基于网络编码的无线局域网多播MAC协议及性能分析

针对现有IEEE 802.11协议无法提供可靠多播服务的缺陷,提出一种基于网络编码的无线局域网多播MAC协议MPNC.该协议对已有的ELBP协议进行了扩展,采用网络编码组传输模型发送多播数据.对于多播源节点,采用随机线性码对多播数据帧进行编码组合发送;对于多播接收节点,在接收的编码帧累积到一定数量后通过解码操作恢复出所需的原始数据.该方案有效减少了多播数据帧的发送次数,从而提高了无线带宽的利用效率.基于终端信道竞争的二维马尔可夫链模型,推导了差错信道下MPNC协议在网络饱和状态下的吞吐量理论表达式.最后,使用NS-2模拟器评估MPNC协议在不同信道误比特率和多播节点数目下的性能.仿真结果表明,MPNC比已有LBP和ELBP协议获得更优的吞吐量性能,并验证了理论分析的正确性.     

Ad Hoc网络中支持拥塞控制的速率自适应协议

Ad Hoc网络中节点需要竞争共享信道,容易使部分节点发生拥塞而丢弃部分分组,造成带宽资源浪费。为了更有效地利用Ad Hoc网络物理层的多速率能力,提出了一种支持拥塞控制的速率自适应协议,引入了可变发送窗口机制,接收节点根据信道质量选择可用的最高传输速率,并根据其队列拥塞程度控制发送端节点的发送窗口,发送节点按照发送窗口的大小连续发送多个数据帧。仿真结果表明,该协议能够充分利用信道条件,在网络重负载的条件下,饱和吞吐量提高80%,并能够调整拥塞节点的分组进出速率,有效地控制了网络拥塞。     

协作混合分层信标驱动的领导者协议

为了解决基于领导者的系列组播差错控制协议中信道质量差的节点影响整个网络性能的问题,将协作传输和前向纠错机制相结合,提出了协作混合分层信标驱动的领导者协议CHLBLBP．CHLBLBP将数据帧发送分成两个阶段：第一阶段由发送者进行数据传输;第二阶段发送者选择一些已经接收到数据的节点作为中继节点帮助发送者进行协作传输．理论分析和试验结果表明,CHLBLBP能提高信道差的节点的接收成功率,减少重传次数和降低网络延迟,提高整个网络的质量．     

无线多媒体传感器网络拥塞感知的流控制机制

为研究和改进无线多媒体传感器网络实时传输视频数据的性能,首先深入分析和研究在无线传感器网络环境下实时传输MPEG视频流存在的主要问题与性能瓶颈,通过分析端到端吞吐量与视频帧发送速率之间的关系,以IFQ队列长度作为反应网络拥塞程度的重要指标.在此基础上,提出一种基于跨层设计的拥塞感知通信流量控制机制,其基本思路是根据MPEG编码视频序列的特点,当无线链路质量变差,通信拥塞可能出现时,发送节点主动丢弃部分对接收方播放质量不太重要的低优先级视频帧数据,以降低通信负载,增加高优先级视频帧的成功传送概率.为验证该策略的效果,分别设置了简单与复杂场景下的视频传输实验,分析了在多种视频帧发送速率下平均端到端时延,丢包率,可解码帧率等参数指标的变化.实验结果证明,这一策略可以改进视频流在接收方的播放质量,同时减少不必要的能耗.仿真实验结果表明该策略有效克服了性能瓶颈,提高了无线多媒体传感器网络实时多媒体传输的服务质量.     

无线网络中基于信道速率和传输功率的MAC性能优化

目前多种无线传输标准均支持多速率的数据传送,通过对信道状况的估算设置合适的数据传输速率,有利于网络性能的优化。同时,调整无线网络中节点的发射功率可以间接改变物理载波侦听范围,从而提高网络的空间复用。本文提出了一种基于信道速率和传输功率自适应调整的PRA算法（Power and Rate Adaptation）,该算法的基本思想是发送节点根据通信距离保守计算起始速率,并根据成功和失败的状况调整传输速率和发送功率,从而有效改善介质访问控制协议的性能。仿真结果表明,该机制可以使节点在通信过程中自动调整到较高的信道速率和合适的发送功率范围,提高了网络吞吐量,降低了功耗,同时改善了公平性。     

基于网络编码的协同多用户接入协议

研究了半双工系统协同多用户接入协议中的用户节点协同工作方式以及基站的多用户信号检测和处理方式.提出了基于网络编码的协同多用户接入协议,由中继节点对各用户节点发送的信号进行网络编码传输,基站端对接收到的所有用户节点和中继节点传输的信号进行联合迭代网络译码,进而恢复出所有用户的信息.理论分析和仿真结果表明,通过网络编码系统的处理不仅能获得分集增益,同时还能获得编码增益.显著地提高了系统的性能,另外,编码的码长可变使得用户数目的扩展方便.且对于不同的用户数可保持相同的编码码率.     

