基于超宽带的自适应MAC协议

超宽带技术有能力支持更高的数据传输速率。针对超宽带系统特点,提出了一种根据收端信噪比和信干比自适应调整发送速率和分组长度的媒质接入控制(MAC)协议,并对该协议性能进行了仿真。仿真结果显示,相对于使用固定速率和分组长度的MAC协议,该协议可使系统吞吐量得到较大提高。     

采用渐进式预留机制的Ad Hoc网络MAC协议

实时业务传输的服务质量(QoS)保障问题一直是限制Ad Hoc网络发展的瓶颈.在分布式网络环境下,分组冲突十分普遍,节点很难在限定的时间内成功接入信道.现有很多算法(如FPRP)虽能很好的消除冲突,却需要非常多的控制分组,同样造成过高的接入时延.在研究动态时隙分配类MAC协议的基础上,设计了一种采用渐进式预留机制的MAC协议,协议通过分级预留、协同竞争和空闲时隙的时隙重构来达到分组冲突的充分化解,信道资源的高效利用,以及不同优先级业务的有效接入.仿真表明,与现有时隙类协议相比,新协议可以显著减少分组冲突,提高信道利用率,实现较低的分组接入延迟,并且能够较好的支持数据报业务.     

基于网络效用最大化与冲突避免的无线传感器网络MAC协议

针对周期汇报型无线传感器网络(WSN)中的无线信号冲突和能量利用效率问题,提出了一种基于网络效用最大化与冲突避免的媒体访问控制(UM-MAC)协议。该协议基于时分多路复用(TDMA)调度机制,将效用模型引入无冲突的节点工作时隙分配过程中,把链路可靠性、网络能耗归纳到一个统一的效用优化框架中;进而提出了一个启发式算法,使网络能够快速找到一个基于网络效用最大化与冲突避免的节点工作时隙调度方案。将UM-MAC协议与S-MAC协议和冲突避免MAC(CA-MAC)协议进行比较,在不同节点数量的网络环境中,UM-MAC获得的网络效用较大,平均数据包成功发送率较高,生命周期介于S-MAC与CA-MAC之间,在不同的网络负载下所有节点发数据包到汇聚节点的平均时延有所增加。仿真实验结果表明:UM-MAC协议较好地解决了冲突干扰问题,提高了网络的数据包成功发送率和能量利用效率等性能;在低网络负载时,TDMA类协议的性能并不比竞争类协议好。     

基于终端分组的非正交随机接入资源分配方案

为了解决机器到机器(Machine to Machine,M2M)通信中的冲突碰撞、资源短缺等问题,提出了基于终端分组的非正交随机接入和数据传输(Non-Orthogonal Random Access and Data Transmission based on Terminal Grouping,TG-NORA-DT)方案。首先,根据能量消耗速度对机器类型通信设备(Machine Type Communication Devices,MTCDs)进行分组,并对组设定优先级,优先级高的组MTCDs优先分配接入资源。其次,利用到达时间的差异,识别出选择相同前导码的多个MTCDs,且在随后的接入过程中实现冲突MTCDs的功率复用。最后,基于TG-NORA-DT方案,提出一种资源分配方法,以实现在物理随机接入信道(Physical Random Access Channel,PRACH)和物理上行共享信道(Physical Uplink Shared Channel,PUSCH)间的资源合理分配。仿真结果表明,与正交随机接入数据传输协议(Orthogonal Random Access and Data Transmission Protocol,ORADTP)和非正交随机接入的数据传输(Non-Orthogonal Random Access-Data Transmission,NORA-DT)方案相比,TG-NORA-DT方案提高了系统吞吐量和资源利用率,降低了前导码冲突概率,其中资源利用率提高了20%以上。     

基于功率退避的MAC协议优化算法

针对多跳稠密的移动Ad hoc网络面临的网络生存时间、无线资源利用效率以及时延要求等问题,提出一种新的功率控制MAC协议,该协议在功率退避基础上结合改进的时间退避机制,采用较灵活的竞争窗口调节方法有效地缓解冲突。仿真结果表明,该协议可以减少移动节点消耗的功率,提高节点的能量利用效率和系统的吞吐量性能。     

基于功率控制和冲突避免的无线Mesh网络低能耗MAC协议

为了解决IEEE 802.11协议在无线Mesh网络中能量利用效率低的问题,提出一种改进的低能耗MAC协议PCCA。PCCA协议在IEEE 802.11协议的基础上加入两个核心算法,即动态功率控制算法(DPCA)和冲突避免算法(CAA),以此降低能耗。DPCA通过接收节点计算发送节点所需的最佳发射功率,降低数据发送的能耗;CAA利用邻居通信状态表对潜在的冲突进行判断,让可能引起冲突的节点进入休眠以节约能量。仿真结果表明PCCA协议最多可降低约20%的能耗。     

