基于分簇的Ad Hoc网络媒体接入控制协议C-USAP

在未来大规模无线自组织网络中,不但要保证数据的高效传输,还要保证能够适应网络拓扑结构的快速变化.现有的M-USAP(改进的统一时隙分配协议)能够在一帧内完成全网控制信息的交互,每个节点拥有全网路由信息,在小规模网络中能够快速适应网络拓扑结构的变化.但是随着网络规模的增大,存在路由开销大、收敛慢、端到端时延大、节点吞吐量小、时隙复用率低和网络反应迟钝等问题.针对上述问题,提出一种适用于大规模无线自组织网络的媒体接入控制协议CUSAP(分簇式统一时隙分配协议).该协议基于分簇思想,簇内采用动态时分多址协议,簇间采用多频段分割技术,实现高效的簇内和簇间节点交互.仿真结果表明:该协议具有路由收敛快、业务收发平稳、端到端时延小、时隙复用率高和网络灵活等特点.     

车载容迟网络下基于节点传输能力的服务分发协议

为了解决车载容迟网络(VDTN)中节点间歇性连接导致的传输性能下降问题,提出了基于节点传输能力的服务分发协议(NDCSD).在NDCSD协议设计中,通过对节点有效连接时间估计内的吞吐量函数积分得到节点传输能力,采用小波神经网络对样本数据进行学习的方法获得吞吐量函数估计.然后,以节点传输能力为度量,采用Dijkstra算法设计服务数据分发协议,并在随机网络仿真器上实现了该协议.结果表明,与同类协议相比,NDCSD协议能够提高VDTN环境下服务数据的投递成功率,降低服务数据的传输时延、时延抖动及丢包率,说明综合考虑连接时间和吞吐量的方法能够改善VDTN下的服务传输能力,实现可靠传输.     

基于事件驱动型的WSN跨层MAC协议

传统的S-MAC(self-organizing medium access control)协议采用了协商一致的睡眠调度机制,在网络中形成虚拟簇的同时引入自适应侦听过程,但是由于增加了睡眠时间而限制了网络吞吐量,导致网络开销较大和端到端传输时延较长.为此,提出一种基于事件驱动型的跨层媒体接入控制协议(event driven cross layer-media access control,EDC-MAC).采用跨层优化的方法,同时考虑网络层和MAC层,并且依据网络数据传输的特点将网络分为非事件状态和事件激活状态.有效地节约了能量,并减少了事件汇报时延.此外,当节点被激活处于事件激活状态时,采用分簇的方法将事件区域内的节点动态分簇,有效地减少了传输数据的能量开销.通过理论分析和仿真验证了EDC-MAC协议在相同数量感知节点情况下相对S-MAC协议能够平均减少时延35％左右,提高网络剩余能量10％左右.     

Ad Hoc 网络动态时隙分配的混合 MAC 协议研究与仿真

针对 Ad Hoc 网络的节点具有移动性,信道具有多跳共享性的特点,提出动态时隙分配的混合媒体接入控制（media access control,MAC）协议,协议包括时隙分配和时隙竞争2个阶段。在时隙分配阶段,采用静态分配和动态调整相结合的方式,在为每个节点分配固有时隙的基础上,将不共享信道的节点时隙动态地分配给通信节点;在时隙竞争阶段,通过在子帧中设置不同优先级,在不参与通信节点的主时隙中,数据传输子帧被分成实时业务竞争阶段和非实时业务竞争阶段,竞争成功的节点在这个时隙传输数据,提高优先业务节点的接入概率。采用 NS2网络模拟软件进行仿真,结果表明,所提混合 MAC 协议提高了系统的分组投递率,降低了实时业务的平均时延,协议能够充分利用信道空间复用性,减少竞争,提高接入效率,适合 Ad Hoc 网络。     

适用于地面网络化弹药的混合型分簇MAC协议

为解决地面网络化弹药MAC协议对弹药网络的功耗和传输时延的重大影响.提出了一种适用于地面网络化弹药的混合型分簇MAC协议.结合基于竞争和分配的协议特点,根据传输时间估计和业务量选择不同的接入方式,避免了碰撞和信道浪费;通过时隙复用降低端到端时延;通过无关节点睡眠降低占空比和网络功耗.仿真表明,与传统的基于竞争机制和基于TDMA机制的协议相比,该协议在吞吐量、端到端时延和功耗等方面均具有较好的性能.      

基于复合判据和改变触发机制的WMN路由协议设计与仿真

为了提高无线Mesh网络路由协议的吞吐量和传输质量,提出了一种跨层路由协议MCL-AODV.该协议通过跨层操作机制综合考虑MAC层链路质量、节点队列拥塞度和无线传输距离对链路性能的影响,创建复合路由判据以优化路由选择过程;通过改变HELLO消息触发机制降低路由管理控制开销.仿真结果表明,MCL-AODV降低了平均路由开销、减小了端到端时延,提高了网络吞吐量和分组投递率.     

