一种无线传感器网络MAC协议优化算法

在无线传感器网络中,各节点采集的信息以多跳的方式传送到汇聚点.从各节点到汇聚点形成一棵以汇聚点为根的传输树.文中在对无线传感器网络传输特点分析的基础上,剖析了基于CSMA/CA(载波多路监听/冲突避免)的MAC协议在树状结构无线传感器网络中的弊端,提出了一种基于CSMA/CA的MAC协议优化算法.算法基于节点在传输树中的位置信息调整其MAC信道接入分配,将CSMA/CA采用的各节点均等竞争信道的方法优化为各节点依据在传输树中的位置情况竞争信道的方式,这一优化提高了节点公平性,使MAC信道接入分配与树状结构的无线传感器网络传输特点相契合,解决了基于CSMA/CA的MAC协议与树状结构无线传感器网络不匹配的问题,从而减少了信道资源浪费,提高了网络传输效率,降低了能耗.实验结果表明该算法在网络丢包率、吞吐量和能耗方面的性能均有较大改进.     

一种高效的水下传感器网络MAC协议

水声信道具有窄带宽、高传播延时等特点,为有效减少水声信道冲突,信道预约型MAC协议成为水下传感器网络的首要选择.通过分析信道预约型MAC协议节点在高负载网络条件下的RTS-CTS控制包的交换过程,给出了多个节点对同时取得信道使用权成立条件,设计了一种在一次RTS-CTS握手后,拥有信道使用权的多个节点对依次进行无碰撞数据传输的MAC协议.最后通过仿真实验验证协议的性能,结果表明:该协议具有更高的网络吞吐量和更低的网络时延.     

无线多媒体传感器网络实时MAC协议

实时性是无线多媒体传感器网络的重要考虑因素之一,而MAC协议能否高效地使用无线信道对保障无线多媒体传感器网络的实时性起着决定性作用。针对无线多媒体传感器网络的业务数据特点,提出了一种基于时隙预留的多信道实时MAC协议。该协议在响应流媒体查询之前,事先建立一条从源节点到汇聚节点的时隙预留流路径,从而最小化数据包在每一次转发时的信道接入时延。仿真结果表明,该协议明显减小了流媒体数据的端到端时延与时延抖动,并且具有较好的能量有效性。     

认知无线电网络分布式多信道MAC协议*

在认知无线电网络中,MAC协议用于信道感知、选择和接入控制。以单网卡多信道MAC（MMAC）协议为基础,依据IEEE 802.22标准定义的静默期管理的两阶段感知策略,提出一种认知无线电网络分布式多信道MAC（CR-MMAC）协议。将两阶段感知机制和分布式协商融入MMAC协议,利用空闲频谱进行数据传输,并在MMAC协议ATIM窗的数据信道协商阶段引入预约机制,以避免选择同一信道的认知节点对在后续数据传输阶段再利用CSMA/CA造成的竞争碰撞。仿真对比分析表明,CR-MMAC协议能提高网络吞吐量、降低通信时     

认知车载网中基于TDMA/CSMA的混合多信道MAC协议研究

在传统车载自组网(Vehicular Ad Hoc Network, VANET)中采用认知无线电(Cognitive Radio, CR)技术可以解决无线电频谱资源短缺的问题,该技术形成了新兴的认知车载网络(CR-VANET),其关键技术之一是设计高效可靠的介质访问控制(Medium Access Control, MAC)协议。MAC协议在很大程度上影响着车载移动环境的吞吐量,丢包率和传输时延等性能,基于认知车载网中MAC协议的要求,提出了一种TDMA与CSMA相结合的多信道MAC协议(CRTC-MAC)。在固定时隙分配时采用基于无竞争的TDMA访问策略,在动态时隙分配时采用基于竞争的CSMA接入方案,并在此基础之上对传统的TDMA和CSMA访问方式进行了改进。性能分析和仿真结果表明,所提出的MAC协议能有效降低节点间数据包传输时所产生的碰撞,改善网络性能。     

基于CSMA/CA协议的隐藏终端问题的改进

在无线局域网中,当节点采用竞争方式访问信道时,隐藏终端和其他节点可能同时利用信道发送数据,引起数据碰撞。在CSMA/CA协议中,增加数据收发的控制分组,正确表示数据收发开始和停止的时间,代替网络分配矢量(NAV),使得隐藏终端和其他节点按照先后顺序发送数据,实现可靠的数据传输。在CC2530芯片设计的方法中,实验结果表明降低了隐藏终端干扰造成的误码率;在NS-2仿真器评估的方法中,仿真结果表明控制分组对于网络其他性能影响小。通过两种方法验证了改进MAC协议的有效性。     