WSN中基于链路质量和节点能量的AODV路由算法研究

为了满足无线传感网络能量的高效使用以及数据传输的稳定性的要求,需要对无线传感网络路由层协议进行改进。本文提出一种基于节点之间链路质量和节点能量状态的LE-AODV路由协议,LE-AODV路由协议采用跨层设计,路由发现过程中通过MAC层和物理层获取链路质量信息和节点能量信息来选取最优路径,并通过节点能量状态更新机制避免网络中热点的产生。本文使用Castalia仿真器对LE-AODV路由协议进行仿真,仿真结果表明,LE-AODV路由协议可以有效的提高分组投递率和网络生存时间。     

一种H2H和M2M混合场景下的前导码资源动态分配机制

在H2H和M2M混合场景下,随着大规模M2M(Machine-to-Machine)设备接入网络,受限于有限的接入前导码资源,H2H(Human-to-Human)用户的接入成功率会大幅降低。针对此问题,提出了一种H2H和M2M混合场景下的前导码资源动态分配机制。在满足H2H平均接入时延要求的情况下,动态调整分配给M2M设备的前导码资源数量,然后根据分配的资源数量,自适应调整每个随机接入子帧内参与竞争的M2M设备数量,最大化M2M设备的接入效率。对M2M设备接入成功率及H2H平均接入时延进行仿真,结果表明所提方法相比固定资源分配机制,在H2H平均访问时延较低的情况下,明显提高了M2M设备的接入成功率。     

基于有序竞争的传感器网络MAC协议

在定向扩散路由无线传感器网络中,为减轻竞争型MAC协议CSMA/CD的碰撞冲突问题,以及减小MAC协议引入的时延,对CSMA/CD协议进行改进,提出基于定向扩散与有序竞争的传感器网络MAC协议,即CSMA/CD-DDOC,通过将同跳梯度层次内的转发节点进行分组后实施各分组对共享信道的有序竞争,减少同时争用信道的节点数目,以达到减少碰撞和减小时延的目的。理论分析和仿真结果表明,CSMA/CD-DDOC协议具有优于CSMA/CD协议的时延性能。     

移动Ad Hoc网络中基于ID的信道预约多址接入协议

为了在移动ad hoc网络中有效利用无线信道资源,提出一种基于ID的信道预约(ID-based channel reservation,简称IDBCR)多址接入协议.该协议在公共信道上发送Request-To-Send/Clear-To-Send(RTS/CTS)分组实现握手,采用基于节点ID的信道选择方案选择无冲突的业务信道传输数据分组,目的节点成功接收完数据分组后在另一个公共信道上回复acknowledgment(ACK)分组,有效避免了暴露终端问题.最后,仿真实现了IDBCR协议,并与CAM-MAC(cooperative asynchronous multi-channel MAC)多信道协议比较.结果表明,在总信道利用率、平均信道利用率和平均分组延迟性能上,IDBCR多址接入协议明显优于CAM-MAC协议.     

移动自组网多速率MAC协议吞吐量分析及优化

针对移动自组网（MANET）多速率媒体接入控制（MAC）协议吞吐量和公平性偏低问题,推导不同发送速率节点吞吐量表达式,定量分析限制协议性能的关键在于低速率节点和高速率节点信道占用时间的不公平性。基于时间公平性最大化考量,在不影响低速率节点性能的前提下,提出低速率节点竞争窗口和分组长度最优化两种机制,最大化高速率节点吞吐量,使网络饱和吞吐量最优。实验结果表明,发送速率为1 Mb/s和11 Mb/s且Jain公平索引值最大时,低速竞争窗口仿真和理论最优值为320和340,分组长度为64 B和60 B,且低速节点吞吐量基本不变,但饱和吞吐量理论值比仿真时高0.2~0.5 Mb/s,公平性和吞吐量均得到改善。     

联合空时需求预留和功率控制的MAC协议

提出了一种应用于移动Ad Hoc网络中的联合空时预留和功率控制MAC协议.它通过对信道时间和空间资源预留更为精确的估计优化了可用的信道资源,提高了信道的空间利用率,降低了碰撞冲突的概率.因为物理层头部采用最低的速率进行传输,把这种时空估计信息嵌在物理层帧头部,可以把信息传播到更多更远的邻节点,减少了碰撞的概率.同时结合功率控制技术对数据包传输功率进行控制,降低了节点的能量消耗.通过仿真与IEEE 802.11 MAC协议进行比较,该协议提高了系统的吞吐量,移动节点功率消耗明显降低,节点的能量利用效率得到提高.     

