一种适用于可扩展AdHoc网络的动态时隙分配算法

针对现有基于固定分配时隙的ad hoc网络MAC协议时隙利用率低,不能适应突发网络业务的局限性展开研究,并在此基础上提出了一种适用于规模可扩展的ad hoc网络的动态时隙分配算法(DTDMA).该算法利用较少的控制开销,通过节点间控制帧的交互,实现在网络负载较重的情况下,可以有效保证多个节点无冲突的接入信道,并针对不同优先级的网络业务提供相应优先级的时延保证.QualNet网络仿真环境中的仿真实验证明该算法能创建一个规模可扩展的无线自组织网络,且当网络中存在突发流业务时大大提高了网络吞吐量,减小了平均端到端时延,并实现了区分优先级服务.     

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.     

船舶通信网无线接入协议研究

本文提出了一种适用于船舶通信网的无线接入协议--基于优先级的时分多址协议（PTDMA）,它允许节点通过捎带预约的方式动态申请时隙,并采用基于优先级和网络负载的动态时隙分配算法分配时隙.此外,它还保证节点动态接入和退出.仿真结果表明,该协议有较好的网络性能     

采用渐进式预留机制的Ad Hoc网络MAC协议

实时业务传输的服务质量(QoS)保障问题一直是限制Ad Hoc网络发展的瓶颈.在分布式网络环境下,分组冲突十分普遍,节点很难在限定的时间内成功接入信道.现有很多算法(如FPRP)虽能很好的消除冲突,却需要非常多的控制分组,同样造成过高的接入时延.在研究动态时隙分配类MAC协议的基础上,设计了一种采用渐进式预留机制的MAC协议,协议通过分级预留、协同竞争和空闲时隙的时隙重构来达到分组冲突的充分化解,信道资源的高效利用,以及不同优先级业务的有效接入.仿真表明,与现有时隙类协议相比,新协议可以显著减少分组冲突,提高信道利用率,实现较低的分组接入延迟,并且能够较好的支持数据报业务.     

IEEE 802.15.4 MAC协议能耗与时延均衡的GTS调度新算法设计

简述了IEEE 802.15.4 MAC协议中超帧结构和保护时隙(GTS)分配机制,分析了星状网络中信标使能模式下设备节点利用GTS方式通信时超帧结构中各参数对能耗与时延性能的影响.在此基础上设计了一种GTS调度新算法,该调度算法对时延期限小的节点优先进行GTS分配并在满足其时延要求情况下,根据业务量调节超帧结构中的超帧序号SO与信标序号BO,使设备节点能耗降到最低,从而实现星状网络中各节点的能耗与时延均衡,并用NS2仿真评估了调度新算法性能,其研究可为无线传感网络的实时应用系统提供参考价值.     

适用于飞行自组网的闲置时隙预约TDMA协议

在飞行自组网中,固定时隙分配时分多址接入(TDMA)协议存在闲置时隙无法成功使用的问题.通过对TDMA协议引入闲置时隙预约机制,提出一种支持业务优先级传输机制的闲置时隙预约TDMA协议.采用短帧长的方式满足协同与控制业务的低时延传输需求,并利用闲置时隙预约机制允许节点使用闲置时隙传输感知业务,从而满足感知业务的高吞吐量...     

太赫兹无线个域网高时隙利用率跨PAN数据传输协议

针对现有跨PAN数据传输机制存在的业务量分布不均衡造成的时隙浪费、协调超帧开始时刻不明确、超帧统一机制所需控制开销较大等问题,提出了一种高时隙利用率太赫兹无线个域网跨PAN数据传输机制HTSU-PAN（high time slot utilization cross PAN data transmission protocol for Terahertz wireless personal area network）。该协议通过采用隐式TDMA时隙分配、基于无beacon的空闲时段启用以及基于网桥节点超帧统一这三种新机制,有效提高时隙利用率,降低数据传输时延从而提升网络吞吐量。     

