预调度流水线方式的水声传感器网络MAC协议

针对水声传感器网络中MACAW协议存在的延时问题,在传统USENIX握手协议的基础上,提出一种新的水声传感器网络媒体接入控制(MAC)协议。使用节点预调度方法对数据的传输时隙采取预约选择,在上上级节点与上级节点进行请求发送(RTS)/允许发送(CTS)握手与数据传输的同时,下级节点复用上级节点发送的CTS和数据信号作为发送给自己的RTS和确定发送信号,形成一种预调度流水线形式的M AC协议。仿真结果表明,该协议与传统的MACAW协议相比,能有效降低节点间的传输延时,提高水声传感器网络吞吐量,并且有效缓解碰撞,节约能源。     

一种基于改进RTS/CTS的MANET高效报文转发策略

MANET网络由可自主移动的无线节点组成。节点的自主移动导致了链路路由的改变,因此需要有一个机制维护和发现路由信息。目前人们已经针对MANET网络提出了几种路由协议,但这些路由协议都是基于IP的且路由维护的代价高,这严重影响了MANET网络的稳定性、可扩展性和用户有效带宽。本文提出了一种基于改进RTS/CTS的MANET高效报文转发策略。该策略对标准IEEE 802.11协议进行了修改,利用改进的RTS/CTS报文信息,进行报文转发,从而避免了使用MANET网络路由协议给网络性能带来的影响。使用改进的NS-2模拟了基于改进RTS/CTS的MANET高效报文转发策略。模拟结果表明:该策略可以有效地降低路由维护的开销并降低报文传输的延迟。     

面向多跳无线网络的无冲突MAC协议

多跳无线网络中隐藏节点导致节点之间的冲突频繁、数据重传率高、网络吞吐量下降.而802.11 DCF 中的RTS/CTS(ready-to-send/clear-to-send)机制不能有效地防止隐藏节点,特别是随着网络中节点通信速率的提高,由 于节点的信噪比要求也相应提高,接收节点受到更大范围内隐藏节点的干涉,RTS/CTS 机制防止隐藏节点的效率急剧降低.首先,在考虑网络积累干涉以及环境噪音的情况下分析了多跳无线网络中的隐藏节点问题.然后,提出一种双信道无冲突MAC(media access control)协议DCCFMA(double channel collision free media access).DCCFMA 协议采用双信道结构,接收节点根据数据信道中发送节点的信号强度动态调节控制信道的发射功率,以完全覆盖接收节点周围所有的隐藏节点,保证接收节点在接收过程中不受干涉.DCCFMA 协议能够有效地解决多跳无线网络中的隐藏节点问题.仿真结果表明,与802.11DCF 相比,DCCFMA 机制下的平均网络吞吐量增加了24%.     

适用于水声传感网络的多链路传输MAC协议

针对水声传感网络存在的高时延、低信道利用率等问题,提出一种新的多链路传输介质访问控制协议.该协议节点通过RTS/CTS握手协议交互时延信息和传输计划,实现多条链路传输数据.在汇聚节点接收多个节点的数据时,汇聚节点根据节点的时延和接收的数据帧大小规划节点之间的发送顺序,避免传输冲突造成的能量损失和低信道利用率,同时为得到...     

基于无线网络编码的速率自适应协作MAC协议

传统无线网络编码协议在单播传输模式中较少考虑速率自适应对网络性能的改善作用,而利用RTS/CTS握手信号进行信道估计的速率自适应机制则存在开销大、网络吞吐性能差等缺陷。为此,提出一种基于网络编码的速率自适应协作介质访问控制协议RACNC。该协议使用网络编码模型和基于ACK帧的速率自适应机制,当源节点传输的原始数据帧未被成功接收时,选取中继节点对原始数据帧进行编码处理,然后转发编码数据帧,在保证数据帧可靠传输的同时减少其在网络上的传输次数。同时利用改进的ACK帧进行速率反馈,避免在估计信道质量时发送多余的RTS/CTS控制帧。仿真结果表明,与基于网络编码的NCAC-WTC协议相比,RACNC协议可有效减小平均端到端时延,提高网络吞吐量。     

基于状态着色的水声网络 ＭＡＣ 协议

水声网络中的MAC协议主要采用RTS/CTS机制,然而RTS/CTS控制包不仅限制了并发传输的可能性进而降低了信道利用率和吞吐量,而且造成信道资源分配不公平。为了提高吞吐量、信道利用率和公平性,提出了一种基于状态着色的水声网络MAC协议（State Coloring based MAC, SC-MAC）。在SC-MAC协议中,每个节点根据自身一跳邻居表构建本地分层图,通过侦听数据帧或ACK帧获知邻居节点状态来为本地分层图中的节点着色,并根据本地分层着色图调度包的发送,减少数据帧的碰撞与重传。SC-MAC协议在避免冲突的前提下实现了并行传输。同时,给出基于公平性的退避方案以提高SC-MAC协议的公平性。仿真结果表明,SC-MAC协议与R-MAC协议和slotted-FAMA协议相比在端到端延迟、吞吐量和平均能耗等方面有明显的优势。     

