基于压缩感知的水下传感器网络预约多址接入协议

相比于陆地无线传感器网络, 水下传感器网络拥有更大的传播时延, 导致许多已经比较成熟的MAC协议不能直接应用于水下。提出了基于压缩感知的水下传感器网络预约多址接入协议, 充分利用水下环境中的长传播时延, 使网络中各节点能够在时间和空间上对信道资源进行共用, 实现多个用户同时进行信道预约, 提高了信道的利用率。在考虑多用户分集基础上, 该协议使成功预约到信道的用户可以利用有限的全部带宽资源进行高速传输, 以此来提高整个网络的吞吐性能。仿真结果表明, 与传统的RTS/CTS方案相比, 该协议具有更高效的信道预约能力, 更高的数据传输效率, 以及更好的吞吐性能。     

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。     

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.     

基于预约和反馈的无线传感器网络MAC协议研究

针对无线传感器网络中对通信实时性要求较高的应用环境,引入信道预约机制和反馈机制到S-MAC协议,提出了一种低时延的RF-MAC协议。该协议在有数据需要发送时先预约信道,各节点根据预约时间表进行数据传输。采用在数据传输过程中向源节点发送反馈信息的方法,实现后续数据的提前发送。通过仿真实验表明:RF-MAC协议有效地降低了数据传输的时延,同时改善了丢包率和网络吞吐量。     

无线多媒体传感器网络实时MAC协议

实时性是无线多媒体传感器网络的重要考虑因素之一,而MAC协议能否高效地使用无线信道对保障无线多媒体传感器网络的实时性起着决定性作用。针对无线多媒体传感器网络的业务数据特点,提出了一种基于时隙预留的多信道实时MAC协议。该协议在响应流媒体查询之前,事先建立一条从源节点到汇聚节点的时隙预留流路径,从而最小化数据包在每一次转发时的信道接入时延。仿真结果表明,该协议明显减小了流媒体数据的端到端时延与时延抖动,并且具有较好的能量有效性。     

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.     

基于时隙CSMA的水声无线传感器网络节能强化学习算法

针对水声无线传感器网络的节能问题,提出了一种基于时隙CSMA的强化学习算法;该算法利用强化学习协议自适应水下环境,根据数据传输的距离调整发射功率,从而减少能量消耗,再结合时隙CSMA协议,使用随机退避算法减少信道中的数据碰撞,使得重发的数据包数量减少,节省能量;为验证算法的有效性,仿真实现了该算法,结果表明,该算法能够有效减少能耗,并延长网络寿命。     

一种IEEE 802.11接入机制的新退避算法

无线传感器网络采用类似开放式系统互联模型的协议栈,作为第一个完全针对无线传感网络设计的MAC协议,S-MAC采用了IEEE802.11DCF的接入机制。本文在分析了IEEE802.11协议的二进制指数退避算法(BEB),以及倍数增线性减退避算法(MILD)后,提出了一种基于网络性能指标的新退避算法。新算法将无线信道中的时隙利用率映射网络性能指标传输概率,对网络中连续两次发送的时隙利用率进行平均滤波处理,改变重传节点的发送优先级,来调整节点在竞争使用窗口的退避值,以达到有效减少网络的碰撞、提高无线信道的使用效率和网络吞吐率的目的。仿真结果表明,新退避算法能更准确地估计网络当前的竞争状态,有效地提高了网络吞吐率,获得较好的网络性能。     

支持多媒体业务的新型无线多跳网络MAC协议*

提出了一种单信道无线多跳网络同步媒体接入控制协议—M-TDMA。基于信道预约,协议采用分类调度机制以满足多媒体业务中各类业务的服务质量需求。协议采用信道使用列表（CUL）、预约控制时隙、划分竞争期和非竞争期等措施维护预约信道,降低分组冲突率,提高信道使用率。分析结果表明,协议在保证分组传输可靠性的同时,传输时延较低,能够较好地支持多媒体业务的服务质量需求。     

基于部分可观测马尔可夫决策过程的水声传感器网络介质访问控制协议

针对水声传感器网络低带宽、高延迟特性造成的空时不确定性以及网络状态不能充分观察的问题,提出一种基于部分可观测马尔可夫决策过程(POMDP)的水声传感器网络介质访问控制协议.该协议首先将每个传感器节点的链路质量和剩余能量划分为多个离散等级来表达节点的状态信息.此后,接收节点通过信道状态观测和接入动作的历史信息对信道的占用概率进行预测,从而得出发送节点的信道最优调度策略;发送节点按照该策略中的调度序列在各自所分配的时隙内依次与接收节点进行通信,传输数据包.通信完成后,相关节点根据网络转移概率的统计量估计下一个时隙的状态.仿真实验表明,与传统的水声传感器网络介质访问控制协议相比,基于POMDP的介质访问控制协议可以提高数据包传输成功率和网络吞吐量,并且降低网络的能量消耗.     

SA-MAC: Self-Stabilizing Adaptive MAC Protocol for Wireless Sensor Networks

A common method of prolonging the lifetime of wireless sensor networks is to use low power duty cycling protocol. Existing protocols consist of two categories: sender-initiated and receiver-initiated. In this paper, we present SAMAC, a self-stabilizing adaptive MAC protocol for wireless sensor networks. SA-MAC dynamically adjusts the transmission time-slot, waking up time-slot, and packet detection pattern according to current network working condition, such as packet length and wake-up patterns of neighboring nodes. In the long run, every sensor node will find its own transmission phase so that the network will enter a stable stage when the network load and qualities are static. We conduct extensive experiments to evaluate the energy consumption, packet reception rate of SA-MAC in real sensor networking systems. Our results indicate that SA-MAC outperforms other existing protocols.     

