一种基于邻接节点信息的合作式Ad Hoc网络协议

在802.11协议中,DCF（Distributed Coordination Function）机制是节点共享无线信道进行数据传输的基本接入方式,为了解决无线网络中隐藏节点问题,使用RTS/CTS机制减少冲突,然而当网络节点数增加时,节点传输的冲突次数亦增加,从而使网络性能明显下降。因此,需要设计新的MAC协议,以适应当前Ad Hoc网络应用的快速发展。在IEEE 802.11的分布式协调功能访问机制（DCF）基础上,本文设计新的节点合作式的网络协议（C-MAC）。C-MAC节点通过控制帧获得本节点2跳内的邻接节点信息,并且根据邻接节点的信息设计调度算法,使节点以轮询的合作方式传输数据,有效地避免冲突。仿真实验表明,在改变节点速率、帧长度、网络节点数等参数情况下,分别以吞吐量、单帧传输时间和公平性为指标,对DCF和C MAC协议进行性能比较。在节点传输速率为11Mbps时,C MAC协议吞吐量比标准DCF最多可增加50%。     

基于显式阻塞通知的自组织网络MAC协议

IEEE802.11 DCF协议利用RTS/CTS握手机制解决无线网络中重要的隐终端问题.但是该协议并不能解决所有的隐终端问题,如隐接收终端问题.本文提出一种显式阻塞通知（Explicit Blocking Notification,EBN）机制的握手协议来解决无线自组织网络中的隐接收终端问题.通过采用RTS/CTS/BN/DATA/ACK握手序列来提前通知邻居节点隐终端的当前状态,避免邻居节点盲目的分组传输.仿真结果显示,EBN机制可以获得比IEEE802.11 DCF协议更加稳定的流量,同时节约带宽资源,减小分组延迟.     

一种基于跳变预约的多信道自组网MAC协议

文章提出了一种新的基于跳变预约的AdHoc网络多信道媒体接入协议(NHRMC),它综合了基于ATIM窗口的同步机制和基于等级的信道预约算法,有效地解决了多跳网络环境下隐终端问题。吞吐量性能分析和仿真实验结果表明,与IEEE802.11DCF的RTS/CTS机制相比,在一定假设条件下,网络的性能得到了明显的改善。     

一种适应于静态Ad Hoc 网络的高吞吐量MAC 协议

针对稠密部署ad hoc 网络中暴露节点问题引起的网络空间利用率低、吞吐量下降的问题,提出一种包侦听多路接入/冲突避免(packet sensing media access with collision avoidance,简称PSMA/CA)MAC 协议.在PSMA/CA协议中,节点通过信道侦听和邻近节点集交换获取两跳范围内邻近节点信息,暴露节点在发送数据之前,首先侦听网络中当前会话,得到会话双方地址,根据两跳范围内邻近节点信息计算当前会话与欲建立会话之间的关联度,当会话关联度小于信噪比要求时,允许暴露节点建立会话.PSMA/CA 协议允许满足条件的暴露节点建立并行会话,以提高网络空间利用率.仿真结果表明,与802.11DCF 相比较,PSMA/CA 协议下平均网络吞吐量增加20%.与其他针对暴露节点问题提出的算法相比较, PSMA/CA 不需要节点间同步,对现有无线网络硬件设备也没有提出新的要求,具有更强的适应性.     

一种单信道无线传感器网络的隐藏终端和暴露终端问题解决方案

结合 GPS 技术提供的定位特点,采用跨层设计思想,提出了一种单信道多跳 WSN 网络的媒体访问控制协议。在协议的控制帧中携带路由信息和状态信息,根据这些信息,判断存在的暴露终端和隐藏终端,同时利用上游节点的 ACK 应答作为与下游节点的 RTS 握手,建立 CTS/DATA/ACK的三次交互机制。仿真表明,与已有的 IEEE802.11和 MACA-BI 等同类协议相比,该协议可有效解决隐藏终端和暴露终端问题,提高网络的吞吐量和端到端的延时,并降低网络的握手开销和控制帧的冲突概率。     

