启用节点睡眠态的6LoWPAN网络节能研究

为了降低6LoWPAN网络节点能耗,本文提出了一种启用节点睡眠态的信道竞争接入机制:节点可于超帧退避期内适时睡眠和超帧睡眠期内睡眠。应用该机制对网络MAC协议建模,并对模型进行了数学推导。基于本模型,对节点平均能耗、网络数据包发送稳态概率和数据包服务时间进行了数学分析,并研究了协议参数NB和minBE对网络性能的影响。数学分析表明,该模型较好地描述了6LoWPAN网络信道竞争接入机制,该机制有效降低了节点的平均能耗,协议性能得到较大改善。     

基于时分复用的车载自组织网多信道MAC协议

为解决车载自组织网络负载较重时控制信道拥塞和IEEE1609.4标准中信道利用率低的问题,提出一种使用时分复用机制的VANET多信道MAC协议。协议采用节点分时段接入控制信道的机制来降低冲突概率,规定每个节点使用两部收发机来避免数据信道空闲;使用一个优化模型确定退避过程参数,以最大化饱和吞吐量。仿真结果表明该协议具备优良的吞吐量性能,能给出较低的,稳定的安全信息时延。     

IEEE 802.11的DCF机制媒介接入延时分析与仿真*

在改进的马尔可夫模型的基础上引入Z变换,分析了802.11的DCF机制 MAC延时性能,研究了从非饱和到饱和信道状态的延时性能。通过MATLAB数值分析和OPENT 10.0网络仿真,基于马尔可夫模型的MAC延时分析能够与网络仿真的MAC延时很好地吻合,验证了分析模型在预测媒介接入延时方面的有效性,为无线分布式系统的进一步设计提供理论依据和数据参考。     

基于多条件休眠的802.15.4网络能耗优化方法

针对802.15.4网络能耗优化问题,提出了一种基于多条件休眠模式的媒体接入控制(MAC)层信道接入机制.首先,建立该机制的马尔可夫模型;然后,基于模型对网络主要状态的稳态概率和协议参数进行推导;其次,分析了节点在每个超帧内的平均能耗;最后,研究了数据包到达率、退避次数、超帧指数和最小退避指数对节点主要状态的稳态概率、能耗和节点生存时间的影响.实验结果表明,与节点无休眠态的802.15.4网络相比,节点能耗降低了84.4%左右;与部分条件休眠的方法比较,节点能耗平均降低了62.8%,网络存活时间平均提高了70%.模型较好地描述了提出的网络信道接入机制,合理的网络参数设置能够优化网络能耗性能,也为无线传感器网络(WSN)的实际应用提供能耗优化参考.     

一种高效的水下传感器网络MAC协议

水声信道具有窄带宽、高传播延时等特点,为有效减少水声信道冲突,信道预约型MAC协议成为水下传感器网络的首要选择.通过分析信道预约型MAC协议节点在高负载网络条件下的RTS-CTS控制包的交换过程,给出了多个节点对同时取得信道使用权成立条件,设计了一种在一次RTS-CTS握手后,拥有信道使用权的多个节点对依次进行无碰撞数据传输的MAC协议.最后通过仿真实验验证协议的性能,结果表明:该协议具有更高的网络吞吐量和更低的网络时延.     

基于减少偷听的IEEE 802.15.4网络节点能耗降低方法*

为了优化IEEE 802.15.4 MAC协议能耗性能,针对IEEE 802.15.4 MAC协议存在的空闲偷听现象浪费节点能量问题,提出一种基于减少偷听的降耗方法：节点于超帧竞争接入时期内的退避时期适时地进入休眠状态。应用该方法建立了IEEE 802.15.4 MAC时隙CSMA/CA机制的Markov模型,并对模型进行了数学推导。基于本模型,对网络节点平均能耗进行了数学分析。理论分析和仿真结果表明,该模型有效地降低了节点的平均能量消耗和空闲偷听时间,协议性能得到有效改善。     

基于非饱和负载的802.15.4网络能耗分析

为了优化802.15.4 MAC协议能耗性能,提出了一种基于退避时提前休眠的时隙CSMA/CA机制,并建立了该协议的Markov链模型。然后使用M/G/1排队系统理论对非饱和网络负载建模,并对协议主要参数进行了数学推导。最后基于该模型对网络节点能耗进行数值分析。理论分析和仿真结果表明,该模型较好的描述基于非饱和负载的802.15.4 MAC协议,网络节点能耗得到有效改善。     

