并行调度两级轮询控制传感器网络MAC协议分析

针对具有网络流量非均衡特性的时延敏感业务,提出一种并行调度两级轮询MAC控制协议。协议从服务策略和服务路径的角度实现了节点的优先级区分,并且通过服务过程和查询转换过程的并行处理,使得系统的时延特性显著提高。采用嵌入式马尔可夫链和概率母函数理论对提出的协议进行数学建模分析,精确解析了系统的平均排队队长、平均循环周期、信息分组的平均等待时延,仿真实验表明理论分析的正确性以及协议的有效性。

DLSOMAC：一个面向分布式无线链路调度技术的MAC协议

无线网络分布式链路调度技术通过发掘无线传输间的复用达到提高吞吐量的目的.链路调度策略的形成需要节点间公平地交互含有如节点ID、队列长度等信息的短报文,并且这些短报文同步传输,导致信道拥挤.由于存在信道空闲侦听开销,在拥挤信道中频繁后退,以及隐藏终端和暴露终端的问题,传统的CSMA/CA(Carrier sense multiple access with collision avoidance)协议传输性能低下,难以为分布式无线链路调度技术服务.针对链路调度策略形成期间报文短、信道拥挤以及公平性要求的挑战.提出了一个简单的随机MAC(Media access control)协议DLSOMAC(Distributed link scheduling oriented MAC).DLSOMAC协议没有信道侦听过程,以降低短报文的传输延迟开销;基于分布式息票收集算法,均匀分散传输时刻来降低冲撞概率和提高公平性,以满足分布式链路调度技术对MAC层的需求.用排队论分析了DLSOMAC的报文传输延迟性能.仿真实验表明,在短报文情况下,无论网络负载轻重与否,DLSOMAC协议的报文传输延迟明显优于CSMA/CA,并且报文越短,性能相对越好.即使在长报文的情况下,当网络负载很重时,DLOSMAC协议也稍优于CSMA/CA协议,适合于为自组织网络的分布式链路调度技术服务.

一种基于分簇结构的无线传感器网络混合调度MAC协议

针对突发和周期信号并存的应用场景,提出了一种基于分簇结构的无线传感器网络混合调度MAC协议——CBPMAC/TFC(A Cluster-based Wireless Sensor Network MAC Protocol for the System with Burst and Peri-odic Signals/Based on TDMA,FDMA,CSMA)。簇间采用基于FDMA的调度机制,簇内采用基于TDMA和CSMA的联合调度机制。提出了以簇头为基准的相对时间同步机制,同步精度为一个帧周期的时钟漂移。给出了基于能量阈值的簇头轮换策略和基于侦听的故障处理策略。理论分析和实验结果表明:CBPMAC/TFC协议在响应实时性和能量有效性方面介于CSMA和TDMA之间,与CSMA相比,在损失一定突发信号响应实时性的情况下,节省能耗18.7%;与TDMA相比,在改善突发信号响应实时性的情况下,损失能耗23.6%。

基于时间调度表的无线传感器网络MAC协议

为了减少能耗,MAC[1]协议的无线信道使用通常采用侦听/睡眠交替的策略。但是这种周期性睡眠机制会带来很多延迟,网络的吞吐量也不高。为了减少延迟和不必要的能耗,设计了一种预约时间调度表的AST-MAC协议(appointment schedule table MAC)。它采用侦听和睡眠交替的策略,但是它是按照调度表的进行侦听。当调度表的时间到了,节点会自动被唤醒进行侦听。实验结果表明,这种预约信道的MAC协议比起S-MAC和802.15.4减少了传输延迟,提高了网络的吞吐率。

