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。     

太赫兹无线局域网媒体访问控制协议的优化设计

针对太赫兹无线局域网络,为满足网络中对数据传输性能的要求,提出一种媒体访问控制(medium access control,MAC)层协议超帧结构,在新超帧结构的基础上,进一步提出3种优化机制,分别是自适应动态调整竞争接入时段的长度、合并申请量的免申请预分配时隙和删除冗余控制字段。通过采用OPNET仿真软件,对新提出的优化后的MAC层协议进行了仿真验证,并将仿真结果与现有的能够应用于太赫兹超高速无线网络的高吞吐量低时延MAC(high throughput low delay MAC,HLMAC)协议和IEEE 802.15.3c标准协议进行了比较。仿真结果表明，所提的MAC协议相较于HLMAC协议和IEEE 802.15.3c标准协议在网络吞吐量方面的性能得到了约3.45%和11.11%的优化提升,在平均接入时延方面的性能提升了约28%和50%,而在数据帧的传送成功率方面的性能也得到了约3.3%和10.6%的提升效果。     

一种提供QoS保证的公平跨层资源分配方案

提出了一种基于正交频分多址接入（orthogonal frequency division multiple access, OFDMA）系统的跨层资源分配方案。在保证各种业务服务质量（quality of service, QoS）要求的基础上,以获取系统最大吞吐量为目标,兼顾用户之间资源分配的比例公平性。该方案充分考虑了媒体接入控制（media access control, MAC）层各种业务的QoS要求和无线信道的大尺度衰落特性,将MAC层的分组调度与物理层的资源分配进行联合设计,MAC层根据物理层分配给每个用户的时变信道容量进行分组调度,物理层根据MAC层中各用户的队列状态信息为每个用户分配信道资源。仿真结果表明,该方案可以满足多用户各种业务的QoS要求,与采用等功率分配的依赖信道状态的分组调度（channel state dependent packet scheduling, CSDPS）算法相比可以提高系统下行总吞吐量,且较好地改善具有不同路径损耗的用户之间的公平性。     

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。     

非饱和条件下802.11无线网络的精确分析模型

对无线网络中节点队列间的耦合性及其带来的影响进行了研究,并首次将其应用于非饱和条件下DCF分析模型的建立.建立了非饱和条件下的服务时间模型并结合M/G/1排队模型分析了网络的时延与吞吐量.仿真实验证明了队列间的耦合性在非饱和条件下给网络带来的影响.通过仿真实验结果与数值分析结果的对比,验证了分析模型的准确性.     

无线传感器网络超帧传输机制仿真研究

目前对于无线传感器网络实时性与可靠性的研究大多通过IEEE 802.15.4标准MAC协议性能分析、协议优化或理论建模等手段,而没有关注IEEE 802.15.4标准超帧结构中竞争访问控制阶段(CAP)与非竞争访问控制阶段(CFP)两种访问阶段持续时间对网络实时性与可靠性的影响。通过建立状态机模型,设计并实现了MAC层超帧机制仿真算法,对IEEE802.15.4标准的MAC层超帧机制进行仿真。构建了一个可以利用可视化界面定制应用场景,计算应用不同超帧结构时的网络性能,并据此对超帧结构提出优化建议的仿真平台,为优化超帧结构提供了一种新思路,同时也为下一代新型网络协议的产生提供理论依据。     

多射频多信道Ad Hoc网络跨层功率分配

为了提高多射频多信道Ad Hoc网络容量，降低网络间无线干扰，提出从跨层优化综合考虑信道与功率联合分配问题，将信道与功率分配问题转化为混合整数非线性规划模型，针对模型设计两阶段子问题求解迭代算法。算法在第一阶段采用启发式算法分配信道，在第二阶段采用分布式算法进行功率分配。仿真实验结果表明,信道与功率联合分配相对于固定信道下功率分配具有更好的效果，联合优化两阶段迭代算法可有效提高网络整体效用，同时降低节点间相互干扰。     

MANET中支持QoS的自适应MAC协议退避机制

已有的支持Qos的MAC层协议虽然在一定程度上可以提供区分服务的功能,但多是以牺牲尽力而为业务的性能为代价的.提出了一种支持Qos的自适应MAC协议的退避机制,节点可以根据感知到的负载状况自适应调整退避算法,在保障实时业务Qos要求的同时尽可能地提高信道利用率.仿真结果表明,在不同网络负载的场景下,本文算法相对于IEEE 802.11e在QoS保障以及信道利用率方面都有较好的表现.     