接收节点参与的QoS媒体接入协议

针对已有的网络层所支持的QoS(Quality of Service)方法有其局限性的问题,为Ad Hoc网络提出了一种支持QoS的扩展的802.11媒体接入控制层协议。该扩展协议通过引入拒绝控制帧,以及在原有控制帧基础上加入表征数据流等级的字段,提高了接收节点在信道竞争中的作用,确保了高等级的数据业务的优先权,同时避免了中间路由节点的拥塞。仿真结果表明,该扩展协议可以在负荷极重的条件下,使高等级业务的端到端时延从1.35 s降低到0.65 s,以及数据包丢弃率从59.9%减少到6.52%。     

基于跨层设计与优化的无线传感网络数据传输算法

针对无线传感网络(wireless sensor networks,WSNs)的多对一通信,提出了路由和媒体接入协议(medium access control,MAC)的跨层设计与优化的数据传输算法,记为J-R-MAC(joint routing and medium access control),进而减少传输时延。JR-MAC算法引用新的周期结构,此周期结构允许k个节点在同一个周期内安排数据包传输;并给节点提供k次机会传输数据包。同时,J-R-MAC算法将网络内所有节点划分k个不相交集;进而减少节点的空闲监听时间。此外,J-R-MAC引用特殊序列作为地址,减少控制包尺寸;进而降低能耗。仿真数据表明,与同类的协议相比,提出的J-R-MAC算法有效地降低了端到端传输时延;并提高了数据包传递率。     

802.11协议在Ad hoc网络中的应用研究

Ad hoc网络MAC（媒体接入控制）协议的研究主要是基于802．11协议，但是802．11协议并非专为多跳网络而设计，因此在实际应用中存在TCP传输不稳定性以及节点信道接入的不公平性问题。文中提出通过调整TCP滑动窗口参数，解决Ad hoc网络中TCP传榆的稳定性；通过改进802．11协议的竞争窗口机制，解决节点信道接入的公平性。仿真结果表明，上述改进措施可以有效提高802．11协议在Ad hoc网络中的应用性能。     

基于负载均衡与时延约束的AODV协议

为了降低无线网格网(Wireless mesh network,WMN)中节点间的端到端传输时延,该文提出了一种改进的基于负载均衡与时延约束的自组织网络按需距离矢量路由协议(Enhancedrouting protocol on ad hoc on-demand distance vector(AODV)with load balance and delay restriction,BD_AODV)。BD_AODV要求源节点在进行路由请求时,包含对传输时延的要求和节点的负载信息,选择满足传输时延要求的节点转发路由请求至目的节点,目的节点搜集并将每条链路的平均负载反馈给源节点,使其能够据此选择合适的传输路由。网络模拟软件仿真实验表明,BD_AODV有助于保持网络的负载均衡,缩短端到端的传输时延,减少数据包丢失,提高无线网格网的服务质量。     

基于最短时延优先的交通安全预警VANET路由协议

针对高速公路安全预警需求,设计了一种VANET协作安全预警路由协议.该协议采用方向性广播转发路由技术,从后方车辆中选择传输时延最小的节点作为转播节点.协议在保证危险区域内相关车辆都能收到预警信息的条件下减少转播节点数量.与经典协议DF相比,该协议在理想传输环境和加入随机传输延迟模型环境下的NS-3仿真实验,都能够减少预警信息传输数量、降低传输时延,提高网络质量.结果表明,协议可以保证驾驶员能够及时获取预警信息,消除时延累积效应对交通安全的影响.     

无线Mesh网络MAC层DCF机制的研究及改进

 无线Mesh网络传统的IEEE 802.11接入控制协议DCF（Distributed Coordination Function）不能有效解决公平传输问题,提出了一种基于接入公平性的自适应分布式协调机制ADCF（Adaptive Distributed Coordination Function, ADCF）,根据节点的实时状态,设计了节点在初始竞争,成功发送数据后和发生冲突时的退避算法,动态地调整了节点在不同状态时的信道获取能力,提高了节点发送数据的公平性和网络的吞吐率。最后用NS-2进行仿真表明,ADCF机制能显著提高节点发送数据的公平性,增大网络的吞吐率以及减小数据包的平均端到端时延。     

面向大规模蜂群自组网跨层路由协议设计与仿真

针对大规模蜂群自组网中，大量路由开销导致广播风暴而严重影响通信质量的问题，设计了一种跨层路由协议。该协议对路由层和接入层进行一体化设计，利用统一连通支配集算法在接入层构建虚拟骨干网络，利用骨干网信息在网络层进行拓扑发现，引入基于模糊视觉的触发式洪泛机制，能减少节点控制信息的转发次数、缩小洪泛范围。采用基于传输时间和接收信号信噪比（signal noise ratio,SNR）的度量判据方式计算路径，实现动态网络拓扑的路由快速收敛，增强网络感知的灵敏度。仿真结果表明，与现有路由协议相比，跨层路由协议能够大幅降低网络开销，在端到端时延、吞吐量和路由建立时间方面，其性能也有显著提升。     

一种面向实时业务的Ad Hoc网络MAC协议

为降低Ad Hoc网络中实时业务的端到端时延,提出了基于802.11 DCF的改进协议.协议采用3种机制降低实时业务的时延:面向路径的连续转发机制将RTS中的转发信息携带在ACK中发送,给实时业务提供较高的接入优先级;标签交换机制使得中间节点可以在MAC层获取转发信息,加快了实时业务数据包的转发速度;重传控制机制减少了无效传输的超时数据包.仿真结果表明,在重负载条件下,改进协议中实时业务的时延比802.11 DCF有大幅度的下降,网络吞吐量也有所提高.     