一种移动感知的太赫兹无线局域网定向MAC协议

现有太赫兹无线局域网定向MAC(Medium Access Control)协议中,节点移动情况下PNC(PicoNet)发送beacon帧时存在部分控制字段浪费、CTAP(Channel Time Allocation Period)中PNC与DEV(Device)进行波束赋形开销偏大等问题。为此,提出了一种移动感知的太赫兹无线局域网定向MAC(Mobility-aware Directional MAC,MA-MAC)协议。该协议采用基于卡尔曼算法的节点扇区预测机制对移动节点的扇区范围进行迭代预测,采用基于DEV扇区预测的beacon帧内容填充机制对beacon帧中时隙分配字段进行填充,采用基于节点扇区预测的快速波束赋形机制使得PNC与DEV之间波束赋形操作简化。通过仿真验证,与基于IEEE 802.15.3c的太赫兹无线局域网定向MAC协议和现有协议进行对比,MA-MAC协议下网络吞吐量得到了提升,网络平均时延、网络整体控制开销得到了改善。

传感器网络中一种基于梯型休眠调度的MAC协议

如何在提供能量高效数据通信的同时满足必要的延迟需求,是无线传感器网络MAC协议面临的一大挑战。本文提出一种基于梯型休眠调度的MAC协议——LP-MAC,通过安排传输路径上的节点连续转发数据从而消除休眠延时;采用冲突避免机制和基于链路计数器的临时唤醒机制,减少兄弟节点间冲突并增加节点休眠时间,进一步提高协议能量效率。理论分析和模拟实验表明,LP-MAC协议既具有低能耗的协议特性,也能保证较低的稳定的端到端延时。

太赫兹网络中基于优先级调度的低开销双信道MAC协议

针对现有太赫兹通信网络双信道MAC协议存在控制开销冗余和在竞争信道时缺少优先级调度策略等问题,提出了一种太赫兹网络中基于优先级调度的低开销双信道MAC协议(Low Overhead Dual-channel MAC Protocol Based on Priority Scheduling,LO-PSMAC),包含通信距离预判、优先级调度策略的CSMA/CA和精简THz频段MAC帧三种机制,可有效提升信道利用率和整体网络吞吐量,同时减小控制开销和降低数据平均时延。仿真结果表明,所提协议与现有太赫兹双信道MAC协议相比,MAC层吞吐量和信道利用率分别提升了7.14%和14.75%,数据平均时延降低了14.21%。

基于TTNT数据链多址接入协议的多机协同任务调度方法

为提高无人机蜂群作战中无人机信息交互、资源共享和任务协同的能力,文章基于TTNT数据链SPMA协议,设计高动态变化拓扑下的分层分簇无人机蜂群模型和与之匹配的层次资源与任务调度模型,并对其消息传输进行优化。通过OMNeT++仿真平台,以TTNT数据链中的数据传输标准对信息端到端时延和网络吞吐量进行不同机间传输距离下的对比仿真实验。其结果表明,该方法满足SPMA协议对于消息传输时延的要求,并且引入SPMA协议后可以有效减少网络数据传输冲突,提高了系统约18%的网络吞吐量,提升了无人机信息交互、资源共享和协同作战的能力,对实际无人机蜂群协同任务调度研究具有可参考性。

基于调度的无线传感器网络MAC协议研究

文章分析了当前无线传感器网络中基于调度的MAC层协议的特点,针对新的应用领域中对数据实时性和全局性要求较高的特点,提出了一种新的基于TDMA的MAC层协议,通过充分利用空闲时隙,允许有较高数据传输需求的节点使用其他节点的空闲时隙传输数据,使得在满足实时性要求的同时能够反映监测区域的全局特征。通过在CC2430硬件平台上对该协议进行测试,实验数据表明该MAC层协议不仅可以降低数据的时延,而且也能够反映数据的全局性特点。

基于链路调度的无线Mesh网络定向时分MAC协议

定向天线是提高无线Mesh网络信道带宽利用率的有效途径,但节点定向传输数据可带来"聋"和定向隐终端等问题。为此,提出一种无线Mesh网络定向时分媒质接入控制(MAC)协议。该协议采用节点并发传输链路调度算法实现全网定向链路传输容量的最大化,有效保证业务流之间的公平性。将全网节点时间轴同步划分为连续的定长时帧,每个时帧分为调度子时帧和传输子时帧。节点在调度子时帧中通过信道侦听完成链路调度,在传输子时帧中实现定向并发传输。仿真结果表明,与现有典型的基本定向媒质接入控制协议Basic DMAC相比,该协议可以提高网络吞吐量,并具有更好的链路公平性。