移动Ad Hoc网络的仿真框架

利用OPNET，提出一个通用的仿真框架用来测试不同的MAC层、网络层和节点移动性的移动AdHoc网络路由效率。在该层次整体框架下，可以设计不同的节点移动模式、媒体接入方法和路由方案，比较端到端统计量（端到端时延、吞吐量和效率），以筛选最有效、最合适的解决方案。     

无线传感器网络中基于分簇的协同传输协议

提出了一种基于分簇的无线传感器网络协同传输协议,分析了其传输效能和对网络吞吐量的改善,继而得出了该协同传输协议的适用范围。该协同传输协议特别适用于有可靠、高速的数据传输要求而信道环境不佳的无线环境,恰当地使用该协议能够提高传感器节点的传送效能,节省网络能源,并且能很好地提高网络吞吐量。最终通过仿真验证了上述结论。     

基于冗余避免的高效网络编码广播重传方法

为了提高无线网络中基于网络编码的广播重传方法的编码效率,从而有效地减少重传次数和数据包传输时延,提出一种主动避免编码冗余的高效网络编码广播重传方法(network coding broadcasting retransmission approach based on redundancy avoiding,NCRA)。NCRA编码时主动避免不能解码的编码组合被重复编码重传,同时优先编码重传对接收节点已缓存的未解码编码包的解码贡献较大的丢失数据包以充分利用编码机会,在对解码贡献相同的条件下优先编码较早丢失的数据包以减小数据包传输时延。理论分析和仿真结果表明,NCRA算法相比于现有算法能有效减小重传次数和降低数据包传输时延,减少网络开销,进一步提高了编码重传的效率。     

6LoWPAN中基于Mesh-under的备用缓存机制

在基于Mesh-under的IPv6低功耗无线个域网(IPv6 over low-power wireless personal area networks, 6LoWPAN)中,针对传输路径上中间节点重传缓存溢出导致重传数据分片丢失,造成网络性能下降等问题,提出一种基于Mesh-under的备用缓存机制。本文所提机制根据传输路径上各节点重传缓存使用情况及数据分片剩余跳数等信息,设置动态重传缓存门限,并为超过该门限的节点从其邻居节点中挑选合适的备用缓存节点,从而完成数据分片的缓存与重传过程,达到均衡使用各节点重传缓存的目的。结果表明,所提机制能够有效避免重传缓存溢出,减小网络能耗,同时进一步提高目的端重组成功率。     

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。     

冲突避免的水声网络拓扑发现协议

当水声网络的所有节点完成在目标区域的部署后,每个节点除了自己的节点ID已知外,对新网络的信息一无所知,而这些信息是网络顺利运行的必要前提。因此,一个能够完成网络中所有节点和链路发现的网络拓扑发现协议是非常必要和重要的。水声拓扑发现协议完成的效率,往往依赖于信道接入策略的选择,但它不能完全使用已有的水声多路访问控制(multiple access control, MAC)协议,因为在网络建立的初始阶段拓扑未知,已有传统水声MAC协议不能完成拓扑发现,所以需要根据这一阶段的特殊状态来设计拓扑发现协议。基于此问题,提出了一种高效的冲突避免的水声网络拓扑发现(简称为CFVE)协议,该协议利用网络中节点ID的唯一性,在其特定时隙接入信道,节点无冲突地发现控制分组的交换,最终实现网络中所有链路和节点的发现。仿真结果表明, CFVE协议可以以较低的发现时延和能耗完成全网拓扑的发现,是一种适合于多跳水声网络的拓扑发现协议。     

