低功耗广域网(Low Power Wide Area Network,LPWAN)技术的出现,能够在保证更远距离的通信传输的同时,最大限度地降低功耗,节约传输成本。LoRa(Long Range)技术作为其中的佼佼者,凭借其远距离、低功耗、大容量、强抗干扰、高接收灵敏度...低功耗广域网(Low Power Wide Area Network,LPWAN)技术的出现,能够在保证更远距离的通信传输的同时,最大限度地降低功耗,节约传输成本。LoRa(Long Range)技术作为其中的佼佼者,凭借其远距离、低功耗、大容量、强抗干扰、高接收灵敏度的特点,备受工业界和学术界的青睐。针对目前工业中主流使用的基于ALOHA的LoRaWAN协议无法很好地解决海量终端设备接入LoRa网络后所带来的严重数据包冲突以及LoRa CAD(Channel Activity Detection)功能带来的隐藏终端问题,提出了一种基于BTMA(Busy Tone Multiple Access)的LoRa网络MAC协议——BT-MAC协议。该协议利用了LoRa高接收灵敏度的特性,网关利用“忙音”信标来通知各个节点网关的工作情况,减少了无效包的发送。同时,节点端通过记录有“忙音”信息和本地信息的逻辑信道矩阵,结合最优信道选择算法,选出最优逻辑信道进行发送,降低了端节点上行数据包之间的冲突,有效缓解了LoRa网络中的隐藏终端问题以及阻塞问题。此外,搭建了LoRa网络MAC协议测试平台,并测试了BT-MAC的有效性,完成了室内和室外环境大规模的并发实验和能耗检测实验。实验结果表明,BT-MAC协议的吞吐量是LMAC-2协议的1.6倍,是ALOHA协议的5.1倍;同时其包接收率达到LMAC-2协议的1.53倍,ALOHA协议的17.2倍;其包接收平均能耗约为LMAC-2协议的64.1%,为ALOHA协议的14.2%。展开更多
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...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.展开更多
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,F...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%。展开更多
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,L...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%。展开更多
文摘低功耗广域网(Low Power Wide Area Network,LPWAN)技术的出现,能够在保证更远距离的通信传输的同时,最大限度地降低功耗,节约传输成本。LoRa(Long Range)技术作为其中的佼佼者,凭借其远距离、低功耗、大容量、强抗干扰、高接收灵敏度的特点,备受工业界和学术界的青睐。针对目前工业中主流使用的基于ALOHA的LoRaWAN协议无法很好地解决海量终端设备接入LoRa网络后所带来的严重数据包冲突以及LoRa CAD(Channel Activity Detection)功能带来的隐藏终端问题,提出了一种基于BTMA(Busy Tone Multiple Access)的LoRa网络MAC协议——BT-MAC协议。该协议利用了LoRa高接收灵敏度的特性,网关利用“忙音”信标来通知各个节点网关的工作情况,减少了无效包的发送。同时,节点端通过记录有“忙音”信息和本地信息的逻辑信道矩阵,结合最优信道选择算法,选出最优逻辑信道进行发送,降低了端节点上行数据包之间的冲突,有效缓解了LoRa网络中的隐藏终端问题以及阻塞问题。此外,搭建了LoRa网络MAC协议测试平台,并测试了BT-MAC的有效性,完成了室内和室外环境大规模的并发实验和能耗检测实验。实验结果表明,BT-MAC协议的吞吐量是LMAC-2协议的1.6倍,是ALOHA协议的5.1倍;同时其包接收率达到LMAC-2协议的1.53倍,ALOHA协议的17.2倍;其包接收平均能耗约为LMAC-2协议的64.1%,为ALOHA协议的14.2%。
文摘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.
文摘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%。
文摘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%。
基金Supported by the National High-Tech Research and Development Plan of China under Grant No.2005AA121570(国家高技术研究发展计划(863))the National Basic Research Program of China under Grant No.2003CB314802(国家重点基础研究发展计划(973))