e-MAC:一种面向Ad Hoc网络的高吞吐量MAC协议

解决ad hoc网络中隐藏节点问题、暴露节点问题的最终目的是减少节点间的冲突,提高网络空间复用率,从而提高网络吞吐量.现有MAC协议在解决隐藏节点问题时着重于彻底消除网络中的隐藏节点,忽略了网络空间复用率,即使能够彻底解决隐藏节点问题,也不能有效提高网络吞吐量.同样,现有协议在解决暴露节点问题时着重于如何允许暴露节点并行发送数据,忽略了暴露节点接收数据的问题,也影响了网络空间复用率.提出了一种高效的MAC协议e-MAC,协议采用两种方法提高网络空间复用率:首先,协议中接收节点根据接收到发送节点的信号强度动态调整忙音发射功率,使忙音恰好覆盖所有的隐藏节点,在彻底解决隐藏节点问题的同时,提高网络空间复用率;其次,隐藏节点接收到RTS消息后,通过判断RTS消息信号强度与信道中干涉信号的强度之比来决定是否接收数据,允许满足信噪比要求的接收节点接收数据,进一步提高网络空间复用率.仿真结果验证了协议的有效性,在任意拓扑结构下,e-MAC协议的平均吞吐量比DUCHA(dual channel access)协议高87%.     

基于智能天线并具有QoS保障的Ad hoc网络MAC协议*

基于智能天线技术的发展,提出一种基于智能天线并具有QoS保障的MAC协议。该协议首先把信道划分为数据信道与控制信道,节点通过业务的优先级与时延来发送预报突发竞争信以保证QoS质量,随后按照RTS/CTS握手机制预约节点进行数据传输,又采用发送Busy Tones来防止聋节点和隐藏终端的问题,大大提高了网络容量与性能。通过分析与仿真,并且与IEEE 802.11协议以及DMAC协议比较,证明QTDMAC协议在吞吐量以及实时业务时延上都有很大的优越性。     

802.11协议中RTS/CTS机制的安全漏洞分析

802.11协议中的RTS/CTS机制可以解决隐藏节点问题,通过分析RTS/CTS机制中的安全漏洞,发现由于RTS/CTS握手过程中没有认证机制,攻击者可以通过连续发送设定足够大网络分配矢量值的伪造RTS/CTS帧,以达到拒绝服务攻击的目的。在理论分析的基础上,使用aircrack-ng的软件开发包,在真实的无线网络环境中进行了实验,实验结果显示,RTS/CTS机制确实存在着被拒绝服务攻击的安全漏洞,可随时被攻击者利用,需引起充分重视。     

RTS/CTS对802.11e在多跳无线网络中的影响

IEEE802.11e的增强分布式信道接入机制(EDCA)对业务的服务质量提供支持,由于其增强高优先级信道竞争能力而提供服务区分的主要特点而应用于Ad Hoc网络中.本文探讨了802.11e应用于多跳无线网络在不同的侦听范围下RTS/CTS有效性问题,指出:网络仿真工具NS2中对于节点传输范围和侦听范围的默认设置使得MAC层使用了RTS/CTS后网络性能变差.通过理论分析,并对不同侦听范围、跳数增加、TCP最大窗口的减小在有无RTS/CTS时的不同性能表现进行仿真分析,最终确定结论的正确性.     

一种用于多跳分布式无线网络的多址接入协议及其性能分析

为多跳分布式无线网络提出了一套灵活而有效的自适应获取冲突避免(AACA)的多址接入协议．它综合了多信道和随机附带预约的思想，有效地解决了多跳网络环境下出现的隐藏终端和暴露终端问题以及由于节点的移动而造成的侵入终端问题．在该协议中，各节点自适应预约所要使用的空闲业务信道，预约之后的通信过程不会受到其它节点的干扰．AACA协议有三种形式，即AACA-SDT／MDT／RDT协议，它们使用任意确定数目的信道，在总带宽相同的情况下表现出比单信道RTS／CTS协议更好的网络性能．     

