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。     

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。     

多PAN太赫兹无线个域网边缘节点信息高效报告方法

针对太赫兹无线个域网络中跨个域网(personal area network, PAN)通信存在的常规信道时间分配时段(normal channel time allocation period, N-CTAP)部分常规节点数据传输受干扰影响节点通信的成功率等问题, 提出一种太赫兹网络的高效自适应报告方法(efficient adaptive reporting approach of terahertz network, EARA-T)。该方法将常规节点细分为正常节点和边缘节点, 在节点入网前及入网后将节点类型信息及时高效地报告给所在PAN的微微网控制器(piconet coordinator, PNC), 以便于PNC在时隙分配上采取有效措施降低甚至消除网间干扰对数据传输的影响。通过使用OPNET软件进行仿真验证, 相较于FDP协议和FCP协议, 所提方法信息报告控制开销和时延的降低分别不少于14.1%和3.7%, 信息报告成功率提高了0.4%。     

基于OPNET的机群数据链混合TDMA协议仿真

针对当前数据链的时隙分配问题,提出并实现了一种基于灰色关联分析法的混合时隙分配协议。通过灰色关联分析法对吞吐量、时延和当前报文缓冲区的负载程度做聚合,得到各节点综合得分,根据综合得分对时隙进行动态分配,同时采用固定时隙分配的方式保证网络中的节点最少有一个时隙可用。仿真结果表明：与固定TDMA(time division multiple access)协议和P-TDMA(priorityTDMA)协议相比,该协议在减少竞争冲突的同时,也保证了较低的时延、相对较高的吞吐量和高时隙利用率。     

支持QoS的MANETs资源预留型MAC协议

本文针对移动自组织网络中实时业务特殊的服务质量(quality of service,QoS)需求,提出了一种新的媒体访问控制(media access control,MAC)协议,即基于公平的时分多址(fair-time division multiple access, F-TDMA)协议。该协议采用特定的时隙分配算法,来确保实时业务的QoS需求,并兼顾数据业务的接入性能。OPNET仿真表明:F-TDMA协议较现有协议具有较低的接入时延和较高的吞吐量,并且针对不同的业务类型F-TDMA协议可以优先确保实时业务的接入性能,同时又不会使数据业务的接入时延过大而失去发送的意义。     

采用集总式冲突消除算法的Ad hoc网络MAC协议

针对动态分配类时分多址接入协议的服务质量(QoS)问题,提出了集总式冲突消除算法,该算法通过递进结构可以将一帧内所有节点的冲突在控制时隙内完全予以消除,然后通过队列预留机制进行信道的分配,使节点在接入过程中满足先入先出的特性,提高了协议运行的公平性和稳定性,减小了节点的退避时延.另外,协议能够按照业务的级别重新调整节点的接入次序,实现了对实时业务的QoS保证.分析和仿真表明,采用新算法后,协议在接入效率、吞吐量和接入时延方面均呈现出良好的性能.     

一种新的支持智能天线应用的多址协议及其性能分析

主要研究将智能天线应用于Internet无线接入网络的中心接入点 (CAP) ,提出了基于轮询的自适应波束形成多址接入协议 (PB ABFMA)。该协议中 ,CAP接收或发送数据分组前 ,由CAP引导用户节点发送训练序列 ,CAP的智能天线据此计算出与用户节点对应的权矢量。CAP以轮询及动态TDMA方式为各节点安排发送时隙 ,采用微时隙为处于空闲状态的节点保持连接以降低时延。提出一种简单有效的竞争接入算法 ,保证新用户能够快速接入信道 ,该协议可工作于异步网络中。针对Internet中主要的“请求 -回应”(request reply)式业务 ,推导了信道利用率的计算公式。结果表明 ,PB ABFMA协议能有效支持智能天线应用并具有较高的信道利用率与良好的时延性能     

基于无线局域网支持智能天线的优化MAC协议

提出优化的媒体接入控制协议OD-DCF,可以在一个无线局域网内同时支持智能自适应阵列天线和全向天线。在发送数据帧前,OD-DCF利用全向RTS/CTS握手机制预约信道,引导发送站点和接收站点发送训练序列。智能天线根据训练序列计算出对应的权矢量,定向收发数据帧。为了解决智能天线与全向天线的兼容问题,OD-DCF支持基于天线种类的分级机制:通过调节竞争参数,智能天线可优先接入网络;在形成定向波束后,相邻站点复用信道。仿真结果表明,OD-DCF协议能够有效支持信道的空分复用,显著提高网络吞吐量,降低时延和时延抖动。     

