进行仿真分析.     

基于令牌的无线工业控制网络的信道接入控制

针对无线工业控制网络(WICN)的实时性和可靠性要求,在分析了几种常见的无线局域网的MAC协议(MACA、MA-CAW和IEEE802.11)的不足后,提出了一种基于令牌控制的MAC协议.并且还详细介绍了该协议中的令牌恢复机制、优先级机制和数据帧确认机制,并利用离散事件仿真平台OMNeT 对该协议和CSMA/CA协议进行了仿真对比试验.仿真结果表明,该协议保证了信道接入的公平性,减少了数据传输时延,增强了数据传输的可靠性,适用于无线工业控制网络.     

一种无线传感器网络MAC协议优化算法

在无线传感器网络中,各节点采集的信息以多跳的方式传送到汇聚点.从各节点到汇聚点形成一棵以汇聚点为根的传输树.文中在对无线传感器网络传输特点分析的基础上,剖析了基于CSMA/CA(载波多路监听/冲突避免)的MAC协议在树状结构无线传感器网络中的弊端,提出了一种基于CSMA/CA的MAC协议优化算法.算法基于节点在传输树中的位置信息调整其MAC信道接入分配,将CSMA/CA采用的各节点均等竞争信道的方法优化为各节点依据在传输树中的位置情况竞争信道的方式,这一优化提高了节点公平性,使MAC信道接入分配与树状结构的无线传感器网络传输特点相契合,解决了基于CSMA/CA的MAC协议与树状结构无线传感器网络不匹配的问题,从而减少了信道资源浪费,提高了网络传输效率,降低了能耗.实验结果表明该算法在网络丢包率、吞吐量和能耗方面的性能均有较大改进.     

临近空间通信网MAC层协议研究

近年来随着空间网络应用的快速发展,临近空间网络逐渐成为新的研究热点。临近空间网络要求信息传输的实时性、有效性,对媒体接入控制（MAC）层协议的设计提出了很高的要求。在按需分配（DAMA）协议的基础上,结合自由分配,提出将混合自由按需分配（CFDAMA）协议应用到临近空间通信网中,并用OPNET仿真软件建立仿真模型。仿真结果表明,与纯DAMA协议相比,CFDAMA协议不仅能极大地降低网络的平均端到端时延,保证信息传输的实时性;而且能提高网络的吞吐量。     

多个无线传感器网络中节能MAC协议设计

在无线传感器网络中,媒体访问控制(MAC)层协议影响着整个网络的性能。根据无线传感器网络对节点能耗和时延的要求,本文提出了一种基于跨层设计的节能MAC协议。利用物理层、MAC层和路由层之间的信息交互,在保证可靠通信的基础上,实现在一个监听/睡眠周期内数据多跳传输,缩短数据传输时延,并且有效控制网络数据传输的冗余度,降低冗余节点能量消耗。性能分析和仿真结果表明,节能MAC协议能够有效地降低网络时延并且减少节点能耗。     

基于工业以太网的列车通信网络及其仿真研究

随着列车运行速度的提高,新型大容量业务不断出现,带宽已成为列车通信网络传输的主要瓶颈;根据列车通信网络的发展趋势,对未来工业以太网用于列车通信网络的两种可能形式进行了探讨,提出了基于工业以太网的列车通信网络体系结构,利用网络仿真软件对列车通信网络进行了拓扑结构建模、节点建模和进程建模.利用该模型研究了车载工业以太网传输大容量信息传输过程中网络载荷、以太网时延和端到端时延等关键因素;仿真结果表明,通过合理设置网络参数,工业以太网满足列车通信网络的带宽和传输要求,环形网络在中间出现故障情况下,仍然可以保证正常的网络通信.     

基于以太网通信过程的实时改进方法研究

分析了以太网的通信过程、冲突处理方法、基本要求及其限制原因,指出1-坚持CSMA/CD处理过程与BEB退避算法对于实时节点具有改进空间,提出了一种以太网节点的实时改进方法.该方法允许网络中同时存在实时节点和非实时节点.分析了该方法端到端的延迟,对实时节点该延迟是有界的.介绍了用减少负荷的方法来提高节点的实时性.仿真实验表明该实时改进方法是有效的.     

基于多蚁群算法的无线传感器网络路由的跨层设计

针对事件驱动型无线传感器网络对数据传输的强实时性和高可靠性的要求,将统计获得的节点接入效率和负载队列长度等MAC层状态信息作为路由度量参数。考虑到蚂蚁网络算法在重负荷网络中存在传输延迟大、聚合速度慢等缺陷,提出了一种基于多蚁群算法的负载感知和高效接入的跨层路由协议,该协议把节点的单跳延迟、负载及带宽接入效率等参数作为路径的启发值进行路由优化。仿真结果表明,基于多蚁群算法的路由协议能够保证数据传输的实时性,能够实现无线传感器网络的拥塞控制及负载平衡。     

工业以太网的发展及其技术特点

工业以太网控制系统是集散控制系统(DCS)和现场总线控制系统(FCS)之后产生的一种新型的工业控制系统。通过简要介绍工业控制网络的发展过程,并详细论述工业以太网的特点,提出了工业以太网以其全开放的特点必然会受到广泛的应用,实现工业控制网络和数据信息网络的无缝整合的观点。     

