一种基于多信道分簇结构Ad Hoc网络的簇间中继实现方案

针对大规模应急救援场景,将多信道接入信道利用率高、网络吞吐量大的优点与分簇式Ad Hoc网络减少开销、便于管理的特征相结合,设计出基于分簇结构的Ad Hoc网络模型,提出了与之相对应的支持多业务的多信道混合接入协议。在此协议基础上,对节点间通信方案进行了探讨,并详细阐述了簇间中继通信的实现方案及流程。     

Ad Hoc网络中的MMAC协议综述

MAC协议处于Ad Hoc网络协议栈的底层部分,它是所有节点报文在无线信道上传输的直接控制者,对网络的性能有极大的影响,是Ad Hoc网络高效通信的重要保障。本文对现有的多信道MAC协议进行了分类概述,重点分析了MMAC协议。MMAC协议是单收发器非专用控制信道协议,协议通过ATIM窗来协商信道,能够显著的提高网络吞吐量。     

基于PSRP-CDMA的扩频Ad Hoc网络性能

分段时隙预约分组的码分多址接入(Partitioned Slotted Reservation Packet CDMA,PSRP-CDMA)协议是一种可以提供分组级信道、无协商使用信道的码分多址接入协议,此协议的分组格式由分组头和分组负荷组成,分组头通过时分多址机制接入信道,分组负荷通过码分多址机制接入信道。在考虑簇内多址干扰的基础上,给出了基于PSRP-CDMA的时隙扩频Ad Hoc网络理论分析模型,推导出了分组传输成功概率,得到了系统吞吐量和传输时延的表达式。分析了扩频增益、接收信号信噪比和网络负载等对网络性能的影响。数值结果表明,与基于竞争机制RP-CDMA的扩频Ad Hoc网络相比,PSRP-CDMA的归一化网络吞吐量能够提高25%。     

基于接收方信道质量的Ad Hoc网络多信道MAC协议

在分析当前Ad Hoc网络多信道MAC协议的基础上,提出了一个衡量信道质量的度量参数CQ（Channel Quality）作为信道选择的依据。并提出了一个基于接收方信道质量的多信道MAC协议MMCQ（Multi-channel MAC protocol with Channel Quality of receiver）,以解决多信道MAC协议常见的控制信道瓶颈和信道分配公平性问题。仿真表明：该协议在降低控制信道开销的前提下,能显著增加网络的平均吞吐量,并降低端到端平均时延。     

多信道Ad Hoc网络中位置路由协议研究

在Ad Hoc网络中,利用位置信息可以提高路由协议的性能,但目前的基于位置的路由协议主要是在单信道模型下设计的。为了利用多信道的优势,给出了一个综合利用位置信息和多信道模型的路由协议。该路由协议主要思想是用一个信道接收数据,另外一个信道发送数据,减少包传递时延迟。仿真结果表明,给出的路由协议在平均传包率、平均端到端时延以及汇聚吞吐量方面均优于基于单信道和位置信息的路由协议。     

一种改进的基于最少信道切换的路由算法

在Ad Hoc网络中,如何基于多信道有效地利用网络中的频谱资源,提高网络的性能,已经成为近几年来研究的热点。在DSDV路由协议的基础上,提出了一种基于减少网络中的信道切换的路由算法——OLCH-DSDV,该算法采用最小切换时延的信道分配策略,尽量减少信道切换产生的时延,从而降低了网络时延,提高了吞吐量。该算法要求源节点通过自身维护的路由和信道使用信息,选择到达目的节点的最优路径,也就是需要最少信道切换的路径。仿真结果表明该路由改进算法在有效提高系统吞吐量的同时,也有效地减少了网络中的传输时延。     

Ad Hoc网络中基于双向多信道预留的媒体接入算法

结合多信道和双向信道预留的策略,本文提出了一种新的应用于Ad Hoc网络的多信道媒体接入算法-NBMC算法,并对其吞吐量进行了性能分析。仿真实验结果表明,与IEEE802.11DCF相比,NBMC算法使Ad Hoc网络上的TCP吞吐量和各TCP流信道占用的公平性都得到了有效的改善。     

认知Ad Hoc网络中的跨层路由协议

在认知Ad Hoc网络中,如何有效利用有限频谱资源,提高无线网络性能已经成为近几年的研究热点.在AODV路由协议基础上,针对传统多信道认知网络协议中常见的丢包现象、信道频繁切换和路由负载不均等问题,提出了带有缓存机制、信道切换保护机制和基于负载的选路机制——CLC-AODV路由协议.该协议要求节点在网络层实现信道分配,并且在节点拥有两条相同长度的最短路径时需要依据最小负载进行选路,属于跨层研究的范畴.仿真结果表明,这种跨层的路由策略能够满足认知Ad Hoc网络的要求,有效提高系统吞吐量的同时,也有效地减少了网络中的传输时延.     

