非时隙CSMA/CA性能分析与研究

通过对基于IEEE802.15.4的无线传感网络的非时隙CSMA/CA的算法进行分析,建立了适合于大部分无线传感网络实际应用的具有单步转移概率分布的离散马尔可夫链模型。并给出了在该模型下数据包延时、退避次数两个主要的网络性能评价指标的计算公式。最后通过仿真实验分析了CSMA/CA 算法的三个网络参数对系统性能的影响。     

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IEEE 802.11网络多信道MAC性能建模与分析

IEEE 802.11动态频谱接入网络是当前协议和模型在无线网络研究中一直受到广泛的关注.虽然它的物理层支持多信道,但其MAC层对多信道的支持仍面临挑战.目前的多信道MAC研究大多基于仿真实验,缺乏性能分析模型.本文设计了一种简单通用的信道切换机制,将IEEE802.11MAC扩展成为一种多信道MAC.本文提出了三维马尔可夫链分析模型描述多信道MAC性能,刻画单信道内重传次数和多信道间切换对性能的影响,支持基本和RTS/CTS两种接入方式.仿真结果表明,该多信道MAC模型能够很好地预测系统的饱和吞吐量,系统性能随着重传次数的增加能得到提高,而切换信道数量的增加并不能总是带来性能的提高.     

无线局域网EDCA机制MAC接入延时分析

提出一种分析模型,基于信号流图和母函数方法分析了无线局域网中EDCA(enhanced distribution channel access)机制的MAC(medium access control)接入延时.得到了MAC接入延时的概率分布和相关的数字特征,包括接入延时的均值、方差、标准差和变异系数.仿真结果与模型的分析结果吻合良好,验证了模型和计算方法的正确性.进一步分析了各类AC(access category)的发送概率、碰撞概率、挂起概率和延时均值随终端数目变化的规律;分析了MAC接入延时的成因;指出了AIFS(arbitration inter frame spacing)值对MAC接入延时的影响;指出接入延时的变异系数大于1,因此,采用负指数分布作为MAC接入延时的近似分布,会错误地估计系统的服务能力.     

一种异步自适应无线传感器网络MAC协议

针对无线传感器网络低能耗、低延时的特点,提出一种异步自适应MAC协议:AA-MAC.该协议缩短了无线传感器网络MAC协议中异步唤醒方式的前导帧长度,同时采用自适应监听来减少数据发送延时.通过在NS2上的仿真模拟比较,发现AA-MAC相对于同类型的MAC协议有更好的节能效果和更短的延时,因此AA-MAC能更适合无线传感器网络的要求.     

基于延时预测的模型状态反馈网络控制方法

网络延时的存在不仅会使控制系统的动、静态性能变差,还可能会破坏系统的稳定性,造成既有控制方法的失效。针对带有随机延时的网络控制系统,提出了一种基于网络延时实时预测和系统状态逼近的控制方法。首先,建立无延时的理想控制系统模型作为标准控制系统模型;其次,应用基于隐马尔可夫模型(HMMs)的延时预测算法预测网络延时,该方法能够实时自适应学习,以适应网络负载情况的变化,得到更符合实际情况的延时预测值;最后,根据网络延时的预测值、实际网络控制系统与标准控制系统模型的状态之差,来调整控制信号,从而使实际网络控制系统的状态与标准控制系统模型接近、甚至相等,达到期望的控制效果。数字仿真结果表明,这一方法是可行的,能够获得更加快速的动态性能和稳定的静态性能。     

基于Aqua-Sim的水声传感器网络MAC层协议分析

分析了水声传感器网络中MAC层协议的特点和分类.利用基于NS2的Aqua-Sim水声网络仿真模拟软件仿真了Broadcast MAC协议和R-MAC协议在五个节点的集中式拓扑结构的水声传感器网络中的传输过程,分析比较了两种协议在平均数据包延时、平均能量消耗以及平均吞吐量上的异同.得出在集中式拓扑结构的水声传感器子网中,Broadcast MAC协议更适合于要求较高吞吐量的应用环境,而R-MAC协议更适合于在能量消耗方面有严格要求的应用环境.     

