分布式多信道媒体访问控制协议在无线传感器网络中的应用研究

为了能够实时检测输油管道的运行状态,降低无线传感器网络(WSN)节点间的干扰,提高网络的吞吐量。提出了适用于节点链型分布的2种多信道WSN模型,讨论了单路径和双路径2种网络模型的信道分配方法和吞吐量,并且提出了相应的分布式MAC协议。根据机场输油管道的现场实验表明,单路径多信道WSN能够在降低能耗的情况下提高网络的吞吐量,双路径多信道WSN虽然需要较高的能耗,但具有一定的容错能力,而且网络吞吐量有很大提高。

一种应用于控制网络的新的媒体访问控制协议——Token-CSMA/CD混合协议

针对控制网络中常采用的媒体访问控制协议存在的缺陷 ,设计了一种新的媒体访问控制协议———To ken CSMA/CD协议。对其工作原理、实现方式进行了研究。最后 ,对混合协议进行了计算机仿真 ,Token CSMA/CD的性能优于CSMA/CD和TokenBus。

新的太赫兹超高速无线网络媒体访问控制协议

针对现有无线网络媒体访问控制(MAC)协议难以在太赫兹(THz)载频条件下实现10 Gbps级别超高速无线接入的问题,提出一种新的太赫兹超高速无线网络MAC协议———MAC-T。MAC-T设计了新的时分多路访问(TDMA)+载波侦听多路访问(CSMA)自适应混合MAC接入机制和一种新的超帧结构,并定义了对应于太赫兹通信的关键参数,从而使最大数据传输速率达到10 Gbps以上。理论分析和仿真结果表明:MAC-T协议能够在太赫兹无线网络中正常运行,数据传输速率达到了18.3 Gbps,是IEEE 802.15.3c标准定义的最大速率5.78 Gbps的2.16倍,数据帧的平均接入时延约为0.0044 s,性能相对于IEEE 802.15.3c标准提高了42.1%,从而在MAC协议方面为太赫兹超高速无线网络的研究和应用提供了有力支撑。

基于HFC-CATV网的媒体访问控制协议

通过引入“组群 (cluster)”的概念 ,提出一种适用于HFC CATV网络的媒体访问控制 (MAC)协议的新结构模型 ,并分析该协议的工作原理和实现机制。

基于协作网络编码的高效媒体访问控制协议

针对Ad Hoc网络中现有的编码感知的协作MAC协议(NCAC-MAC)在选择协作中继节点时未考虑节点的传输能耗以及候选协作中继节点发送的控制消息不能使其他不在彼此通信范围内的候选节点放弃竞争而产生碰撞的问题,提出一种基于协作网络编码的高效媒体访问控制协议(HECNC-MAC)。该协议主要提出以下三个优化思路:首先,候选协作中继节点对其目的节点能否解码进行解码预判,减少参与竞争节点的同时保证其目的节点能成功解码;其次,在选择协作中继节点时综合考虑节点所需的传输能耗;最后,取消ETH(Eager To Help)控制消息,且目的节点通过伪广播的方式通告确认消息。理论分析与仿真结果表明,与载波侦听多路访问(CSMA)、Phoenix和NCACMAC相比,HECNC-MAC能够有效减少节点的能耗,降低数据包端到端时延,提高网络吞吐量。

无线传感器网络自适应占空比媒体访问控制协议

为了减少无线传感器网络能量耗损,通过分析排队论单服务台排队系统模型,结合已有的低占空比无线传感器网络节点媒体访问控制协议和层次网络的结构特点,提出了一种改进的自适应调节占空比无线传感器网络节点媒体访问控制协议.该协议通过节点的队列模型预测下一周期的数据量,从而能够自适应的调整其占空比,降低网络节点的能量消耗.在网络仿真平台上对改进后协议的性能进行了评估.仿真结果表明,在保持网络性能的前提下,改进后协议比无线传感器网络节点媒体访问控制协议的能耗减少48%,延迟减少21%,吞吐量增加33%,显著地延长了整个无线传感器网络的寿命.

