长距离CSMA/CA协议的系统设计

文中研究载波监听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)接入机制在航空无线自组织网络中的应用。航空无线自组织网络是一种长传播时延的自组织网络,首先对长传播时延背景下的CSMA/CA接入协议进行了理论分析,研究时隙长度(Slot),短帧间间隔(SIFS)和源节点等待ACK包的时间对系统性能的影响。通过分析得到不同传输半径下CSMA/CA的最优参数配置。通过仿真结果表明,长距离CSMA/CA可以基本保持CSMA/CA的吞吐量。     

基于预警优先级的ZigBee传感网络MAC层退避算法

针对无线传感器网络中有预警信息的高优先级数据包需要尽快传输,且IEEE 802.15.4协议本身不支持任何优先级传输机制的情况,提出了一种基于预警优先级的非时隙CSMA/CA自适应调整阶梯退避算法,并建立了离散时间马尔可夫分析模型,比较分析了网络中不同优先级节点的信道接入概率、网络吞吐量和传输延时,仿真结果表明,本文改进的自适应调整阶梯退避机制对提高无线传感器网络中高优先级数据包的实时传输性能具有积极的作用。     

无线网络中基于DSDV的最大化吞吐量的协作路由算法

为最大化无线自组织网络的吞吐量,提出一种自适应的协作路由算法。在算法中,协作分集技术与路由选择相结合,通过在路由的每一跳选择最佳的中继节点协作发送节点传输信息来改善网络吞吐量。首先通过目的序列距离矢量路由协议（DSDV）初步建立最短路由路径,在每条链路的发送节点和接收节点根据邻节点表选出公共邻居节点,建立候选中继集合;进一步,每一跳根据链路吞吐量,在候选中继集合中自适应选择最多两个中继来协助发送节点进行传输,并根据选出的中继节点数动态分配节点发射功率。在保证系统发射功率一定的情况下,最大化网络吞吐量。仿真结果表明,在相同的发射功率下,相对于非协作路由DSDV算法,采用固定数量中继的协作路由算法提高了整个网络的吞吐量,而自适应的协作路由算法可进一步提高吞吐量;同时仿真了网络吞吐量与网络规模和节点最大移动速度的变化关系。      

基于带宽预测的多媒体通信路由拥塞节点调度方法

为提高多媒体通信吞吐量,降低端与端传输延时,开展基于带宽预测的多媒体通信路由拥塞节点调度方法设计研究。将TCP/IP协议作为传输指令,建立多媒体通信路由节点通信模型;根据拥塞情况,预测通信过程中的链路带宽,计算通信路由节点有效传输量;引进QOS协商机制,控制节点流量,并结合不同节点的状态量,进行调度设计。实验证明,提出的方法有效提升多媒体通信路由吞吐量,降低通信过程延时,进一步提高通信数据传输速率。     

一种面向小型无人机自组网的路由判据

针对小型无人机自组网节点数量多、位置动态变化、续航时间有限等特点,对经典航空路由协议(The Aeronautical Routing Protocol, AeroRP)中的判据进行改进,设计了一种基于节点生存时间的路由判据,综合考虑网络内无人机节点的剩余飞行时间、当前矢量速度、相关节点间距离和单跳最大传输距离等参数,通过对上述参数的无纲化处理得到判距,进而选取最优的下一跳节点。利用ns-3网络软件对改进判据进行仿真实现和性能分析,结果表明,新的路由判据在AeroRP中应用后,网络的传输吞吐量、准确度和时延等指标都明显好于经典的主动式路由协议——优化链路状态路由协议(Optimized Link State Routing Protocol, OLSR);并且相比经典AeroRP协议中的判据,改进判据在数据传输准确度提高的前提下,当网内节点数量超过70个时网络数据传输的吞吐量明显提升,更适合节点数量较多的应用场合。     

水声通信网络介质访问控制协议的设计与仿真

采用OPNET平台对水声通信网络节点模型与介质访问控制协议进行了设计与实现,并重点研究建立了基于忙时间改进网络分配向量帧冲突处理机制的水声通信网络协议——UMACAW。同时建立并测试了包含1个主节点与4个传感器节点的水声通信网络。仿真结果表明,MAC层采用UMACAW协议能更好地克服冲突,减少节点间端对端传输延时,从而获得更高水声通信网络的吞吐量。     

