Internet无线接入网络中应用智能天线的多址协议及性能分析

该文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．设计了一种简单有效的竞争接入算法,保证新用户能快速接入信道．针对Internet中主要的“请求一回应”(request-reply)式业务,分析了协议的信道利用率与平均“请求一回应”时延．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TDMA的LoRa通信网络设计

针对LoRa通信技术具有长距离传输和抗干扰能力强但只支持半双工通信的特点,提出一种基于TDMA的通信组网方法。该方法通过划分信道和时隙可在同一个信道下容纳多个通信设备,在信道资源有限的情况下可充分利用信道。基于LoRa的UE设备以星型组网的方式接入基于LoRa的中心基站,中心基站可以控制接入的设备以及对信道时隙管理,加上适当的网关还可以接入互联网。为提高信道时隙的利用率以及手持UE人员的活动范围,采用随机接入中心基站的方法。根据该通信组网方式的特性,设计出对应的上下行通信协议和对UE添加唯一标号,这很好地解决了接入基站过程中的竞争冲突。实验测试表明基于TDMA的LoRa组网能随机接入中心基站扩大使用人员的活动范围,并提高信道利用率。     

基于时隙侦听的无线纳米传感器网络接入机制

针对太赫兹无线纳米传感器网络节点处理能力弱,功耗低的问题,提出了一种基于时隙侦听的传感器节点接入方案.将时间划分成等长的帧,主控节点通过发送帧同步信号实现整个网络所有节点的帧同步.当传感器节点出现发送数据请求时,通过侦听每个时隙,寻找一个空闲时隙发送数据,省去了主控节点与接入节点间控制信息的交互,具有简单、易于实现的优点.优化了帧周期设定,并提出了一种避冲突方法.仿真结果显示:方案可以在冲突概率较低的同时,实现高数据吞吐量.     

适用于飞行自组网的闲置时隙预约TDMA协议

在飞行自组网中,固定时隙分配时分多址接入（TDMA）协议存在闲置时隙无法成功使用的问题。通过对TDMA协议引入闲置时隙预约机制,提出一种支持业务优先级传输机制的闲置时隙预约TDMA协议。采用短帧长的方式满足协同与控制业务的低时延传输需求,并利用闲置时隙预约机制允许节点使用闲置时隙传输感知业务,从而满足感知业务的高吞吐量传输性能要求。仿真结果表明,与CF-MAC和CTMAC协议相比,该协议能够在降低传输时延的同时,有效提高信道利用率和网络吞吐量。     

6LoWPAN网络节点信道接入延时性能研究

为了优化6LoWPAN网络MAC协议性能,提出了一种基于饱和负载的时隙CSMA/CA机制的Markov链模型,并对协议主要网络参数进行了数学推导。基于该模型对节点平均接入延时及网络的信道接入概率等参数进行数值计算,重点分析了协议参数对网络延时性能的影响。数学分析表明,该模型较好地描述了基于饱和负载的IEEE 802.15.4 MAC协议的信道竞争接入机制,而合理的协议参数设置能够有效地改善网络节点平均信道接入延时性能。     

含网关节点的高时隙复用率TDMA协议

针对网络收敛慢、拓扑表不完整时导致的信道冲突以及空闲时隙浪费问题,提出一种提高节点时隙利用率和网络可靠性的多跳时分多址接入协议。该协议提出3种新机制,使用时隙请求时期快速收敛机制,加快时隙请求时期的收敛;使用空闲时隙公平重用机制,消除中心节点调度时隙碰撞问题,提高空闲时隙利用率;使用一跳邻居多层次调度机制,降低数据重传的时延。仿真结果表明,在时隙请求时期收敛时间、数据传输平均时延及数据传输成功率方面,该协议较现有协议性能更优。     

基于多接口状态字的VANET信道接入算法研究

为了实现多接口车载自组织网络(VANET)车辆节点合理高效的信道接入,提出了一种基于车辆节点多接口状态字的时分竞争信道接入算法。根据车辆节点的多接口状态字给出了时隙划分的方法与竞争退避机制原则,通过综合考虑竞争类技术与时分多址技术的优点,有效解决了信道公平接入的问题。通过软件仿真比较可以看出,该算法实现了信道的合理接入,减小了平均端到端时延,增加了网络平均吞吐量,显著提高了多接口VANET的网络性能。     

采用渐进式预留机制的Ad Hoc网络MAC协议

实时业务传输的服务质量(QoS)保障问题一直是限制Ad Hoc网络发展的瓶颈.在分布式网络环境下,分组冲突十分普遍,节点很难在限定的时间内成功接入信道.现有很多算法(如FPRP)虽能很好的消除冲突,却需要非常多的控制分组,同样造成过高的接入时延.在研究动态时隙分配类MAC协议的基础上,设计了一种采用渐进式预留机制的MAC协议,协议通过分级预留、协同竞争和空闲时隙的时隙重构来达到分组冲突的充分化解,信道资源的高效利用,以及不同优先级业务的有效接入.仿真表明,与现有时隙类协议相比,新协议可以显著减少分组冲突,提高信道利用率,实现较低的分组接入延迟,并且能够较好的支持数据报业务.     