控制网络中常用的媒体访问控制协议的分析比较

影响控制网络实时性的关键因素之一是媒体访问控制协议。在控制网络中常用的媒体访问控制协议是:CSMA/CD、令牌总线和主从式媒体访问控制协议。本文主要阐述了它们的工作原理并分析了它们的优缺点,指出了使用各种协议的条件与要求。

流量自适应的无线传感器网络媒体访问控制协议

在参考无线传感器网络媒体访问控制协议(MAC)———S-MAC的基础上,提出了基于流量的占空比动态调整的无线传感器网络MAC协议(E-MAC)。协议通过改进睡眠策略,增加新的数据发送周期,在提高数据转发率的同时,又实现了由此带来的额外能量损耗极小化控制。实验表明:相较于现有协议,在没有明显额外能量损耗的情况下,E-MAC协议具有更高的数据分发效率、更短的数据分发延时。

基于分布式动态优先权队列的媒体访问控制协议

结合现场总线技术提出了在媒体访问控制方式中利用分布式动态优先权队列和非破坏性优先权逐位仲裁规则解决CSMA方式中的冲突重发问题。使报文冲突的过程变为优先权仲裁的过程,提高了信道的使用率和解决了报文传输的延时不确定性。针对这种新的访问控制-方式建立了数学模型进行了解析,并与相关的访问控制方式进行了比较。

流量自适应媒体访问控制协议的研究与设计

针对媒体访问控制(MAC)协议在无线传感器网络中的作用与要求,分析了典型的MAC协议,提出流量自适应改进方案,并用NS2对其进行了性能测试。仿真结果表明,在网络节点分布较为密集,突发数据流量变化较大的网络环境中,流量自适应MAC协议的能量效率、吞吐率和网络延迟都有较大的改善。

太赫兹无线局域网媒体访问控制协议的优化设计

针对太赫兹无线局域网络,为满足网络中对数据传输性能的要求,提出一种媒体访问控制(medium access control,MAC)层协议超帧结构,在新超帧结构的基础上,进一步提出3种优化机制,分别是自适应动态调整竞争接入时段的长度、合并申请量的免申请预分配时隙和删除冗余控制字段。通过采用OPNET仿真软件,对新提出的优化后的MAC层协议进行了仿真验证,并将仿真结果与现有的能够应用于太赫兹超高速无线网络的高吞吐量低时延MAC(high-throughput low-delay MAC,HLMAC)协议和IEEE 802.15.3c标准协议进行了比较。仿真结果表明,所提的MAC协议相较于HLMAC协议和IEEE 802.15.3c标准协议在网络吞吐量方面的性能得到了约3.45%和11.11%的优化提升,在平均接入时延方面的性能提升了约28%和50%,而在数据帧的传送成功率方面的性能也得到了约3.3%和10.6%的提升效果。

无线传感器网络媒体访问控制协议综述

无线传感器网络作为当前研究的一个热点方向,吸引了众多研究者和机构的注意力。无线传感器网络的受限特点决定了其设计目标有别于其它网络,在其它网络结构中运行良好的协议并不适合于无线传感器网络。因此,许多研究工作通过研究不同应用下的媒体访问控制层特性,提出了一系列协议。总结了相关方面的工作,对主要的协议进行分类比较和分析,并提出了一些值得继续研究的方面。

M-DCF:在单区网中实现QoS的媒体访问协议

本文结合IP通信的特点 ,提出了一种适用于WLAN单区网的改进型媒体访问控制协议M DCF ,并进行了计算机仿真。仿真结果表明 ,M DCF可以降低系统总的丢包率 ,话音业务的丢包率 ,降低话音帧的时延 ,从而保证话音业务的服务质量。

降低控制开销的太赫兹无线个域网双信道MAC协议

针对现有的太赫兹无线个域网双信道媒体访问控制(Medium Access Control, MAC)协议在节点需要双向通信时采用半双工通信方式和对于已通信过的节点再次通信且位置未发生改变时信息控制开销较大而影响网络性能的问题,提出一种低控制开销的太赫兹无线个域网双信道MAC协议(Low Control Overhead dual-channel MAC protocol, LCO-MAC).LCO-MAC协议通过在通信双方节点同时有向对方发送数据的需求时,采用点对点全双工通信机制通过一次信息控制帧的交互完成信道预约和自适应省略允许发送帧/测试帧机制,降低信息交互过程的控制开销,提高吞吐量来提升网络性能.仿真结果表明,与TAB-MAC协议和EF-MAC协议相比,本文所提出的协议信息控制开销降低了至少12.6%、网络吞吐量和信道利用率提升分别不少于11.3%和12%.

