Ad Hoc网络的MAC协议研究

Ad Hoc网络是由一组自主的无线节点或终端相互合作而形成的,独立于固定基础设施的分布式网络。在单信道条件下,所有移动节点共享一个无线信道,需要有效的MAC层协议来协调各节点对信道的访问。在分析已有Ad Hoc网络MAC协议的基础上,着重分析信道接入的公平性和信道利用率等问题;进而提出一种动态时延退避方案,以提高Ad Hoc网络信道接入的公平性并改善网络的吞吐量。     

基于双信道自组织时分多址的MANET组网技术

对于移动自组织网络(MANET),要求在高密度、重负载的场合,协议仍能确保时隙实时地接入信道。为此,本篇在详细论述分布式自组织时分多址(SOTDMA)的基础之上,提出双信道的自组织MAC协议DS-MAC。提出利用最小邻居节点集来解决时隙竞争问题。仿真结果表明,该协议能满足紧急通信的设计需求。     

基于信道占用率的Ad Hoc网络自适应公平性算法

Ad Hoc网络中,节点通过竞争信道完成通信,如果竞争窗口值选取策略不合理,则容易造成公平性问题.在分析现存典型公平性算法的实现机制基础上,提出了信道占用率的概念,设计了一种基于信道占用率的Ad Hoc网络自适应公平性算法.根据节点对通信历史及当前信道占用率与理想信道占用率之间的关系,将通信情况分为4种类别,再结合当前网络负载情况,动态设置竞争窗口值.仿真结果表明,该算法在改善吞吐量的同时,显著提高了节点信道接入公平性,在各种负载条件下表现良好,优于BEB、MILD、MIMD和NAVB等算法.     

基于临近空间通信网络混合业务的MAC协议

在临近空间通信网络中,不同的业务共享带宽有限的无线信道,因此,需要设计一种简单有效的MAC协议,以便在保障业务服务质量的同时提高信道利用率.文中提出了一种用于支持混合业务的临近空间通信网络MAC协议.通过对帧时隙进行最优划分组合、业务分离和业务优先级判断,协议很好地支持了语音、数据和实时变速率(rt-VBR)视频混合业务.仿真结果表明,该协议在保证各种业务服务质量的同时最大信道利用率达到85%.     

基于无线自组织网MAC的FPRP协议改进研究

5次握手机制(Five-Phase Reservation Protocol,FPRP)是无线自组织网中常用的信道接入控制(Medium Access Control,MAC)时隙分配协议,通过随机竞争接入为广播业务预约无冲突的信息时隙,利用信噪比来判断通信链路是否可靠、增大节点发射功率、增加比特信息、消除非孤立死锁节点、简化协议的方法进行改进.仿真实验结果表明,改进的结果与实际的仿真结果一致.     

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。     

空基移动自组网中基于TDMA的 令牌时隙MAC协议

为了较好地提高控制信息的利用效率,提出基于时分多址(TDMA)的令牌时隙媒介访问控制(MAC)协议. 该协议采用控制信道与数据信道分离的方法,在控制信道按照网络节点的标号(ID)顺序,动态拥有令牌时隙,及时交换节点信息参数及数据传输请求;在数据传输信道采用预约分配的时隙进行高速数据传输,避免了节点间的传输干扰. 同时采用空分复用TDMA模式,极大地提高了有限信道资源的利用率. 仿真结果表明,设计的MAC协议能够有效地提高网络的吞吐量,满足不同服务质量(QoS)和传输时延的要求.     

