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.     

基于蚁群优化的AdHoc网络生存时间和其他网络性能平衡路由协议

本文提出了基于蚁群优化(ACO)算法的Ad Hoc网络生存时间和其他网络性能平衡路由协议(ABEAR)。协议按需发送人工蚂蚁进行路由发现,综合节点残留的信息素浓度、下一跳节点剩余能量、节点周围链路质量和拥塞情况选择下一跳节点来转发数据包,尽量避开信道使用频率较高的路径,减少了因信道冲突、数据包丢失和数据包重传所造成的能量损失,还缩短了网络传输时延,提高了网络吞吐量。协议还采用跨层机制根据MAC层通信活动情况,在保证网络连通性的前提下使部分空闲节点转入睡眠状态来节省能量消耗。仿真表明,与AODV协议相比,ABEAR协议在网络生存时间、数据包交付率和端到端平均时延方面均有较大改善。     

基于跨层设计的无线传感器网络MAC协议

针对占空比MAC协议存在端到端传输延迟问题,提出一种新的占空比MAC协议——PRMAC。PRMAC通过跨层路由信息帧的提前传送可以调度数据包在一个周期内多跳传输,从而降低网络延迟,提高能量有效性。NS-2仿真结果表明,PRMAC在没有牺牲能量有效性的情况下,改进了传统占空比协议的端到端传输延迟,并能提高网络吞吐量。     

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。     

面向异构业务的基于数据包优先权的组播算法

由于基于IEEE 802.15.4标准的无线传感网络WSNs(Wireless Sensor Networks)未引用业务优先机制,确保异构业务的服务质量QoS(Quality of Service)存在挑战.为此,提出面向异构业务的基于数据包优先权的组播算法POMT(Priority-Oriented Multicast Transmission algorithm for heterogeneous traffic).POMT算法通过减少队列、媒体接入控制MAC(Medium Access Control)和传输时延,减少端到端传输时延,并为优先数据包提供可靠的组播传输.基于异构业务类型,POMT算法选择不同的信道竞争窗口尺寸.此外,POMT算法利用两类确认包和重传机制,保证数据包传输的可靠性.实验数据表明,相比于传统的CSMA/CA策略,POMT算法控制了端到端传输时延和提高了数据包传递率,并降低了碰撞概率.     

DLD-MAC:一种区分服务的低时延传感器网络MAC协议

针对现有无线传感器网络MAC协议不能提供区分服务和传输时延较大的问题,在经典多跳传输协议DW-MAC的基础上,提出了一种具有区分服务功能的低时延MAC协议—DLD-MAC(Diffserv-based Low-Delay MAC)。其基本思路是让高优先级数据选择更小的竞争窗口,以降低时延和能耗。Markov建模分析表明,DLD-MAC能对不同优先级的业务流进行很好的服务区分,而且相较于传统的无线传感器网络MAC协议,其在时延性能上有显著优势,能更有效地保障服务质量。     

时延受限且能量高效的无线传感网络跨层路由

如何通过网络的多跳中继把传感器节点收集的信息快速、高效地传输至基站,是无线传感器网络的基本问题.研究发现,MAC(media access control)层的睡眠调度和无线信道的不规则性均会对路由协议的效率产生较大影响.虽然传统分层设计的网络协议有着模块化的优点,但各层之间的相互独立却导致网络的整体性能不能达到最优.此外,已有协议通常采用牺牲时延以提高能量效率的方法,会给时延敏感系统带来不能容忍的端到端时延.提出一种时延受限且能量高效的跨层路由协议(delay-constrained and energy-efficient cross-layer routing,简称DECR),该协议在做出路由决定时考虑MAC层以及链路层的相关信息,其目标是在将端到端时延控制到低于预定上界的前提下最优化节点的能量效率.理论分析和实验结果表明,所提出的跨层路由协议具有较好的性能.     

基于跨层设计的车载网路由协议

针对传统的车载网路由协议在拓扑快速变化的情况下未能提供较好的服务质量的问题,提出一种基于跨层设计的路由协议。利用物理层参数信号干扰噪声比和MAC层参数重传次数估计值以及节点移动性信息计算节点可靠性指数,可靠性指数越小的节点链接越稳定、质量越好,网络层选择可靠性指数最小的节点作为下一跳节点。移动模型仿真软件Vanet Mobi Sim和网络仿真器NS-3的仿真结果验证了该路由协议具有数据包传输率高和传输时延小的特性。     

MANET中基于邻居节点的重传控制算法

针对移动Ad hoc网络传统重传机制存在的局限性,提出了一种新的重传控制算法(EX-TCGM),利用传输路径上的邻居节点传输丢失的数据包,使得路由上的任何节点都能够重传;并从理论上对该算法的有效性进行了分析。通过仿真,与按需距离矢量路由协议(AODV)、机会路由协议(ExOR)和基于分组移动的传输控制方法(TCGM)进行了性能对比和分析,EX-TCGM相对原协议在端到端平均时延和吞吐量上有所提高,数据包平均成功传输率相对其他协议显著增加。     