基于定价策略的无线网络节点能耗控制

针对无线网络控制系统中由于节点能量消耗速度不同造成整个网络寿命变短的现象,引入经济理论,提出了一种基于定价策略的传输任务分配协议.高能耗的节点通过协议将传输任务外包给低能耗的节点,从而在增加低能耗节点的传输能量消耗的基础上,减少高能耗节点的传输能量消耗,平衡节点间的能量消耗,达到延长网络寿命的目的.利用Truetime1.5建立了该协议下无线网络控制系统的仿真模型,仿真结果表明提出的能耗控制协议能够有效地提高无线网络的寿命.     

ROGR:基于定向道路的地理位置路由

地理位置路由协议被广泛应用于车载网络VANETs(vehicle Ad Hoc networks),然而在真实的城市场景中,由于复杂的道路拓扑和车辆移动,网络拓扑呈动态变化,给地理位置路由协议提出了挑战。传统的基于定向节点地理位置路由遭受可达性和可扩展性的折衷问题。为此,提出面向VANETs城市场景基于定向道路的地理位置路由ROGR(road-oriented geographic routing)协议。ROGR协议利用道路数字地图信息,并结合了基于源节点转发和基于接收节点转发机制。在每一跳中,利用数字地图信息和周期的beacon包,源节点计算各路段的权值;并选择具有最大权值的路段作为数据包传输路段,再将该路段上的车辆作为下一跳转发节点的候选节点。然后,这些候选节点利用基于退避时延机制竞争转发数据包。仿真结果表明,提出的ROGR协议具有好的可达性和可扩展性。     

利用MIMO系统多包接收能力的Ad hoc网络MAC协议

传统的分布式Ad hoc 网络的单信道媒体接入控制(MAC)协议在同一时刻一跳范围内只能允许一对节点通信,导致网络的冲突严重、吞吐量小和接入时延较大.为此,文中利用MIMO系统的多包接收能力,设计了一种新的分布式Ad hoc网络MAC协议,该协议利用二进制退避和共享退避机制进行信道预约和共享,在单信道自由竞争的Ad hoc网络中实现了多点对点的通信,大幅度提高了网络吞吐量.文中还推导了该协议的网络归一化饱和吞吐量的数学模型.理论分析和仿真实验证明,新协议的网络吞吐量比利用分层空时编码(BLAST)的CSMA/CA(k)协议有了较大的提高.     

一种应用于多跳网络的可调占空比固定时延MAC协议

针对Ad Hoc网络、无线传感器网络等类型的多跳网络中使用传统的基于低占空比的MAC协议会使数据传输的时延随转发节点的增加而变大的问题,提出一种固定时延的MAC协议(FDS-MAC).该协议针对不同跳数的源节点,由汇聚节点通过改变占空比来设置合理的固定时延值并将其放在调度表中,源节点通过改变监听调度表的占空比达到固定时延的目的;当节点跳数较多时,可通过物理分簇配合FDS-MAC有效降低固定时延的值.理论分析和仿真结果表明,该协议可获得合理的固定时延和良好的耗能特性,在很多场景可获应用.     

一种相邻节点协作的无线传感器网络可靠传输方案

针对无线传感器网络中不可靠的通信链路引发传输效率下降的问题,提出了一种基于相邻节点协作的无线传感器网络可靠传输方案(NNCS).该方案利用无线信道的广播特性,通过选择成功监听到数据传输的相邻节点来承担协作传输任务(重传或转发),以降低重传次数,提高传输效率.在方案中,相关节点根据自身传输能力发送数据应答以竞争协作机会,同时通过信道监听避免发生竞争冲突.实验结果表明,较之传统重传方案,NNCS能够以更少的传输消耗达到更高的传输成功率,并有效降低了端到端的传输时延.     

广播重传中基于多包解码的高效快速网络编码

针对当前基于网络编码的代表性无线广播重传(NCWBR)策略中,如果一个编码组合包包含了不止一个在某一接收节点丢失的信息包,就会导致编码包解码失败而丢弃编码包,从而引起分组重传次数增加、网络时延增大等问题.通过不丢弃解码失败的编码包,从多个这样的编码包中解码出信息包的思路,提出了广播重传中基于多包解码的高效快速网络编码(MDNCBR)策略,并通过增加“打破交叉关系就重传”的机制进一步提出了MDNCBR的改进方案(IMDNCBR).理论分析和仿真结果表明:MDNCBR及IMDNCBR策略能有效提高接收节点的解码效率,快速地确定须要重传的信息包,与NCWBR策略相比能够有效地减少丢失包的重传次数,降低传输时延和网络开销,提高传输性能.