一种基于优先级的无线传感器网络实时MAC协议

MAC(Medium access control)协议直接影响着无线传感器网络能量的有效性和实时性,对此,提出一种基于公平优先级的MAC(FP-MAC)协议.该协议对不同类型的网络数据流设置不同的优先级,以保证较高优先级的数据能够实时传输;根据网络负载自适应地调节占空比,实现了低能耗与低时延.分析及实验表明,协议给出了时延上限,提供了实时性及可扩展性,同时保证了不同优先级之间的公平性,能够很好地适应具有实时性要求的无线传感器网络应用.     

基于蚁群优化的AdHoc网络生存时间和其他网络性能平衡路由协议

本文提出了基于蚁群优化(ACO)算法的Ad Hoc网络生存时间和其他网络性能平衡路由协议(ABEAR)。协议按需发送人工蚂蚁进行路由发现,综合节点残留的信息素浓度、下一跳节点剩余能量、节点周围链路质量和拥塞情况选择下一跳节点来转发数据包,尽量避开信道使用频率较高的路径,减少了因信道冲突、数据包丢失和数据包重传所造成的能量损失,还缩短了网络传输时延,提高了网络吞吐量。协议还采用跨层机制根据MAC层通信活动情况,在保证网络连通性的前提下使部分空闲节点转入睡眠状态来节省能量消耗。仿真表明,与AODV协议相比,ABEAR协议在网络生存时间、数据包交付率和端到端平均时延方面均有较大改善。     

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.     

一种基于地理信息的自组网MAC协议

本文在现有多信道MAC协议的基础上将地理位置信息引入MAC层,提出一种新的GM-MAC协议。该协议以节点间距离作为分配信道的优先级,为近距离传输时的QoS提供更好的保障。本文给出了协议的格式,阐述了协议的操作步骤并对吞吐量做了分析。仿真结果表明,时延、吞吐量等方面有更好的性能。     

无线传感器网络RMAC协议的研究与改进

针对RMAC(Routing-enhanced Medium Access Control)协议丢包处理机制的缺陷,采用重传机制,提出了一种高效多跳传输的MAC协议(Efficiency-RMAC,E-RMAC)。根据在规定时间T内的接收值判断是否传输失败,当控制帧传输失败则采用单次重传机制,并引入睡眠模式,由此减小了网络能量消耗;当数据包传输失败时采用的是多次重传机制,由此保证了数据包实时可靠的单周期多跳传输,提高了信道利用率。仿真结果表明,在传输时延和网络吞吐量上E-RMAC均优于RMAC,实现了协议的高效性,延长了网络生命周期。     

无线传感器网络多信道协议的调度机制

针对现有无线传感器网络多信道MAC协议没有区分数据业务优先级的问题,提出了一种基于区分服务的多信道协议（DP-McMAC）。该协议采用优先级调度策略和区分服务机制,对不同数据业务设置不同的退避参数和竞争窗口,并对提出的协议进行数学建模及延迟分析。仿真结果表明,该协议在高优先级数据的传输时延和吞吐量等性能方面比现有的协议均有所提高,并且保证了高优先级数据传输的实时性要求。     

无线多媒体传感器网络实时MAC协议

实时性是无线多媒体传感器网络的重要考虑因素之一,而MAC协议能否高效地使用无线信道对保障无线多媒体传感器网络的实时性起着决定性作用。针对无线多媒体传感器网络的业务数据特点,提出了一种基于时隙预留的多信道实时MAC协议。该协议在响应流媒体查询之前,事先建立一条从源节点到汇聚节点的时隙预留流路径,从而最小化数据包在每一次转发时的信道接入时延。仿真结果表明,该协议明显减小了流媒体数据的端到端时延与时延抖动,并且具有较好的能量有效性。     