认知传感网中基于Transformer网络的MAC协议识别方法

媒体接入控制(Media Access Control,MAC)识别有助于优化认知无线电系统的频谱管理并提高通信质量。已有的基于深度学习的MAC协议识别方法仍存在复杂信道环境的适应性不足、长期依赖关系捕捉能力有限的问题。因此,提出基于Transformer网络的MAC协议识别方法,利用自注意力机制有效捕捉长距离依赖,通过多头注意力机制同时关注输入序列中不同部分的相关性,提升对信号特征和行为的理解。针对认知传感网的特定需求,对传统的Transformer模型结构进行了优化,包括调整模型的深度和宽度以适应信号数据的特性。自注意力机制不仅增强了模型对时间序列数据的处理能力,还通过位置编码保留序列中的位置信息,结合前馈神经网络增强模型的非线性表达能力,并通过层归一化和残差连接机制提高模型的稳定性和训练效率。实验结果表明,所提方法在复杂无线通信环境中具有显著的性能优势,在识别4种主要MAC协议时展现出超过95%的高准确率。

水声传感网MAC协议综述

海洋在人类发展中扮演着越来越重要的角色。水下通信技术作为人类认识海洋的重要手段,成为研究界的热点与难点。由于水下通信技术有不同于陆地无线通信的信道特点和性能要求,传统无线通信MAC(medium accesscontrol)协议难以直接应用于水声通信,因此相继提出针对各种应用场景的水声MAC协议。在简述水声传感网(Un-derwater Acoustic Sensor Network,UWASN)特点和MAC协议设计准则后,根据信道获取方式将当前典型协议分为基于竞争和基于调度两大类。根据冲突处置方式进一步将基于竞争的协议分为随机多址和冲突避免,根据信道分配的动态性将基于调度的协议分为动态分配和静态分配。在此分类基础上,描述了近期出现的典型协议的设计思想、主要机制,并比较了协议在能耗、信道利用、吞吐量等方面的差异,最后指出提高MAC协议性能的发展方向。

基于异步调度的低延时无线传感器网络MAC协议

无线传感器网络B-MAC协议采用低能耗监听与扩展前导技术,具有低能耗、无需同步的特点。针对智能障碍场网络低能耗、低延时等特点,提出一种基于异步调度策略的低延时MAC协议EB-MAC,改善了B-MAC协议的延迟与丢包率。仿真实验表明:提出的协议有效减小前导码序列的长度,保持了低占空比,降低了端到端的通信延时,对网络拓扑的变化具有良好的兼容性,能满足智能障碍场的性能需求。

基于同步调度的低占空比无线传感器网络MAC协议

SCP-MAC协议相邻节点间的同步唤醒,如果通信负荷增加,会产生较高的无意侦听,会降低能效和吞吐量,造成拥塞。提出了一种基于同步调度的超低占空比MAC协议ESCP-MAC,优化了唤醒调度方式,减少相邻节点的竞争,采用低功耗侦听的方式同步。仿真和实验结果表明:提出的协议在继承SCPMAC协议低能耗优势的基础上,改善了多跳传输的端到端延时性能,减少了丢包率。

基于深度强化学习的水声网络公平跨层MAC协议

针对水声通信异构网络中信道分配不公和节点能量受限的问题,基于深度强化学习方法,提出跨层联合优化公平信道接入和功率控制的媒介访问控制(POCL-MAC)协议。根据反馈ACK包获知时延状态下的信道冲突结果和接收机处信噪比,基于深度强化学习的状态、动作和奖励序列自主学习,调整认知用户的接入时隙和发射功率;采用公平函数实现异构网络中认知用户和主用户吞吐量性能的比例公平。设计了一个联合状态序列和独立式奖励函数,在不增加神经网络复杂度的前提下,提高跨层联合优化的子动作决策准确度。仿真结果表明,相比于传统DRL算法,所提算法实现了接近于最优公平性吞吐量性能,同时具有更好的能量利用效率。