交通监控中基于模糊聚类的无线传感网MAC协议

针对交通监控中突发数据实时性问题,提出一种基于模糊聚类的媒体访问控制（FC-MAC）协议。该协议采用时分多址（TDMA）和改进的载波监听多路访问冲突避免（CSMA/CA）交替工作的方式,既保证了普通周期数据的传递,又增强了突发数据的实时性。在CSMA/CA阶段,提出模糊聚类分析的方法,根据因素向量聚类簇内节点,使节点突发数据具有不同的优先级,优先级高的突发数据更早接入信道完成传输;同时,根据该协议的时隙分配策略,提出一种基于分层随机延迟的方法,减少同一时段内竞争接入Sink节点的簇头数量,降低簇头节点之间因退避而产生的数据延迟。仿真结果表明：FC-MAC在能量消耗上介于混合型Z-MAC协议与调度型S-LMAC协议之间;在突发数据平均时延减少的情况下,网络吞吐量比Z-MAC提高了11.2%,比S-LMAC提高了21.3%,并且对网络业务流量具有更好的适应性。     

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%。     

DSMAC:一种适于无线多媒体传感器网络的信道接入协议

多媒体传感器网络作为一种多媒体信息获取和处理方式,已在军事、民用及商业领域中显示出广阔的应用前景.信道接入协议能否高效地使用无线信道是保证无线多媒体传感器网络通信的最关键的因素之一.分析支持多媒体业务传输的无线传感器网络信道接入协议的要求,提出适于多媒体传感器网络提供区分服务的信道接入协议--DSMAC(different service medium access control),对实时业务与非实时业务实现了区分服务,在信道接入帧内的随机竞争期实现突发业务及时接入,支持突发多媒体业务实时传输,并提出了多信道簇间传输方式,避免了隐终端冲突.最后,对协议的服务区分、实时性、吞吐量以及能量有效性等性能进行了仿真实验,验证了其优良性能.     

基于功率调节的IWSN实时可靠路由研究

针对工业无线传感器网络对延迟、可靠传输以及成本的特殊要求,研究了一种基于功率调节的实时可靠路由协议,将两跳速度策略引入到路由算法中,提高工业无线传感器网络的实时性;将节点剩余能量以及能耗同时考虑,以平衡网络能量并提高网络寿命;引入功率调节机制以绕开路由空洞,提高节点可靠性.仿真结果显示,与已有方法相比,采用的方法在总可靠度、截止期错失率以及包平均延迟上有着显著改善.     

Differentiation, QoS guarantee, and optimization for real-time traffic over one-hop ad hoc networks

Nodes having a self-centrically broadcasting nature of communication form a wireless ad hoc network. Many issues are involved to provide quality of service (QoS) for ad hoc networks, including routing, medium access, resource reservation, mobility management, etc. Previous work mostly focuses on QoS routing with an assumption that the medium access control (MAC) layer can support QoS very well. However, contention-based MAC protocols are adopted in most ad hoc networks since there is no centralized control. QoS support in contention-based MAC layer is a very challenging issue. Carefully designed distributed medium access techniques must be used as foundations for most ad hoc networks. In this paper, we study and enhance distributed medium access techniques for real-time transmissions in the IEEE 802.11 single-hop ad hoc wireless networks. In the IEEE 802.11 MAC, error control adopts positive acknowledgement and retransmission to improve transmission reliability in the wireless medium (WM). However, for real-time multimedia traffic with sensitive delay requirements, retransmitted frames may be too late to be useful due to the fact that the delay of competing the WM is unpredictable. In this paper, we address several MAC issues and QoS issues for delay-sensitive real-time traffic. First, a priority scheme is proposed to differentiate the delay sensitive real-time traffic from the best-effort traffic. In the proposed priority scheme, retransmission is not used for the real-time traffic, and a smaller backoff window size is adopted. Second, we propose several schemes to guarantee QoS requirements. The first scheme is to guarantee frame-dropping probability for the real-time traffic. The second scheme is to guarantee throughput and delay. The last scheme is to guarantee throughput, delay, and frame-dropping probability simultaneously. Finally, we propose adaptive window backoff schemes to optimize throughput with and without QoS constraints.     

