基于IEEE 802.11的非饱和条件自适应接入方案

调整参数以适应动态的网络环境,提供非饱和条件下的自适应接入方案,是无线局域网通信的研究热点。基于信道状态信息,设计线性调整接入参数规则,提出非饱和条件自适应接入方案。节点首先感知并统计信道繁忙状态数据,然后采用线性方式调整竞争窗口大小,能有效降低信道碰撞概率,提高网络性能。方案中接入参数调整体现了信道拥塞状态,解除了接入参数调整对于数据传输状态的依赖,取消了固定竞争窗口范围对性能的影响。仿真结果进一步验证算法有效性和良好的可扩展性能。     

IEEE 802.11支持QoS区分服务的性能优化

基于IEEE 802。11 p-persistent协议模型的研究,对一种近似优化条件在多优先级业务网络条件下的适用性进行了证明。应用该近似优化条件,提出了一种适用于IEEE 802。11 QoS区分服务支持的自适应优化算法QATC (QoS-supporting adaptive transmission control)。算法利用信道侦听信息实时优化调整各优先级业务的发送概率,更新相应的协议参数,实现信道利用率的提高和系统性能的增强。QATC算法不需要估计各优先级业务的节点数量,并且拥有     

无线Mesh网络MAC性能的博弈分析及优化

将博弈论用于IEEE802．11无线Mesh网络媒体接入控制协议的性能分析和优化。通过将节点间的信道竞争过程建模为非完全信息动态博弈,求解博弈的纳什均衡,即各节点的最优分组发送概率,并据此提出改进的DCF协议（G-MAC）：各节点首先通过监测信道,对当前博弈状态（竞争信道的节点数）进行估计;然后根据估计到的博弈状态调整其均衡策略（最小竞争窗口）;最后通过有限次动态博弈获得最佳系统性能。同时,提出了一种能准确估计博弈状态的虚拟帧发送机制（VDCF）,使空闲节点在转换为发送状态时可快速调整到均衡策略。仿真研究表明：G-MAC协议可以显著提高无线Mesh网络的系统吞吐量,降低延迟、延迟抖动和丢帧率。     

一种新的噪音信道接入控制机制

为提高IEEE802.11 DCF在噪音信道中的性能,在DCFf机制的基础上,通过改进网络规模调整参数q的算法,提出基于网络规模的信道接入机制SDCFf,建立其Markov链模型,模型中考虑了传输误码对协议的影响。应用数据成功发送概率和饱和吞吐量等指标衡量SDCFf的性能,根据网络规模和信道状态,以q值动态调整竞争窗口的加倍和重置,使无线局域网的性能达到最优。实验结果表明,当网络规模发生变化时,SDCFf的性能明显优于DCFf。     

网络编码感知的无线机会路由性能分析模型

结合基于优先级的ACK回复策略,提出网络编码感知的无线机会路由性能分析模型。该模型探讨多个中继节点时无线信道丢包对网络性能的影响。为此,建立二维马尔科夫链模型对802.11 DCF信道接入机制进行数学建模分析,从而得到数据包成功投递概率和网络吞吐量公式。数学分析结果表明:结合机会路由和网络编码,通过增加中继节点数量,可以提高数据包的投递概率和网络吞吐量。     

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.     

基于OPNET的MAC协议的研究与仿真

文中主要分析了IEEE802.11的MAC协议中的分布式协调工作模式(Distribute Coordination Function,DCF).使用DCF方式进行访问控制时,二进制指数退避算法在竞争周期内冲突增加会使信道分配不合理,这样严重影响网络的通信吞吐量.针对影响网络吞吐量这个问题,文中首先结合了马尔科夫(Markov)的改进模型,根据节点的实时状态,设计了节点在初始竞争成功发送数据后和发生冲突时的退避算法,优化了DCF的退避机制,动态地调整了节点在不同状态时的信道获取能力,提高了节点发送数据的网络吞吐量.最后以OPNET为仿真平台证明其在吞吐量方面有所改善.     

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。     

无线传感器网络中的逐跳跨层拥塞控制

给出一种逐跳跨层拥塞控制机制,依据检测缓冲区占用率和拥塞度所获得的拥塞信息,在传输层开环逐跳速率控制的基础上,自适应地调整节点MAC层信道接入优先级,使整个传感器网络中的节点根据局部的拥塞状态调整信息发送速率。NS2仿真结果表明,该算法可有效地提高网络性能和拥塞控制效率。     

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。     

An adaptive medium access control scheme for mobile ad hoc networks under self-similar traffic

An important function of wireless networks is to support mobile computing. Mobile Ad hoc NETworks (MANETs) consist of a collection of mobile stations communicating with each other without the use of any pre-existent infrastructure. The self-organization characteristic of MANETs makes them suitable for many real-world applications where network topology changes frequently. As a result, the development of efficient MAC (Medium Access Control) protocols in MANETs is extremely challenging. Self-similar traffic with scale-invariant burstiness can generate bursty network loads and thus seriously degrade the system performance. This paper presents an adaptive MAC scheme which dynamically adjusts the increasing function and resetting mechanism of contention window based on the status of network loads. The performance of this scheme is investigated in comparison with the legacy DCF (Distributed Coordination Function) under self-similar traffic and different mobility models. The performance results reveal that the proposed scheme is able to achieve the higher throughput and energy efficiency as well as lower end-to-end delay and packet drop probability than the legacy DCF.     