基于泊松分布的6LoWPAN网络节点能耗分析

针对6LoWPAN网络能耗优化问题,提出一种数据包到达速率服从泊松分布的信道接入机制:超帧活跃期内若没有数据发送或暂时无法发送的节点进入睡眠期以便节能,然后建立该机制的Markov模型。基于该模型,对节点睡眠态稳态概率、数据包服务时间和节点平均能耗进行数学分析,并研究λ和BO等协议参数对网络性能的影响。数学分析表明,改进模型较好地描述了6LoWPAN网络信道竞争过程,有效地降低了节点平均能耗。     

基于802.11的多信道MAC协议性能分析

为了改善无线网络中信道带宽的利用率,提高网络的吞吐量性能,已有研究提出了采用多信道MAC协议的方法,将单个信道分割成控制子信道和数据子信道进行联合使用.针对基于802.11DCF的该类型MAC协议,采用离散Markov链对DCF的退避机制进行建模分析,研究了多信道下两种MAC机制的饱和吞吐量性能与信道带宽分配比例的关系,分析了网络节点数、数据分组大小和DCF竞争窗口等对优化多信道带宽分配的影响,并将多信道MAC机制下的网络性能与单信道MAC机制进行了对比.分析和仿真结果表明,采用优化的信道带宽分配,多信道的MAC机制可以一定程度上提高网络的吞吐量性能.但是,当允许控制帧以最大信道速率传输时,多信道MAC机制吞吐量性能并不比单信道MAC机制好.     

基于博弈论的多媒体传感器网络MAC协议

IEEE802.1 le媒体接入控制(MAC)协议不能较好地满足无线多媒体传感器网络不同类型业务节点间的公平性要求.为解决该问题,提出一种基于博弈论的无线多媒体传感器网络MAC协议.将节点间的信道竞争过程建模为非完全信息动态博弈,在不同的负载情况下,通过改变普通业务的权重提高不同业务间的公平性.仿真结果表明,该协议能在保证多媒体业务服务质量的同时,增加普通业务数据流接入信道的机率,提高整个网络的平均吞吐量.     

Performance Analysis of CSMA/CA Protocol for High-speed Wireless LANs

In this paper, we present an exact analysis to numerically evaluate the performance of the multiple random access method with non-persistent carrier sense multiple access with collision-avoidance (CSMA/CA) protocol for high-speed and realizing fully-distributed wireless LANs. The collision-avoidance portion of CSMA/CA in this model is performed with a random pulse transmission procedure, in which a user with a packet ready to transmit initially sends some pulse signals with random intervals within a collision-avoidance period before transmitting the packet to verify a clear channel. The system model consists of a finite number of users to efficiently share a common channel. The time axis is slotted, and a time frame has a large number of slots and includes two parts: the collision-avoidance period and the packet-transmission period. A discrete-time Markov process is used to model the system operation. The number of slots in a frame can be arbitrary, dependent on the chosen lengths of the collision-avoidance period and packet-transmission period. The influence of possible length of the collision-avoidance period and packet-transmission period, and pulse transmission probabilities on the network performance are discussed, based on the results of the utilization of channel and average packet delay for the different packet generation rate.     

无线传感器网络中基于贝叶斯可变频的CSMA/CA算法研究

针对于在无线传感器网络中多个节点向Sink节点发送数据包造成的延时、丢包、碰撞检测、网络阻塞等问题,在802.15.4协议CSMA/CA算法的基础上提出了一种基于贝叶斯可变频的CSMA/CA算法(BVF-CSMA/CA)。该算法将贝叶斯估值得到的参数区间与CSMA/CA的碰撞检测机制相结合,使传感器节点发送的多数据包能正常与Sink节点实时通讯,采用这种算法减少了碰撞检测、节约了能耗、降低了网络通讯量、延长了网络的生命周期。本文通过使用NS2仿真工具模拟验证了该无线传感器网络的丢包率和能耗,实验结果表明,改进后的算法显著改善了这两个性能指标。     

非饱和状态下时隙CSMA/CA机制改进与性能分析

针对无线传感器网络中有重要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机制的情况,结合优先级调度策略和差分服务机制,对具有优先级级的时隙CSMA/CA机制进行全面数学建模,包括节点马尔科夫模型和信道马尔科夫模型,据此提出了一种非饱和状态下具有优先级的IEEE 802.15.4时隙CSMA/CA机制性能的分析方法。通过比较分析,改进的机制对提高网络中高优先级数据包的传输性能具有积极作用。     

An Improved Markov Model for IEEE 802.15.4 Slotted CSMA/CA Mechanism

IEEE 802.15.4 protocol is proposed to meet the low latency and energy consumption needs in low-rate wireless applications,however,few analytical models are tractable enough for comprehensive evaluation of the protocol.To evaluate the IEEE 802.15.4 slotted CSMA/CA channel access mechanism in this paper,we propose a practical and accurate discrete Markov chain model,which can dynamically represent different network loads.By computing the steady-state distribution probability of the Markov chain,we obtain a...     