802.11多速率无线局域网中的竞争窗口控制算法

针对此类网络的饱和吞吐量模型,分析了速率调整无法降低帧冲突的原因以及发送节点的尝试发送帧概率对网络性能的影响.基于发送节点的尝试发送帧概率和竞争窗口大小之间的关系,提出了一个802.11多速率无线局域网中控制竞争窗口的方法,该方法通过估计局域网中的平均连续空闲时隙数来控制竞争窗口,因此能够主动减少由于节点数量大造成的帧冲突,从而提高网络性能.模拟实验表明,在802.11多速率无线局域网中,竞争窗口控制算法的引入可以在已有的速率调整算法的基础上使网络性能大大提高,获得更好的吞吐量和公平性.     

无线多跳网络中802.11 DCF广播信道接入性能分析

分析了采用网络编码和机会路由方法的无线多跳网络中存在的信道接入问题,建模描述了802.11 DCF广播信道接入过程,并对影响无线多跳网络的吞吐率、延迟、信道资源分配等性能指标的因素进行了定量分析.利用M/M/1/K队列和离散时间的二维Markov链,建模描述具有相异报文到达速率的多个节点竞争信道时各个节点上的报文到达、排队、信道接入和发送过程.通过求解该模型,得到各节点的实际发送速率、报文平均服务时间和系统总吞吐率等指标的计算公式.将模型计算结果和基于NS-2网络模拟平台得到的实验结果进行对比.结果表明,该模型能够有效地预测各种传输负载组合情况下的报文平均服务时间和信道资源分配的公平性等网络性能指标.     

一种可靠的车载自组网MAC层协议

车载自组网中数据链路层常使用的802.11p协议在实际应用中存在很多问题。如:信标帧在周期性广播时,常因无序发送带来信道冲突而导致丢包率高、数据帧发送延时大且不可预测等问题。本文提出一种改进的车载自组网MAC层协议--BSCM(Beacon Slot Channel Management protocol),该协议采用帧时隙的方法对周期性广播的信标帧进行分时隙管理,减少与其它帧发送冲突的几率。同时,对成簇拓扑中相关节点运动规律进行预测与分析,提出节点加入、退出簇及簇融合等方案。仿真实验证明,该协议与802.11p协议和其相关改进协议比较,信标帧丢包率大大降低,网络负载减轻且数据帧传输有更小的时延。     

一种基于RBAR的协作MAC协议

协作通信技术的应用给无线网络媒体接入控制(media access control,MAC)协议设计带来新的挑战。针对该协作通信技术的特点,文章在RBAR速率自适应协议的基础上,提出一种支持协作通信技术的MAC协议Coop-RBAR。Coop-RBAR协议根据发送端、协作节点和接收端之间的瞬时信道状态来决定数据传输方式和传输速率;基于系统能达到的最大吞吐量和邀请帧退避算法,选择最优的协作节点参与数据传输。仿真结果表明,Coop-RBAR协议能够有效地提高网络性能,可获得比RBAR协议更高的吞吐量和更小的传输时延。     

无线自组织网络可靠组播MAC协议

为了在无线自组织网络的MAC层中更好地提供可靠组播,在尽量少修改IEEE 802.11协议的原则下提出了一个可靠组播MAC协议RMMP(reliable multicast MAC protocol).首先由源节点组播RRTS(reliable RTS)帧,各接收节点依次回复RCTS(reliable CTS)帧;源节点在收到所有RCTS后,组播N个RDATA(reliable DATA)帧,各接收节点收到第N个要求回复的RDATA帧后依次回复RACK(reliable ACK)帧,然后源节点重传丢失帧.RMMP协议提高了MAC层组播可靠性.最后运用NS-2仿真软件对该协议进行验证,结果表明,RMMP在包投递率、吞吐量性能上都有很大的提高,实现了MAC层可靠组播,其代价是平均端到端时延略大.     

一种考虑节点剩余能量及其消耗率的Ad Hoc组播路由算法

基于移动Ad Hoc组播路由协议ODMRP,提出一种考虑节点剩余能量的同时加入节点消耗率的Ad Hoc组播路由算法(EDRODMRP算法),并使用NS-2.28模拟器对EDRODMRP算法和ODMRP协议进行仿真实验.相对于ODMRP协议,EDRODMRP算法提高了网络吞吐量和网络投递率,延长了网络的生存时间,使网络的整体性能得到了提高.     