面向卫星网络的扩频多址接入控制方法

针对卫星网络传输时延长、通信时间短和突发业务量大的特点,首先设计了高优先级、高实时性业务主动重传策略,然后在此基础上提出了一种面向卫星网络的主动重传扩频时隙ALOHA多址接入控制方法.该方法融合了扩频通信、S-ALOHA随机访问控制协议和主动重传策略的优点,能满足特殊环境中提供"区分服务"的实际要求.最后的仿真结果不仅证实了该方法的吞吐性能比时隙ALOHA系统有了很大的提高,而且能以较小的吞吐量损失为代价增加高优先级业务的成功发送率.     

混合网络数据动态交换时隙再分配方法仿真

现有的混合网络数据动态交换时隙再分配方法,存在时延较大、时隙利用率较低等问题,提出基于WCDMA和数据链的交换时隙再分配方法,去除信道中的干扰信号,补偿由于数据传输造成的信号衰弱,通过信道的信干比估计,完成对信道的处理。当前分配时隙资源不能满足信息发送所需时,会在固定时隙内,周期性的发送时隙再分配消息给混合网络单元,并提出所需时隙资源,根据时隙动态分配方法,定制出混合网络时隙分配表,通过定制的时隙分配表,实现对混合网络数据动态交换的时隙再分配。仿真结果表明,所提方法能够在低时延、高时隙利用率的情况下,实现对混合网络数据动态交换时隙的再分配。     

基于语音时隙机制的车载自组网MAC协议

在节点高速运动的车载组网多跳通信中,如何快速选择下一跳中继节点是目前无线自组网亟待解决的问题。为此,提出一种基于类语音时隙划分信道竞争机制的时分复用协议,采用类似语音优先权接入的语音突发方式解决多跳中继选择问题。仿真结果表明,在不同节点分布的运动场景下,使用语音突发方式的MAC协议较传统的时分复用随机接入方式具有更短的接入延时与更低的网络开销。     

面向现场级工业无线网络混合流量分级调度的时隙分配策略

工业无线传感网络在关键位置监测和控制系统中发挥着越来越重要的作用. 然而复杂工业现场混合关键流量共存, 无法满足关键数据传输低时延和高可靠性要求, 突发流量会导致网络时延大幅抖动甚至网络拥塞, 给工业生产造成严重的后果. 针对上述情况, 本文提出了流量分区超帧架构, 考虑到设计复杂度和应用场景需求设计了R-MAC(时隙预留接入协议)和C-MAC(时隙争用接入协议). 上述两种协议以帧抢占的方式保障突发流量的实时接入, 采用了不同的重传机制提升周期性高优先级数据传输的可靠性. 最后本文对两种协议进行了评估, 与实时工业无线传感网络WirelessHART相比, 限定了突发流量的最差接入时延上界, 实现了多优先级流量服务差异化, 提升了高优先级流量的平均成功接入率.     

接入网动态服务质量管理机制

为了更好地满足多媒体业务的服务质量要求,需要进行有效的服务质量管理。接入网链路带宽小和网络设备功能低,更可能发生拥塞,现有的大多数端到端的方法无法有效用于接入网服务质量管理。该文提出一种接入网动态服务质量管理机制,包括接入网联合接纳控制和负载均衡2个部分。仿真表明,该机制提高了接入网的性能,并在接入网重载时,用户的平均等待时间明显减少。     

一种采用价格机制的无线接入网络拥塞控制策略

由于无线接入网络中存在着时延大、吞吐量小、丢包率高等特性,传统的AQM拥塞机制难以应用于有线/无线异构网络。本文通过分析经典的随机指数标记算法(REM)中价格的产生机制,指出了其存在的不足,并通过引入队列缓存比对REM价格使其更能适应无线环境,从而提出了一种新的基于价格的拥塞控制策略—PREM。PREM利用队列缓存比和链路虚拟容量作为拥塞度量指标。最后,通过NS2仿真平台对所提算法进行了验证,与传统的有线拥塞控制经典算法REM算法、PI算法和无线Prox-y-RED算法做了对比实验,最后证实该算法能有效减少丢包现象。     

