基于跨层设计的MANET拥塞控制路由算法

移动无线自组网(MANET,Mobile Ad Hoc Network)是由无线移动节点所组成的具有任意和临时性网络拓扑的动态自组织网络系统,每个节点都可以作为主机和路由器使用。由于移动自组网的独特组织形式,固定网络和有中心无线网络的很多协议无法直接被它采用,因而需要设计专门适用于移动自组网的协议。其中,路由协议是自组网设计并研究的主要技术难点之一。对MANET中的经典AODV路由算法进行了改进,通过节点MAC层信息感知,表征出链路拥塞状态,同时将MAC层信息跨层共享,提出时延跳数积作为网络层路由判断和选择的依据,改善移动自组网传统路由协议遇到的拥塞问题,优化路由工作和网络性能。     

基于协处理器的无线传感器网络MAC设计

提出了一种基于协处理器的媒介访问控制(MAC)体系结构.将不同MAC协议的信道争用机制映射为协处理器内部的软件程序.其特点是兼容IEEE802.15.4协议,利用可编程协处理器增强MAC的可重用性,能支持自适应睡眠媒介访问挖制(S-MAC)、超时媒介访问控制(T-MAC)等无线传感器网络MAC协议.阐述了基于协处理器实现避免冲突的载波侦听多路访问(CSMA-CA)算法、S-MAC和T-MAC协议的方法.并在此基础上分析了CSMA-CA算法的软件时延.在现场可编程门阵列(FPGA)上实现整个MAC,实际测试结果表明:该MAC支持多协议,数据传输速率达20～250 Kbit/s,适应IEEE802.15.4协议要求.面积仅为30 567个等效门.     

自组网信道接入协议分析

本文对自组网信道接入（MAC）协议进行了研究,详细介绍了该协议所面临的问题及解决方法。最后介绍了自组网几种重要的MAC机制。     

一种区分优先级自适应抖动的媒质接入控制协议

针对军事航空通信系统中随机接入类协议不支持多优先级且在重负载时传输性能急剧恶化问题,提出一种区分优先级自适应抖动的多信道媒质接入控制(MAC)协议PAJ_MAC。协议基于随机接入机制,采用为各个优先级设置不同最大抖动阶段的方法来区分各优先级业务的QoS,通过估计信道忙闲程度并根据估计值调节抖动阶段转移概率自适应因子,使协议具备业务负载自适应能力。分别建立了分组等待阶段发送缓冲区的M/G/1/K排队模型、信道接入阶段抖动状态的二维马尔科夫链模型和传播阶段的突发包碰撞模型,得到了协议各项性能指标的理论表达式,并通过编程求出了自适应因子在保证最高优先级可靠性需求下随业务负载变化的最优解。仿真表明,该协议支持多优先级业务,并始终保证最高优先级业务的低时延(端到端时延10ms)、高可靠(成功传输概率≥95%)传输以及系统吞吐量的稳定。     

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。     

一种抖动窗口自适应的航空通信MAC协议QoS机制

根据面向“时敏目标”打击的航空通信系统信息传输要求,提出了一种差分服务媒质接入控制协议。协议采用多信道随机接入机制,通过信道忙闲程度自适应地调整各优先级业务的发送时延抖动窗口的方法,为各优先级业务提供差分服务。在分组排队阶段,建立了 M／G／1／K 排队模型,得到了稳定状态下发送缓冲区队列长度的概率;在分组服务阶段,建立了突发时延抖动自适应模型,得到了分组的平均服务时间;在分组传播阶段,建立了突发碰撞模型,得到了分组成功传播概率;然后推导了该协议的平均时延、传输成功率和系统吞吐量等性能指标的理论表达式,并给出了最大抖动窗口的设置原则。仿真结果表明,协议大大提高了系统重负载情况下高优先级业务的实时性和可靠性,适用于区分业务优先级且对高优先级业务的实时性和可靠性要求很高的航空通信组网系统。     

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.     

适用于智能家居应用的媒体访问控制机制研究

对智能家居应用特点和广泛使用的载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)媒体访问控制(MAC)机制进行了分析,发现CSMA/CA在信道忙时存在实时响应慢和网络吞吐量相对小的缺点,无法满足智能家居应用要求。因而,在时分多址访问(TDMA)机制内提出载波侦听形成了CS-TDMA机制,以提高对突发事件的响应速度并同时获得较高的网络吞吐量。最后对CSMA/CA、TDMA和CS-TDMA机制进行了仿真验证。仿真结果表明,CS-TDMA机制在信道繁忙时的突发响应延时小,而网络吞吐量仍然约为TDMA的90%,能够满足智能家居应用要求。     

面向蜂群无人机自组网接入协议的多优先级动态阈值算法

针对蜂群无人机自组网中存在的数据传输低可靠性以及高时延等问题，提出了面向蜂群无人机自组网接入协议的多优先级动态阈值算法。首先，分析数据帧在无线信道中的传输过程，利用各优先级的数据发送概率求得各优先级的数据传输成功率；其次，提出了一种改进的信道满载阈值计算方法，当信道环境发生变化时能够稳定数据的传输并降低时延；最后，通过依次调整各优先级阈值，维持整体信道处在满载阈值水平，保证了最高优先级队列的高传输成功率与低传输时延，有效地提高了整体蜂群无人机自组网的性能。仿真结果表明：在不同业务量接入的情况下，所提协议能够保持各优先级数据的高传输成功率、低时延和高吞吐量传输，传输成功率比基于业务量统计的多优先级接入协议提升了14.2%,并在最高优先级数据传输成功率、端到端时延以及吞吐量等方面具有较大的优势。     