多跳移动Ad Hoc无线网络中UPMA协议的仿真

基于有效竞争预约接人、无冲突轮询传输的思想,该文改进了支持节点移动性和多跳网络结构的依据用户妥善安排的多址接人（UPMA）协议,然后利用网络仿真工具OPNET构建了UPMA协议的仿真框架,并仿真了由自组织分群算法所获得群的群内无线传输情况。该仿真框架为UPMA协议详细配置了物理层和数据链路层模型,可以设置不同的信道特性以及应用场景。在此基础上,该文分析了UPMA协议的信道吞吐量、平均消息时延和平均消息丢弃率,并将其与带冲突避免的载波侦听多址接人协议（CSMA／CA）、轮询协议进行了性能比较。仿真结果表明,UPMA协议可以提供较高的吞吐量、较低的平均消息时延和较小的平均消息丢弃率。     

一种新的竞争与分配相结合的MAC协议

针对IEEE 802.11在高竞争下吞吐量低,以及TDMA协议在低负载下吞吐量低的问题,提出了一种新的TDMA MAC协议：Q-TDMA。结合TDMA协议可以保证节点在每个周期内有一个发送机会,而同步CSMA/CA机制可以解决隐藏终端和暴露终端的问题,Q-TDMA协议要求节点根据本身的队列长度来竞争复用时隙。仿真实验结果表明,Q-TDMA提高了网络吞吐量,降低了端到端的延迟。     

Fuzzy logic-based performance improvement on MAC layer in wireless local area networks

There are many studies that have been done to improve the quality of service of wireless local area networks (WLANs). Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) WLAN are based on IEEE 802.11 protocol. The 802.11e medium access control (MAC) protocol is generally recommended for efficient quality of service in WLANs. There are many parameters in the MAC protocol that affect quality of services. Among these parameters, request to send threshold value (RSTV), fragmentation threshold value (FTV) and buffer size (BS) directly affect network performance. RSTV is used in the request to send/clear to send (RTS/CTS) mechanism in the carrier sense multiple access with collision avoidance (CSMA/CA) protocol for collision prevention. This parameter specifies the threshold used to activate the CSMA/CA protocol. FTV is another parameter that is used to send large-sized packets by dividing them into appropriate fragments during CSMA/CA transmission and reduces packet loss in WLAN. BS is another parameter that has a significant cost in the CSMA/CA model and also directly affects the performance. In this article, to improve the performance of WLANs, OPNET Modeler was used and ideal values were obtained for RSTV, FTV and BS by using fuzzy logic-based method. The values obtained by fuzzy logic were re-tested in OPNET Modeler, and the achieved improvement was as follows: for delay 36–38%, for load 2–10% and for throughput 25–44%, respectively. Thus, in WLANs, performance was improved by using fuzzy logic-based method.

     

基于SMART_Polling机制的无线局域网的仿真建模

在OPNET网络仿真开发平台上,构建出基于SMART_Polling的无线局域网的仿真模型,描述了OPNET的建模过程,给出和分析了SMART_Polling机制下WLAN网络性能(吞吐量、媒体接入时延)的仿真结果。采用SMART_Polling机制实现WLAN,网络吞吐量性能优于基于CSMA/CA协议的无线局域网,系统接入效率高、灵活性强。     

IEEE802.15.6无线体域网CSMA/CA接入机制建模与性能分析

无线体域网是由附着在人体表的可穿戴传感器或植入人体内的生物传感器组成的无线网络.IEEE 802.15工作组于2012年正式发布了用于无线体域网的IEEE 802.15.6通信标准.该标准面向窄带通信主要采用支持QoS区分服务的时隙CSMA/CA接入机制.为深入理解该机制的内在特性,利用Markov链对饱和状态下的退避过程进行建模,并在此基础上分析了各个优先级的吞吐量、成功收包率和延迟等性能.仿真结果验证了模型分析的准确性.分析和仿真结果表明,该标准为不同优先级提供了区分服务,但在饱和状态下最高优先级会抢占大部分信道资源,造成其他优先级的资源短缺.