NDN协议下的网络编码传输性能研究

当前的信息爆炸时代使得海量数据集中出现,数据传输速率呈指数级增长,数据命名网络（named data networking, NDN）中特有的大数据量的计算与存储方式,传统的互联网体系架构已经无法满足大数据量网络的性能需求.本文在NDN网络中引入网络编码技术,拟解决NDN传输协议下的网络传输性能问题,着重探讨了时延以及吞吐量两个网络性能参数.实验结果表明网络编码机制下能够实现多播路由无法达到的吞吐量,而且将多播路由下的网络时延减小了将近50%,改进网络性能,节省了网络传输资源,满足当前处理大数据业务的要求.      

基于网络编码的多源多核点光组播路由算法

针对现有多源组播网络编码路由方法的链路代价、波长消耗等性能受目的节点数目变化影响过大的问题,提出一种基于网络编码的多核组播路由算法。该算法通过选取多个核点构造编码子图,并将为目的节点选择的核心节点设为解码节点,以减小目的节点数量对编码子图大小的影响。结果表明,在目的节点较多的多源网络中,该算法能有效地减少网络总链路代价和波长资源消耗。     

MANET中的多目标组播路由协议

针对临时性、少量信息群发业务模型,提出一种多目标组播路由协议,利用已有的单播路由信息实现组播发送功能。中间节点根据组播分组中目的节点的地址和路由信息,结合本节点路由表或转发表,对相关目的节点执行转发。协议无需维护组播树和组播成员状态,可在任意提供路由表或转发表的单播路由协议基础上工作。在该应用模型下,协议的分组递交率性能与单播路由协议相当,发送开销比单播和其他组播路由协议大大减少,控制比特开销也较低。     

Mesh架构叠加网多播优先级抢占算法

加入叠加网多播的主机在带宽及其他方面存在异构性.在叠加网多播协议设计中考虑这些异构性,按优先级组织节点关系与系统架构,将提升系统的整体性能.本文利用Mesh架构叠加网多播中大部分数据经几棵树所组成的树子集进行传播的特性,定位主干多播树,在此基础上设计优先级抢占算法,使高能力节点抢占低能力节点位置,从而使高能力节点尽可能的靠近源点,以此提升系统整体性能和贡献较大节点的业务质量.本文给出了协议设计,并对目标架构进行了分析,最后通过仿真实验表明了本算法的有效性.     

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。     

一种新的无线mesh网络编码算法

针对网络编码可以在很大程度上提高网络吞吐量,但会增加网络的复杂性这一问题,构造了一个特殊的无线mesh网络拓扑结构,提出一个新的编码算法.该算法通过构造一个虚拟源节点,利用在无线组播网络中,仅需对进入中继节点的链路进行编码,进入目标节点的链路,直接路由选择就能达到网络编码所能够达到的容量.从而允许与目的节点相连接的中继节点收到数据包后直接路由选择.与传统的基于机会的网络编码COPE算法相比,该算法有效地减少了原始数据包传输的次数,从而提高了以网络编码增益来衡量的网络吞吐量.仿真试验验证了该算法的有效性.     

一种基于发射功率控制的无线自组织网MAC协议

在无线自组织网数据链路层中,采用传统的功率控制机制会引起不同发射功率节点间的分组冲突。为了减少这种冲突和提高网络性能,提出了一种基于发射功率控制的无线自组织网MAC协议。通过引入交互发射功率等级信息和目的节点发送两次CTS帧的方法来缓解隐藏终端问题。网络仿真表明,在静止网络中CTPL协议与802.11 DCF协议相比可有效提高网络吞吐率,并减少部分能量消耗。通过仿真分析可知,该协议在无线自组织网络静止场景中可提高吞吐率,降低传输时延以及延长网络使用寿命。     

一种新的无线mesh网络编码算法

针对网络编码可以在很大程度上提高网络吞吐量,但会增加网络的复杂性这一问题,构造了一个特殊的无线mesh网络拓扑结构,提出一个新的编码算法。该算法通过构造一个虚拟源节点,利用在无线组播网络中,仅需对进入中继节点的链路进行编码,进入目标节点的链路,直接路由选择就能达到网络编码所能够达到的容量。从而允许与目的节点相连接的中继节点收到数据包后直接路由选择。与传统的基于机会的网络编码COPE算法相比,该算法有效地减少了原始数据包传输的次数,从而提高了以网络编码增益来衡量的网络吞吐量。仿真试验验证了该算法的有效性。