基于CSMA/CD以太网的军事通信网实时性分析

目前基于以太网的军事通信网架构下,CSMA/CD接入方式端到端的网络时延不确定性问题严重影响了将以太网作为军事通信网络通用标准的决心;利用排队论原理,对以太网MAC传输进行了模型分析,根据IEEE802.3标准规范和二进制回退算法的具体实现,推导出了以太网网络MAC层CSMA/CD接入造成的时延及其概率分布的计算方案;通过对MAC层延时的定量分析,比较军事通信网传输作业对于网络实时性的要求可知,基于CSMA/CD的以太网网络完全符合当前以及未来军事通信的对于实时性的要求;最后,利用基于Matlab的网络仿真模块TrueTime进行建模仿真,验证了算法的正确性。     

一种高效的水下传感器网络MAC协议

水声信道具有窄带宽、高传播延时等特点,为有效减少水声信道冲突,信道预约型MAC协议成为水下传感器网络的首要选择.通过分析信道预约型MAC协议节点在高负载网络条件下的RTS-CTS控制包的交换过程,给出了多个节点对同时取得信道使用权成立条件,设计了一种在一次RTS-CTS握手后,拥有信道使用权的多个节点对依次进行无碰撞数据传输的MAC协议.最后通过仿真实验验证协议的性能,结果表明:该协议具有更高的网络吞吐量和更低的网络时延.     

CB-MAC：低延时可靠传输的无线传感器网络MAC协议

针对无线传感器网络中周期性睡眠唤醒调度类MAC协议的延时问题，通过对多跳网络环境中端到端的数据传输延时的分析，提出了一种新型的能快速转发的无线传感器网络MAC协议CB-MAC（Cut-throughB-MAC）。CB—MAC消除了两次传输之间的等待延时，实现了数据的多跳连续转发。协议采用RTS-CTS机制实现了链路层的可靠传输，同时解决了加入控制报文而带来报文开销相对较大的问题。模拟结果表明，在多跳通信下，CS-MAC在报文平均延迟和能耗方面的性能都有较大提高。     

车载自组织网络协作MAC协议研究

车载自组织网络(Vehicular Ad Hoc Network,VANET)的关键技术之一就是 设计一个高效的媒体接入控制(Medium Access Control,MAC)协议。MAC协议因对网络的吞吐量、时延和丢包率等具有重大影响而成为研究热点。针对车载自组织网络对MAC协议的特殊性要求,提出了一种基于协作方案的TDMA MAC协议,即C-TDMA MAC。该协议中,当源节点到目的节点间直接传输失败时,其邻近辅助节点利用未被预留的时隙协作重传其先前侦听到的数据包到目的节点,而不影响其它数据包的正常传输。数值分析和仿真结果表明,所提出的协议提高了数据包成功传输的概率。     

IEEE 802.11无线局域网的TCP性能分析和改进

在分析IEEE 802.11无线局域网媒体接入控制（MAC）协议和传输控制协议（TCP）性能的基础上,提出了改进的MAC协议：BDCF.IEEE 802.11分布式协调功能（DCF）只支持前向数据传输,即数据帧只能由发送方传送到接收方.BDCF利用IEEE 802.11点协调功能（PCF）提供的数据帧格式,可以实现信息的双向传输,即收发双方相互交换数据帧.因此BDCF更适合传输面向连接的TCP业务.BDCF与IEEE 802.11完全兼容.仿真结果表明：BDCF可以提高网络吞吐量和降低数据帧的时延,理论分析结果基本准确.     

