基于博弈论的多媒体传感器网络MAC协议

IEEE802.1 le媒体接入控制(MAC)协议不能较好地满足无线多媒体传感器网络不同类型业务节点间的公平性要求.为解决该问题,提出一种基于博弈论的无线多媒体传感器网络MAC协议.将节点间的信道竞争过程建模为非完全信息动态博弈,在不同的负载情况下,通过改变普通业务的权重提高不同业务间的公平性.仿真结果表明,该协议能在保证多媒体业务服务质量的同时,增加普通业务数据流接入信道的机率,提高整个网络的平均吞吐量.     

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.     

提升无线网络TCP公平性的跨层机制研究

主要研究多跳无线Ad Hoc网络中TCP业务的公平性问题,分析了造成TCP业务不公平的多种原因,并验证MAC层的介质访问延迟能够反映出无线信道的拥塞程度,在此基础上提出基于MAC层传输延迟的邻居区域随机提前检测机制,即Mac-layer Delay and Neighborhood Random Early Detection (MDNRED).该机制主要包括四部分内容:测量MAC延迟;判断拥塞发生位置;发出拥塞通知;节点计算丢包概率.仿真试验证实,在特定场景下MDNRED机制能够在保证一定吞吐率的基础上有效提升各条TCP流的公平性.     

无线接入网络中TCP流的上下行信道公平算法

在无线接入网络中,上行TCP流会极大地压制下行TCP流,导致严重的上下行信道TCP流不公平问题.本文指出TCP流的ACK包在接入节点下行缓存中的侵占性是上下行TCP不公平问题的直接原因,从限制缓存大小的新角度提出了MBA(Maximum Buffer for ACKs)算法.MBA算法基于上下行TCP流的不公平比例和缓存大小的关系,自适应地调节ACK包的最大缓存空间.理论分析和仿真实验结果表明MBA算法不但能通过限制ACK包的缓存空间实现上下行TCP流公平,还能通过减少无线信道ACK包传输概率提高网络总有效吞吐率.     

移动Ad Hoc网络的跨层优化拥塞控制

基于网络协议层框架充分分析了TCP应用到Ad Hoc网络导致性能下降的原因,包括:物理层中易损耗的无线信道, MAC层中的过度竞争和不公平接入,网络层中节点移动引起的频繁路由失效,传输层中TCP采用的不合适机制,包括基于窗口的传输、基于数据包丢失的拥塞指示,拥塞窗口的慢启动和AIMD、对ACK自定时的依赖;提出了全新的适合Ad Hoc网络特性的跨层优化拥塞控制协议CCOC(cross-layer optimal congestion control).CCOC运用了跨层设计框架来改进MAC层的接入信道公平性、检测虚假链路失效、减少路由失效次数、加快路由切换后的重启动、运用SACK实现可靠传输和实施非线性优化论指导设计的自适应优化策略;描述了CCOC的协议体系结构;实施了详细的NS仿真实验,仿真结果表明,在几乎所有的仿真场景和移动环境下,CCOC比TCP和ATCP在许多重要性能指标,如吞吐量和公平性方面都有了明显的改进.     

移动Ad Hoc网络的跨层优化拥塞控制

基于网络协议层框架充分分析了TCP应用到Ad Hoc网络导致性能下降的原因,包括:物理层中易损耗的无线信道, MAC层中的过度竞争和不公平接入,网络层中节点移动引起的频繁路由失效,传输层中TCP采用的不合适机制,包括基于窗口的传输、基于数据包丢失的拥塞指示,拥塞窗口的慢启动和AIMD、对ACK自定时的依赖;提出了全新的适合Ad Hoc网络特性的跨层优化拥塞控制协议CCOC(cross-layer optimal congestion control).CCOC运用了跨层设计框架来改进MAC层的接入信道公平性、检测虚假链路失效、减少路由失效次数、加快路由切换后的重启动、运用SACK实现可靠传输和实施非线性优化论指导设计的自适应优化策略;描述了CCOC的协议体系结构;实施了详细的NS仿真实验,仿真结果表明,在几乎所有的仿真场景和移动环境下,CCOC比TCP和ATCP在许多重要性能指标,如吞吐量和公平性方面都有了明显的改进.     