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。     

基于优先级的服务区分和速率控制策略

针对中高速无线传感器网络中不同种类的网络流量对服务质量的需求,提出一种基于优先级的服务区分和速率控制策略。该策略对实时性和可靠性要求强的流量赋予高优先级以进行服务区分;并利用ε因子计算节点的速率差,逐跳地调整其上游节点的发送速率。仿真结果表明,所提出的策略能够保证高优先级实时流量具有高吞吐量和低延迟,并保持网络吞吐量的稳定。     

面向无线传感器网络不同业务的区分服务算法

针对无线传感器网络中不同等级业务在传输过程中对QoS的不同要求,提出了一种适合无线传感器网络中不同业务的区分服务算法——EMHNS算法。该算法根据不同等级的业务来选择合适的转发节点,从而保证实时业务传输的时延能够达到最小,而尽力而为业务传输时时延不是考虑的主要因素,在传输尽力而为业务的时候重点考虑网络能耗均衡。仿真结果表明,与定向扩散协议相比,该算法能降低实时业务的端对端延时,并使网络生存期得到提高。     

基于多步信道预约机制的多址接入协议研究

无线自组织网络(Ad Hoc网络)中实时业务的传输需要网络协议提供较为可靠的服务质量保证(Qos保证),而现有多址接入协议一般未能提供较好的Qos支持。在单步信道预约思想的基础上,提出了一种基于更为可靠的多步信道预约机制的多址接入协议,其利用实时业务分组的周期性特点,对无线信道资源进行多步预约,从而保证了实时业务的可靠传输。仿真实验表明,相较于单步信道预约机制,多步信道预约机制对网络的多址接入性能有较好的改进。     

一种时延保证的QoS路由协议

针对无线传感器网络中多跳视频传输实时性难以保证以及节点失效造成的传输中断问题,本文在比较分析了考虑时延的路由协议基础上,提出并设计了一种保证时延QoS要求可自我修复的路由协议(Self Repaired and Delay Guarantee Routing Protocol)。该协议选择时延最短的节点作为路由节点,缩短了多跳传输时间;在路由表中增加备选路由节点,当某个路由节点失效时,自动启用备选节点修复路由,节省了路由重新建立的时间,保证了视频传输持续性。仿真结果表明该路由协议能够较好地满足无线传感器网络中多跳视频传输的时延要求。     

SEEL:无线传感器网络下自适应、低延迟的节能媒质接入控制协议

无线传感器网络有着广泛的应用前景,然而由于传感器节点能量有限,因此传感器网络上运行的协议必须具备能量有效性以获得较长的生命周期.而媒质接入控制子层是节点能量消耗的主要所在,因此无线传感器网络设计的关键问题之一是媒质的接入控制.提出了一种自适应低延迟的节能MAC协议——SEEL协议,根据当前的网络负载自适应地调节竞争窗口的大小,从而减小节点数据传送的碰撞几率和由于碰撞而导致的能量消耗;采用了快速退避机制,减少了节点在退避过程中的空闲监听时间;扩展了RTS/CTS消息机制,可减少节点在每帧活动阶段的时间以及减小数据的延迟,两者都能节约能量的使用.实验结果显示,SEEL协议具有比S-MAC和TEEM协议更好的性能.     

An adaptive polling interval and short preamble media access control protocol for wireless sensor networks

Media access control (MAC) protocols control how nodes access a shared wireless channel. It is critical to the performance of wireless sensor networks (WSN). An adaptive polling interval and short preamble MAC protocol (AX-MAC) is proposed in this paper. AXMAC is an asynchronous protocol which composed of two basic features. First, rendezvous between the sender and the receiver is reached by a series of short preambles. Second, nodes dynamically adjust their polling intervals according to network traffic conditions. Threshold parameters used to determine traffic conditions and adjust polling intervals are analyzed based on a Markov chain. Energy consumption and network latency are also discussed in detail. Simulation results indicate that AXMAC is suited to dynamic network traffic conditions and is superior to both X-MAC and Boost-MAC in energy consumption and latency.