一种M2M网络中的能量有效媒体访问控制协议

为了减小M2M网络中MAC(媒体访问控制)层接入冲突,提高数据传输效率和节点能量利用效率,提出了一种新的混合分组协议HG-MAC(Hybrid and Grouping MAC);HG-MAC混合利用基于调度与基于竞争的两种接入方式;对节点进行分组分层管理,减少冲突和提供QoS保障;采用休眠机制提高能量利用效率;引入动态调整机制和可变帧长度提高协议灵活性;通过建立二维马尔可夫链,对竞争时长与数据传输速率之间的关系进行了理论分析;利用OPNET仿真工具,将HG-MAC与CSMA/CA和TDMA的性能进行了仿真比较;结果表明HG-MAC在数据传输速率、能量效率和信道利用率上具有一定的优势。     

基于CSMA/CD的改进调度算法研究

针对共享式网络中采用CSMA/CD(带有冲突检测的载波侦听多路存取)的通信技术易出现时延的缺点,提出改进的预先呼叫的CSMA/CD调度算法,根据矿井监控系统的特点,实现矿井监控系统中分站节点输出调度.算法的核心是将分站节点编号分组,各组分配载波监听信道闲次数,按照组呼叫输出形式,组内载波侦听到闲的次数满足预先设定的次数时发送,否则不发送,在监控主机接收到上一组的组内倒数第二个信息时,向下一组发送信息,使下一组处于载波侦听状态.实验表明改进的CSMA/CD调度算法解决了CSMA/CD算法存在的信道争用和信息碰撞造成的时延且影响通信实时性的问题.     

基于队列长度的自适应占空比MAC协议

由于无线传感器网络中设备电池能量有限,实现能量高效性是其主要考虑的问题。众所周知优秀的数据传输协议对降低能耗,延长网络生命周期有重要意义。而在基于竞争的MAC协议中,空闲监听是主要能量消耗来源,所以通常设计较低占空比的MAC协议来减少空闲监听时间。但是如果占空比过小,使得网络中所有数据传输集中在较短时间内,会导致节点无法完成所需要的通信。所以选择合适的节点占空比,对于资源受限的网络来说是一种很重要的节能方法。文中提出了一种新型的异步MAC协议QL-MAC,节点利用CSMA争用信道,发送一系列短的信标包唤醒目标节点,采用虚拟载波监听防止串听。不同于其他改变接收节点的方法,该协议从发送节点来考虑,可以根据缓冲区队列长度判断该网络负载,从而自适应调整节点的占空比,使节点及时发送数据,减少时延,并告知接收节点做出相应改变,进一步节省能量。在OMNET++上实现了QL-MAC协议,仿真结果表明QL-MAC协议展现了良好的时延和能量有效性。     

应用于桥梁监控的无线传感器网络MAC协议

为保证监控桥梁任务的实时性,提出了一种多优先级多信道的无线传感器网络MAC(MPMC-MAC)协议。MPMC-MAC协议结合节点接收的数据类型和节点发送信息频率为其分配优先级,再根据优先级及信道状况对节点进行信道分配,以确保优先级高的节点优先发送数据。当信道冲突或节点通信受到干扰导致信息需要重传时,采用信道再分配技术。该技术主要根据节点的优先级、节点的剩余能量及其重传次数重新对节点分配信道,保证了信道分配的公平性。另外,该协议通过动态调整节点的活跃周期和睡眠周期的时长以节省能量,并减少传播时延。仿真结果表明,MPMC-MAC协议在网络吞吐量、平均传播时延以及节点的能量消耗等性能方面均优于Hybrid MAC(HyMAC)、Zebra MAC(ZMAC)及IEEE802.15.4 MAC协议。     

总线控制网络中基于优先级CSMA/CD协议的改进

总线控制网络的MAC层协议对网络实时特性具有重要影响。结合优先级CSMA／CD协议的等级原则与Token Bus协议的均衡思想，提出了一种改进的总线优先级轮循CSMA／CD协议。其高级别的总线优先级类似于Token Bus协议中的令牌，在各节点之间轮循传递；使控制网络在遵循整体分级的原则下，相同类型节点的性能局部能够相对均衡。详细阐明了该改进基本思想，概述其具体实现方式，并给出了对比仿真结果。该改进协议对于CAN等基于优先级CSMA／CD协议的总线控制网络具有一定实用价值。     

