IEEE 802.11无线局域网二进制指数退避算法改进与分析

IEEE 802.11标准引入二进制指数退避算法BEB,以降低节点发送数据包碰撞的概率。两步指数退避算法TBEB避免了BEB算法中竞争窗口长度出现振荡这一现象,可以提高吞吐率。导出了TBEB算法和BEB算法中节点的平均竞争窗口长度和平均退避次数的解析表达式,并采用仿真进行验证;以退避时间最小为目标,给出了求解竞争窗口长度最优复位值的优化模型。研究结果可用于基于IEEE 802.11无线局域网的BEB算法的性能评价。     

一种IEEE 802.11接入机制的新退避算法

无线传感器网络采用类似开放式系统互联模型的协议栈,作为第一个完全针对无线传感网络设计的MAC协议,S-MAC采用了IEEE802.11DCF的接入机制。本文在分析了IEEE802.11协议的二进制指数退避算法(BEB),以及倍数增线性减退避算法(MILD)后,提出了一种基于网络性能指标的新退避算法。新算法将无线信道中的时隙利用率映射网络性能指标传输概率,对网络中连续两次发送的时隙利用率进行平均滤波处理,改变重传节点的发送优先级,来调整节点在竞争使用窗口的退避值,以达到有效减少网络的碰撞、提高无线信道的使用效率和网络吞吐率的目的。仿真结果表明,新退避算法能更准确地估计网络当前的竞争状态,有效地提高了网络吞吐率,获得较好的网络性能。     

基于滑动概率P_w的802.11DCF改进算法

通过分析IEEE802.11 DCF的性能及存在问题,在此基础上提出一种改进的基于滑动概率p_w的分布式协调功能asyn-DCF.该机制采用一种异步退避算法,通过加入滑动概率p_w使得退避计数器在信道空闲的情况下以一定的概率p_w来退避,从而达到减少冲突的目的.该算法采用二维Markoc chain模型对改进机制的性能进行理论分析,结果表明了该算法能够有效地提高饱和吞吐量并且减少包碰撞概率.     

基于业务区分的IEEE802.15.4 MAC协议分析及改进

针对多种业务并存的动态网络,提出网络负荷概率判断的自适应业务区分动态退避算法——PJNL_ASDB算法。其通过概率机制判断当前网络状况,引入权值参数对优先级不同的业务采用自适应的动态退避方案,以实现不同优先级业务更合理的退避。二维离散时间的马尔科夫链模型数值分析与NS2仿真结果表明,PJNL_ASDB算法在网络状况不断变化的情况下不仅能够保证高优先级业务的传输性能要求,而且提高了低优先级业务的网络性能。     

基于竞争窗口递减因子自适应调整退避算法

包括IEEE802.11、802.15.4标准在内的许多无线网络协议都采用二进制指数退避机制管理数据的重发。在动态分布式的网络环境中,二进制指数退避算法固定的竞争窗口递减方式难以适应动态变化的网络规模。针对这一问题,提出了一种改进的回退机制,该机制通过引入竞争窗口递减因子,自适应地调整无线节点的等待时间,以实现网络吞吐量的最大化。同时,在算法实现上提出一种启发式算法以跟踪网络中竞争节点数量的改变。在IEEE 802.11DCF协议中以相同的物理层参数进行仿真,结果表明改进算法提高了网络吞吐量,降低了分组平均接入时延。     

低速无线个域网隐蔽站问题研究

低速无线个域网标准IEEE802.15.4协议MAC层的主要目标是有效地减少能量的消耗,而并没有考虑如何有效地减少隐蔽站问题的产生.在无线多跳网络中解决隐蔽站问题主要方法有RTS/CTS和调节载波侦听范围等办法,但是均不适用于低速无线个域网.在对基于IEEE802.15.4的时隙CSMA/CA退避算法和隐蔽站问题产生的原理进行深入分析的基础上,得出了在节点均匀分布的情况下退避指数的最小值macminBE相对于发帧成功率的表达式,提出了通过调节macminBE,来减少由于隐蔽站问题引发的帧冲突的方法.并通过NS2仿真实验验证了方法的可行性.克服了现有方法的不足,较大地提高了网络的性能.     

