带睡眠机制的IEEE 802.15.4 MAC协议性能分析

针对IEEE 802.15.4中的周期性睡眠机制,提出了一种IEEE 802.15.4 MAC协议实时应用中完全基于时隙分析的精确建模方法.该方法把IEEE 802.15.4的睡眠机制以及载波侦听多址接入/冲突避免(CSMA/CA)机制同时纳入考虑,将整个超帧以退避时隙为单位进行划分.通过对2个机制精确到时隙的建模,分析了网络负载以及占空比特别是睡眠机制对能耗、吞吐量及平均服务延迟等网络性能的影响.NS-2仿真结果表明,该模型可准确预测实时应用中IEEE 802.15.4网络性能,且在相同数据率条件下占空比适当的睡眠机制可使得能量消耗以及网络吞吐量达到最优值.     

基于水声网络的FAMA协议仿真研究

浅海水声信道的快衰落、长延时给水声网络媒介访问控制(MAC)层协议的设计和性能带来了较大的负面影响.为了提升MAC协议的吞吐量、时延等性能,着重对FAMA(Floor acquisition multiple access)协议进行了分析,并以通信网络仿真工具OPNET为仿真平台,得出该协议在吞吐量、时延和能量损耗三方面的性能结果.与目前水声网络主要采用的冲突避免多址接入(MACA)协议的仿真结果相比,FAMA协议能够取得较好的吞吐量和时延性能.     

基于优先级轮换的ad hoc网络MAC协议

该文提出了新的ad hoc网络媒体访问控制协议，即优先级轮换多址接入（priority rotation multiple aceess，简称PRMA）。该协议适用于单信道半双工电台。通过载波监听，并使用控制分组，PRMA有效地解决了在多跳网中的隐藏终端问题。在不同的访问周期，节点可能具有不同的优先级。为了避免冲突，节点按照优先级，在不同的时间发送分组。理论分析和仿真结果表明．PRMA协议在低负载和高高载时均有转高的吞吐量。     

Performance Analytical Model of IEEE 802.11 Distributed Coordination Function

IEEE 802.11 distributed coordination function （DCF） is a distributed medium access scheme based on carrier sense multiple access with collision avoidance （CSMA/CA） protocol. Many literatures have analyzed the performance of IEEE802.11 DCF. However, such literatures either used simulation methods or built the analytical models under the assumption that the saturation condition was satisfied. To overcome such a problem, in this paper, a hi-dimensional Markovian model has been introduced to depict the DCF mechanism. The proposed model introduced an idle stage and a discrete time M/G/1 queue to deduce the channel throughput under finite load traffic. Simulation results proved the accuracy of the proposed model.     

超宽带(UWB)无线网络MAC协议

无线多路接入环境中,超宽带（UWB）固有的技术特点严重影响MAC协议的执行.将基于CSMA/CA的MAC协议应用于无线局域网（WLAN）,并改变MAC协议中的数据包尺寸和包生成率来研究MAC的使用效率,仿真分析显示：现有的MAC协议应用在UWB系统中并不能获得理想的流量.因此,设计适合UWB系统的MAC协议时,尤其要重视信道接入延时的控制,才能发挥UWB技术的独特优势.     

一种面向唤醒无线电WSNs的接入控制协议

针对唤醒无线电(WuR)的无线传感网络(WSNs)中接入控制协议的能量消耗及时延问题,提出基于接收节点触发唤醒无线电的连续数据包传输的接入控制协议(CPT-MAC)。CPT-MAC协议将竞争类MAC和TDMA-MAC协议相结合,对CSMA/CA机制竞争信道进行了研究。结果表明:(1)在接收节点触发的唤醒无线电中,接收节点通过传输唤醒呼叫无线电。(2) CPT-MAC协议通过降低节点接入媒体可能产生的竞争概率,降低节点能耗。仿真结果表明,相比传统的接收器初始化(RI) WuR协议(RI-WuR),CPT-MAC协议在能量效率、传输时延、网络寿命和数据传输可靠率3方面的性能得到提升。     

IEEE802.11b的媒体访问机制

IEEE802.11b采用无线方式传输信息，而无线方式传输与有线方式传输相比，具有较大的复杂性，所以其MAC（媒体访问控制）机制也更加复杂。论文在较为深入的对IEEE801.11b协议研读后，比较详细地阐述了IEEE802.11b的媒体访问机制-CSMA/CA（载波监听多路访问/冲突避免）机制，以及在CSMA/CA基础上的两种具体实现控制方式-DCF（分布式）控制方式和PCF（点协调式）控制方式，同时还简要探讨了MAC层的差错控制问题。     

一种考虑休眠模式的IEEE 802.15.4 MAC协议Markov分析模型

为了有效描述启用休眠模式的IEEE 802.15.4 MAC协议,提出一种考虑休眠模式的IEEE 802.15.4时隙CSMA/CA算法Markov分析模型.分析了协议参数对吞吐量和功率消耗的影响,其中特别考虑了占空比和非饱和负载的影响.并且讨论了模型参数数值结果.结果表明,分析模型给出的理论分析结果与仿真结果较吻合,且该模型可用于描述休眠模式对IEEE 802.15.4协议性能所产生的影响.     