隐式路由协议的一种转发节点快速选择算法

针对已有隐式路由协议转发节点选择算法效率不高的缺点，提出了一种基于IEEE 802.11 DCF机制的转发节点快速选择算法（FFS）．该算法让候选转发节点根据自己的转发优先级退避相应的时隙后发送CTS帧，并在多个候选节点发生冲突时随机选择退避时隙值，从而快速高效地唯一确定转发节点．仿真结果表明，FFS算法在能效、时延、分组到达率等网络性能指标上优于已有算法．     

802.11协议中RTS/CTS机制的安全漏洞分析

802.11协议中的RTS/CTS机制可以解决隐藏节点问题,通过分析RTS/CTS机制中的安全漏洞,发现由于RTS/CTS握手过程中没有认证机制,攻击者可以通过连续发送设定足够大网络分配矢量值的伪造RTS/CTS帧,以达到拒绝服务攻击的目的。在理论分析的基础上,使用aircrack-ng的软件开发包,在真实的无线网络环境中进行了实验,实验结果显示,RTS/CTS机制确实存在着被拒绝服务攻击的安全漏洞,可随时被攻击者利用,需引起充分重视。     

高效快速的太赫兹无线个域网双信道MAC协议

针对现有的太赫兹无线个域网络中太赫兹辅助波束赋形媒体访问控制（MAC）协议（TAB-MAC）存在数据传输时延较大以及信道利用率低问题,提出了一种高效快速的太赫兹无线个域网双信道MAC协议（EF-MAC）。通过目的节点向源节点发送测试帧机制来减少一个确认帧,从而减少控制开销和测试时延;采用自适应取消节点位置信息的收发机制,源或目的节点通过之前的请求发送帧/允许发送帧（RTS/CTS）帧交互过程已获得对方节点的位置信息且对方节点的位置没有发生改变,可以省去RTS或CTS中的位置信息,减少控制开销。理论分析与仿真结果表明,与TAB-MAC协议相比,所提协议能够有效减小数据传输时延,提高网络吞吐量。     

一种实现MIMO多包接收的Ad Hoc网络MAC协议

MIMO技术可以同时接收多个数据包并能对它们进行有效的分离,是改善Ad Hoc网络系统性能的新途径。提出一种利用MIMO系统中MPR能力来提高网络吞吐量的MAC协议。它通过在回复CTS前接收多个RTS来最大化可以同时发送的链路数,接收节点根据自身的天线数目和接收到的RTS数目决定发送数据流数目。与现有的同类协议相比,该协议可以无差错地接收并分离出多个节点同时发送的数据,且在同一竞争区域内,允许多对节点同时通信。在OPNET仿真软件中,从业务负载、节点场景密度对其进行了网络仿真,并在结果分析中验证了MIMO MAC协议的综合性能优势。     

A Light-Weight Opportunistic Forwarding Protocol with Optimized Preamble Length for Low-Duty-Cycle Wireless Sensor Networks

In wireless sensor networks, sensed information is expected to be reliably and timely delivered to a sink in an ad-hoc way. However, it is challenging to achieve this goal because of the highly dynamic topology induced from asynchronous duty cycles and temporally and spatially varying link quality among nodes. Currently some opportunistic forwarding protocols have been proposed to address the challenge. However, they involve complicated mechanisms to determine the best forwarder at each hop, which incurs heavy overheads for the resource-constrained nodes. In this paper, we propose a light-weight opportunistic forwarding (LWOF) scheme. Different from other recently proposed opportunistic forwarding schemes, LWOF employs neither historical network information nor a contention process to select a forwarder prior to data transmissions. It confines forwarding candidates to an optimized area, and takes advantage of the preamble in low-power-listening (LPL) MAC protocols and dual-channel communication to forward a packet to a unique downstream node towards the sink with a high probability, without making a forwarding decision prior to data transmission. Under LWOF, we optimize LPL MAC protocol to have a shortened preamble (LWMAC), based on a theoretical analysis on the relationship among preamble length, delivery probability at each hop, node density and sleep duration. Simulation results show that LWOF, along with LWMAC, can achieve relatively good performance in terms of delivery reliability and latency, as a receiver-based opportunistic forwarding protocol, while reducing energy consumption per packet by at least twice.     

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.     