无线传感器网络中一种自适应的退避算法

802.15.4协议中CSMA/CA信道接入方式为了避免再次碰撞使用BEB退避算法,在重负载的情况下网络性能较差。提出一种自适应的退避算法,它用报文的冲突概率来预测节点附近信道的争用状况,在不同的网络状况下,竞争窗口的取值采用相应的退避策略,动态地控制节点的退避范围,以达到改善网络性能的目的。分析与仿真结果表明,新的算法与传统的退避算法BEB算法相比,在网络负载重的情况下,有效地降低了数据包的冲突概率,减少了时延,提高了网络的吞吐量,同时对信道的公平性也有所改善。     

非时隙CSMA/CA性能分析与研究

通过对基于IEEE802.15.4的无线传感网络的非时隙CSMA/CA的算法进行分析,建立了适合于大部分无线传感网络实际应用的具有单步转移概率分布的离散马尔可夫链模型。并给出了在该模型下数据包延时、退避次数两个主要的网络性能评价指标的计算公式。最后通过仿真实验分析了CSMA/CA 算法的三个网络参数对系统性能的影响。     

退避算法在Ad hoc网络中的吞吐量性能评估*

针对现有的主要退避算法,通过一维马尔可夫链分析了指数退避算法、线性退避算法和多项式退避算法以及各自对应的有最大重传次数限制的退避算法在饱和Ad hoc网络中的吞吐量性能,为无线Ad hoc网络的MAC机制的性能优化提供了理论依据。分析表明,对重传次数进行限制会减小吞吐量,同时导致丢包率的增加。三种退避算法中,多项式退避算法的吞吐量最大,而冲突概率最小,指数退避算法的吞吐量和冲突概率在三种退避算法中均居于中间;此外,吞吐量随着竞争节点的个数增加而减小,其中线性退避算法减小的速度最快,指数退避算法次之。     

基于减少偷听的IEEE 802.15.4网络节点能耗降低方法*

为了优化IEEE 802.15.4 MAC协议能耗性能,针对IEEE 802.15.4 MAC协议存在的空闲偷听现象浪费节点能量问题,提出一种基于减少偷听的降耗方法：节点于超帧竞争接入时期内的退避时期适时地进入休眠状态。应用该方法建立了IEEE 802.15.4 MAC时隙CSMA/CA机制的Markov模型,并对模型进行了数学推导。基于本模型,对网络节点平均能耗进行了数学分析。理论分析和仿真结果表明,该模型有效地降低了节点的平均能量消耗和空闲偷听时间,协议性能得到有效改善。     

基于M/G/1/K排队理论的IEEE 802.15.4网络吞吐量分析

针对IEEE 802.15.4时隙载波侦听多址接入与碰撞避免（CSMA/CA）算法,利用二维Markov链分析方法提出了一个网络分析模型。该模型特别考虑了IEEE 802.15.4协议的休眠模式以及退避窗口先于退避阶数(NB)达到最大值的情况。在此基础上,结合M/G/1/K排队理论推导得到了吞吐量的表达式,进而分析了网络在非饱和状态下数据包到达率对吞吐量的影响,利用模拟平台NS2进行了仿真。实验结果显示理论分析结果与仿真结果可以较好地拟合,并能准确描述网络吞吐量的变化,验证了分析模型的有效性。     

An Improved Markov Model for IEEE 802.15.4 Slotted CSMA/CA Mechanism

IEEE 802.15.4 protocol is proposed to meet the low latency and energy consumption needs in low-rate wireless applications,however,few analytical models are tractable enough for comprehensive evaluation of the protocol.To evaluate the IEEE 802.15.4 slotted CSMA/CA channel access mechanism in this paper,we propose a practical and accurate discrete Markov chain model,which can dynamically represent different network loads.By computing the steady-state distribution probability of the Markov chain,we obtain a...     

Reliable beacon transmission based MAC protocol for LR-WPANs over WLAN interferences

The use of IEEE 802.15.4 standard based application systems has been rapidly increasing, for example, in medical services, sensor networks, public safety systems, and home automation systems. However, issues arise from the fact that IEEE 802.15.4 standard based low rate wireless personal area networks （LR-WPANs） use the same frequency bands as wireless local area networks （WLANs）, and they interfere with each other. Based on past research on this issue, the interference has a more serious impact on LR-WPANs＇ performance than on WLANs＇ performance. In this paper we propose a method to improve LR-WPANs＇ performance while coexisting with WLANs, which is called the reliable beacon transmission based medium access control （MAC） protocol. Since the reliability of a beacon frame is important, in this method, only the beacon frame is transmitted in interference-free channels, and the data packets are transmitted in interfered channels instead of abandoning the channels altogether. This method increases the reliability of beacon frames as well as overall channel utilizations. The effectiveness of the proposed method was evaluated through extensive simulations, and this paper proves that this method improves the performance of IEEE 802.15.4 based wireless sensor networks （WSNs） over WLANs＇ interferences.     