QoS 区分的自适应p-Persistent MAC 算法对信道利用率的动态优化

在无线局域网中提供服务质量(QoS)保证的MAC 算法应该满足业务区分服务的要求和系统性能的整体最优.以往的此类自适应MAC 算法依赖于对不同级别的竞争业务数目进行估计,计算过于复杂.提出一种基于QoS区分的自适应p-persistent MAC 算法,QDA-MAC(QoS differentiation based adaptive MAC scheme).该算法引入了新的参数-坚持因子(persistent factor),其优化值能够实时反映网络负载的变化情况,结合近似优化的自适应方法,每次发送尝试后,该算法不需要估计每类竞争业务的数目,利用坚持因子的优化值实时更新各类优先级业务的发送概率,调整相应的协议参数,系统的性能也能接近最优.仿真结果验证了该算法不仅能够根据竞争业务数目的变化对系统的性能进行整体优化,而且能够提供业务区分服务,在QoS区分的基础上可以为实时业务提供严格的QoS保证,尤其在信道利用率和时延等方面明显优于标准的IEEE 802.11 DCF 和IEEE 802.11e EDCA 机制.     

基于竞争终端个数区间的IEEE 802.11性能优化

IEEE 802.11的MAC协议采用基于CSMA/CA的DCF机制,研究发现,上述协议的性能随无线局域网中竞争终端个数的增加而迅速恶化.当竞争终端个数在一定范围内变化时,使用相同的优化协议参数,系统的性能都能接近最优.因此,设计了一个基于状态检测与竞争终端个数区间的自适应性能优化机制,DOOR(dynamicootimization on range).根据相关性能模型的分析,先将竞争终端的个数分为若干区间,并分别计算出各区间的优化协议参数.当系统检测到竞争终端个数发生变化时,根据其所处的区间,对相关的参数进行动态调整,从而有效地改善了协议的整体性能.同时还给出了相关理论模型和计算的详细说明,并尝试给出了划分区间的基本原则与方法.最后,实验仿真结果验证了新的方法能够根据竞争终端个数的变化对系统性能进行整体优化,在吞吐量和延迟等方面明显优于标准的IEEE 802.11协议.     

差错信道下无线局域网的自适应MAC协议

深入分析了差错信道下802.11DCF在饱和状态下的条件冲突概率对吞吐量的影响.研究表明,在基本接入模式下,对于给定的网络配置,存在最优的条件冲突概率使饱和吞吐量最大,并且该最优值近似与站点数、误码率及分组负载长度(100～4000B)无关.在此基础上,提出一种信道自适应MAC协议,其中主要包括竞争窗口调整方法和帧长控制机制,前者主要通过调节竞争窗口使条件冲突概率接近最优值,后者根据信道的误码率选择最优帧长.分析和仿真结果表明,与标准DCF及其优化算法(SBEB和OPL)相比较,该协议在差错信道下不仅能有效改善吞吐量,同时对信道与负载条件的变化表现出良好的适应能力.     

一种基于IEEE802.11的无线自组网MAC协议

基于IEEE802.11DCF提出了一种应用于无线自组网的媒质接入控制协议，该协议包括网络适应性退避算法和拥塞反馈两个关键机制。协议的主要思想是根据节点周围实际竞争状况和网络拥塞情况进行包调度。仿真结果表明，提出的机制有效地降低了平均端到端时延和数据丢包率,提高了信道接入公平性。     

认知无线传感网中一种高能效的频谱感知周期优化算法

为了提高认知无线传感网中节点的频谱感知能效,提出了一种高效的频谱感知周期优化算法。该方法通过引入贪婪因子来减少节点感知信道的次数,进而达到降低感知能耗的目的。在碰撞概率和等待时延的约束下,节点在与信道的交互过程中实现对感知周期的动态修正,达到了对信道状态的自适应高效感知。仿真结果表明,在不同的信道占用状态条件下,该算法相比固定感知周期的方法,有效地提高了感知能效,适于在认知无线传感网中实施。     

认知无线Mesh网络中基于协作学习自动机的自适应信道分配算法*

在认知无线Mesh网络多信道环境中处理繁重的数据业务是一项具有挑战性的任务。为了解决这个问题,提出了一种新的基于协作学习自动机(Learning automata,LA)的自适应信道分配算法(CLACAA)。在所提出的算法中,LA被部署在邻近的互相协作的次用户上。首先,为了LA能自适应地更新其动作概率向量,设计了一种线性奖赏无为方案;其次,定义了一种新的信道利用率因子用于信道选择,以解决信道冲突发生的问题;最后,给出了当信道由于大量输入请求而过载时的信道切换方案。实验仿真结果表明,该算法在提升网络吞吐量和数据传输率,降低切换时延和缓冲时延上有明显的优势。     

认知无线电网络中感知时间与功率分配的优化

针对多协作用户多信道的情况,讨论了当信道增益固定时,各子信道之间检测时间、总检测时间与传输时间,以及各子信道之间功率分配的问题。区别于以往的单独优化算法,提出了各参数的联合优化算法。以信道容量为目标函数,给出了最优的时间和功率分配算法。实验结果表明,提出的算法能够实现频谱接入并且极大地提高了次用户系统的总信道容量。表明功率分配与信道上主用户占用的概率有关,而时间分配则与信道上主用户接收信噪比以及传输时自身的信噪比有关。在多认知用户网络中,参与合作的用户越多,接收与传输信噪比越高,次用户系统的总信道容量越大。对于认知无线电网络,还考虑了整体的实现。