一种应用于临近空间通信网络混合业务的MAC协议

该文提出了一种基于修改PRMA协议用于支持混合业务的临近空间通信网络MAC协议。主要对PRMA协议中的帧时隙进行最优划分组合,每帧由100个时隙组成且分为两部分,前m个时隙用于传输视频业务和数据业务,后n个时隙用于传输语音业务。通过对时隙最优划分,业务分离和业务优先级判断,系统很好地支持了语音,数据和实时变化比特速率(rt-VBR)视频混合业务。最后对数据业务包平均时延,语音和视频业务丢包率以及信道利用率等性能参数进行仿真评估,证明该协议在保证各种业务服务质量(QoS)的同时也对提高信道利用率起着重要的作用。得到了最优视频业务预留时隙数m=36和85%的信道利用率。     

UWB Ad Hoc网络无线接入特性与定位辅助路由分析

考察基于UWB技术的Ad Hoc网络组网的关键问题。根据UWB信号特征分析了信道客量,说明在大带宽、有限功率的通信模型下UWB Ad Hoc网络的节点吞吐量。从网内冲突和网间干扰方面讨论无线接入面临的问题和解决途径,包括解决网内冲突的主从轮询机制、CSMA竞争机制和应对于网间干扰的扩频技术。举例分析了UWB Ad Hoc网络MAC协议的特性,说明将Ad hoc MAC与动态信道编码结合,并采用跳时的方式解决网间干扰的是一种有效的方法。在分析UWB和GPS定位信息不同点的基础上进一步研究了基于TOA的定位算法和定位辅助路由IAR协议的原理,提出两者结合的UWB Ad Hoc网络定位辅助路由。     

多预约信息转发的协作信道预约多址接入协议

针对Ad Hoc网络中实时业务在背景业务繁重时信道接入效率低的问题,提出一种邻节点协作转发信道预约信息(CRI)的多址接入协议(M-CCRM).节点在发送数据分组前,选取多条CRI作为其数据开销,在控制该开销不超过预先设定门限的基础上,将这些CRI随分组一起发送;收到数据分组的邻节点提取其携带的CRI,记录下那些自己位于其预约范围内的CRI,避免在这些CRI的预约时段内接入信道.M-CCRM协议扩大了CRI的覆盖范围,解决了由于信道衰落和(或)分组冲突导致的CRI丢失问题,提高了实时业务的信道接入效率.仿真结果表明,当开销门限为0.02时,M-CCRM协议的实时业务发送失败概率比基本信道预约协议和基本协作预约协议分别降低了31％和20％.     

LoRa技术在油田数据采集系统中的应用

针对现有网络通信技术在复杂油田环境中组网困难和超高功耗的问题,采用低功耗、超长距离无线通信LoRa技术以提高网络通信技术在智慧油田数据采集系统中的精度和实时性,降低组网难度。通过对LoRaWAN无线标准协议和轮询时隙分配算法的研究,设计了一种基于LoRa扩频技术的差异性时隙分配策略的无线数据采集方法,在OPNET 14.5平台对改进的方法进行仿真。仿真结果表明,使用该方法的自组网络吞吐量相比固定时隙分配策略有了明显的提高,有效降低了重要数据节点数据上报周期,增加了网络信道的利用率,该方法可进一步实现油田数字化建设。     

基于分簇结构的移动自组织网络接入控制协议关键技术研究

提出了一种基于分簇结构的移动自组织网络(MANETs)接入控制协议(CM-MAC).该协议主要适用于大规模多跳移动自组织网络,采用分簇技术将整个大规模网络分成多个簇,每个簇拥有不同的工作频段,各个簇之间互不干扰.簇内采用了动态时分多址协议,每个节点根据自身业务强度动态地占用网络资源,簇与簇之间通过网关节点实现跨簇通信.本文采用了OPNET Modeler进行网络建模和仿真,仿真结果表明:在大规模拓扑网络中,CM-MAC协议比标准USAP协议的吞吐量提升了约2.2倍,时隙复用率提升了约4倍,端到端延时降低了约3倍.     