无线传感器网中基于加权负载的时隙调度算法

针对无线传感器网络MAC协议,提出了一种能量有效的自适应时隙调度算法EATA。算法基于簇结构，由簇首根据节点加权通信负载动态调度各节点占空比，减少节点的空闲侦听时间；并通过动态调节时隙更新频率和顺序以降低时隙划分的能量和时间代价。仿真表明，在控制数据包时延的前提下，算法有效地提高了网络能量有效性，延长了网络生存周期。     

三维网络拓扑结构的水声传感器网络MAC协议

水声传感器网络Underwater Acoustic Sensor Network(UWASN)由于其广阔的应用前景,近年来逐渐被人们关注。然而由于水下环境的限制性,水声传感器网络具有其一些独特性。例如,与二维的陆地传感器网络不同,水声传感器网络是三维的。如今,现有的介质访问控制Medium Access Control(MAC)协议大多是针对二维无线传感网络,很少有基于三维水声传感器网络的 MAC 协议。针对水下三维网络,提出了基于三维网络拓扑结构的水声传感器网络 MAC 协议。该协议将网络中的节点生成树结构,并利用子节点与父节点之间的关系,通过动态节点算法实现三维动态的水声传感器网络。此外,详细分析了节点间的碰撞并有效解决各种碰撞,从而大大提高了信道利用率。通过仿真软件对比不同协议在同一网络拓扑中的实验结果,证实文中协议能够有效节约大量能源。     

基于簇的水声传感器网络的安全认证协议

近年来,基于簇的水声传感器网络得到广泛应用。由于水声传感器多用于军事行业,使得提高水声传感器网络的安全性变得十分重要。针对提高水声传感器网络安全性这一问题,提出了结合ECC Diffie-Hellman密钥交换、一元高阶多项式、双线性映射和哈希函数的安全认证协议。经过分析,该协议满足了认证、访问控制、数据保密性、数据完整性和不可否认性等安全需求。结合BAN逻辑进行形式化分析,证明该协议是安全的;同时,将协议的两个阶段分别与同类型认证协议进行对比,实验结果表明,所提协议的性能在时间或者空间上有所提升。     

基于概率的水下传感器网络CDMA编码分配算法

水下传感器网络采用声波进行通信,具有高时延、低带宽、高误码率等特点,使得适用于无线电信道的MAC协议无法直接应用于水声信道,给水下传感器网络协议的设计带来了很大的挑战．因此,我们提出了一种可以较高概率避免扩频码冲突的分布式的基于概率的水下传感器网络CDMA编码动态分配算法．该算法不需要精确的时间同步,并且能够动态适应水下传感器网络拓扑结构的变化,适用于基于发送端的编码分配和基于接收端的编码分配．仿真实验表明,与传统的编码分配方式相比,我们的算法突出了节点的个性化,进一步降低了冲突的风险．     

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,同时为得到最大网络吞吐量,给出最优退避窗口值的理论表达式。仿真结果表明,与RC-FAMA、S-FAMA等协议相比,该协议能有效提高水声传感网络的吞吐量,降低传输冲突,从而延长水下节点的工作时间。     

一种可调节转发区域的水下传感器路由

水下无线传感器网络路由是水下物联网重要组成部分,可靠高效节能是水下无线传感器网络路由最关心的问题;针对水下无线传感器网络节点路由中能量消耗不均衡和过多冗余转发增加能耗而导致水下无线传感器网络生存周期缩短的问题,提出一种可调节转发区域的水下传感器路由协议(ESAFDBR);ESAFDBR路由协议考虑了当前节点深度和剩余能量,还考虑节点两跳邻域内信息,以这种方式有效减少网络遇到空洞的可能性,平衡网络能量;此外,为抑制冗余节点参与转发,设计划分转发区域,并可根据节点密集程度自适应调整划分区域,有效地提高网络性能.     

三维水声传感器网络中高效路由协议的研究

近年来,三维水声传感器网络在学术界和工业界引起了极大的关注.在被监测海域部署三维水声传感器网络,可以解决二维水声传感器网络节点无法充分观测的问题.为了实现三维水声传感器网络在新环境中的水下监测,需要解决一系列的问题.其中,由于监测区域环境的限制以及水声传感器节点的特殊性,需要设计高效的路由协议来保证数据包在各节点之间正确转发.首先提出一种基本地理位置路由协议.在此基础上,设计一种自适应路由协议,以较好地适应三维水声传感器网络中部分节点失效的情况.通过仿真实验发现,自适应路由协议可以在数据包传送率、端到端延时和网络吞吐量指标上达到平衡,而基本地理位置路由协议在端到端延时指标上可获得更好的性能.     

无线传感器网中基于时隙轮循的串音控制策略

提出了一种基于时隙轮循的无线传感器网络MAC协议串音控制策略。此策略以簇结构组织网络,由簇头为簇内节点分配互不重叠的工作时隙,并以自带信令的方式来避免节点之间可能的串音。理论分析及仿真表明采用时隙轮循的串音控制策略有效地减少了节点间的串音,提高了无线传感器网络MAC协议的能量有效性。