无线Mesh网络中数据流间竞争研究

CSMA/CA协议与CSMA/CD协议的差异使数据流间的竞争具有与有线网络不同的特性。该文通过在无线Mesh网络实验床上进行的实验对无线数据流间的竞争进行研究。实验结果表明,在共享信道的无线Mesh网络中,UDP数据流在与TCP数据流的竞争中体现出较为明显的优势,而在TCP数据流间的竞争中,下行TCP数据流的吞吐率稍高于上行TCP数据流,2跳TCP数据流的吞吐率高于3跳TCP数据流。     

基于虚拟令牌的自适应实时以太网络构建

CSMA/CD型Token Bus分别是总线网络中采用的竞争策略、无冲突策略的经典信道获取技术。前者在轻载荷下时延较小，却在重载荷下因信道仲裁开销过大使各项性能急剧变差，后者虽在重载荷下有相对确定的时延，但在轻载荷时却时延较大。该文引入一种自适应机制,使网络在轻载荷下运行CSMA/CD协议，而在重载荷下自动转换为Token Bus策略，并通过在应用层配置所编写的协议模块，使传统的非确定性以太网成为自适应实时以太网。     

基于QoS区分服务的以太NCS的MAC协议设计及仿真

结舍QoS区分服务的概念，在CSMA／CD基础上提出了一种新的以太网MAC协议：DS-CSMMCD。并引入网络建模工具Opnet Modeler对该协议进行建模分析，得到了一些实用的网络配置参数，模拟结果达到了预期效果，能在时限要求内有效的区分开不同优先级信息的服务延迟。该协议兼容CSMMCD，可以扩展到上层网络，为以太网在工业控制领域底层的应用提供了一些有益的思路。     

ADRR局域网语音、数据综合通信协议的性能分析

本文对ADRR数据、语音综合通信协议的性能进行了分析。分析结果表明，该协议能充分利用信道，并在分组传输时延很小的情况下支持相当数量的语音用户，同时还为数据业务提供了足够的带宽，其性能要优于CSMA／CD和其它虚令牌DAMA方法。     

无线传感器网络动态节能信道接入协议

为了使无线传感器网络移动节点加入时能快速地建立连接并且能量消耗较低,提出一种动态、节能的信道接入控制协议DEE-MAC.该协议以一种新颖的方式在TDMA的基础上叠加了动态分簇和优先级竞争簇头机制,在移动和静止场景中,既有最低性能保障,又有较高信道利用率.仿真结果表明,有移动节点加入时,DEE-MAC协议在数据吞吐量、延时以及丢包率方面比SMAC协议都有明显改善.     

有效减小时延的自适应p-坚持CSMA协议研究

针对一些对实时性要求较高而数据吞吐量不高的网络服务,提出一种有效减小时延的自适应p-坚持CSMA/CD协议算法。依据与网络性能相关的关键参数之间的关系,提炼出能有效反映网络负载的状态监测量,基于对监测量的联合判断结果,将网络分为轻负载、较轻负载、较重负载和重负载四种状态,并针对不同负载状态调整发送概率[p]和最大避退上限值[Bm]。通过对协议的时延、吞吐量和总线利用率进行仿真,与一般的p-坚持CSMA/CD协议相比,自适应p-坚持CSMA/CD协议能较有效降低时延、减小抖动。     

水声通信网络设计与OPNET平台下仿真

水声通信网络是当代海洋研究、海洋资源勘探和开发、海洋环境立体监测、地震海啸监测和战术监测等水下系统无线信息传输的主要手段,但其性能受水声信道特性影响严重。采用OPNET对水声通信网络节点模型与分层协议进行设计与实现,包括基于MC-CDMA的多用户检测以及基本CSMA/CA机制的信道握手流程与网络分配向量（NAV）帧冲突处理机制等。同时建立并测试了一个包含1个主节点与4个传感器节点的水声通信网络,仿真结果表明设计的水声通信网络能够更好的克服冲突,减少数据包重发,从而获得更高水声通信网络的吞吐量,减少端对端传输延时与能量消耗。