基于IR-UWB的高吞吐量、低延时MAC协议硬件设计

针对IEEE 802.15.4高速数据传输的应用场景,提出一种具有高吞吐量和低延时特性的定制化MAC协议。基于HRP UWB PHY对数据传输模型和吞吐量深入分析,并结合MAC协议的冲突避免载波侦听多路访问(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoid,CSMA-CA)和保障时隙(Guaranteed Timeslot,GTS)实时传输的特性,设计了该机制有效的管理流程。最后在Vivado中使用Verilog HDL对MAC控制器进行硬件设计和验证。仿真结果表明,与经典IEEE 802.15.4 MAC协议相比,该MAC控制器的吞吐量提高了26%,同时数据传输时延降低了17%。

基于MACAW的分簇轮转调度式水声传感网MAC协议

针对当前水声传感器网络长时延和低信道利用率的特点,改进传统的水声通信网MAC协议MACAW协议,设计出一种新型的分簇轮转调度式MAC协议CRD-MACAW协议。该协议通过网络初始化和网络动态更新对部署在网络中的传感器节点按照一定机制进行分簇,网络中的数据传输则分为簇内传输和簇间传输。簇内传输采用分簇时网络管理节点所分配的轮转顺序进行,节点与节点之间无需发送RTS帧和CTS帧;簇间传输则是通过各个簇首节点之间采用MACAW协议来进行的,最终网络数据汇聚到网络管理节点供分析使用。仿真结果表明,该协议与传统的MACAW协议相比,在网络节点增多、节点整体分布较为分散时,能够有效降低传输时延,提高信道利用率。

LSDR-ALOHA-Q:基于强化学习适用于大范围远距离的水下无线传感器网络MAC协议

随着对海洋开发需求的日益增长,水下无线传感器网络成为研究的热点。但由于水下环境信道可用带宽有限,传输速度和传播速度都慢,多普勒效应和多径效应严重等众多不利因素,导致水下网络性能低下。这主要是因为缺少在大范围远距离的水下网络中表现良好的媒体访问控制协议(MAC协议)。提出的LSDR-ALOHA-Q协议以ALOHA-Q协议为基础,该协议采用加入强化学习的方法,以提高信道利用率,同时结合强化学习使得该协议能够适应多变和复杂的水下环境。提出的LSDR-ALOHA-Q协议包括对时隙和帧结构的改造,使其更适合于大范围网络,通过优化时隙数,主动寻找空间复用的机会来增加信道利用率,同时通过提出一个新的退避算法来避免因为优化时隙数量而带来的Q-learning可能无法收敛的问题,即可能存在节点一直无法找到无冲突发送时间的问题。仿真表明当LSDR-ALOHA-Q协议被应用到大规模远距离的网络时可以显著提升信道利用率,同时降低冲突率和平均端到端时延。

基于MAC算法的移动通信基站调度系统优化研究

移动通信基站的调度系统对于优化网络性能至关重要,文中深入研究与优化了基于MAC算法的移动通信基站调度系统。首先,介绍了MAC协议的基本原理及其在移动通信中的应用,分析了目前常见的MAC算法及特点。其次,探讨了移动通信基站调度系统的优化需求,如需要提升系统资源利用率、用户体验和能源效率。在此基础上,提出了基于QoS的资源分配、基于机器学习的动态调度算法以及基于协作通信的优化方案。最后,通过实验设计与结果分析,验证了优化策略的有效性与可行性。

无线传感器网络MAC协议研究进展

在无线传感器网络体系结构中,MAC(medium access control)协议是保证网络高效通信的重要协议.无线传感器网络有着与传统无线网络明显不同的性能特点和技术要求,传统无线网络MAC协议无法应用于传感器网络,各种针对特定传感器网络特点的MAC协议相继提出.归纳无线传感器网络MAC协议的设计原则和分类方法,分析当前典型的各类MAC协议的主要机制,详细比较这些协议的特点、性能差异和应用范围.最后总结无线传感器网络MAC协议的研究现状,指出未来的研究重点.