MANET中基于AODV的跨层多度量路由协议

针对无线自组网按需平面距离向量路由协议(AODV)路由度量的单一化而引起的节点能耗枯竭,形成的网络区域化以及路径拥塞问题,提出一种多度量路径选择机制的路由协议――M-AODV。以AODV路由协议为基础,在路由发现阶段,根据设定的能量阈值和接收信号强度阈值选择能量较高和信号强度较强的节点作为路由节点;在路径选择阶段,首先根据物理层的接收信号强度、拥塞度和跳数计算每段链路稳定值,其次将每段路径稳定值进行累加得到整条路径的稳定值,最后选择稳定值最大的路径作为最优路径。使用NS2.35仿真软件仿真,结果表明：改进后的协议与AODV相比在端到端延时缩短了近30%,在数据包传输率、吞吐量和节点存活率方面优于AODV和I-AODV-SE路由算法。     

一种长时延网络中移动节点间的时间同步算法

长时延网络的同步对于提升网络传输效率,增加网络吞吐量具有重要意义。现有用于长时延网络典型时间同步协议有TSHL,Tri-Message等,这些同步协议都是针对传播时延保持稳定或者保持短时稳定的长时延网络,但在实际情况中,有时传播时延会发生变化,如节点间相对位移的变化,如何在这样的长时延网络中进行时间同步也是一个值得研究的问题,文中提出了一种运用于长时延网络中移动节点间的时间同步算法,利用节点间多次的信息交互计算出传播时延变化的速率,然后对时延变化进行估算来进行时间偏移的补偿以达到时间同步。     

IEEE 802.11协议传输距离限制及改进研究

针对现有802.11通信协议中主要的CSMA/CA协议最大通信距离仅为300 m,超过300 m后,随着距离的增加,系统的性能急剧下降的问题,分析了造成这种问题的原因,并提出根据距离的变化改变ACKtimeout这一方法,提高了CSMA/CA协议远距离传输的性能,用OPNET软件进行仿真。仿真表明:在远距离通信时,提高了系统的吞吐量,减少了接入时延。     

Ad hoc网络路由协议的仿真及研究

Adhoc网络是一种由节点任意移动、拓扑结构动态、随机且快速变化的自组网。由于其复杂性和多样性,常规路由无法传输信息。所以自组网路由协议一直是无线网络研究中的热点之一。本文对Adhoc网络目前常用的路由协议在OPNET平台上进行了仿真,通过比较和研究网络吞吐量,延时和路由开销等性能参数分析出各路由协议适应的网络环境。     

两种异构CSMA/CA机制OSTS/BSTS无线传感网络公平性、实时性分析比较

IEEE802.15.4作为一种专为低速率无线个人区域网络(WPAN)而设计的低成本、低功耗、低速率的短距离无线通信新标准,为无线传感器网络提供了一种很好的解决方案。本文针对异构、非饱和无线网络,提出了两种新的CS-MA/CA机制:OSTS/BSTS机制;异构节点数据到达率不同,其各自获取的吞吐量不同,由此分析获得异构网络节点的公平性。OSTS/BSTS机制最大的特点是异构节点被赋予了公平的机会来访问信道,不存在优先权等级的问题。这两种机制采用两个半马尔可夫链模型来分别表达两组节点的访问过程,一个宏观马尔可夫链模型来表达信道状态转换过程,结合队列理论模型来分析异构节点的延时量、吞吐量、传输概率等特性,以获取网络实时性、公平性理论模型,并采用NS-2仿真工具对分析结果进行了仿真。     

一种基于距离矢量的Ad Hoc网络拥塞适应路由协议

DSDV是一种基于距离矢量的Ad Hoc网络路由协议,该路由协议在网络负载较大的情况下,网络性能下降很快。本文对DSDV协议进行了改进,使之能实现拥塞感知和拥塞适应功能,提出了一种拥塞警告距离向量（congestion-aware distance vector, CADV）协议。基于NS-2的仿真结果显示,相比于DSDV和AODV,CADV在网络吞吐量和平均分组投递延时方面的性能有了明显的提高,受到节点移动速度变化的影响是最小的。     

IEEE 802.11自组网中基于能量控制的RTS/CTS机制

基于IEEES02.11协议的无线网络,受无线通信环境以及节点位置的影响较为明显.特别在节点较为密集的时候,MAC层的RTS/CTS机制将会严重的影响信号的空间复用度.通过研究影响数据正确接受的干扰范围与传输距离之间的关系,提出一种通过调节节点的传输功率,从而提高数据传输的空问复用度的算法.仿真的结果验证了这种算法能够明显提高网络的吞吐量.     

