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。     

基于非合作博弈模型的跨层资源分配算法

针对多用户多输入多输出 正交频分复用(multiple input multiple output-orthogonal frequency division multiple, MIMO-OFDM)系统的上行链路提出一种基于非合作博弈模型的跨层资源分配算法。基站为用户分配初始上行速率后,各用户间通过非合作博弈方式实现功率最小化。功率未饱和的用户向基站申请增加吞吐量,基站在调整用户吞吐量时综合考虑用户信道条件与媒体访问控制（media access control, MAC）层缓存的状态。仿真表明,算法既降低了用户终端的功率开销,同时兼顾了多用户间的公平性。     

一种MTC快速上行授权接入改进算法

快速上行授权接入是大规模机器类通信的关键技术之一，而缓解上行共享信道资源紧张并针对时延和速率等服务质量(quality of services, QoS)高效地进行调度是对其进行优化的重要方向。针对这一问题，提出一种应用多臂赌博机(multi-armed bandit, MAB)学习和功率域非正交多址接入(power-domain non-orthogonal multiple access, PD-NOMA)技术的快速上行授权接入算法。所提算法通过多路MAB筛选高接入速率、低接入忍耐时延要求和低接入速率、低接入忍耐时延要求的两类设备，允许其优先被调度并复用上行资源进行接入。仿真结果表明，算法降低了系统的上行资源浪费率，在提高了接入能力的同时减少了因非正交多址接入(non-orthogonal multiple access, NOMA)造成速率损失带来的影响，并优化了系统QoS。     

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。     

同步卫星多用户接入控制及切换的优化算法

主要研究在同步轨道卫星中的多用户接入控制方案,分析了现有时分多址接入（time division multiple access, TDMA）的优缺点,在基于TDMA的情况下给出了改进的自由接入/优先级按需分配接入方式（free access/priority demand multiple access, FA/PDMA）,保证多用户接入时的公平性,以及在业务量不断增大的过程中,如何在大传播距离下通过优化现有的多址接入算法来确保用户的接入时延和端到端时延;并提出了用户在高速移动过程中卫星之间的切换策略算法。最后用OPNET仿真软件搭建网络平台,和TDMA进行对比仿真分析,得出结论,实现在大时延情况下,用户的实时接入和不同卫星之间的有效切换。     

#br# 基于POMDP的机载网络信道接入策略研究

针对机载网络随机竞争类媒介接入控制(medium access control,MAC)协议在网络负载较重时性能下降严重、接入门限值设置缺乏理论依据和多优先级业务服务质量无法有效支持等问题,提出一种基于部分可观测马尔可夫决策过程的信道接入策略。在以不同优先级分组占用信道代价作为目标函数的基础上建立动态规划方程,采用状态空间压缩方法对问题求解进行简化,得到各优先级分组间理论近似最优接入门限值的数学表达式,可为不同优先级分组的接入决策过程提供理论依据并实现接入冲突的有效控制。仿真结果表明,该算法能够有效提高数据传输的时延、成功概率等性能,满足军事航空通信中数据传输的实时性和可靠性需求。     

适用于异构QoS环境的伺机频谱接入策略设计

针对认知无线电网络(Cognitive Radio Network,CRN)中认知无线电(Cognitive Radio,CR)用户单信道伺机频谱接入问题,从既满足CR用户各异的QoS需求又不对主用户(Primary Radio,PR)产生干扰的角度,定义新的度量指标CRN有效吞吐量,并以CRN有效吞吐量最大为目标建立单信道伺机频谱接入模型.提出基于最小速率差额的接入策略,给出相应的信道和功率分配算法(Minimum Rate Gap-based Channel and Power Allocation,MRG-CPA),并设计MAC协议以实现分布式接入.仿真结果表明,与现有的降序最佳适应算法、降序首次适应算法和基于最小速率需求的功率分配算法相比,MRG-CPA不仅提供较大的CRN有效吞吐量,并且提高CR用户QoS保证率.     