基于稳定性的认知Ad Hoc网络路由协议

针对认知无线电Ad Hoc网络中各个节点可用频谱的多样性、时变性和差异性的问题,传统路由协议不能适用于认知无线电Ad Hoe网络,提出了一种基于稳定性的路由协议.该协议综合考虑认知无线电Ad Hoc网络特性,通过计算每个节点的稳定性并引入分集传输,进行传输模式选择和信道选择,利用包括路径稳定性、路径跳数、路径信道切换次数的路由尺度进行路径选择.仿真分析表明,该协议能减少路径信道切换次数,提高路径稳定性和路径建立成功概率.     

一种基于多接口多信道的移动Ad Hoc网络仿真平台实现方法

目前移动Ad Hoc网络的研究主要针对单接口单信道场景,但随着底层无线技术的进步和发展,一个节点往往可以具备多个接口,并且可以配置不同的信道。新的特性使得针对移动Ad Hoc网络的研究有了新的网络支撑环境。针对现有的NS-2环境下单接口单信道模型的不足,提出具有多接口多信道特性的移动Ad Hoc网络仿真平台的一种实现方法。实验结果验证了多接口多信道平台设计的正确性。该仿真平台的实现,使得多接口多信道环境下的移动Ad Hoc网络性能评估成为可能,并且能够方便对新研发协议进行测试。     

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。     

链路服务质量限制下多输入多输出媒体接入控制的建模与分析

针对SCMA协议没有同时考虑链路服务质量(QoS)和多输入多输出(MIMO)流的信道接入调度策略的不足,提出一种SCMA/QA协议。协议充分考虑了每个链路中不同流的信道状态,建立了一个基于流的信道状态离散马尔可夫链模型,并融合考虑了每条链路的QoS需求,采用修改的RTS/CTS进行链路QoS的信息交换,通过链路QoS权重作为链路选择的主要因素,将MIMO下基于QoS的链路调度问题建模为一个最优化问题,并在卡罗需-库恩-塔克(KKT)条件下得到最优链路以及通信的流数目。最后,以吞吐量为QoS指标进行了数值分析,结果表明在相同网络环境下,SCMA/QA比SCMA和QCSCMA能更好地提高系统的吞吐量。     

适用于飞行自组网的闲置时隙预约TDMA协议

在飞行自组网中,固定时隙分配时分多址接入（TDMA）协议存在闲置时隙无法成功使用的问题。通过对TDMA协议引入闲置时隙预约机制,提出一种支持业务优先级传输机制的闲置时隙预约TDMA协议。采用短帧长的方式满足协同与控制业务的低时延传输需求,并利用闲置时隙预约机制允许节点使用闲置时隙传输感知业务,从而满足感知业务的高吞吐量传输性能要求。仿真结果表明,与CF-MAC和CTMAC协议相比,该协议能够在降低传输时延的同时,有效提高信道利用率和网络吞吐量。     

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。     

基于无线传感器网络的混合MAC协议

结合载波侦听多路访问(CSMA)与时分多址(TDMA)的工作方式,提出一种基于无线传感器网络的混合介质访问控制(MAC)协议。引入快速冲突解决算法,对CSMA模式下的SMAC协议进行改进,使其争用窗口可以随着网络流量变化而动态改变,从而完成CSMA模式与TDMA模式的平滑切换。OMNeT++平台上的仿真结果表明,该协议能提高信道利用率,延长网络生命周期。     