不完美反馈下基于立即可解网络编码的多播重传机制

为进一步降低不完美反馈下无线多播网络的传输时延, 提出一种不完美反馈下基于立即可解网络编码的时延最小化重传方案。在综合考虑各接收端接收状态和传输链路丢包率的情况, 构造优先发送集, 并根据部分可观测马尔可夫决策过程计算优先发送集合中各接收端的置信状态。同时, 优化编码包生成算法, 简化立即可解网络编码图模型, 以快速生成重传编码包。仿真结果表明，本方案相比于传统方案, 能够有效降低解码时延和完成时延, 尤其是在接收端和数据包数较多的情况下优势更为突出。     

基于机会式网络编码的多阶段重传机制

为进一步提高无线单跳网络中基于网络编码的重传机制的效率,提出了基于机会式网络编码的多阶段重传机制(multi-stage retransmission scheme,MSRS)。根据丢包分布的不同特性,MSRS将丢包恢复分为两个阶段。第一阶段对全译码特性丢包利用严格即时可解网络编码思想进行恢复,第二阶段对非全译码特性丢包利用基于缓存的网络编码进行协助恢复。MSRS分阶段恢复丢包的思想充分利用了全译码特性包的编码机会,同时也挖掘了非全译码特性包潜在的编码机会,解决了非全译码特性包编码机会利用率低的问题。仿真实验表明,MSRS相比现有基于网络编码的重传方法能有效降低重传次数,且具有更好的稳定性。     

集中式网络拥塞控制的高效RPL路由协议

针对低功耗有损网络中采用博弈论的网络拥塞控制(game theory based network congestion control protocol, GTNCC)路由算法在路由构建过程中仅仅考虑无线链路质量不能使网络拓扑最优,以及在拥塞控制过程中由拥塞节点的子节点判断是否切换父节点不能快速高效地缓解网络拥塞等问题,提出一种基于多维度量结合的集中式网络拥塞控制(centralized network congestion control based on multi-metrics combination, CNCCMC)路由协议。首先,为了降低网络拥塞发生的概率,CNCCMC路由协议综合考虑了节点剩余能量、缓存占用率、无线链路质量和中继节点当前子节点个数等多维度量完成路由构建;其次,当检测到网络拥塞时,CNCCMC路由协议依据网络拥塞节点进行流量分析和判断的结果采取集中式的方式控制其子节点的切换;最后,在网络拥塞缓解过程中,提出一种“乒乓效应”避免机制。理论分析和仿真结果表明,与GTNCC路由算法相比,CNCCMC路由协议在降低网络拥塞发生的概率、延长网络平均生存寿命和提高网络吞吐量等方面的性能得到了有效提升。     

一种基于目标速率的网络公平性算法设计

面向连接的TCP和无连接的UDP流在拥塞发生时对拥塞指示的不同响应方式,导致了对网络资源的不公平使用问题。提出的调整随机早期检测算法MRED是对已有的RED算法较小的一种改进算法。MRED算法根据TCP吞吐量模型发送速率上界与UDP业务流的目标速率比较,得到吞吐量与数据包丢失率关系曲线,通过在网络节点控制数据包丢失率来调节UDP业务流的吞吐量,可以改变其对于网络拥塞的响应方式。仿真结果表明,采用MRED算法有利于提高网络资源共享的公平性。     

带有动态反馈的间断连接无线网络自适应异步节能机制

针对间断连接无线网络节点能量受限特性,提出一种带有动态反馈的自适应异步节能机制,以解决节点在空闲侦听中能耗过大的问题;并在此基础上,设计了一种能够根据网络通信错失率和节点能耗动态反馈调整的占空比机制,以有效延长生命周期,提升网络的投递性能。数值结果表明,与同类自适应节能机制相比,所提机制能够在不损失网络投递性能的情况下,极大限度地延长网络和节点的生命周期。