降低控制开销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双信道媒体访问控制(Medium Access Control, MAC)协议在节点需要双向通信时采用半双工通信方式和对于已通信过的节点再次通信且位置未发生改变时信息控制开销较大而影响网络性能的问题,提出一种低控制开销的太赫兹无线个域网双信道MAC协议(Low Control Overhead dual-channel MAC protocol, LCO-MAC).LCO-MAC协议通过在通信双方节点同时有向对方发送数据的需求时,采用点对点全双工通信机制通过一次信息控制帧的交互完成信道预约和自适应省略允许发送帧/测试帧机制,降低信息交互过程的控制开销,提高吞吐量来提升网络性能.仿真结果表明,与TAB-MAC协议和EF-MAC协议相比,本文所提出的协议信息控制开销降低了至少12.6%、网络吞吐量和信道利用率提升分别不少于11.3%和12%.     

一种快速高效的太赫兹无线个域网定向MAC协议

太赫兹无线个域网是一种新型的无需基础设施的中心式网络,支持10 Gb/s～1 Tb/s的数据传输速率,具有广泛的应用前景。针对现有太赫兹无线个域网MAC协议和高效的太赫兹无线个域网定向MAC协议ED-MAC(Efficient Directional MAC protocol)存在节点间波束赋形训练开销大、耗时长的问题,对无线个域网内设备处于静止状态下的场景,提出一种快速高效的太赫兹无线个域网定向MAC协议FE-MAC(Fast and Efficient MAC protocol)。通过仿真验证,将提出的FE-MAC协议与基于802.15.3c的太赫兹MAC协议和ED-MAC协议进行性能对比,能够有效降低节点间数据发送时延,提高网络吞吐量。     

太赫兹网络场景下节点移动感知的定向MAC协议

在太赫兹无线个域网中,通常会配备定向天线以延长网络设备数据传输距离,但在使用定向天线时存在节点发现困难、动态场景下节点位置难以预知等问题.针对太赫兹网络场景,基于IEEE802.15.3c高速网络MAC协议标准以及现有太赫兹定向MAC协议,提出一种节点移动感知的定向MAC(NMA-MAC)协议.通过微微网节点位置预知算法计算节点可能移动的位置,并将位置信息通过控制帧携带给其他节点,使节点之间能够更快传递彼此的位置信息.仿真结果表明,相比IEEE802.15.3c标准协议,NMA-MAC协议的吞吐量和传输成功率分别提高13.28％和4.58％,同时控制开销降低30.86％.     

太赫兹网络场景下节点移动感知的定向MAC协议

在太赫兹无线个域网中,通常会配备定向天线以延长网络设备数据传输距离,但在使用定向天线时存在节点发现困难、动态场景下节点位置难以预知等问题.针对太赫兹网络场景,基于IEEE802.15.3c高速网络MAC协议标准以及现有太赫兹定向MAC协议,提出一种节点移动感知的定向MAC(NMA-MAC)协议.通过微微网节点位置预知算法计算节点可能移动的位置,并将位置信息通过控制帧携带给其他节点,使节点之间能够更快传递彼此的位置信息.仿真结果表明,相比IEEE802.15.3c标准协议,NMA-MAC协议的吞吐量和传输成功率分别提高13.28％和4.58％,同时控制开销降低30.86％.     

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。     

基于MACAW的分簇轮转调度式水声传感网MAC协议

针对当前水声传感器网络长时延和低信道利用率的特点,改进传统的水声通信网MAC协议MACAW协议,设计出一种新型的分簇轮转调度式MAC协议CRD-MACAW协议。该协议通过网络初始化和网络动态更新对部署在网络中的传感器节点按照一定机制进行分簇,网络中的数据传输则分为簇内传输和簇间传输。簇内传输采用分簇时网络管理节点所分配的轮转顺序进行,节点与节点之间无需发送RTS帧和CTS帧;簇间传输则是通过各个簇首节点之间采用MACAW协议来进行的,最终网络数据汇聚到网络管理节点供分析使用。仿真结果表明,该协议与传统的MACAW协议相比,在网络节点增多、节点整体分布较为分散时,能够有效降低传输时延,提高信道利用率。     