改进的VANET分布式自适应时分多址分配机制

在车载自组织网（Vehicular Ad-hoc Network,VANET）环境下,针对多节点同时接入信道时的竞争冲突问题,将分布式时分多址（Time Division Multiple Access,TDMA）和空分多址（Space Division Multiple Access,SDMA）思想相结合,提出改进的分布式自适应时分多址分配机制（Modified Decentralized Adaptive TDMA Scheduling mechanism,MDATS）.MDATS协议的节点通过帧信息（Frame Information,FI）的交互,获取两跳范围内其他节点时隙使用情况,从而筛选出空闲时隙集.竞争区域将根据空闲时隙数在空间上均分成多个逻辑区段,节点则根据所处的逻辑区段与空闲时隙的对应关系确定竞争使用的时隙.该协议通过对空闲时隙在空间上的分散化,降低同时接入节点之间的竞争冲突.仿真结果表明,MDATS协议与其他类似MAC协议相比,能够达到更高的信道接入成功率、更低的接入时延性能以及更高的时隙利用率.     

LPDQ: A self-scheduled TDMA MAC protocol for one-hop dynamic low-power wireless networks

Current Medium Access Control (MAC) protocols for data collection scenarios with a large number of nodes that generate bursty traffic are based on Low-Power Listening (LPL) for network synchronization and Frame Slotted ALOHA (FSA) as the channel access mechanism. However, FSA has an efficiency bounded to 36.8% due to contention effects, which reduces packet throughput and increases energy consumption. In this paper, we target such scenarios by presenting Low-Power Distributed Queuing (LPDQ), a highly efficient and low-power MAC protocol. LPDQ is able to self-schedule data transmissions, acting as a FSA MAC under light traffic and seamlessly converging to a Time Division Multiple Access (TDMA) MAC under congestion. The paper presents the design principles and the implementation details of LPDQ using low-power commercial radio transceivers. Experiments demonstrate an efficiency close to 99% that is independent of the number of nodes and is fair in terms of resource allocation.     

临近空间通信网MAC层协议研究

近年来随着空间网络应用的快速发展,临近空间网络逐渐成为新的研究热点。临近空间网络要求信息传输的实时性、有效性,对媒体接入控制（MAC）层协议的设计提出了很高的要求。在按需分配（DAMA）协议的基础上,结合自由分配,提出将混合自由按需分配（CFDAMA）协议应用到临近空间通信网中,并用OPNET仿真软件建立仿真模型。仿真结果表明,与纯DAMA协议相比,CFDAMA协议不仅能极大地降低网络的平均端到端时延,保证信息传输的实时性;而且能提高网络的吞吐量。     

一种无线传感器网络MAC协议优化算法

在无线传感器网络中,各节点采集的信息以多跳的方式传送到汇聚点.从各节点到汇聚点形成一棵以汇聚点为根的传输树.文中在对无线传感器网络传输特点分析的基础上,剖析了基于CSMA/CA(载波多路监听/冲突避免)的MAC协议在树状结构无线传感器网络中的弊端,提出了一种基于CSMA/CA的MAC协议优化算法.算法基于节点在传输树中的位置信息调整其MAC信道接入分配,将CSMA/CA采用的各节点均等竞争信道的方法优化为各节点依据在传输树中的位置情况竞争信道的方式,这一优化提高了节点公平性,使MAC信道接入分配与树状结构的无线传感器网络传输特点相契合,解决了基于CSMA/CA的MAC协议与树状结构无线传感器网络不匹配的问题,从而减少了信道资源浪费,提高了网络传输效率,降低了能耗.实验结果表明该算法在网络丢包率、吞吐量和能耗方面的性能均有较大改进.     

Performance analysis of CSMA/CA protocols with multi-packet transmission

Wireless objects equipped with multiple antennas are able to simultaneously transmit multiple packets by exploiting the channel’s spatial dimensions. In this paper, we study the benefits of such Multiple Packet Transmission (MPT) approach, when it is used in combination with a Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) protocol for fully interconnected networks, addressing the interactions between the two mechanisms and showing the performance gains that can be achieved. To this end, a very simple Media Access Control (MAC) protocol that captures the fundamental properties and tradeoffs of a CSMA/CA channel access protocol supporting MPT is introduced. Using this protocol as a reference, a new analytical model is presented for the case of non-saturated traffic sources with finite buffer space. Simulation results show that the analytical model is able to accurately characterize the steady-state behavior of the reference protocol for different number of antennas and different traffic loads, providing a useful tool for understanding the performance gains achieved by MAC protocols supporting MPT.