一种基于慢退避思想的SD_DCC退避算法及其性能分析

改进了IEEE 802.11协议的二进制指数退避算法,提出了一种基于慢退避思想的分布式接入控制退避算法.它将慢退避的思想同分布式接入控制的思想相结合,有效地解决了标准协议中二进制指数退避算法成功发送数据帧后没有记录网络当前繁忙程度的缺点,能够更准确地记录数据帧成功发送后高负荷网络的退避阶数,降低数据帧接入信道的碰撞概率,提高无线信道的利用率.算法能够与现有的IEEE 802.11协议完整地结合在一起,具有简单、无开销、完全分布性和自适应性的特点.分析和仿真结果表明,基于慢退避思想的分布式接入控制退避算法较之其它三种常用的接入算法能够更能有效地利用网络中已有的信息,更准确地估计网络当前的竞争状态,表现出更好的网络性能.     

Nonsaturation throughput enhancement of IEEE 802.11b distributed coordination function for heterogeneous traffic under noisy environment

In this paper, we propose a mechanism named modified backoff (MB) mechanism to decrease the channel idle time in IEEE 802.11 distributed coordination function (DCF). In the noisy channel, when signal-to-noise ratio (SNR) is low, applying this mechanism in DCF greatly improves the throughput and lowers the channel idle time. This paper presents an analytical model for the performance study of IEEE 802.11 MB-DCF for nonsaturated heterogeneous traffic in the presence of transmission errors. First, we introduce the MB-DCF and compare its performance to IEEE 802.11 DCF with binary exponential backoff (BEB). The IEEE 802.11 DCF with BEB mechanism suffers from more channel idle time under low SNR. The MB-DCF ensures high throughput and low packet delay by reducing the channel idle time under the low traffic in the network. However, to the best of the authors' knowledge, there are no previous works that enhance the performance of the DCF under imperfect wireless channel. We show through analysis that the proposed mechanism greatly outperforms the original IEEE 802.11 DCF in the imperfect channel condition. The effectiveness of physical and link layer parameters on throughput performance is explored. We also present a throughput investigation of the heterogeneous traffic for different radio conditions.     

改进的基于统计学的滑动窗口无参数的累积和算法

为解决IEEE802.15.4无线传感器网络(WSN)中节点自私行为的检测问题,将最低检测延迟作为决策目标,提出了一种改进的基于统计学的滑动窗口无参数的累积和(SWN-CUSUM)算法。算法通过跟踪来自数据包两次成功传输之间的延迟特征序列,以此来判断无线传感器网络中的节点是否存在自私行为。最后通过NS2仿真工具验证算法的有效性。研究结果表明：改进的算法不仅弱化了阈值对算法性能的影响,还缩小了用于检测自私行为的滑动窗口大小,同时所提算法相对于原SWN-CUSUM算法在计算量及检测延迟上均有改善,证明改进的算法可以有效、快速地检测IEEE802.15.4无线传感器网络中的节点自私行为。     

基于相对速度的802.11p车载网络自适应退避算法*

IEEE 802.11p协议是针对车载环境应用制定的物理层与MAC层标准.车载网络中节点的高移动性和拓扑结构的频繁变更导致网络丢包率增加.为解决车辆移动特性引发的信道访问不公平性问题及降低网络丢包率,提出一种基于相对速度的自适应退避算法RSBA,依据移动节点间相对速度差异优化退避机制.通过NCTUns模拟实验表明,RS...     

DSRC中一种考虑剩余时间的信道访问退避算法

IEEE 802.11p协议是DSRC技术的下层标准,而该协议采用的仍然是传统的二进制指数退避算法（BEB）。BEB算法虽已广泛使用,但并不能很好地适应DSRC中车载节点的高速移动及其拓扑结构快速变化的特点,易出现信道访问不公平,网络丢包率增加等问题。针对这些问题,提出一种考虑剩余时间的退避算法,由车辆节点的当前速度计算其剩余时间,优化退避机制。实验表明,提出的机制在改善信道访问公平性,提高网络吞吐量等方面均有较好的改善。