高效高带宽利用率的太赫兹无线网络定向MAC协议

现有太赫兹无线定向网络中,随着网络规模的扩大,用于节点接入网络的Beacon帧长度不断变长,导致过多的控制开销;同时,由于定向天线的使用,中心控制节点需要在全方向各个扇区发送多个Beacon帧,随着扇区数目的增加,Beacon时段的长度和在整个超帧中的占比也会随着增加,由于超帧的长度是固定的,Beacon时段过长的时隙占用会导致更少的时隙用于传输数据,浪费信道资源.针对上述问题,本文提出一种高效高带宽利用率的太赫兹无线网络定向MAC协议—HEBU-MAC.本协议采用基于常短帧精简Beacon帧机制减少了Beacon帧的长度,采用基于常短时隙压缩基本时隙机制压缩基本时隙的长度,减少了Beacon时段的时隙占用,从而极大地降低了控制开销,提高了信道利用率.     

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...     

用于多跳无线传感器网络的能量有效数据转发协议

为了增加无线传感器网络的寿命,必须尽可能地节省节点的能量.节省能量最显著的方法就是在节点不参与数据传输时,使其无线模块处于睡眠状态.本文提出了一种适用于无线传感器网络的可靠、能量有效的数据传输（REEGF）协议.此协议通过使网络节点的唤醒模块工作于周期性的侦听/睡眠方式,当节点有数据业务时,利用节点的唤醒模块把节点的一跳邻居节点同步唤醒,确保数据被及时、可靠地发送.通过采用类似于RTS/CTS的控制信息交换方式和发送忙音, REEGF协议有效地避免了数据传输的隐藏和暴露终端问题.基于节点的位置, REEGF协议采用竞争的方式,选取朝着目标SINK节点前进距离最大的邻节点,作为中转接收节点,实现了路由、MAC和拓扑管理的有机结合,节省了节点的资源.分析表明,在网络节点密度适度的情况下, REEGF协议的可靠性、能量消耗和链路建立时延显著地优于文[8]提出的GeRaF协议.     

一种单信道无线传感器网络的隐藏终端和暴露终端问题解决方案

结合 GPS 技术提供的定位特点,采用跨层设计思想,提出了一种单信道多跳 WSN 网络的媒体访问控制协议。在协议的控制帧中携带路由信息和状态信息,根据这些信息,判断存在的暴露终端和隐藏终端,同时利用上游节点的 ACK 应答作为与下游节点的 RTS 握手,建立 CTS/DATA/ACK的三次交互机制。仿真表明,与已有的 IEEE802.11和 MACA-BI 等同类协议相比,该协议可有效解决隐藏终端和暴露终端问题,提高网络的吞吐量和端到端的延时,并降低网络的握手开销和控制帧的冲突概率。     

一种基于顺序定向RTS发射的Ad Hoc MAC协议

针对全向天线模式下无线通信数据网的不足,提出了一种新的基于顺序定向RTS发射的无线自组网媒体接入控制（MAC）协议。该协议在IEEE802.11的基础上引入顺序定向RTS发送机制,增大了传输空间的复用率和通信覆盖范围;利用在RTS/CTS帧头中携带定位信息的方式,解决了隐藏终端和盲节点等问题。仿真结果表明,该协议相比传统的IEEE802.11MAC协议而言,使得Ad hoc网络性能无论是在静止场景还是在移动场景条件下都得到显著的改善。     

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.     

LODMAC: Location Oriented Directional MAC protocol for FANETs

Flying Ad Hoc Network (FANET) is a novel mobile ad hoc network type where the communicating nodes are Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). FANETs promise many new ways for both civilian and military applications. Today, traditional omnidirectional antennas are deployed on UAV nodes which result in reduced spatial reuse and limited network capacity. Alternatively, deployment of directional antennas can significantly increase the capacity, spatial reuse and communication range of FANETs. In addition, being aware of the exact locations of the neighboring nodes in a FANET is vital especially for directional ad hoc multi-UAV scenarios. In this paper, we present a novel MAC protocol, LODMAC (Location Oriented Directional MAC), which incorporates the utilization of directional antennas and location estimation of the neighboring nodes within the MAC layer. By defining a new Busy to Send (BTS) packet along with the Request to Send (RTS) and Clear to Send (CTS) packets, LODMAC effectively addresses the well known directional deafness problem. In terms of throughput, utilization, average network delay and fairness, LODMAC protocol outperforms the well-known DMAC (Directional MAC) protocol which puts LODMAC to be a robust mile-stone for the on-coming FANET MAC protocols.     