基于深度学习算法的无线传感器异常数据检测

提出了基于深度学习的异常数据检测的方法,精准检测到无线传感器异常数据并直观展现检测结果。基于无线传感器网络模型分簇原理,通过异常数据驱动的簇内数据融合机制,去除无线传感器网络中的无效数据,获取无线传感器网络有效数据融合结果。构建了具有4层隐含层的深度卷积神经网络,将预处理后的无线传感器网络数据作为模型输入,通过隐含层完成数据特征提取和映射后,由输出层输出异常数据检测结果。实验证明：该方法可有效融合不同类型数据,且网络节点平均能耗较低;包含4层隐含层的深度卷积神经网络平均分类精度高达98.44%,1000次迭代后隐含层的训练损失均趋于0,可实现无线传感器异常数据实时、直观、准确检测。     

NR在60GHz定位过程的隐藏节点规避方法

60GHz非授权频段因其波长短、频段宽的无线传播特性可实现更高的定位信号测量精度,因此5G NR-U设备基于60GHz频段进行高精度定位倍受关注;但是由于5G网络是多网异构共存的,存在众多不同无线接入技术（RAT,radio access technology）的设备,潜在的隐藏节点多,即使5G NR-U设备采用先听后说（LBT,listen before talk）方式接入60GHz无线信道,仍无法有效规避隐藏节点,有时会严重干扰定位信号传输而影响定位性能;针对以上隐藏节点问题,文中提出对定位信号资源集中的多个定位信号资源分别配置不同的空间关系,接收端根据定位信号的测量结果实时动态调整其空间关系,尽可能多地规避潜在的隐藏节点;仿真验证结果表明所提方法可将定位信号的测量精度提升了约27%,显著降低定位误差。     

Principles of organizing the interoperability of equipollent nodes in a wireless mesh-network with time division multiple access

The article describes the basics of organizing the interoperability of equipollent nodes in a wireless mesh-network with time division multiple access. The nodes of such a network may be mobile. The questions of synchronization and time slot allocation are studied. A solution to the hidden nodes problem is suggested.     

Throughput analysis and bandwidth allocation for IEEE 802.11 WLAN with hidden terminals

Motivated by observations from real world wireless local area network (WLAN) deployments, we develop in this paper a novel analytical model to characterize the saturation throughput of an IEEE 802.11-based access point (AP) and stations under the influence of hidden terminals. Unlike existing models, our model can accommodate different numbers of hidden nodes without increasing the model complexity. Given any number of hidden nodes, only four constraints are needed to describe the interaction between stations and the AP with the consideration of both uplink and downlink traffic. Simulation evaluation shows that our model predicts network performance accurately over a wide range of network sizes and indicates the existence of a throughput starvation problem. To address this problem, based on our model, we formulate a bandwidth allocation problem to optimize the network throughput and fairness under some predefined requirements by systematically tuning the AP and stations contention windows. Simulation results show that the starvation problem is resolved with our approach, and the target throughput is met.     

认知无线多跳网络与以太网互联网关

为实现L2认知无线网络与以太网的互联,提出一种网络互联架构。为实现L2认知无线多跳网络中无线节点的快速寻址,设计一种编址方法,其利用IP地址和组网地址表征该网络中的无线节点;在网关中设计一种地址映射方案,通过设置地址映射表解决传统无线多跳网络中因广播造成的严重网络冗余和开销问题;为验证网关系统的通信能力、对传感数据的采集和处理能力,构建“智慧园区微环境数据采集”平台对该系统的有效性进行了验证。     

无线Mesh网络中多射频多信道MAC机制设计

针对无线Mesh网络中多信道分配问题,提出了一种适用于多射频网络的MAC机制MRMC-MAC.整个机制包含节点默认接收信道分配、可切换主信道集分配、节点通信以及可切换主信道集更新4部分.采用一种基于接收负载的分配算法,将接收负载作为信道分配的优先级参数,保证了接收负载重的节点优先分配到负载较小的信道,而接收负载较轻的节点间可以共享同一个默认接收信道,从而平衡了各个信道间的负载.分析了多射频网络中的多信道的隐终端问题并提出了解决方案.仿真结果表明,使用MRMC-MAC协议能够明显地改进MAC层吞吐量、碰撞次数等性能参数.     