无线自组网络中TCP流公平性的分析与改进

研究了TCP(transmission control protocol)流在多跳无线自组网络中的公平性问题,发现IEEE802.11DCF协议在此环境下会导致严重的不公平性,即部分节点垄断了网络带宽而其他节点被饿死.首先,通过仿真分析了产生TCP流不公平性的原因,指出其根源在于MAC(media access and control)协议的不公平性,同时,TCP的超时机制加剧了不公平性的产生;然后,利用概率模型定量分析了TCP不公平性与MAC协议参数之间的关系,发现TCP流的公平性与TCP报文长度直接相关,并且增加MAC协议初始竞争窗口的大小能够有效提高公平性.据此,提出了一种根据TCP报文长度动态调节初始回退窗口大小的自适应回退MAC协议改进算法.理论分析和仿真表明,该算法在很大程度上可以有效缓解不公平性问题的产生,并且不会引起网络吞吐量的严重降低.     

无线网络中MAC层违规行为的检测和惩罚

802.11无线媒体访问控制(MAC)协议利用分布式争夺解决机制处理无线信道的共享。在这种环境下,那些没有执行MAC协议的节点可以获得不公平的信道带宽。IEEE 802.11要求节点等待一个随机时间间隔之后再竞争访问信道,如果某些节点等待一个较小的时间间隔,那么对其他普通节点来说,这是不公平的。针对这种情况对IEEE 802.11 MAC协议做简单的改进来检测这样的违规行为并对其进行惩罚。     

无线网络中MAC层违规行为的检测和惩罚

802．11无线媒体访问控制（MAC）协议利用分布式争夺解决机制处理无线信道的共享。在这种环境下，那些没有执行MAC协议的节点可以获得不公平的信道带宽。IEEE802.11要求节点等待一个随机时间间隔之后再竞争访问信道，如果某些节点等待一个较小的时间间隔，那么对其他普通节点来说，这是不公平的。针对这种情况对IEEE802.11MAC协议做简单的改进来检测这样的违规行为并对其进行惩罚。     

保证无线上行链路TCP公平的调度算法

针对无线局域网中上行链路TCP流之间存在严重的无线信道资源分配不公平问题,提出一种上行链路TCP流的调度算法UFWFQ。该算法在接入节点上对上行TCP流采用与WFQ算法相同的轮询机制,根据流的传送速率动态计算其服务概率,分配给高速发送流较大的权重,使各上行TCP流占用的信道时间相等,以保证各流的加权公平性,提高网络的总吞吐率。仿真实验结果验证了该算法的有效性。     

Revealing the problems with 802.11 medium access control protocol in multi-hop wireless ad hoc networks

The IEEE 802.11 medium access control (MAC) protocol is a standard for wireless LANs, it is also widely used in almost all test beds and simulations for the research in wireless mobile multi-hop ad hoc networks. However, this protocol was not designed for multi-hop networks. Although it can support some ad hoc network architecture, it is not intended to support the wireless mobile ad hoc network, in which multi-hop connectivity is one of the most prominent features. In this paper, we focus on the following question: can IEEE 802.11 MAC protocol function well in multi-hop networks? By presenting several serious problems encountered in transmission control protocol (TCP) connections in an IEEE 802.11 based multi-hop network, we show that the current TCP protocol does not work well above the current 802.11 MAC layer. The relevant problems include the TCP instability problem found in this kind of network, the severe unfairness problem, and the incompatibility problem. We illustrate that all these problems are rooted in the MAC layer. Furthermore, by revealing the in-depth cause of these problems, we conclude that the current version of this wireless LAN protocol does not function well in multi-hop ad hoc networks. We thus doubt whether the current WaveLAN based system is workable as a mobile multi-hop ad hoc test bed. All the results shown in this paper are based on NS2 simulations, and are compatible with the results from the OPNET simulations.     

