移动自组网媒体接入控制协议吞吐量与公平性均衡设计

针对移动自组网媒体接入控制(MAC)协议高吞吐量、低公平性的失衡问题,提出一种基于最优接入概率的简化协议MAC-FT.首先推导公平条件下最优吞吐量与节点数、节点数与空闲接入概率的定量关系,设计空闲接入概率评估模型,利用李雅普诺夫漂移函数证明模型的可行性和稳定性;其次利用自回归滑动平均(ARMA) 模型滤波实现空闲时隙接入概率的计算,并通过比例积分控制器(PIC)完成动态控制;最后综合分析吞吐量和公平性等性能.实验结果表明MAC-FT公平索引值为0.98,吞吐量为6.15 Mb/s,接近最优值1和5.85 Mb/s,比渐进最佳回退(AOB)、空闲感知(IS)、协议分布式协调(DCF)、改进协议启发式缓变协议(GDCF)性能更优,实现吞吐量和公平性的均衡.     

多速率最优竞争窗口的WLAN退避算法

在对原有的IEEE 802.11 DCF多速率退避算法研究的基础上,提出了基于多速率的最优竞争窗口退避算法（Multi-rate Optimized Contention Window algorithm,MOCW）。该算法的核心思想是在多速率时间公平性的基础上,利用理论上的最优窗口值作为节点的初始窗口值,以此来减小多节点同时发送数据时的碰撞概率。仿真实验表明,该算法在饱和状态下,无论在时间公平性还是系统吞吐量的性能上都有所提高。     

差错信道下无线局域网的自适应MAC协议

深入分析了差错信道下802.11DCF在饱和状态下的条件冲突概率对吞吐量的影响.研究表明,在基本接入模式下,对于给定的网络配置,存在最优的条件冲突概率使饱和吞吐量最大,并且该最优值近似与站点数、误码率及分组负载长度(100～4000B)无关.在此基础上,提出一种信道自适应MAC协议,其中主要包括竞争窗口调整方法和帧长控制机制,前者主要通过调节竞争窗口使条件冲突概率接近最优值,后者根据信道的误码率选择最优帧长.分析和仿真结果表明,与标准DCF及其优化算法(SBEB和OPL)相比较,该协议在差错信道下不仅能有效改善吞吐量,同时对信道与负载条件的变化表现出良好的适应能力.     

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。     

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。     

基于异构竞争窗口优化的水下传感器网络MAC协议

传统水下传感器网络的MAC协议具有能耗过大、带宽资源不足等缺点,通过研究基于竞争窗口CW(Contention Win-dow)的CW-MAC协议无法完全保障信道利用公平性的缺陷,提出了两种基于异构竞争窗口优化策略的HCW-MAC协议,根据传感器节点的欧式距离差异对各节点所分配CW值的进行优化调整.本文采用NS-3仿真平台对CW-MAC与HCW-MAC协议分别进行了仿真比较,仿真结果验证了HCW-MAC协议的吞吐量与能耗性能均优于传统的CW-MAC协议.     

AD hoc网络中的机会分组调度算法

无线多跳Adhoc网络中节点在业务发送过程中需要竞争共享信道,容易发生局部拥塞导致网络性能下降,而且节点内部采用的先入先出（FIFO）队列容易使队头阻塞,影响队列中后续分组的发送。本文提出了一种机会分组调度算法CBOS,发送节点采用多播RTS的方式同时指向多个接收节点,可以支持可变长分组,提高了Adhoc网络的空间重用率,接收节点根据拥塞程度按照一定概率返回CTS,有利于节点网络的拥塞控制。仿真结果表明,该算法提高了网络端到端的饱和吞吐量和信道利用率,并提高了业务流之间的公平性。     

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。     

自组网中一种基于显式通知的信道接入协议

提出一种基于显示通知的信道接入协议.通过采用发送CCS帧的方法通知竞争失败的节点进行适时通信,能有效降低退避节点盲目等待时间,同时也减少了隐/显接收终端造成报文冲突丢弃的概率.仿真结果表明,该协议能有效地提高自组织网络的吞吐量、公平性和业务流的稳定性能.     

基于综合度量的Ad Hoc网络跨层路由协议

Ad Hoc网络路由协议普遍采用最短路径准则,无法有效支持多速率传输并容易导致网络局部拥塞。针对该问题,利用协议栈跨层设计的思想,提出一种基于综合度量的路由协议SMRP。该协议综合考虑链路速率值、MAC竞争度和网络队列长度多种因素选择路径,能有效利用多速率传输能力,避开拥塞节点。仿真实验结果证明,该协议能从网络吞吐量、分组时延等方面有效提高网络性能。     