一种Ad Hoc网络信道接入排队退避公平算法

移动Ad hoc网络是一种特殊的无固定控制中心的多跳网络。由于其特殊性，传统的CSMA协议直接应用在Ad hoc网络中会带来隐终端、暴露终端和公平性问题。本文基于Ad hoc网络信道接入层已有退避算法，提出了一种新型排队退避公平算法。分析与仿真结果表明，与IEEE802．11标准的BEB算法和其它算法相比，本文算法更为简单实用，且对于合适的参数取值，本文算法能有效地改善信道接入的不公平性，并能在信道吞吐量的下降和信道接入公平性的改善之间达到一个较好的折衷。     

面向航空集群云网络的航空数据链MAC协议

针对未来航空集群作战的全新网络需求,提出了“航空集群云网络”的概念,设计了网络通信层面与任务需求层面耦合机制,为航空集群网络的具体通信技术研究提供了参考,并在此基础上结合基于正交频分多址(orthogonal frequency division multiple access, OFDMA)的可变带宽信道分配技术设计了一种面向航空集群云网络的媒体接入控制协议(aeronautic swarm cloud network oriented media access control protocol, ASCN-MAC)。详细设计了协议的任务需求认知机制,为智能化任务规划决策提供了通信支撑,并从需求出发,基于OFDMA的特点,提出了面向任务需求的层次化信道资源预约方式和信道资源贪婪预约算法。仿真结果表明,ASCN-MAC协议在任务规划决策的通信支撑能力、吞吐量性能和实时性上均具备较强的优势,可以满足新的作战样式下大量面向任务需求信息的可靠低时延传输。对全新作战样式下新一代航空数据链的研究具有一定的参考、借鉴意义。     

MIMO-NOMA系统中短包传输的功率分配方法

多输入多输出非正交多址接入(multiple input and multiple output-non-orthogonal multiple access,MIMO-NOMA)技术能够增加设备连接数量,有效提高系统的频谱效率,针对超可靠低时延应用业务中需要短包传输,而多用户簇的MIMO-NOMA系统同一簇用户对内远用户的吞吐量较低的问题,利用奇异值分解和最大比合并的方法消除簇间干扰,考虑近用户解码远用户的块错误概率低于给定阈值条件下,利用交替迭代算法联合优化簇内用户的发送功率和最大可达传输速率,实现远用户吞吐量的最大化。仿真结果表明与短包传输MIMO正交多址接入(orthogonal multiple access,OMA)系统相比,在保证块错误概率低于10^-5的条件下,远用户的吞吐量提高了32%。     

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。     

基于随机/自由和按需算法的卫星BoD多级MAC协议

针对全球没有统一BoD协议标准的问题,根据随机、自由和按需分配多址协议的特点,借鉴802.11分层协议工作原理,提出了一种新的BoD多级MAC协议,它根据地面站数量和系统业务量确定使用不同的协议,通过提高动态信道利用率达到降低平均传输时延的目的。理论分析和仿真结果表明,多级MAC协议在系统业务量小、地面站多时能得到小的传输时延;业务量增大后,在保持最大系统流量的同时仍能得到较小的传输时延,同时通过改进碰撞算法保证了系统的稳定性。     

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。     

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。     

高时隙利用率太赫兹无线个域网公平接入协议

针对现有太赫兹无线个域网接入协议时隙利用率偏低的问题,提出了一种高时隙利用率的太赫兹无线个域网接入协议—HSU-AP。HSU-AP通过自适应取消随机接入时段机制增加数据传输时间,采用基于请求量的有序公平时隙分配机制使可分配时隙不再剩余,并且在采用低时延帧聚合机制时利用子帧逆向聚合机制减少子帧重传个数,从而达到提高时隙资源利用率、提升网络吞吐量的效果。理论分析验证了HSU-AP协议的有效性;仿真结果表明,相较于高效公平的媒体存取控制(high efficiency fairness media access control, HEF-MAC)等现有典型太赫兹无线个域网接入协议,HSU-AP协议的时隙利用率至少提高28.02%,MAC层吞吐量则增加了26.95%以上。     

Performance Analysis of the Dynamic CSMA/CD Protocol in a Wireless Channel

In wireless networks, packet access is a popular mode, and the key problem is how to improve throughput and access delay performance, especially the throughput for wireless channels. These results will be a reference for not only a wireless channel but also a common MAC protocol.     

Delay performance of the CFDAMA-RPR protocol via satellite

The relative performance of the combined free/demand assignment multiple access (CFDAMA) protocol with different terminal request strategies is examined. A new scheme is proposed employing combined round robin/piggybacking request strategy (CFDAMA-RPR), which is compared with the CFDAMA-RR (employing round robin request strategy) and CFDAMA-PB (employing piggy-backing request strategy). Simulation results demonstrate that compared with CFDAMA-PB and CFDAMA-RR protocol, the CFDAMA-RPR scheme can offer better delay/throughput performance of satellite channel.     

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。