基于多蚁群算法的无线传感器网络路由的跨层设计

针对事件驱动型无线传感器网络对数据传输的强实时性和高可靠性的要求,将统计获得的节点接入效率和负载队列长度等MAC层状态信息作为路由度量参数。考虑到蚂蚁网络算法在重负荷网络中存在传输延迟大、聚合速度慢等缺陷,提出了一种基于多蚁群算法的负载感知和高效接入的跨层路由协议,该协议把节点的单跳延迟、负载及带宽接入效率等参数作为路径的启发值进行路由优化。仿真结果表明,基于多蚁群算法的路由协议能够保证数据传输的实时性,能够实现无线传感器网络的拥塞控制及负载平衡。     

新的太赫兹超高速无线网络媒体访问控制协议

针对现有无线网络媒体访问控制(MAC)协议难以在太赫兹（THz）载频条件下实现10Gbps级别超高速无线接入的问题,提出一种新的太赫兹超高速无线网络MAC协议——MAC-T。MAC-T设计了新的时分多路访问(TDMA)+载波侦听多路访问(CSMA)自适应混合MAC接入机制和一种新的超帧结构,并定义了对应于太赫兹通信的关键参数,从而使最大数据传输速率达到10Gbps以上。理论分析和仿真结果表明：MAC-T协议能够在太赫兹无线网络中正常运行,数据传输速率达到了18.3Gbps,是IEEE 802.15.3c标准定义的最大速率5.78Gbps的2.16倍,数据帧的平均接入时延约为0.0044s,性能相对于IEEE 802.15.3c标准提高了42.1%,从而在MAC协议方面为太赫兹超高速无线网络的研究和应用提供了有力支撑。     

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     

基于进化博弈论的水声传感器网络介质访问控制协议

为降低水声传感器网络低带宽、高延迟的特性对介质访问控制(MAC)层性能的影响,提出一种基于进化博弈论的MAC协议。该协议中,每个传感器节点可以采用空间复用和时间复用两种策略,并利用复制动力学方程得到进化稳定策略,达到进化稳定均衡,提高信道利用率和数据传输效率,进而实现MAC协议的性能优化。仿真实验结果表明,与传统的水声传感器网络MAC协议相比,基于进化博弈论的MAC协议可以提高网络吞吐量以及数据包发送成功率。     

基于能量采集的分布式时分多址协议

纳米节点利用太赫兹通信能获得极高的传输速率,节点间的通信以及协调访问太赫兹信道都需要媒质接入控制(medium access control, MAC)协议．由于太赫兹信道的分子吸收噪声和纳米设备资源受限等特性,经典的MAC协议已不再适用.针对基于时域扩展开关键控(time spread on-off keying, TS-OOK)的太赫兹传感器网络的数据传输存在连续碰撞的问题以及纳米节点能量非常有限的问题,提出一种基于能量采集的分布式时分多址协议(distributed energy harvesting-based time division multiple access, DEH-TDMA).该协议引入压电式纳米能量采集系统,首先将纳米节点剩余能量和缓存区的数据包数量作为状态信息构建Markov决策过程模型,并根据节点的数据包传输量和能耗来设计收益函数,然后求解出最优策略,最终纳米节点根据自身状态和最优策略动态接入信道.仿真结果表明该协议在延长网络生命周期方面存在优势.     

无线传感器SMAC协议竞争退避机制分析及优化

针对无线传感器网络能量受限和退避时采用固定竞争窗口的特点,提出了一种基于节点剩余能量和信道冲突次数的MAC协议（EC—SMAC）．该协议改进了SMAC的竞争退避机制,根据节点剩余能量和信道冲突次数来动态的调整竞争窗口,减少传输节点之间的冲突,从而使全网负载均衡,同时延长网络生命周期．仿真实验表明：在保证网络吞吐量和时延稳定的前提下,平均延长了7％的网络生命周期．     

一种适于Ad Hoc网络的改进型MAC协议

AdHoc网络在很多重要领域有着广泛的应用,而AdHoc网络的信道访问控制（MAC）协议对AdHoc网络的运行和性能具有重要影响。该文针对AdHoc网络对业务流量均衡性和QoS保障机制的要求,提出了一种基于TDMA的改进型MAC协议——E—AGENT协议。该协议采用一种新的帧结构,由时隙竞争列表获得两跳范围内的邻节点信息,避免节点间的冲突,通过竞争判决列表实现动态时隙分配,提高了信道利用率,较好的均衡了负载。仿真结果表明,与AGENT协议相比,该协议在平均分组延迟以及分组传输成功率等性能上都有明显提高。     

基于减少偷听的IEEE 802.15.4网络节点能耗降低方法*

为了优化IEEE 802.15.4 MAC协议能耗性能,针对IEEE 802.15.4 MAC协议存在的空闲偷听现象浪费节点能量问题,提出一种基于减少偷听的降耗方法：节点于超帧竞争接入时期内的退避时期适时地进入休眠状态。应用该方法建立了IEEE 802.15.4 MAC时隙CSMA/CA机制的Markov模型,并对模型进行了数学推导。基于本模型,对网络节点平均能耗进行了数学分析。理论分析和仿真结果表明,该模型有效地降低了节点的平均能量消耗和空闲偷听时间,协议性能得到有效改善。