无线自组织网络中TCP稳定性的分析及改进

在无线自组织网络中,基于IEEE 802.11的TCP流存在严重的不稳定性,其原因与MAC协议、路由协议和TCP本身均有一定的关系,但最根本之处在于MAC协议的不公平性以及假的链路失效消息导致了不必要的耗时的路由发现过程.结合IEEE802.11的MAC协议和DSR路由协议,对这些原因进行了深入的理论分析和仿真实验,并提出了针对MAC协议和路由协议的改进算法.仿真结果证明,提出的改进算法不仅能基本上避免TCP流的不稳定性,还能够极大地提高TCP流的平均吞吐量.     

TCP Issues in Mobile Ad Hoc Networks: Challenges and Solutions

Mobile ad hoc networks （MANETs） are a kind of very complex distributed communication systems with wireless mobile nodes that can be freely and dynamically self-organized into arbitrary and temporary network topologies. MANETs inherit several limitations of wireless networks, meanwhile make new challenges arising from the specificity of MANETs, such as route failures, hidden terminals and exposed terminals. When TCP is applied in a MANET environment, a number of tough problems have to be dealt with. In this paper, a comprehensive survey on this dynamic field is given. Specifically, for the first time all factors impairing TCP performance are identified based on network protocol hierarchy, i.e., lossy wireless channel at the physical layer; excessive contention and unfair access at the MAC layer; frail routing protocol at the network layer, the MAC layer and the network layer related mobile node; unfit congestion window size at the transport layer and the transport layer related asymmetric path. How these factors degrade TCP performance is clearly explained. Then, based on how to alleviate the impact of each of these factors listed above, the existing solutions are collected as comprehensively as possible and classified into a number of categories, and their advantages and limitations are discussed. Based on the limitations of these solutions, a set of open problems for designing more robust solutions is suggested.     

一种基于优先级的无线传感器网络实时MAC协议

MAC(Medium access control)协议直接影响着无线传感器网络能量的有效性和实时性,对此,提出一种基于公平优先级的MAC(FP-MAC)协议.该协议对不同类型的网络数据流设置不同的优先级,以保证较高优先级的数据能够实时传输;根据网络负载自适应地调节占空比,实现了低能耗与低时延.分析及实验表明,协议给出了时延上限,提供了实时性及可扩展性,同时保证了不同优先级之间的公平性,能够很好地适应具有实时性要求的无线传感器网络应用.     

802.11无线接入TCP连接本地延迟抖动的理论模型*

为了分析802.11接入网类型对延迟抖动的影响,基于对802.11DCF（distributed coordinated function）信道访问机制的分析与马尔可夫模型,提出一个802.11无线接入的TCP连接本地延迟抖动（local jitter,LJITTER）分布模型。实际网络的测试实验数据证明,该模型非常吻合802.11无线接入的TCP LJITTER实际分布。该模型可以用于接入网类型区分、数据包流量分类、TCP协议改进与非法AP检测。     

基于令牌的无线工业控制网络的信道接入控制

针对无线工业控制网络(WICN)的实时性和可靠性要求,在分析了几种常见的无线局域网的MAC协议(MACA、MA-CAW和IEEE802.11)的不足后,提出了一种基于令牌控制的MAC协议.并且还详细介绍了该协议中的令牌恢复机制、优先级机制和数据帧确认机制,并利用离散事件仿真平台OMNeT 对该协议和CSMA/CA协议进行了仿真对比试验.仿真结果表明,该协议保证了信道接入的公平性,减少了数据传输时延,增强了数据传输的可靠性,适用于无线工业控制网络.     

无线传感器网络多信道MAC协议研究

信道接入协议是无线传感器网络的研究重点之一,对网络的性能起着决定性的作用。采用一种基于随机访问模式的多信道接入的无线传感器网络MAC协议,将信道分为一个控制频道和N组数据频道。在控制频道上,参考图论的点着色原理给节点分配数据频道;在数据信道上,动态调整节点发射功率,并利用载波侦听芯片适时唤醒节点收发数据。实验表明,这种多信道、低功耗的MAC协议可以显著降低节点功耗,增加频率的空间复用度。