高吞吐量低时延的太赫兹无线个域网MAC协议

针对现有太赫兹无线个域网MAC协议存在的基于动态均衡思想的网络不稳定、不合理的竞争窗口导致退避时间过长,以及所分配CTA长度大于节点的时隙请求量时会导致时隙剩余3个问题,提出了一种高吞吐量低时延的太赫兹无线个域网MAC协议——HTLL-MAC(High Throughput and Low Latency MAC protocol)。HTLL-MAC协议通过基于动态均衡思想的接入机制提高网络稳定性,引入动态更改重传竞争窗口方法缩短了退避所需时间,并且启用CTA剩余时隙机制充分利用剩余时隙,从而达到增加网络吞吐量、降低数据传输时延的效果。理论分析验证了HTLL-MAC协议的有效性。仿真结果表明,相较于IEEE 802.15.3c和HTLD-MAC的MAC层,吞吐量提高了6.15%,数据平均时延降低了32.53%。     

一种基于跨层功率控制的Ad hoc网络路由算法*

在无线Ad Hoc网络路由协议中引入功率控制不但可以降低网络能量消耗,同时还能改善网络的吞吐量、投递率等性能,已成为当前Ad Hoc网络的一个研究热点.本文提出了一种基于跨层功率控制的按需路由算法CPC-AODV(Cross-layer Power Control Ad hoc On-demand Distance Vector).算法按需建立多个不同功率级的路由,节点选择到目的节点最小功率级的路由来传递分组,并对网络层的数据分组、路由分组和MAC层控制帧的传输采用不同功率控制策略来降低能量消耗.仿真结果表明:算法有利于降低通信能量开销,延长网络寿命,提高网络投递率及改善网络时延.     

多跳分布式无线网络环境下自适应获取冲突避免的多址接入协议

该文为多跳移动的分布式无线网络提出了一种新型的媒质接入控制（MAC）协议，即公共－发送信道式自适应获取冲突避免（AACA－CT）协议，在该协议中，每个节点预先监测记录周邻节点的信道使用情况，从而自适应地为自己选择发送信道，并且利用在公共信道上发送的RTS分组唤起收方使用各自的发送信道而实现无冲突的通信，它的主要思想在于资源预约可以简便地利用半双工无线电台以异步方式灵活，有效地在多个频段，多个跳频（FH）码或多个直接序列扩频（DSSS）码上实现，而且不依赖于功能强大的基站或中心控制器以及有线骨干网的帮助，性能分析和仿真结果表明，它能有效地克服隐藏终端和暴露终端问题，并且可以完全解决侵入终端问题。     

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.     

一种城市场景下基于地理位置的跨层路由协议*

针对城市场景下车辆多、移动速度快、道路拓扑结构固定导致VANETs路由协议通信性能很大下降的问题,提出一种适用于城市场景的基于地理位置的跨层多跳路由协议（City Cross-layer Multi-hop Geography Routing,CCMGR）。该协议综合考虑车辆的移动信息和物理层、数据链路层的跨层信息作为数据转发的权值,提出节点选取算法和权重决策方法动态选择权值小的节点进行数据的转发。基于NS-3网络仿真表明,CCMGR路由协议在数据传输成功率和端到端平均延迟性能方面优于GPSR,DSDV,OLSR和DSR协议,适合城市VANETs。     

Real-time video streaming over multipath in multi-hop wireless networks

Given the limited wireless link throughput, high loss rate, and varying end-to-end delay, supporting video applications in multi-hop wireless networks becomes a challenging task. Path diversity exploits multiple routes for each session simultaneously, which achieves higher aggregated bandwidth and potentially decreases delay and packet loss. Unfortunately, for TCP-based video streaming, naive load splitting often results in inaccurate estimation of round trip time (RTT) and packet reordering. As a result, it can suffer from significant instability or even throughput reduction, which is also validated by our analysis and simulation in multi-hop wireless networks. To make real-time TCP-based streaming viable over multi-hop wireless networks, we propose a novel cross-layer design with a smart traffic split scheme, namely, multiple path retransmission (MPR). MPR differentiates the original data packets and the retransmitted packets and works with a novel QoS-aware multi-path routing protocol, QAOMDV, to distribute them separately. MPR does not suffer from the RTT underestimation and extra packet reordering, which ensures stable throughput improvement over single-path routing. Through extensive simulations, we further demonstrate that, as compared with state-of-the-art multi-path protocols, our MPR with QAOMDV noticeably enhances the TCP streaming throughput and reduces bandwidth fluctuation, with no obvious impact to fairness.     

基于路径探索的车载自组网贪婪路由算法

为了提高城市中车辆间信息的传输效率，实现车辆间的信息共享，针对目前车载自组网（VANET）中基于地理位置转发的多跳单播路由算法没有考虑城市场景的特殊性，不能很好地适应城市中车辆的高度动态性，使车辆之间的数据包可能在错误的路径上传播，造成丢包率较高、时延较长的问题，提出了一种新的基于路径探索的贪婪路由算法。首先，以数据包传输时延为标准，运用人工蜂群算法对数字地图规划出的多条路由路径进行探索。其次，优化数据包在车辆之间的多跳转发方式。仿真结果表明，与贪婪周边无状态路由（GPSR）协议和最大持续时间最小角的GPSR（MM-GPSR）改进算法比较，在最好情况下，所提算法的数据包到达率分别提高了13.81%和9.64%，而该算法的数据包平均端到端时延分别降低了61.91%和27.28%。