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。     

移动自组网媒体接入控制协议自私行为优化算法设计

针对移动自组网媒体接入控制协议的自私行为处理机制中存在的静态性、不公平性和复杂性等问题，提出一种自私行为优化处理算法。首先，结合最优化理论和反馈原理，利用历史样本推导最优接入概率，实现参数的实时动态变化，改善静态性；然后，设置所有节点特定时刻均采用最优接入概率，改善网络公平索引系数；最后，采用线性迭代机制，避免算法复杂度的增加。在此基础上，利用李雅普诺夫算法和全局稳态点，理论上证明了所提算法的稳定性和有效性。实验结果表明，相比优化前，所提算法自私节点数、时延分别降低了30%~50%、8~10 ms，吞吐量、公平索引值分别提高了0.5 Mb/s、0.05，控制开销基本保持不变，自私行为处理机制的性能得到改善。     

无线自组网络中TCP流公平性的分析与改进

研究了TCP(transmission control protocol)流在多跳无线自组网络中的公平性问题,发现IEEE802.11DCF协议在此环境下会导致严重的不公平性,即部分节点垄断了网络带宽而其他节点被饿死.首先,通过仿真分析了产生TCP流不公平性的原因,指出其根源在于MAC(media access and control)协议的不公平性,同时,TCP的超时机制加剧了不公平性的产生;然后,利用概率模型定量分析了TCP不公平性与MAC协议参数之间的关系,发现TCP流的公平性与TCP报文长度直接相关,并且增加MAC协议初始竞争窗口的大小能够有效提高公平性.据此,提出了一种根据TCP报文长度动态调节初始回退窗口大小的自适应回退MAC协议改进算法.理论分析和仿真表明,该算法在很大程度上可以有效缓解不公平性问题的产生,并且不会引起网络吞吐量的严重降低.     

ADD:一种无线局域网MAC层竞争窗口退避算法

在无线局域网(WLANs)中,介质访问控制(MAC)协议的设计是一个核心的问题。MAC协议应该满足较高的吞吐量和较好的公平性等要求。根据802.11分布式协同函数(DCF),提出了一种新的高效的竞争窗口(CW)处理机制,称作自适应倍乘增加倍乘减小算法(ADD)。该算法的基本思想如下:每个站点在成功地连续发送n个数据包后,其MAC层的竞争窗口减小为原值的一半,而且n的值根据接入节点(AP)的瞬时流量自适应地调节。大量仿真实验表明:该算法可以通过有效地降低站点之间的冲突概率,来增加系统整体的吞吐量,同时增加不同站点之间的公平性。     

Efficient contention-based MAC protocol using adaptive fuzzy controlled sliding backoff interval for wireless networks

Efficient medium access control (MAC) protocol should be able to provide high throughput performance and efficient share of the medium. In this paper, a new contention-based MAC protocol based on adaptive fuzzy controlled sliding backoff interval is proposed to maximize the channel throughput and improve the fairness of random access channels. In the proposed protocol, every node that experiences packet collisions increases its sliding backoff interval (SB) range by a forward sliding factor (FSF). In case of successful transmission the node decreases its SB range by a backward sliding factor (BSF). Forward and backward sliding factors are controlled by the channel offered traffic using a fuzzy controller. Furthermore, the operation of the proposed backoff algorithm does not depend on the knowledge of the number of active nodes. A computer simulation is developed using MATLAB to evaluate the performance of the proposed algorithm and compare it with other backoff schemes. Simulation results show that the proposed algorithm significantly outperforms other backoff schemes, such as binary exponential backoff (BEB) and the fast collision resolution (FCR) scheme. It provides a significant efficient fair sharing performance improvement which converges to the ideal fairness performance while providing high throughput performance.     

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。     

认知车载网中基于TDMA/CSMA的混合多信道MAC协议研究

在传统车载自组网(Vehicular Ad Hoc Network, VANET)中采用认知无线电(Cognitive Radio, CR)技术可以解决无线电频谱资源短缺的问题,该技术形成了新兴的认知车载网络(CR-VANET),其关键技术之一是设计高效可靠的介质访问控制(Medium Access Control, MAC)协议。MAC协议在很大程度上影响着车载移动环境的吞吐量,丢包率和传输时延等性能,基于认知车载网中MAC协议的要求,提出了一种TDMA与CSMA相结合的多信道MAC协议(CRTC-MAC)。在固定时隙分配时采用基于无竞争的TDMA访问策略,在动态时隙分配时采用基于竞争的CSMA接入方案,并在此基础之上对传统的TDMA和CSMA访问方式进行了改进。性能分析和仿真结果表明,所提出的MAC协议能有效降低节点间数据包传输时所产生的碰撞,改善网络性能。     

无线传感器网络CSMA博弈优化算法研究

提出了一种通用的数学模型GO/CSMA(Game Optimization CSMA),用于优化CSMA退避机制.GO/CSMA以节点发包概率τ为优化变量,建立n人非合作混合策略博弈模型.以吞吐量和成功发包概率作为博弈效用函数为例,独立进行两个回合博弈,博弈的结果经过多约束单目标规划优化后得到折衷的τ~*,并据此设计出最小竞争窗口CWmin.仿真结果表明GO/CSMA显著提高了MAC层的传输效率.GO/CSMA可进一步扩展为对网络的其它多个性能(时延、丢包率、能耗、公平性)进行折衷的博弈优化.     

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。