非饱和态802.15.4网络吞吐量建模分析

IEEE802.15.4是目前无线传感器网络中的主要协议,实际应用中由于无线传感器网络的工作特点,这类802.15.4网络多工作于非饱和态,而现有的对其建模研究通常假设网络处于饱和态。在分析时隙CSMA/CA的IEEE802.15.4MAC协议基础上,使用M/C/1/K排队系统理论,建立了新的Markov链模型。并在此基础上,推导出网络的吞吐量表达式。仿真结果表明,该模型能准确反映网络吞吐量的变化。     

认知无线电传感器网络自适应接入控制策略

针对当前认知无线传感器网络接入控制策略能量消耗过大及难以适应服务要求的问题,提出一种认知自适应接入控制策略。首先建立接入控制策略模型,利用代表节点降低感知能量消耗和报告开销。然后提出关于感知模型选择及工作周期调整的自适应方法来提高感知效率,深入分析其对系统吞吐量及帧递送率带来的影响。最后仿真结果表明,在达到相同检测目标情况下,提出的自适应接入控制策略所需通信开销较传统策略更少,有效降低了能量消耗,吞吐量较传统方法有了较大提高,在回避主用户情况下服务质量受到的损失更小。     

下一代密集WLAN网络干扰管理机制

在密集高效无线局域网部署场景中,针对传统802.11协议造成用户公平性差和吞吐量低的问题,提出一种以用户为中心的资源配置方法。该方法通过对用户进行识别分类,以用户为中心配置信道和功率,在保证用户公平性的前提下,最大化网络吞吐量。提出的功率控制机制和用户识别方法可以很简单的应用于现有无线局域网系统中。仿真结果表明,提出的资源配置方法平均提升单位基本服务集吞吐量47.3%,干扰最严重的基本服务集的吞吐量提升190%,每个基本服务集的边缘用户的吞吐量平均提升约74.3%。     

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。     

Designing cost-effective network-on-chip by dual-channel access mechanism

A dual-channel access mechanism to overcome the drawback of traditional single-channel access mechanism for network-on-chip (NoC) is proposed.In traditional single-channel access mechanism,every Internet protocol (IP) has only one channel to access the on-chip network.When the network is relatively idle,the injection rate is too small to make good use of the network resource.When the network is relatively busy,the ejection rate is so small that the packets in the network cannot leave immediately,and thus the probability of congestion is increased.In the dual-channel access mechanism,the injection rate of IP and the ejection rate of the network are increased by using two optional channels in network interface (NI) and local port of routers.Therefore,the communication performance is improved.Experimental results show that compared with traditional single-channel access mechanism,the proposed scheme greatly increases the throughput and cuts down the average latency with reasonable area increase.     

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。     

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。     

一种基于空间相关性的稠密无线传感器网络混和MAC协议

在消除传感器节点监测数据之间存在的空间冗余性的同时,尝试通过融合TDMA和CSMA两种模式来提高系统性能。提出的HS-Sift协议将感知区域划分为三个子区域,每个区域采取不同的信道接入方式。在HS-Sift协议下,感知区域边界的节点将主要处于休眠状态,靠近事件地的节点采用调度的方式发送数据以提高信道利用率,而中间部分的节点将采用竞争模式接入信道。模拟实验表明该协议能有效地降低能量耗费以及传输延时。     

基于隐马尔可夫模型的动态跳频信道接入算法

针对认知无线电信道接入中存在主用户和次级用户相互干扰、吞吐量下降的问题,提出基于隐马尔可夫模型的动态跳频信道接入算法。由于长时段的数据传输造成次级用户无法及时切换信道,将数据传输时段分为多个跳频时段,构建隐马尔可夫模型预测可用信道,建立跳频信道集合,设计动态跳频序列,使信道接入的效率更高。理论分析与仿真结果表明,该算法能够有效降低各级用户之间干扰概率并显著改善系统吞吐量,增加系统可靠性和信道利用率。     

信道网络编码的联合迭代译码设计

在研究无线网络中物理层网络编码技术的基础上,提出了一种新型的适用于多址中继信道的信道 网络编码的联合迭代译码设计方案,即卷积Turbo码（convolutional turbo codes, CTC）与网络编码的联合迭代译码设计方案。方案中考虑到中继可能存在不能正确译码信源信息的情况,信宿可以有选择地选择合适的先验信息进行译码。仿真结果表明该方案具有较强的纠错性能,同时随着中继点和信宿端的接收天线NR和ND的增多,系统的纠错性能也随之增强,从而表明本文提出的方案广泛适用于多址中继信道环境中。