联合空时需求预留和功率控制的MAC协议

提出了一种应用于移动Ad Hoc网络中的联合空时预留和功率控制MAC协议。它通过对信道时间和空间资源预留更为精确的估计优化了可用的信道资源,提高了信道的空间利用率,降低了碰撞冲突的概率。因为物理层头部采用最低的速率进行传输,把这种时空估计信息嵌在物理层帧头部,可以把信息传播到更多更远的邻节点,减少了碰撞的概率。同时结合功率控制技术对数据包传输功率进行控制,降低了节点的能量消耗。通过仿真与IEEE 802.11 MAC协议进行比较,该协议提高了系统的吞吐量,移动节点功率消耗明显降低,节点的能量利用效率得到提高。

高效低时延分级多PAN太赫兹无线网络MAC层优化协议

针对现有分级多PAN太赫兹无线网络MAC(Medium Access Control)协议中存在的子网形成方案不合理以及私有CTA(Channel Time Allocation)与子网内实际负载不匹配等问题,提出了一种高效低时延的MAC层优化协议.该协议采用基于泛听的按需形成子网机制避免了子网分布不均匀以及因子网形成后没有节点加入而造成的私有CTA资源浪费的问题.在子网形成后,子微微网协调器(Piconet Coordinator,PNC)根据子网内实际负载情况自适应选择私有CTA时隙资源优化机制,让有数据传输需求的节点及时将数据发出.仿真结果表明,所提出的方案能有效地降低数据帧平均接入时延,提高吞吐量以及数据帧的传输成功率.

基于网络效用最大化与冲突避免的无线传感器网络MAC协议

针对周期汇报型无线传感器网络(WSN)中的无线信号冲突和能量利用效率问题,提出了一种基于网络效用最大化与冲突避免的媒体访问控制(UM-MAC)协议。该协议基于时分多路复用(TDMA)调度机制,将效用模型引入无冲突的节点工作时隙分配过程中,把链路可靠性、网络能耗归纳到一个统一的效用优化框架中;进而提出了一个启发式算法,使网络能够快速找到一个基于网络效用最大化与冲突避免的节点工作时隙调度方案。将UM-MAC协议与S-MAC协议和冲突避免MAC(CA-MAC)协议进行比较,在不同节点数量的网络环境中,UM-MAC获得的网络效用较大,平均数据包成功发送率较高,生命周期介于S-MAC与CA-MAC之间,在不同的网络负载下所有节点发数据包到汇聚节点的平均时延有所增加。仿真实验结果表明:UM-MAC协议较好地解决了冲突干扰问题,提高了网络的数据包成功发送率和能量利用效率等性能;在低网络负载时,TDMA类协议的性能并不比竞争类协议好。

无线传感器网络中采用预约机制的MAC协议改进

提出一种基于信道预约的MAC协议CR-MAC(channel-reservation MAC),该协议是在S-MAC(sensor-MAC)协议基础上进行的改进。当有数据需要发送时,首先以基于竞争的方式发送和接收信道预约信息,实现信道的按需分配;信道预约完成后各节点按照预约好的时间片进行激活,以时分复用的方式传输数据。CR-MAC协议能够有效地减少节点的空闲侦听和串音干扰,从而降低能量消耗和传输延时。

无线Mesh网络中使用双收发器的多信道MAC协议研究

在无线Mesh网络中,当底层有多个可用的物理信道时,必须设计高效的媒体访问控制协议(MAC)才能充分利用所有可用信道,克服多信道的隐终端和显终端问题。三类多信道MAC协议都只使用了两个无线收发器,却能够在保持经济性的同时最大限度地利用多个信道,并解决多信道环境下广播消息发送和信道切换等问题。分析比较表明,该MAC协议能够在一定程度上利用多个信道增加网络的有效吞吐量,但在保证网络负载均衡上还存在不足,需要进一步研究。

高效快速的太赫兹无线个域网双信道MAC协议

针对现有的太赫兹无线个域网络中太赫兹辅助波束赋形媒体访问控制(MAC)协议(TAB-MAC)存在数据传输时延较大以及信道利用率低问题,提出了一种高效快速的太赫兹无线个域网双信道MAC协议(EF-MAC)。通过目的节点向源节点发送测试帧机制来减少一个确认帧,从而减少控制开销和测试时延;采用自适应取消节点位置信息的收发机制,源或目的节点通过之前的请求发送帧/允许发送帧(RTS/CTS)帧交互过程已获得对方节点的位置信息且对方节点的位置没有发生改变,可以省去RTS或CTS中的位置信息,减少控制开销。理论分析与仿真结果表明,与TAB-MAC协议相比,所提协议能够有效减小数据传输时延,提高网络吞吐量。