EDA-MAC:事件驱动应用感知的无线传感器网络MAC协议

MAC协议是无线传感器网络领域中的一个广泛研究的问题,然而,现有的MAC协议较少是针对具体的应用而设计.针对基于无线传感器网络的坡道转弯交通控制系统,设计并实现了一个事件驱动、应用感知的MAC协议EDA-MAC(Event Driven Application MAC).此协议使用竞争时隙分配算法选择优先级最高的汇报事件,根据此优先级作为可以汇报事件的基准,限制低优先级事件的汇报,有效降低数据包的碰撞,保证了数据传输的完整性和实时性.同时,提出一个时隙动态调整算法,根据已有汇报事件的信息,动态调整非竞争周期和非活动周期的时隙数目,减少节点的空闲监听时间,最大程度地使节点处于睡眠状态,有效降低了节点能耗.试验结果表明,该MAC协议支持优先事件传输,具有较好的实时性和能量高效性,适用于基于无线传感器网络的坡道转弯交通控制系统.     

多个无线传感器网络中节能MAC协议设计

在无线传感器网络中,媒体访问控制(MAC)层协议影响着整个网络的性能。根据无线传感器网络对节点能耗和时延的要求,本文提出了一种基于跨层设计的节能MAC协议。利用物理层、MAC层和路由层之间的信息交互,在保证可靠通信的基础上,实现在一个监听/睡眠周期内数据多跳传输,缩短数据传输时延,并且有效控制网络数据传输的冗余度,降低冗余节点能量消耗。性能分析和仿真结果表明,节能MAC协议能够有效地降低网络时延并且减少节点能耗。     

基于多信道的快速数据收集MAC协议

现有的单信道和多信道介质访问控制（MAC）协议不能很好地满足大规模数据收集应用场合对数据速率和时延的要求。为解决该问题,提出一种基于多信道的快速数据收集MAC协议,结合多信道和时分多址复用消除节点问的干扰,在节点进行时槽分配时充分考虑节点半双工通信方式和数据收集公平性,尽可能地在空间上实现信道的复用,提高数据传输的并行性。在时序调度过程中,引入网络时延能耗平衡因子,实现不同应用场合对时延和能耗的平衡调节,增强协议的灵活性。仿真结果表明,该协议在大规模数据收集应用中具有高吞吐量、低时延的特性。     

Optimal replicator factor control in wireless sensor networks

For TDMA MAC protocols in wireless sensor networks (WSNs), redundancy and retransmission are two important methods to provide high end-to-end transmission reliability. Since reliable transmissions will lead to more energy consumption, there exists an intrinsic tradeoff between transmission reliability and energy efficiency. For each link, we name the number of its reserved time slots in each MAC superframe as a replicator factor. In the following paper, we propose a reliability-lifetime tradeoff framework (RLTF) for WSNs to study replicator factor control problem. First, for the redundancy TDMA MAC, we formulate replicator factor control problem as convex programming. By the gradient projection method, we develop a fully distributed algorithm to solve the convex programming. Second, for the retransmission TDMA MAC, we set the retransmission upper bound for each link according to the optimal replicator factors under the redundancy MAC and compute the total communication overhead for the retransmission MAC. Finally, we compare the communication overhead of these two MAC protocols under different channel conditions.     

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.     

面向低功耗无线传感器网络的动态重传算法

由于信道通信质量具有时变性,为了保障数据传送具备高可靠性,需要在低功耗传输网络中加入能量利用率更高的重传机制。低功耗无线传感器网络对数据实时性的要求不高,但整体能量有限,因此重传的时机及重传的有效性显得额外重要。在静态发送队列的基础上,提出一种可靠且稳定的动态重传算法。随机出现丢包的节点利用自身产生的随机数作为序列,将其添加到重传队列中。 该算法利用随机生成发送时机的方式避免随机出现的通信不佳的情况 。 实践表明,动态重传算法在降低能耗的同时,能够提高数据传送的成功率。     

Improving fairness in IEEE 802.11 networks using MAC layer opportunistic retransmission

This paper introduces DAFMAC (Decode And Forward MAC), a scalable opportunistic cooperative retransmission enhancement for the IEEE 802.11 MAC protocol which operates without the need for additional explicit control signalling. Distributed opportunistic retransmission algorithms rely on selecting a single suitable relay without direct arbitration between nodes. Simulations show that DAFMAC offers a significant improvement in fairness for both throughput and jitter, giving multiple parallel data flows a more equal opportunity to utilise the channel. DAFMAC cooperative retransmissions are shown to reduce node energy consumption for a given throughput. Further, the DAFMAC relay selection algorithm is shown to scale very well in terms of complexity and memory requirements in comparison to other cooperative retransmission schemes.     