On avoiding RTS collisions for IEEE 802.11-based wireless ad hoc networks

The paper proposes an RCA (RTS collision avoidance) MAC protocol to reduce RTS collisions for IEEE 802.11-based mobile ad hoc networks (MANETs). RTS/CTS exchanging is used for the resolution of the hidden terminal problem. However, the paper shows that, even the backoff counters of two stations are different, RTS frames are also collided to each other due to the hidden terminal problem. The situation would be getting worse in high traffic load or in a dense network. RTS collisions not only result in the following CTS or ACK collisions, but also induce false blocking problem, even dead locks of transmissions. To address the above problems, an RCA MAC protocol is proposed to reduce RTS collisions. The RCA protocol utilizes a narrow band, called the tone channel, to announce the RTS transmission in advance in order to preclude the RTS transmissions of two-hop neighbors. To reduce the channel and hardware overhead, an improvement to the RCA protocol is also devised, which only uses a single channel and one transceiver to reduce RTS collisions. The RCA protocol provides a type of fast collision detection and decreases the probability of RTS collisions, which is benefit for RTS/CTS exchange scheme. Meanwhile, the RCA protocol can reduce the retransmission cost and have lower control overhead than that of IEEE 802.11 DCF. In addition, simulation results verify the advantages of the RCA protocol in comparison with IEEE 802.11 DCF.     

Rate avalanche: Effects on the performance of multi-rate 802.11 wireless networks

Originally designed to deal with the hidden node problem, the Request-to-Send/Clear-to-Send (RTS/CTS) exchange is often turned off in most infrastructure-based 802.11 networks with the belief that the benefit it brings might not even be able to pay off its transmission overhead. While this is often true for networks using fixed transmission rate, our investigation leads to the opposite conclusion when multiple transmission rates are exploited in WLANs. Through extensive simulations using realistic channel propagation and reception models, we found out that in a heavily loaded multi-rate WLAN, a situation that we call rate avalanche often happens if RTS/CTS is turned off: high collision rates not only lead to retransmissions but also drive the nodes to switch to lower date rates; the retransmissions and the longer channel occupation caused by lower rates will further deteriorate the channel contention, which yields more collisions. This vicious circle could significantly degrade the network performance even no hidden node presents. Our investigation also reveals that, in the absence of effective and practical loss differentiation mechanisms, simply turning on the RTS/CTS could effectively suppress the rate avalanche effect. Various scenarios/conditions are extensively examined to study the impact of RTS/CTS on the network performance. Our study provides some important insights about using the RTS/CTS exchange in multi-rate 802.11 WLANs.     

无线局域网中一种自适应RTS门限调整算法

媒体访问控制是无线局域网的重要部分,决定了具有受限通信带宽的无线信道的共享效率.IEEE 802.11系列标准基于现有以太网技术,具有良好的操作性和兼容性,已发展成为WLAN的主要标准.IEEE 802.11 DCF中有两种接入方式:基本方式和RTS/CTS方式.RTS/CTS方式是IEEE 802.11无线网络的可选握手过程,用于减小碰撞的可能性.决定使用RTS/CTS握手方式的RTS门限值是研究的重要参数,不同的取值对数据传送会产生不同的性能特点.文章通过分析IEEE 802.11 DCF分组发送成功和碰撞的持续时间,获得了RTS和基本方式下分组传输时间开销与分组长度的关系.给出了以最小化分组传输时间代价为优化目标的最优RTS门限的计算公式.通过对当前信道分组发送的冲突概率的预测实现了最优RTS门限的计算;给出了一个具体的RTS门限自适应调整算法,使终端能自动调整其RTS门限以达到或接近最优值.仿真表明RTS门限自适应调整算法明显减小了分组传送时收发器发送单位比特数据的时间开销.     

一种用于多跳分布式无线网络的多址接入协议及其性能分析

为多跳分布式无线网络提出了一套灵活而有效的自适应获取冲突避免(AACA)的多址接入协议．它综合了多信道和随机附带预约的思想，有效地解决了多跳网络环境下出现的隐藏终端和暴露终端问题以及由于节点的移动而造成的侵入终端问题．在该协议中，各节点自适应预约所要使用的空闲业务信道，预约之后的通信过程不会受到其它节点的干扰．AACA协议有三种形式，即AACA-SDT／MDT／RDT协议，它们使用任意确定数目的信道，在总带宽相同的情况下表现出比单信道RTS／CTS协议更好的网络性能．     

基于模糊逻辑的多速率WLAN自适应MAC协议

针对DCF应用在多速率无线局域网中存在吞吐量异常和严重不公平性问题,提出了一个基于信道状态和节点速率的模糊自适应退避算法——RCFAB算法。仿真结果表明,RCFAB能够适应多速率WLAN,并有效地改善系统的吞吐量和接入公平性。     

多跳分布式无线网络环境下自适应获取冲突避免的多址接入协议

该文为多跳移动的分布式无线网络提出了一种新型的媒质接入控制（MAC）协议，即公共－发送信道式自适应获取冲突避免（AACA－CT）协议，在该协议中，每个节点预先监测记录周邻节点的信道使用情况，从而自适应地为自己选择发送信道，并且利用在公共信道上发送的RTS分组唤起收方使用各自的发送信道而实现无冲突的通信，它的主要思想在于资源预约可以简便地利用半双工无线电台以异步方式灵活，有效地在多个频段，多个跳频（FH）码或多个直接序列扩频（DSSS）码上实现，而且不依赖于功能强大的基站或中心控制器以及有线骨干网的帮助，性能分析和仿真结果表明，它能有效地克服隐藏终端和暴露终端问题，并且可以完全解决侵入终端问题。