基于拓扑维护的自适应多信道OLSR路由协议

OLSR是一种应用于无线移动Ad hoc网络的基于链路状态机制的先应式路由协议。在OLSR中,网络拓扑的动态变化会使节点掌握的拓扑信息失效,从而导致路由表项不全,影响路由性能。针对上述问题,提出了一种基于拓扑维护的自适应多信道路由协议MOLSR-TM,该协议把拓扑维护状况感知和自适应算法引入OLSR,以调整HELLO控制消息的发送频率和邻居记录表、拓扑记录表的刷新频率。性能分析和仿真结果表明,MOLSR-TM能改善节点的拓扑维护状况,增强动态拓扑适应能力,提高数据成功率、端到端时延和网络吞吐率等性能。     

基于OPNET的水声通信网络设计与仿真

水声通信网络是实现如海洋数据采集、离岸勘测与战术监测等水下系统无线信息传输的主要手段,但其性能受水声信道特性影响严重.为此,采用oPNET对水声通信网络节点模型与分层协议进行设计与实现,其特征包括基于CDMA的多用户检测以及RTS-CTS-DATA-ACK信道握手流程与网络分配向量(NAV)帧冲突处理机制等.同时建立并测试了一个包含1个主节点与5个传感器节点的水声通信网络,仿真结果表明主节点物理层采用多用户接收技术能够更好的克服冲突,减少数据包重发,从而获得更高水声通信网络的吞吐量,减少端对端传输延时与能量消耗.     

基于WIA-PA的无线总线多信道调度算法

针对无线总线替代有线总线所带来的网络实时性和吞吐量下降的问题,充分利用无线信道提供的众多信道,在媒体接入控制(media access control, MAC)层提出了一种多信道调度算法。该算法在星型拓扑下将每个通信周期分为载波侦听多路访问(carrier sense multiple access,CSMA)阶段和时分多址(time division multiple access,TDMA)阶段。在CSMA阶段,基于不同优先级的灵活接入使得节点间发生碰撞的可能性大大降低。在TDMA阶段,基于全局队列的最早截止时间优先(earliest deadline first, EDF)调度使得信道利用率明显提高。仿真结果表明:提出的多信道MAC调度算法可以有效提高网络的实时性和吞吐量。     

Ad Hoc网络中一种基于邻节点活跃度的自适应退避算法

基于无线AdHoc网络中信道共享的特性,通常采用具有退避机制的MAC接入协议。由于网络节点的各邻居节点在前一段时间的活跃状态在一定程度上反映了网络的繁忙状况,活跃的邻居节点越多,表示信道竞争越激烈,网络越繁忙,反之网络比较空闲。据此,提出了一种基于邻居节点活跃状态的时延退避算法,根据邻居节点活跃数量自适应地调整时延退避窗口,从而提高了网络吞吐率。     

传感网络低占空比MAC协议同步机制研究

低占空比MAC协议通过节点休眠有效延长了传感网络的寿命,然而同步过程中许多节点监听多个计划,降低了协议的节能效果;同时节点休眠导致数据转发时延大大延长。提出了一种适用于低占空比MAC的新同步机制。基站成为唯一的同步发起者,它周期性地发布同步信息。其他节点仅监听一个计划并广播他们自己的休眠计划,多跳路径上的邻居节点交错监听周期。在一个树型拓扑网络上的仿真试验表明,此同步机制可以在更少能量的条件下进一步减少低占空比MAC的系统时延,提高网络在较重负载下的吞吐量。     

无线Ad Hoc网络中CSCA协议的仿真研究

为了有效利用无线Ad Hoc网络中的信道资源,提出了一种多址接入协议,即信道选择冲突避免(CSCA)协议。该协议在公共信道上发送RTS/CTS分组实现握手,采用灵活的信道选择方案选择无冲突的业务信道传输数据分组,接收节点成功接收完数据分组后在另一个公共信道上回复ACK分组。最后,利用网络仿真工具OPNET构建了CSCA协议的仿真框架,并在此基础上,通过仿真评估了协议的平均信道利用率、平均分组延迟和分组丢弃率等性能。仿真结果表明,CSCA协议在网络传输业务量重的情况下具有较高的信道利用率、较小的分组时延和分组丢弃率。     

Ad hoc网络中信号干扰对DCF协议公平性的影响及仿真分析

将ad hoc网络中的信号干扰划分为传输干扰和载波干扰两大类,并完整的分析了这两类信号干扰对DCF协议公平性的影响。发现当所有发送节点都在彼此的物理载波检测范围之内时,物理载波检测机制能为发送节点提供一种同步机制,从而有效保证多对收/发节点公平的共享信道带宽;而当部分发送节点不在其余发送节点的物理载波检测范围之内时,载波干扰则会严重破坏DCF协议的公平性,信号干扰引起的冲突甚至还会导致信道被某些收/发节点垄断,出现极端不公平现象。     