一种联合路由层信息设计的多跳Ad Hoc MAC层协议

提出了一种单信道多跳Ad Hoc网络的媒体接入层协议.利用全向天线的特点,协议控制帧捎带路由信息,使邻居节点获知节点间路由状态.上游节点的ACK应答直接触发下游节点的CTS握手,形成CTS/DATA/ACK三维交互机制.协议可有效减少网络的握手开销,降低重负载时握手帧的冲突概率.仿真表明,协议可适应不同的拓扑.最好情况下,协议较IEEE 802.11协议的吞吐量约提升16.1%,端到端延时约降低16.8%.改善了多跳Ad Hoc网络性能.     

一种高效节能的无线传感器网络 MAC 协议

针对无线传感器网络 MAC 协议的作用与要求,给出一种基于 CDMA 的 MAC 协议改进方案.根据网络负载变化采用周期性的侦听/睡眠机制,使大多数节点处于睡眠状态,节省能耗;同时结合 CDMA 技术给节点分配网内唯一的具有正交性的高速伪随机码(PN)来调制数据信号,使之在时域和频域重叠,实现数据的大规模实时传送.仿真结果表明,协议在保证系统低延时和高吞吐量的同时,能明显减少能量消耗.     

基于ZigBee信标模式的无线语音通信研究

ZigBee技术以其低功耗,高网络容量和灵活的自组网能力适合于很多无线通信场景。对ZigBee网络信标模式下,CSMA/CA和GTS两种传输机制分别进行仿真建模,研究在不同语音编码速率时,星型网络能容纳的语音节点数。仿真结果表明:在CSMA/CA方式下,语音编码速率依次为5.15,16和32 kb/s时,ZigBee网络能容纳的节点数分别为8,4和3;在GTS方式下,端节点数超过4时,网络丢包率和吞吐量均优于CSMA/CA,能容纳至多7个端节点同时通信。     

车载网中基于车辆密度的可变传输范围路由协议

为了解决由于道路上车辆密度快速变化,而传输半径却保持不变所带来的不稳定的连通性和较高的误比特率,提出一种车载自组织网络中基于车辆密度的可变传输范围路由(VRR)协议,节点根据道路车辆密度调节信息最大传输距离,降低信息传输时延,确保网络的高连通性.在齐次泊松点过程模型的基础上推导出传输半径随着车辆密度的变化条件,验证其可行性,理论分析获得平均时延的数学计算式,最后仿真比较VRR协议与固定传输范围路由(FRR)协议的性能.仿真结果表明,VRR协议能够应用到实际环境中,且在高连通概率的前提下,使信息从源节点快速地传输到目的节点.     

一种利用信道侦听的动态TDMA协议

针对TDMA网络节点间业务量不均匀时,会造成信道资源严重浪费的情况,提出了一种利用信道侦听的CS-TDMA协议。该协议在TDMA协议的基础上,节点通过接收到各节点的数据包数量估算相应节点的业务量大小。当某节点时隙剩余时,向其统计中业务量最大的一个节点发送ATS信息,通知该节点占用剩余时隙发送数据,直至时隙结束。仿真结果表明,CS-TDMA协议较TDMA协议在传输时延、吞吐量、数据接收率上均有所提高,尤其在节点间业务量大小不均匀时,时延性能提升更加明显。     

基于射频能量收集的无线中继网络资源分配

针对现有射频能量收集网络资源分配研究局限于单个数据源场景,无法适配于多数据源网络的问题,提出了一种适用于多数据源场景的射频能量收集中继网络传输协议框架,在该框架内节点可作为源节点或中继节点传输自身数据或转发数据,并在其他节点的数据传输过程中完成射频能量收集。以协议框架为基础,分别以系统吞吐量及用户公平性为优化目标设计两种资源分配方案。仿真表明,两种方案可有效改善网络吞吐量及资源分配公平性。     

RIM-MAC：一种适用于水下传感网接收者发起的多会话MAC协议

声通信是水下传感网的主要通信方式之一,但是它具有长延迟和低带宽的特点,这是水下传感网MAC（media access control）协议研究面临的主要挑战。为提高网络吞吐量,提出了一种接收者发起的多会话MAC协议（RIM-MAC）。它利用接收者发起会话,通过一次会话的4次握手完成所有邻居数据分组的传输,有效地减少握手次数。同时利用侦听到的本地信息（邻居延迟图和邻居的传输调度）避免信道冲突并发起多个会话,这解决了长传播延迟带来的信道利用率低的问题。RIM-MAC通过增强节点间并行传输的能力,在接收者和发送者两端提高时空复用率,与经典水下MAC协议比,网络吞吐量提高了至少36%。除此之外,基于自适应数据轮询策略提出了一种网络负载公平算法（FTA）,它保证了网络中竞争节点间的信道访问的公平性。仿真实验表明,在长传播延迟的场景下,RIM-MAC取得了比典型的水下传感网MAC协议更好的吞吐量性能。