基于IEEE 802.15.6的无线体域网自适应MAC协议

针对无线体域网MAC协议自适应性不高且能效低的问题,提出一种基于IEEE 802.15.6的无线体域网自适应MAC协议（A-MAC）。对IEEE 802.15.6的超帧结构进行改进,竞争接入阶段和非竞争接入阶段的长度根据产生各优先级数据的节点所占的比例进行调整。竞争接入阶段又被划分为三个子阶段,子阶段的长度根据数据优先级情况进行动态调整。所有节点在竞争接入阶段按照信道接入策略竞争接入信道。最后仿真结果表明,在吞吐量、能耗和网络时延方面,使用A-MAC协议的网络性能明显优于使用IEEE 802.15.6 MAC和CA-MAC协议的网络性能。     

移动自组织网络MAC层能量有效性分析*

移动自组织网的网络寿命很大程度上依赖于节点电池的有效利用,设计能量有效的算法来延长网络寿命成为其核心的问题。分析了MAC层的能量消耗,模型包括了节点的发送、接收、空闲和睡眠等状态,分析了冲突引起的重传以及节点偷听导致的能量消耗。最后给出了移动自组织网减少能量消耗的策略。     

A new medium access control protocol based on perceived data reliability and spatial correlation in wireless sensor network

It is well known that the data of large-scale and dense wireless sensor network has high spatial correlativity. According to the monitoring of a particular event, a new medium access control (MAC) protocol based on perceived data reliability and spatial correlation is proposed in this paper. In this protocol, a ring-shaped space correlation model is established. The nodes close to information source is attributed them high priority in access channel so as to make sure the high quality data send successfully to the sink node and increase the data transferring efficiency. The new protocol can make the received data reflect the real physical phenomenon. At the same time, it can make the data transmission of the nodes far to information source be brought down and the amount of required data nodes be reduced. So the new protocol can prolong lifetime of the whole network. Our simulation results show that the new MAC protocol can supply better network service under low energy consumption and transmission delay. This is very useful for all kinds of mobile services of Internet of Things.     

认知无线电网络双天线多信道MAC协议

在认知无线电网络中,媒体接入控制(MAC)协议的主要功能包括信道感知、选择和接入控制,其中感知时间和传输时间的长度对网络的性能有着重要的影响。在动态无线网络环境下,如何合理分配感知时间和传输时间是个挑战性问题。提出了一种双天线多信道分布式认知无线电MAC（TM-MAC）协议,不需要在传输之前对信道进行感知。节点可以在其它节点传输数据的同时对频谱资源进行检测,然后利用空闲的频谱资源通信。建立了数学模型分析在饱和网络状况下MAC协议的吞吐量。仿真分析表明TM-MAC协议能够有效提高网络的吞吐量。     

QS-Sift:一种基于服务质量和空间相关性的无线传感器网络MAC协议

在大规模、稠密无线传感器网络中传输的数据大都具有高度的空间相关性．近年来，国内外学者提出通过在网络中筛选出一部分节点来发送数据以降低能量开销．本文在网络节点的筛选策略方面开展研究，基于Vuran等人提出的理论模型比较分析了三种节点筛选策略．数值实验结果表明传输低质量的监测数据意义不大，因为它们几乎不能降低甚至反而会增加在数据汇集端的重建失真（QoS）．基于此结论，本文提出了一种新型的分布式、能量高效MAC协议-QS-Sift，该协议赋予监测数据质量高的节点在接入信道时的高优先权，并抑制低质量监测数据的传输．以此进一步降低需要发送监测数据的节点数量，从而降低网赂能耗．模拟实验结果表明QS-Sift能够以较低的网络能耗、传输时延提供更好的QoS．