适用于水声ad hoc网络的拓扑控制算法

对现有拓扑控制算法在水声ad hoc网络的应用背景下存在的问题进行了详细分析,并在此基础上提出了一种基于能量和时间效率的拓扑控制算法。该算法通过综合考虑节点能量消耗、通信延时、信号衰减等多种因素,构造了一跳链路传输代价指数,并根据这一指数来控制网络的拓扑结构。仿真分析表明,该算法在平均节点度、端到端延时和能量效率方面都有较好的性能。     

高吞吐量低时延太赫兹超高速无线网络MAC接入协议

针对现有能够应用于太赫兹超高速无线网络的能量和频谱感知的媒介接入控制(energy and spectrum aware media access control, ES MAC)及IEEE802.15.3c协议存在的时隙申请量未及时更新、超帧结构不合理及分配时隙时未合并同一对节点之间的时隙请求等问题,提出了一种高吞吐量低时延MAC(high throughput low delay MAC,HLMAC)协议。通过设计一种新的超帧结构,使节点及时得到时隙分配信息,大大降低数据接入时延;通过更新时隙请求量和合并同一对节点的时隙请求,增加了数据发送量,提高了网络吞吐量。理论分析表明了HLMAC协议的有效性,仿真结果显示它比ES MAC协议增加了65.7%的网络吞吐量,同时降低了30%的接入时延。     

采用集总式冲突消除算法的Ad hoc网络MAC协议

针对动态分配类时分多址接入协议的服务质量(QoS)问题,提出了集总式冲突消除算法,该算法通过递进结构可以将一帧内所有节点的冲突在控制时隙内完全予以消除,然后通过队列预留机制进行信道的分配,使节点在接入过程中满足先入先出的特性,提高了协议运行的公平性和稳定性,减小了节点的退避时延.另外,协议能够按照业务的级别重新调整节点的接入次序,实现了对实时业务的QoS保证.分析和仿真表明,采用新算法后,协议在接入效率、吞吐量和接入时延方面均呈现出良好的性能.     

水声网络链路层协议的仿真研究

链路层协议的设计是水声网络的关键技术之一。它通过控制数据收发,实现网络数据包的可靠、有效传输,进而为网络层提供服务。针对水声通信系统低速率、高延时和低可靠性等特点,利用网络仿真软件OPNET对采用ALOHA协议和MACAW协议的网络进行了完整建模,给出了对等式网络和主从式网络下两种协议在吞吐量、丢包率、平均时延和能耗四个方面的仿真结果。通过对仿真结果的分析,为实用协议的设计提供了有效的参考数据和策略。     

基于深度可调节节点的水声网络部署优化算法

为提高网络的有效覆盖率,提升对目标区域监测的质量,提出一种基于深度可调节节点的水声网络部署优化算法。算法中节点通过深度调节形成以sink节点为根节点的树形拓扑结构,实现网络的全连通。以最大化有效覆盖为目标,以保证节点间的有效连通为约束条件对节点覆盖的最优位置进行求解,优化节点部署。仿真结果表明,所提算法较基于voronoi图的深度调节算法和传感器节点深度调节进行自我部署，以实现最大化覆盖的部署算法。两种基于深度调节节点的算法实现了有效覆盖率的明显提升,在节点数量为60、感知半径为0.8 km时,有效覆盖率分别提高了11.87%和12.59%。同时网络中节点的平均连通度更高,拓扑结构更稳定,在动态的水声网络中性能更好。     

基于OPNET的水声网络信道仿真研究

水声网络是实现海洋监测、数据采集以及战略通信等的重要手段,但其受水声信道特性制约严重。为此,从介绍水声信道的特性出发,采用Thorp经验公式模拟海水吸收特性,在此基础上对路径损耗进行仿真解算,并改进Wenz噪声模型使之更好地接近水声信道的特性。进而,通过改进OPNET平台内置的传播时延阶段、接收机功率阶段、背景噪声阶段设计水声信道OPNET模型,使其适合水声信道,基本实现对真实信道的近似模拟。最后,设计OPNET移动网络模型,将模拟的水声信道加进移动网络进行仿真,分析水声信道特性对网络性能的影响。     