无线多跳网络中多径路由与CSMA协议联合优化

为了提高无线多跳网络中端到端的吞吐量,文章提出了一种多径路由与载波侦听多路访问(carrier sense multiple access,CSMA)协议联合的链路接入强度可调节的多径路由(link-access-intensities adjustable multi-path routing,LAMR)优化方案,该方案通过调整路由层多路径流量分配与介质访问控制(media access control,MAC)层协议参数设置来最大化数据流端到端的吞吐量。采用理想CSMA网络(ideal CSMA network,ICN)模型来分析MAC层链路吞吐量性能,构建路由层与MAC层联合优化的系统吞吐量最大化模型(maximum system throughput model,MSTM),用以刻画无线多跳网络中的路径选择、流量分配以及MAC层协议参数设置对链路吞吐量的影响;运用最优化工具求解得到数据流在多条路径的流量分配方案以及各链路的接入强度设置。仿真结果表明,与现有方案相比,LAMR方案平均可以提升21.3%的系统吞吐量,说明多径路由与CSMA协议的联合优化设计可以大幅提升无线多跳网络的吞吐量性能。     

基于能量收集的无线传感网MAC接入机制性能分析

该文在IEEE 802.15.4的MAC接入协议基础上,考虑了能量收集情况,提出了一种基于时隙分析的CSMA/CA分析模型。通过Matlab仿真结果表明,在相同的能量收集情况下,网络吞吐量随着占空比的增加而增加,但随着节点数目的增加,吞吐量随之减小;在定范围内,网络吞吐量会随着能量收集的增加而增加。     

Modeling and Simulation of P-Aloha,CSMA/CA and MACAW Protocols for Underwater Acoustic Channel

Medium access control( MAC) protocol of underwater acoustic communication network is a key technology for underwater acoustic networks( UANs). Most of the MAC protocols for wireless terrestrial communication networks have been designed with negligible propagation delay. If it is deployed directly in an underwater environment,the UANs will perform inefficiently. In this paper,the characteristics of underwater acoustic channel are modeled and simulated by using the OPNET simulation tool,which are the speed of sound, propagation loss, and four sources for ambient noise: the turbulence,shipping,wind driven waves and thermal noise. The performance of pure Aloha( P-Aloha),carrier sense multiple access with collision avoidance( CSMA / CA) and multiple access collision avoidance for wireless local area network( MACAW) protocols in underwater acoustic channel environment are evaluated. The different performance of protocols in underwater environment is compared in the simulation.     

适用于无线Adhoc网络的多通道 MAC协议

为了解决多跳A dhoc网络中IEEE 802.11 M AC协议存在的“错误资源预留问题”(ERP)、“隐藏终端问题”(HTP)以及“暴露终端问题”(ETP),提出了一种改进的多通道媒体接入控制(m ed ia access con tro l,M AC)协议(M CM AC)。对IEEE 802.11 M AC协议存在的问题进行了分析,提出利用物理层提供的多个独立的通道并发传送数据,并用4次握手代替IEEE 802.11中的“RTS-CTS”的2次握手,使邻节点虚载波侦听不需要为数据传输保持静默,从而解决了ERP和ETP。仿真表明该协议能够在提高吞吐量的同时极大地降低时延。当网络具有中等负载时,该协议能够提高25%的吞吐量并将时延降低至原来的50%。     

效用最优的无线传感器网络退避算法研究

针对基于CSMA/CA协议的分簇传感器网络,提出了一种新的退避算法.首先通过把资源分配看成效用最大化的优化模型,说明了簇内传感器节点争用信道的退避窗口应该具有同样大小;然后在假定簇内各个节点有一样的退避窗口的基础上,通过最小化节点间的冲突概率,得到了簇内节点的最优退避窗口值和节点个数之间的关系.由此提出了一种基于最优共享退避窗口的重传算法,仿真结果表明本算法较传统的二进指数算法具有较少的冲突,能够减少传输时延、提高吞吐量,同时也是能量有效的.     

基于波分多址的10 Gbit/sEPON的MAC层协议研究

提出了一种下行采用10 Gbit/s广播,上行采用1 Gbit/s波分多址的万兆以太无源光网络体系结构,该结构实际上下行为点对多点,上行为点对点.为解决该体系结构下的MAC(媒体接入控制)层协议控制问题,提出了一种协议模型.有别于IEEE标准802.3ah-2004的MPMC(多点MAC控制)子层,该模型提出了MWMC(多波长MAC控制)子层.给出了该结构下P2PE(点对点仿真)的实现方法,包括MWMC子层和调和层的扩展与修改以及10GBASE-R和1000BASE-X的物理层的扩展.通过点对点仿真可以使基于波分多址的万兆以太无源光网络在协议层面看起来就像上下行均采用点对点技术一样.     

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％.     

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。     

Aloha-LPD:一种用于水声通信网的MAC协议

为了减小长传播延迟对水声通信网性能的影响,在传统Aloha协议的基础上,借鉴CSMA协议载波侦听的思想,提出了一种用于水声通信网的MAC协议Aloha-LPD.利用水声通信的长传播延迟,采用半双工的通信方式,增加节点等待ACK回复帧过程中接收数据帧的机制,使一个节点同时与多个节点无冲突地通信.通过OPNET建立仿真模型,分析结果表明,与传统Aloha协议和基于RTS/CTS握手的协议相比,Aloha-LPD协议能够提高网络吞吐量,减小网络的端到端延迟.水声传输信道的长延迟是水声通信网性能的一大瓶颈,但如果能合理利用,也能改善水声通信网的性能.     

一种适用于节点功率非对称WSN的改进S-MAC协议

针对节点功率非对称的无线传感器网络中的隐终端问题,提出在RTS/CTS机制基础上增加广播Bandwidth Reservation（BRES）消息的改进协议。在改进协议中,通信节点的邻居节点根据侦听到的CTS消息动态广播BRES消息,使得与通信节点连接非对称的高功率节点在接收到BRES消息后推迟自身发送任务,从而避免了隐终端问题。仿真结果表明：相比SMAC协议,改进协议减少了低功率节点的数据冲突并降低了其到目的节点的端到端延迟,提高了低功率节点和网络的吞吐量。