一种中小型无线自组网信道接入协议设计

阐述了目前主流的无线自组网信道接入协议,并针对目前工程应用环境提出了一种改进的无线自组网信道接入协议——信道预约多址接入(CAMA)协议。CAMA协议基于IEEE802.11DCF协议思想,通过对物理信道的动态划分,将控制信道与业务信道相分离,实现了业务数据在业务信道的无冲突发送,改善了网络的信道利用率和传输的可靠性。     

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.     

Ad hoc网络MAC层协议模拟研究

当前Ad hoc网络的研究大多基于模拟环境,对于MAC协议的模拟,大型模拟软件存在使用困难、不够精确等不足之处.为了进行MAC协议的相关研究,设计了一个小型的Ad hoc网络MAC协议模拟器;它对物理信道进行模拟,以数据字节作为最小的模拟单位,比较适合MAC协议的研究;同时可以使网络运行可视化,便于MAC协议的早期开发与调试.本模拟器采用面向对象方法和多线程协议栈模型,具有很好的扩展性;采用收发器类解决了模拟中遇到的同步问题.设计了一种新的比较适合MAC协议模拟的流量模型.给出了模拟器的设计思路和相关的测试.     

基于交叉层设计的能量负载平衡自组网路由技术

针对已有无线自组网能量平衡路由研究缺少对无线链路信道状态考虑的问题,提出了绕过繁忙区域的能量负载平衡路由技术,采用交叉层设计方法,将M AC层提取的物理信道繁忙程度与节点剩余能量、路径跳数相结合,形成路由度量,并基于改进AODV(ad hoc on dem and d istancevector)路由协议基础上实现路由策略。通过N S-2环境中仿真实验,该技术比传统AODV协议对成功递交分组数、分组成功递交率提高10%的同时,很好地控制了分组延迟的增加,在网络负载增加时甚至更低。     

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。     

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。     

无线自组织网络MAC协议公平性分析与改进

对MAP不公平性进行了仿真,发现某些节点由于始终检测到信道繁忙而无法接入信道,建立了一个概率模型,分析了MAP不公平性与MAC协议参数之间的定量关系,指出MAP不公平性是由于一个节点同时暴露于多个冲突域中,当多个冲突域进行空分复用时而引起的.利用概率模型进一步分析了节点获得公平性的条件,并以此为基础提出了一种基于竞争窗口调节的公平性改进方案,仿真表明该方法能够有效解决无线自组网络中的MAP不公平性问题.     

基于MAC层协议的自适应退避算法

针对二进制指数退避算法传输时延较高、 信道利用率和吞吐量较低等问题, 提出一种基于MAC层协议的自适应退避算法. 先对比系统延迟中值及数据包传输时间, 得出退避因子的大小, 从而使退避窗口据此动态变化, 再由得到的最大退避时隙数建立多冲突以太网通信网络模型. 仿真实验结果表明, 该算法相比于二进制指数退避算法在多冲突以太网场景中, 传输时延较低, 吞吐量和信道利用率均较高, 从而提高了传输实时性.     

双忙音媒体接入协议中的隐藏节点问题及其改进

针对双忙音媒体接入(DBTMA)协议只能防止发送距离范围内隐藏节点的问题,提出了一种增强的DBTMA改进(EDBTMA)协议,以彻底消除大规模ad hoc网络中的隐藏节点问题.ED-BTMA协议特点有二,一是采用了双收发器结构,其中的一个物理信道(数据信道)为高带宽信道,可利用现有802.11a/g无线设备,二是采用了忙音自适应功率控制机制,这样接收节点根据发送节点的信号强度可动态调整忙音的发射功率,以完全覆盖接收节点周围所有的隐藏节点,并在接收数据的过程中保证接收节点不受隐藏节点的干涉.仿真结果表明,在改进协议下的网络吞吐量平均提高了48%.     

Improved AODV Routing Protocol Based on Link Stability and Channel Switching

Ad hoc on-demand distance vector （AODV） routing is one of the typical reactive routing protocols of vehicular ad hoc networks （V ANET ）. Considering link stability and channel switching can greatly improve the QoS of protocols, in this paper, we propose a novel routing protocol： optimized cross-layer AODV （CL _ AODV） designed for V ANET. It utilizes the frame transmission efficiency （FIE）, path bandwidth in media access control （MAC） layer and signal-to-noise ratio （SNIR） in physical （PHY） layer to improve the link stability. In other words, it can increase packet delivery ratio effectively. In addition, end-to-end delay will be decreased based on the channel switching. According to the simulation, it is shown that the packet delivery ratio of CL_AODV is almost up to 99% and the highest compared to AODV and muti-constrained QoS AODV （MQ _ AODV）. The delay of CL_ AODV is almost half of MQ_AODV＇s and 1/3 of AODV＇s. Meanwhile, CL_AODV has the highest routing overhead or energy consuming. Because of the feature of V ANET, the disadvantage can be ignored.     

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.