单锚节点水声网络高精度低开销初始化方法

网络初始化是网络协议正常运行的基础,共包括自定位及时间同步两部分。针对水声网络特点,提出一种仅采用单锚节点的参考节点自选则自定位算法,该算法仅采用一个锚节点,通过最优化选择参考节点,减小参考节点拓扑结构及网络测距误差对定位精度的影响,既有效解决了水声网络中锚节点少的问题,且提高了定位精度;在此基础上提出一种快速初始化方法,该方法将自定位与时间同步协同完成,使得网络可在较少的信息交互下快速实现初始化过程,减小通信开销及初始化时延,网络布放后可快速进入正常运行,提高网络工作效率。通过仿真得出,本文提出的方法较现有初始化方法锚节点需求少,定位精度高,初始化时延短、通信开销小,可以很好地应用于水声网络中。     

基于反馈信道状态信息的水声自适应OFDMA

在时变水声信道中, 为了提高自适应正交频分多址(orthogonal frequency division multiple access, OFDMA)在时延反馈信道状态信息(channel state information, CSI)条件下的资源分配性能, 提出多节点反馈CSI的时隙复用接入方法, 降低反馈时延; 提出载波时-频相关系数和载波时-频均值两种反馈CSI表征参数, 通过实验数据分析了两种反馈CSI参数及其对水声自适应OFDMA性能的影响; 提出多节点公平的自适应载波、比特、功率联合分配算法, 在最大功率和节点吞吐量约束条件下最小化系统误比特率。仿真和湖上实验数据的结果显示, 所构建的水声自适应OFDMA系统在多种反馈CSI条件下误比特率均低于交织载波分配, 表明其在实际的水声信道应用中具有良好性能。     

New mixed broadcast scheduling approach using neural networks and graph coloring in wireless sensor network

Due to the mutual interference and sharing of wireless links in TDMA wireless sensor networks, conflicts will occur when data messages are transmitting between nodes. The broadcast scheduling problem (BSP) is aimed to schedule each node in different slot of fixed length frame at least once, and the objective of BSP is to seek for the optimal feasible solution, which has the shortest length of frame slots, as well as the maximum node transmission. A two-stage mixed algorithm based on a fuzzy Hopfield neural network is proposed to solve this BSP in wireless sensor network. In the first stage, a modified sequential vertex coloring algorithm is adopted to obtain a minimal TDMA frame length. In the second stage, the fuzzy Hopfield network is utilized to maximize the channel utilization ratio. Experimental results, obtained from the running on three benchmark graphs, show that the algorithm can achieve better performance with shorter frame length and higher channel utilizing ratio than other exiting BSP solutions.     

基于多跳位置估计的无线光自组网拓扑重构

设计了基于多跳位置估计的无线光移动自组织网络拓扑重构方法,该方法不依赖定位系统,如全球定位系统(global positioning system, GPS)等,也不需要无线电通信辅助,仅采用自由空间光(free space optical, FSO)对网络中其他节点进行方向和距离估计,位置估计信息通过多跳方式传递,用于建立重构链路,增加节点连通度,提高网络性能。该方法分析了多跳节点间的位置不确定区域,并提出了覆盖不确定区域的光波束分配算法用于新的FSO链路建立。仿真表明,在节点规模小于20的自组织网络中,光束发散角大小与距离估计误差决定相对定位精度,并影响重构网络节点端到端性能,通过减小发散角并提高光检测灵敏度,该方法的性能接近基于GPS定位的重构方法。     

多PAN太赫兹无线个域网边缘节点信息高效报告方法

针对太赫兹无线个域网络中跨个域网(personal area network, PAN)通信存在的常规信道时间分配时段(normal channel time allocation period, N-CTAP)部分常规节点数据传输受干扰影响节点通信的成功率等问题, 提出一种太赫兹网络的高效自适应报告方法(efficient adaptive reporting approach of terahertz network, EARA-T)。该方法将常规节点细分为正常节点和边缘节点, 在节点入网前及入网后将节点类型信息及时高效地报告给所在PAN的微微网控制器(piconet coordinator, PNC), 以便于PNC在时隙分配上采取有效措施降低甚至消除网间干扰对数据传输的影响。通过使用OPNET软件进行仿真验证, 相较于FDP协议和FCP协议, 所提方法信息报告控制开销和时延的降低分别不少于14.1%和3.7%, 信息报告成功率提高了0.4%。     

一种新的环型蓝牙网络拓扑形成协议及仿真

根据采用蓝牙技术的无线ad hoc网络的特点，提出了一种分布式的环型蓝牙网络拓扑形成协议。协议采用合并的思想，将节点快速姐奴成一个环型网络，且新节点可以随时加入网络．协议具有拓扑形成过程延迟低、控制开销小的特点，控制开销复杂度为O（N），且形成了平均微微网个数少、每节点度数低的蓝牙网络，网络中最多包含‘（N-2）／（k-1）’＋1个微微网，至少包含‘N/k’个微微网，节点最大度数为2。基于NS2的仿真实验评估了协议的性能，实验结果验证了协议形成了具较佳性能的环型蓝牙网络。