Wake up after transmissions and reduced channel contention to alleviate the hidden terminal problem in preamble sampling WSNs

The hidden terminal problem is a well-known problem in wireless networks that degrades the network performance due to collisions between nodes unable to sense each other. Preamble sampling WSNs are more sensitive to that problem than wireless local area networks due to the high vulnerability time caused by the long preamble transmission. This is specially important when the traffic load is high, for instance due to event detection and query dissemination or in regions closer to the sink. Typical mechanisms to reduce the negative effects of hidden terminals, like the use of RTS/CTS messages, cannot alleviate the problem in preamble sampling WSNs as the long preamble is still needed, thus not reducing the high vulnerability time. To alleviate the hidden terminal problem in this kind of networks the LWT-MAC, a new preamble sampling MAC protocol, is presented. The LWT-MAC protocol adapts to the sporadic increases in the network load by waking up sensor nodes at the end of a transmission. At the same time, it reduces the channel contention by implementing a non-aggressive retransmission procedure. In this work, the ability of the LWT-MAC protocol to reduce hidden terminal problems is evaluated and compared to the basic preamble sampling technique. Results show that the LWT-MAC protocol is able to significantly lighten the hidden terminal problem, thus improving the overall system performance.     

How many wireless resources are needed to resolve the hidden terminal problem?

A novel wireless resource partition method is proposed to theoretically solve the hidden terminal problem (HTP) for wireless networks with uniform transmission ranges, and known, stationary node locations. A hidden terminal graph (HTG) representation is used to capture the potential hidden terminal interference among wireless nodes. The wireless resource partitioning solution of the HTP problem is cast as a graph-coloring problem on the HTG. Under a unit-disk wireless transmission range model, a novel, efficient, constructive solution to the HTG graph-coloring problem is proposed. Specifically, by spatially grouping wireless nodes into a hexagonal grid coordinate system, it is shown that the supremum of chromatic number of a HTG can be bounded by [6,12], regardless of the number of nodes or how the nodes are distributed spatially. Moreover, 12 is also the maximum number of wireless resource partitions needed to resolve the corresponding HTP problem. Extensive simulation results reveal that the performance of this hex-coloring method is comparable to existing heuristic graph-coloring methods such as DSATUR for problems with moderate size (a few hundreds of nodes). When the problem size scales up to a few thousands of nodes, the hex-coloring solution consistently achieves superior solutions (fewer wireless resources required) while consuming 3 orders of magnitude less computing time.     

异构传感器网络能量空洞分析与避免研究

在无线传感器网络中,由于sink附近的节点承担远方节点数据的转发,故能量消耗较高,容易在sink附近形成能量空洞而使网络提前死亡.针对由初始能量较大节点充当簇头节点与初始能量较小的节点作为普通节点组成的异构分簇无线传感器网络,提出了不等簇半径工作能量空洞避免策略.策略的核心是让近sink的簇半径较小,而远sink的簇半径较大,这样,近sink部署的初始能量较大的簇头节点较多,因而能够减弱能量空洞的影响,以达到能量消耗均衡的目的.将能量空洞避免问题转化为在保证网络寿命满足应用需求约束前提下如何使部署的节点最小的优化问题,并详细给出了不等簇半径的取值与优化方法.理论分析与实验结果表明,所提出的策略对网络寿命与性能有较大的改善,对于异构传感器网络建设有较好的指导意义.     

基于改进GA-Elman的无线智能传播损耗预测方法

在5G移动通信系统商用落地的背景下,设计准确、高效的信道估计方法对无线网络性能优化具有重要意义。基于改进GA-Elman算法,提出一种新的无线智能传播损耗预测方法。对Elman神经网络中的连接权值、阈值和隐藏神经元进行实数编码,在隐藏神经元编码中加入二进制控制基因,同时利用自适应遗传算法对权值、阈值和隐藏神经元数量进行优化,解决网络易陷入局部极小值和神经元数目难以确定的问题,从而提高预测性能。仿真结果表明,与仅优化连接权值及阈值的GA-Elman神经网络和标准Elman神经网络相比,该方法具有较高的预测精度。