高速以太网技术和交换式以太网技术剖析

高速以太网和交换式以太网技术是解决传统以太网的带宽危机的两项重要技术。本文中，首先对高速以太网和交换式以太网技术进行了深入，全面地分析，最后，针对结合这两项技术的产品ＦａｓｔＳｗｉｔｃｈ１０／１００利用对等通信性能的测试程序，对这现代项技术所带来的性能改进进行了定量分析。     

A priority media access control protocol for video communication support on CSMA/CD LANs

Real-time multimedia communication applications demand performance requirements which differ significantly from conventional data communication applications. Current local area networks (LANs) provide efficient transport for bursty data traffic; however, they cannot necessarily provide quality of service guarantees for real-time communications. In this work we introduce and investigate an experimental priority protocol for supporting real-time communication on Ethernet, a popular implementation of multiple-access broadcast bus LANs. We examine the new protocol, known as Priority Mode-CSMA/CD (PM-CSMA/CD), providing a high priority (HP) class with CSMA/CD employed for standard priority (SP) traffic. PM-CSMA/CD performance is examined through computer simulation of videotelephony workstations operating over the shared bus LAN. Over all observed traffic conditions, the priority protocol provides performance satisfying real-time packet transport requirements of audio and video streams. The primary advantage of our protocol over similar priority schemes is its physical layer compatibility with standard CSMA/CD. The protocol also provides improved channel utilization with increasing high priority load, with no penalty in SP class performance at low to medium network loads.     

以太网中双绞线超长布线的论证和实践

在IEEE802．3系列标准以太网的布线中,五类双绞线的长度限制在100米内,当距离超长时,会造成网络故障。为了解决这个问题,本文主要分析CSMA／CD和双绞线的性能,对超出传输长度的限制进行分析。最后还通过实测证明在一定环境距离内,超长使用廉价双绞线替代高成本光缆设备的可行性。     

基于自相似通信量的p-坚持CSMA/CD协议仿真

近年来,大量的通信量测量研究表明实际的网络通信量具有自相似或长范围相关特性。为了准确评估军用网络的性能,论文利用叠加多个ON/OFF信源的方法,建立了自相似通信量模型,并对该模型所产生的序列进行检测,验证了其自相似特性;在此基础上,基于自相似通信量,采用离散事件仿真技术对军用网络中的p-坚持CSMA/CD协议建立了排队模型,通过仿真测试了各种负载下p值对冲突次数、平均等待时间、平均队长以及吞吐率等性能指标的影响,仿真结果表明,根据信道负载的轻重,动态调整p的取值可以提高网络的性能。     

Performance evaluation of switched Ethernet for real-time industrial communications

The real-time industrial network, often referred to as fieldbus, is an important element for building automated manufacturing systems. Thus, in order to satisfy the real-time requirements of field devices such as sensors, actuators, and controllers, numerous standard organizations and vendors have developed various fieldbus protocols. As a result, the IEC 61158 standard, including Profibus, WorldFIP, and Foundation Fieldbus, was recently announced as an international standard. These fieldbus protocols have an important advantage over the widely used Ethernet (IEEE 802.3) in terms of the deterministic characteristics. However, the application of fieldbus has been limited due to the high cost of hardware and the difficulty in interfacing with multivendor products. In order to solve these problems, the computer network technology, especially Ethernet, is being adopted by the industrial automation field. The key technical obstacle for Ethernet for industrial applications is that its nondeterministic behavior makes it inadequate for real-time applications, where the frames containing real-time information, such as control command and alarm signal, have to be delivered within a certain time limit. Recently, the development of switched Ethernet shows a very promising prospect for industrial applications due to the elimination of uncertainties in the network operation that leads to the dramatically improved performance. This paper focuses on the application of the switched Ethernet for industrial communications. More specifically, this paper presents the performance evaluation of the switched Ethernet on an experimental network testbed along with an implementation method for using the switched Ethernet for industrial automation.     

Voice/data integration on Ethernet — backoff and priority considerations

Astudy of the CSMA/CD protocol as given in the Ethernet specifications, for real time (voice in particular) and mixed voice/data environments is described. The objectives of the study were to predict the Ethernet's behaviour under the current protocols, to point out potential improvements within the realm of the current specifications, and to improve understanding of the network behaviour in these environments. Results are given in terms of relative performance of the various system measures given as a function of system and traffic models. It is shown that the support provided to real time voice on Ethernet strongly depends on the assumptions made with regard to the coexisting data user's traffic and that with certain data traffic patterns the observed voice delay is much worse than previously reported. Finally, it is shown that without violating the Ethernet network specification, voice service can be improved by simple adjustments of the Ethernet retransmission ‘backoff’ algorithm.     

总线控制网络中基于优先级CSMA/CD协议的改进

总线控制网络的MAC层协议对网络实时特性具有重要影响。结合优先级CSMA／CD协议的等级原则与Token Bus协议的均衡思想，提出了一种改进的总线优先级轮循CSMA／CD协议。其高级别的总线优先级类似于Token Bus协议中的令牌，在各节点之间轮循传递；使控制网络在遵循整体分级的原则下，相同类型节点的性能局部能够相对均衡。详细阐明了该改进基本思想，概述其具体实现方式，并给出了对比仿真结果。该改进协议对于CAN等基于优先级CSMA／CD协议的总线控制网络具有一定实用价值。