网格型煤矿瓦斯监测网络节点接入机制设计

为了解决煤矿瓦斯监测网格型无线传感器网络无线节点在同一信道上工作时容易产生数据冲突,不利于监测的问题,提出了一种网络的无线节点接入机制。将无线传感器网络中的端设备节点先分组,再使用随机竞争与时隙分配相结合的方法来解决该问题。实验表明,利用分组无线节点中的时隙分配,并在同一时隙内采用CSMA/CA机制传输数据,不仅可以减少时隙数,降低数据传输时延,还可以减少数据传输冲突,节省能量,从而提高了无线监测网络的可靠性和稳定性。     

一种用于水声通信网的全动态TDMA协议

为了解决一定应用场合下水声通信网的通信效率和能量节省之间的矛盾,针对特定的网络拓扑结构,提出了一种全动态时隙调度的时分多址MAC协议FD-TDMA.该协议采用了动态往返调度方式、混合回复策略和保守的睡眠机制,网络各节点根据本节点及相邻节点的收发情况和已知的网络拓扑信息,动态并实时地更新自己在接收状态、睡眠状态和等待状态停留的时间,适时地进入自己的发送时隙.通过OPNET仿真表明:FD-TDMA协议与同样带有睡眠和混合回复机制的固定时隙TDMA协议相比,通信效率和能量效用均有显著的提高;并且该协议性能稳定,能适应不同的业务负载和网络规模.     

一种支持QoS的D-TDMA协议性能分析与仿真

数据链中的多址接入协议会直接影响其组网方式和性能指标.武器协同数据链中对信息传输的实时性有很高的要求,通过对动态时隙分配算法的改进,提出了一种适合武器协同数据链组网方式的D-TDMA协议,结合排队理论推导了该协议下不同优先级业务的平均端到端时延计算公式.利用OPNET软件搭建了武器协同数据链的仿真模型,比较了不同时帧长度对网络时延性能的影响,仿真结果表明,D-TDMA协议不仅能满足武器数据链中的时延要求,而且能提供较高的信道利用率.     

混合MAC协议和流量分化QoS的WSN智能算法

针对无线传感器网络(WSNs)中负载很大的情况下网络能量效率较低的问题,提出了一种基于MAC协议混合流量分化QoS的WSN智能算法。为关键或时延敏感的数据包缩减了时延。首先,通过使用智能CSMA和TDMA加强方法充分利用信道;然后,同时使用广播调度和链路调度,根据网络负载动态地从广播调度切换至链路调度从而获得最佳效率;最后,利用分散处理方法完成调度,即节点在本地使用时钟算法找到时隙,并为之分配。仿真实验验证了所提算法的理论思路及高效率,结果表明,适当的变化发射功率方式降低了能量消耗,并行发射的使用进一步降低了时延。     

移动自组织网络中一种能量有效的跨层协议

提出了一种移动自组织网络中能量有效的跨层协议,将网络层的能量感知路由协议与MAC层的功率控制协议相结合,以提高节点的能量利用效率.在路由协议中根据节点剩余能量决定节点接入路由的延迟时间,从而使剩余能量较多的节点能够更快地接入路由,以使网络中的能量消耗更公平.在MAC层中实现功率控制,减少节点的实际能量消耗.仿真结果表明,在移动自组织网络中,该能量有效的跨层协议不但能延长网络的生存时间,减少端到端延迟,而且可以提高网络吞吐率.     

基于时分频分的无线传感器分簇网络MAC层协议

针对无线传感器网络节点能量有限的特点,提出了一种应用于簇结构的媒质接入控制（MAC）协议．即FT-MAC协议．该协议在簇内使用分时通信,利用粒子群算法优化时隙分配,减小状态转换的能量消耗,为了消除网络通信中的簇间干扰,FT-MAC使用启发式搜索算法为相邻簇分配不同的频率,在仅需保持簇内时间同步的条件下,FT-MAC通过网关节点的特殊工作模式实现了簇间通信,避免了全网时间同步所造成的大量能耗．仿真结果表明,与其他媒质接入控制协议相比,FT-MAC具有能耗小、网络数据包延迟时间短的优点．能满足大规模无线传感器网络应用的需要．