无线体域网MAC层IEEE802.15.6协议研究

在无线体域网中,IEEE 802.15.6协议可以满足不同的体域网应用要求。控制无线信道和能量消耗的MAC层协议在保障高服务质量,低功耗和高数据传输率方面有更好的保障。通过与IEEE 802.15.4协议进行实验对比,表明区分业务优先级的IEEE 802.15.6协议在低能耗的前提下,保证了高优先级业务传输的可靠性,具备更低的数据丢包率,适用于各种要求高数据传输率,高服务质量和高安全性的医疗和非医疗应用。     

无线体域网高能效竞争接入机制研究

低能耗是无线体域网WBAN通信最重要的指标.构建了IEEE 802.15.6无线体域网CSMA/CA竞争接入的功耗模型,分析了用户优先级、MAC帧负荷尺寸和数据到达量对信道接入能耗的影响,提出了一种通过数据汇聚传输提高能量效率的增强型信道接入方法.仿真结果表明,在低业务量及混合业务场景下,所提方法能够显著减少信道接入的能量消耗.     

应用于桥梁监控的无线传感器网络MAC协议

为保证监控桥梁任务的实时性,提出了一种多优先级多信道的无线传感器网络MAC(MPMC-MAC)协议。MPMC-MAC协议结合节点接收的数据类型和节点发送信息频率为其分配优先级,再根据优先级及信道状况对节点进行信道分配,以确保优先级高的节点优先发送数据。当信道冲突或节点通信受到干扰导致信息需要重传时,采用信道再分配技术。该技术主要根据节点的优先级、节点的剩余能量及其重传次数重新对节点分配信道,保证了信道分配的公平性。另外,该协议通过动态调整节点的活跃周期和睡眠周期的时长以节省能量,并减少传播时延。仿真结果表明,MPMC-MAC协议在网络吞吐量、平均传播时延以及节点的能量消耗等性能方面均优于Hybrid MAC(HyMAC)、Zebra MAC(ZMAC)及IEEE802.15.4 MAC协议。     

基于IEEE802.15.6BAN的MAC协议研究

本文在简要概述了无线体域网BAN的定义、关键技术和IEEE 802.15.6标准基础上,利用文献统计法说明BAN中MAC协议研究的重要性,重点系统分析了从传统网络到无线传感网WSN、再到以IEEE 802.15.4和IEEE 802.15.6为基础的BAN的各种MAC协议主要机制和改进方案,阐述了BAN网络的特点,为今后的能进一步提出MAC模型及相关研究奠定基础。     

一种IEEE 802.11接入机制的新退避算法

无线传感器网络采用类似开放式系统互联模型的协议栈,作为第一个完全针对无线传感网络设计的MAC协议,S-MAC采用了IEEE802.11DCF的接入机制。本文在分析了IEEE802.11协议的二进制指数退避算法(BEB),以及倍数增线性减退避算法(MILD)后,提出了一种基于网络性能指标的新退避算法。新算法将无线信道中的时隙利用率映射网络性能指标传输概率,对网络中连续两次发送的时隙利用率进行平均滤波处理,改变重传节点的发送优先级,来调整节点在竞争使用窗口的退避值,以达到有效减少网络的碰撞、提高无线信道的使用效率和网络吞吐率的目的。仿真结果表明,新退避算法能更准确地估计网络当前的竞争状态,有效地提高了网络吞吐率,获得较好的网络性能。     

无线传感器网络多信道MAC协议研究

信道接入协议是无线传感器网络的研究重点之一,对网络的性能起着决定性的作用。采用一种基于随机访问模式的多信道接入的无线传感器网络MAC协议,将信道分为一个控制频道和N组数据频道。在控制频道上,参考图论的点着色原理给节点分配数据频道;在数据信道上,动态调整节点发射功率,并利用载波侦听芯片适时唤醒节点收发数据。实验表明,这种多信道、低功耗的MAC协议可以显著降低节点功耗,增加频率的空间复用度。     

6LoWPAN网络节点信道接入延时性能研究

为了优化6LoWPAN网络MAC协议性能,提出了一种基于饱和负载的时隙CSMA/CA机制的Markov链模型,并对协议主要网络参数进行了数学推导。基于该模型对节点平均接入延时及网络的信道接入概率等参数进行数值计算,重点分析了协议参数对网络延时性能的影响。数学分析表明,该模型较好地描述了基于饱和负载的IEEE 802.15.4 MAC协议的信道竞争接入机制,而合理的协议参数设置能够有效地改善网络节点平均信道接入延时性能。     

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%。     

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.     

一种用于提高802. 15. 4网络性能的区分服务模型

IEEE802. 15. 4作为低速率、低功耗的无线传感器网络标准,其媒体接入控制(MAC)协议的竟争接入时段(CAP)对所有数据帧和节点都采用相同的竞争参数,不能为某些需要服务区分的应用提供很好的服务。针对这一问题,提出了一种基于区分服务的改进IEEE802. 15. 4机制以支持高QoS要求。该机制的主要思想是根据服务质量要求(时延及吞吐量)为不同的数据流分配不同的优先级,对不同优先级数据设置不同的数据帧长度和竟争参数来达到区分服务的目的。与此同时提出一种区分服务的不饱和马尔科夫链模型来分析所提出的机制。该模型评佑了采用此简单但有效的区分服务机制后两种优先级数据的信道接入概率、吞吐量、时延及能耗等性能。分析结果表明,此模型对区分服务起到了很好的效果。     

A new adaptive MAC protocol with QoS support based on IEEE 802.11 in ad hoc networks