移动Ad Hoc网络中应用智能天线的多址协议及其性能分析

对智能天线在移动Ad Hoc网络(MANET)中的应用进行研究．提出了自适应波束形成CSMA／CA(ABF—CSMA／CA)协议．该协议利用RTS／CTS对话实现信道预约；在RTs与CTS分组中设置了训练序列，收发节点的智能天线基于训练序列进行自适应波束形成以传输数据分组与ACK．提出改进的“虚拟载波监测”机制进行冲突避免(CA)．每个节点中设置两类网络分配矢量(NAV)，用一个oNAV记录邻节点以全向模式占用信道的时间，用多个bNAV分别记录各邻节点以波束形成模式传输分组的时间．推导了信道利用率的近似计算公式并进行了仿真，考察了节点传输距离、训练序列长度及天线模式切换时间对网络性能的影响．结果表明，ABF-CSMA／CA协议与智能天线的结合能有效实现信道的空分复用(SDMA)，显著提高整个网络的信道利用率．     

基于CDMA扩频码的无线组播协议的仿真

本文提出了一种基于CDMA扩频码的组播MAC协议,该协议对不同组播的数据使用不同的CDMA扩频码来传输,同时扩展了RTS控制帧、CTS控制帧和ACK控制帧的格式,使其能够为组播数据提供保障机制,以保证组播数据的可靠传递。仿真结果证明,相比于IEEE802．11MAC协议,该协议在网络吞吐量方面有了不错的提高,延迟方面也改进不少。     

无线 Ad hoc 网络和传感网络中基于位置的、可靠的无信标传输路由方法

Existing position-based routing algorithms, where packets are forwarded in the geographic direction of the destination, normally require that the forwarding node should know the positions of all neighbors in its transmission range. This information on direct neighbors is gained by observing beacon messages that each node sends out periodically. Several beaconless greedy routing schemes have been proposed recently. However, none of the existing beaconless schemes guarantee the delivery of packets. Moreover, they incur communication overhead by sending excessive control messages or by broadcasting data packets. In this paper, we describe how existing localized position based routing schemes that guarantee delivery can be made beaconless, while preserving the same routes. In our guaranteed delivery beaconless routing scheme, the next hop is selected through the use of control RTS/CTS messages and biased timeouts. In greedy mode, the neighbor closest to destination responds first. In recovery mode, nodes closer to the source will select shorter timeouts, so that other neighbors, overhearing CTS packets, can eliminate their own CTS packets if they realize that their link to the source is not part of Gabriel graph. Nodes also cancel their packets after receiving data message sent by source to the selected neighbor. We analyze the behavior of our scheme on our simulation environment assuming ideal MAC, following GOAFR+ and GFG routing schemes. Our results demonstrate low communication overhead in addition to guaranteed delivery.     

能量有效的无线传感器网络MAC协议

针对无线传感器网络中的隐终端和延迟问题,提出一种基于功率控制机制的改进MAC协议。节点在SMAC协议的基础上通过功率控制算法在每个节点所保存的功率等级表中动态地选择合适的功率值作为其发射功率,从而避免了隐终端和延迟问题。仿真结果表明,与SMAC协议相比,改进协议能提高网络的吞吐量,降低源节点到目的节点的端到端延迟。     

基于协作网络编码的高效媒体访问控制协议

针对Ad Hoc网络中现有的编码感知的协作MAC协议（NCAC-MAC）在选择协作中继节点时未考虑节点的传输能耗以及候选协作中继节点发送的控制消息不能使其他不在彼此通信范围内的候选节点放弃竞争而产生碰撞的问题,提出一种基于协作网络编码的高效媒体访问控制协议（HECNC-MAC）。该协议主要提出以下三个优化思路：首先,候选协作中继节点对其目的节点能否解码进行解码预判,减少参与竞争节点的同时保证其目的节点能成功解码;其次,在选择协作中继节点时综合考虑节点所需的传输能耗;最后,取消ETH（Eager To Help）控制消息,且目的节点通过伪广播的方式通告确认消息。理论分析与仿真结果表明,与载波侦听多路访问（CSMA）、Phoenix和NCAC-MAC相比,HECNC-MAC能够有效减少节点的能耗,降低数据包端到端时延,提高网络吞吐量。