一种适用于Ad hoc网络的基于概率负载均衡算法

为解决移动自组织网络(MANET)中网络拥塞导致的网络时延增大和吞吐量下降, 提出一种基于概率的负载均衡算法, 节点利用历史负载信息映射网络负载状态, 用概率算法进行路由准入, 从而完成负载均衡。基于历史状态的负载映射有效解决了分布式独立运算中存在的负载状态判断困难等问题, 概率算法能有效克服门限准入法则存在的模糊判别问题, 同时大量减少广播包的洪泛, 节省信道资源。结合经典的按需路由协议, 设计了H&P_DSR(history and probability based dynamic source routing)协议。仿真和理论分析一致表明, 该负载均衡算法能够准确有效地对网络负载进行均衡, H&P_DSR协议在没有增加任何信道开销的情况下显著提高了网络吞吐量, 降低了时延。     

基于队列敏感性的无线接入网络拥塞控制算法

由于无线接入网络存在强非线性、大时延以及随机链路丢包等因素,导致经典主动队列管理(AQM)算法在实际控制时存在队列收敛速度慢、响应时间长等问题。通过分析随机指数标记(REM)算法在无线接入网中的特点,在原先REM价格模型的基础上对其进行了改进,以队列误差的平方项来克服价格对队列变化不敏感的缺陷,从而提出了一种基于队列敏感性的无线接入网络拥塞控制算法,并利用单神经网络对其参数进行了优化。最后,通过NS2仿真平台对所提算法与REM、PI算法进行对比,实验表明所提算法拥有队列收敛快、鲁棒性强的优点。     

基于接收阈值的容延网络拥塞控制机制

为了减少容延网络的资源开销,研究者提出了单副本转发路由算法.研究发现,这些转发算法导致节点流量负载极度不均衡,使得那些连接度较大的节点产生了拥塞.针对该问题,提出了一种基于接收阈值的拥塞控制机制,可以有效降低节点拥塞.该机制使每个DTN(delay tolerant network)节点根据自身的拥塞状况动态调整自己的拥塞控制机制,而且该机制独立于节点所运行的转发路由算法,不影响路由算法对中继节点的选择,具有很好的普适性.为了验证所提出机制的有效性,将该拥塞控制机制与现有的SimBet路由算法加以结合,提出了具有拥塞控制功能的SimBetCC算法.实验结果表明,SimBetCC算法在取得很好的拥塞控制的前提下,其递交率和递交时延等性能方面均优于具有拥塞控制功能的FairRoute路由算法.     

TD-LTE随机接入前导码优先级控制算法

对TD-LTE系统随机接入过程进行分析,提出一种基于前导码优先级的随机接入前导码选择控制算法,增加基于优先级的前导码,由专用用户优先使用,由此减少系统广播资源,降低接入时延,提高接入成功率,解决碰撞问题。仿真结果证明,该算法可提高网络不同负载情况下的接入成功率。     

A New Contention Resolution Procedure for HFC Access Networks and its Performance Evaluation

Bidirectional Cable TV networks using hybrid fiber coaxial (HFC) systems are good examples of broadcast environments where a contention resolution algorithm is needed in order to allocate the multiaccess medium among various customers. The medium access control (MAC) scheme, proposed by DAVIC/DVB, IEEE 802.14 and DOCSIS for the upstream channel of HFC access networks is based on a mixable contention-based/contentionless time slot assignment. Contention-less (CL) slots are assigned by the head-end (HE) to end stations according to a reservation scheme. Contention-based slots (CB) are randomly accessed by active terminals without any prelimanry allocation and so collisions may occur. To resolve contention the contention tree algorithm has been widely accepted by the DVB/DAVIC, IEEE 802.14 and DOCSIS standards for MAC because of higher throughput and lower access delay. In this paper we propose a simple modification to the existing protocol and analyze its performance. We propose to have one slot in the frame exclusively reserved for the new arrivals that wish to access the channel capacity using contention resolution and atleast one more slot reserved for resolving their contention if there was a contention in the arrival slot. This assumption simplifies the protocol to a queuing mechanism and we use the results of the queue to analyze the protocol. The queuing analysis method is used to determine the throughput of the channel and waiting times of the arbitrary customers. Furthermore, we present numerical results and compare that with simulations.