With the expanding of applications, the demand of quality of service (QoS) has become strongly increased in ad hoc networks. Since the efficient and reasonable MAC protocol is a key factor for providing QoS in ad hoc networks, in this paper we propose an adaptive QoS MAC protocol (AMP) based on IEEE 802.11. In AMP, we introduce the concept of transmission license, where only the node which holds transmission license can participate in the channel contention for changing the number of licenses according to the load of the network adaptively, controlling the number of the nodes that participate in the channel contention, and ensuring the nodes with licenses share the channels through contention. In addition, AMP assigns different priority classes for different traffic according to the special characteristics and performance types of the different networks, and it sets the different contention parameters for the different priorities services for guaranteeing these services performances to have advantages in the channel contention. Simulation shows that compared to IEEE 802.11 protocol, AMP not only can meet the QoS requirement with high priority in the networks but also can well solve the hidden terminal problems and the fairness issues between different network nodes; that is, it can satisfy the high efficiency, pertinence, spatial-reuse, etc. to the largest extent at the same time in limited channels.     

Design and Performance Evaluation of a Distributed Contention Control (DCC) Mechanism for IEEE 802.11 Wireless Local Area Networks

This paper focuses on the design and performance evaluation of a new mechanism, named Distributed Contention Control (DCC), for the adaptive contention reduction in LAN networks that utilize random access MAC protocols. The proposed mechanism could be executed on the top of a preexistent access protocol, with no additional overhead introduced. Specifically, we consider the IEEE 802.11 wireless LAN (WLAN). The DCC mechanism requires a simple and rough estimate of the contention level, and this can be achieved by estimating any parameter, directly connected with the amount of contention on the shared channel. The main characteristics of the proposed mechanism are represented by its simplicity, integration with the Standard, complete distribution, absence of overheads, and prompt reaction to changes in the network congestion. The protocol automatically adapts to the network congestion by monitoring the channel contention level through the estimation of the contention parameter. In this paper we show that the information needed for the contention estimation is already available to a 802.11 station, with no additional costs. Simulation experiments to evaluate the performance of an IEEE 802.11 WLAN, with and without the DCC mechanism, have been carried out. Results confirmed the effectiveness of the DCC mechanism in improving the performance, stability, and congestion reaction of the IEEE 802.11 access scheme. The DCC mechanism also provides a simple way to implement a distributed priority mechanism.     

认知无线电网络分布式多信道MAC协议*

在认知无线电网络中,MAC协议用于信道感知、选择和接入控制。以单网卡多信道MAC（MMAC）协议为基础,依据IEEE 802.22标准定义的静默期管理的两阶段感知策略,提出一种认知无线电网络分布式多信道MAC（CR-MMAC）协议。将两阶段感知机制和分布式协商融入MMAC协议,利用空闲频谱进行数据传输,并在MMAC协议ATIM窗的数据信道协商阶段引入预约机制,以避免选择同一信道的认知节点对在后续数据传输阶段再利用CSMA/CA造成的竞争碰撞。仿真对比分析表明,CR-MMAC协议能提高网络吞吐量、降低通信时     

基于802.11ah井下监测传感网的RAW重分组研究

现有的ZigBee、超宽带、WiFi等井下无线传感网通信技术或传输距离短,或传输速率较低,或覆盖范围与接入设备数量受限,而IEEE 802.11ah协议满足井下无线传感网对传输范围、功耗、网络容量、传输速率等的要求,可用于井下监测传感网传输周期性监测数据。针对802.11ah协议中MAC层标准限制接入窗口(RAW)机制在进行传感节点分组时不灵活、易导致组间负载不平衡的问题,提出了一种基于时延优化的RAW重分组方法:根据数据包预计传输时间对所有传感节点重新分组,通过3次分组来减少RAW组内节点碰撞、降低传输时延。为实现RAW重分组,提出了关联标识符(AID)分组重分配方法:采用部分传感节点断开关联的方式,按重分组后的RAW组分批次为节点重新分配AID,并将AID与节点MAC映射,从而减小RAW重分组时间开销,避免AID重分配过程中因数据无法传输而导致网络性能下降。仿真结果表明,随着井下监测传感网中传感节点增多,RAW重分组方法较标准RAW机制的网络时延更小、吞吐量更大、丢包率更低,且重分组过程对网络性能影响较小。     

无线网络中MAC层违规行为的检测和惩罚

802.11无线媒体访问控制(MAC)协议利用分布式争夺解决机制处理无线信道的共享。在这种环境下,那些没有执行MAC协议的节点可以获得不公平的信道带宽。IEEE 802.11要求节点等待一个随机时间间隔之后再竞争访问信道,如果某些节点等待一个较小的时间间隔,那么对其他普通节点来说,这是不公平的。针对这种情况对IEEE 802.11 MAC协议做简单的改进来检测这样的违规行为并对其进行惩罚。     

Effects of access phases lengths on performance of IEEE 802.15.6 CSMA/CA

In this paper, we study interplay of prioritizing mechanisms in recently released IEEE 802.15.6 standard for Wireless Body Area Networks (WBANs). Among eight User Priorities (UPs) we study the impact of access phases lengths and CSMA/CA mechanism on the network performance. We consider a star-topology single-hop WBAN in which the hub operates in beacon mode with superframe boundaries. Our study is conducted in saturation regime and an error prone channel in order to indicate performance bounds for all UPs. We have developed an analytical model for the CSMA/CA-based Medium Access Control (MAC) layer of IEEE 802.15.6 which includes Markov chain and probabilistic models for all UPs. In order to validate the analytical model we have developed a simulation model in OPNET. We investigate the effectiveness of deploying exclusive access phases and second random access phase on the network performance. We also examine the medium utilization and normalized throughputs of all UPs. Obtained performance bounds indicate potential tradeoff between the prioritizing parameters which affect the saturation throughputs.