WLAN中MAC协议性能分析研究

对媒体接入控制(Media Access Control,MAC)协议进行性能分析,可以深入理解MAC协议的操作特点,发现吞吐量、数据包时延与丢失等性能遭受影响的本质原因。对当前马尔可夫链性能分析法加以详细地分析与总结,分别阐述了无线局域网络中分布式协调功能和增强的分布式信道接入两种MAC协议的性能分析研究工作。对进一步的研究工作进行了分析与展望。     

无线传感器网络S-MAC协议性能研究

提出一种二维Markov链模型用于S-MAC协议的性能分析与评价。该模型利用信号流图和母函数的方法分析S-MAC协议的介质访问控制(MAC)服务时延,结合M/G/1/K排队模型分析S-MAC协议在非饱和负载下的性能。仿真实验和数值分析结果证明该模型可以较好地描述S-MAC的接入方式。     

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。     

水声传感器网络中基于改进时分多址技术的MAC协议

海洋信道信号传输条件恶劣,水声传感器网络(UASN)的媒体访问控制协议（MAC）要能可靠且有效的工作面临极大的挑战。针对水下分组转发高传输延时和延时的起伏特性,提出了一个利用改进时分多址技术的媒体访问控制协议(W-MAC)。W-MAC通过简化的信号传输同步过程,利用“延缓时间”作为节点的实际数据传送时间,采用具有睡眠策略的监测时间来避免数据碰撞等一系列措施,使W-MAC协议在适应复杂的水下信号传送环境的同时,把能量开销限制在一个合理的水平。仿真实验表明,在水声信道条件下该协议可有效地改善网络性能。     

多跳吞吐量分析及邻节点实时估计算法设计

针对媒体接入控制（MAC）协议吞吐量理论分析中单跳性、静态性不足,提出一种面向移动自组网（MANET）的多跳分析模型,并设计了邻节点实时估计算法。首先,基于二维离散时间马尔可夫链（DTMC）吞吐量模型,定义距离参数欧实比（ERR）,建立泊松网络（PN）分布时多跳吞吐量分析模型;其次,定性分析理论与仿真误差的原因之一在于邻节点的动态性,即模型缺乏移动性考虑;然后,基于卡尔曼滤波算法,定义系统状态更新规则和测量规则,设计一种与泊松节点分布、随机行走模型相适应的邻节点实时估计算法;最后,对比分析多跳吞吐量分析模型的性能。实验结果表明,虽引入0.13 s计算时延,但在吞吐量方面,其精度提高了8%,实现了理论分析模型的多跳扩展和移动性考量。     

一种改进的模型算法控制

本文提出一种改进的模型算法控制。改进模型算法控制将常规模型算法控制中的系统输出预测方程改为一种状态空间描述形式,用现代控制理论来分析研究模型算法控制系统。改进模型算法控制的在线预测计算量比常规方法大为减少,而且系统性能也有改善。最后给出用改进方法控制一个实验液位系统的结果。     

A comparative study on popular MAC protocols for mixed Wireless Sensor Networks: From implementation viewpoint

Sensors cooperate and coordinate with each other to disseminate sensed data in the network. In establishing coordination among sensors such that they can access the shared wireless medium, Medium Access Control (MAC) protocol plays an important role. In this article, we presented an analytical study on some popular MAC protocols for Wireless Sensor Networks (WSNs). Based on the design techniques, MAC protocols for WSNs are classified into two main categories: single-layer and cross-layer. MAC protocols such as S-MAC, T-MAC, B-MAC and X-MAC are selected to study the design approaches of single-layer genre. BoX-MAC-1 and BoX-MAC-2 are selected to analyze cross-layer design approaches. This survey paper aims at reporting an implementation viewpoint of different design approaches of MAC protocols in WSN. We have considered mixed WSNs that exhibits node movement (e.g., static, mobile) and changes in communication medium (e.g., air, water). Representative protocols are implemented in Castalia simulator and evaluated on the basis of important performance metrics such as energy consumption, network lifetime, throughput and end-to-end delay. The merits and demerits of different protocols are also compared.