Analysis of Non-Persistent CSMA Protocols with Exponential Backoff Scheduling
研究了非持续CSMA/CA协议在K指数退避调度算法下的性能。提出了一个多队列单服务器系统来建模多接入网络。每个接入节点的输入缓冲区被建模为一个Geo/G/1队列，并根据底层调度算法的马尔可夫链推导出行首分组的服务时间分布。主要结果包括完整的吞吐量和延迟分布的分析，从我们得到的稳定区域的吞吐量和有界平均延迟的几何重传和指数退避计划。我们表明，几何重传的吞吐量稳定区域将消失的节点数n \rightarrow \infty，因此，它是固有的不稳定的大n。与几何重传相比，指数回退的吞吐量稳定区域可以在无限种群的情况下获得。我们发现几何重传的有界平均延迟区域与其吞吐量稳定区域保持一致。此外，由于捕获效应的存在，指数退避算法的服务时间方差是无界的，因此其有界延迟区域只是吞吐量稳定区域的一个子集。文中的分析结果均得到了仿真验证。
2010-12-06 cs.NI cs.PF
Towards a Collision-Free WLAN: Dynamic Parameter Adjustment in CSMA/E2CA
载波侦听多址接入与增强型冲突避免（CSMA/ECA）是一种分布式的MAC协议，允许无冲突地访问无线局域网中的介质。CSMA/ECA和众所周知的CSMA/CA之间的唯一区别是前者在成功传输后使用确定性回退。在过渡状态之后达到无冲突操作，在过渡状态期间可能发生一些冲突。本文表明，通过适当地设置竞争参数，可以缩短过渡状态的持续时间。标准的吸收马尔可夫链理论可用于描述系统在瞬态中的行为，并预测达到无冲突操作的预期时隙数。本文还介绍了CSMA/E2 CA，其中在成功传输后连续两次使用确定性退避。CSMA/E2 CA可以更快地收敛到无冲突操作，并在具有高帧出错率的恶劣无线场景中提供比CSMA/CA更高的性能。为了在竞争者的数量很大时实现无冲突操作，可能需要动态地调整竞争参数。文章最后给出了一种参数调整方法，并通过仿真验证了该方法的有效性。
2010-11-26 cs.NI
Throughput Analysis of CSMA: Technical Report
在本技术报告中，使用两种代表性接收器结构（即，碰撞模型和捕获模型的特征化和优化。该分析进一步应用到IEEE 802.11网络，这是一个代表性的无线网络，采用CSMA机制，其中最佳的初始退避窗口大小的节点，以实现最大的网络吞吐量推导和验证仿真结果。
2019-06-16 cs.NI
Is Collision-Free Backoff Worth It in Wi-Fi?
Universitat Pompeu Fabra（庞培法布拉大学）
本文对比三种无冲突退避算法与 BEB，通过系统级仿真评估 Wi-Fi 在不同流量场景下的性能，发现非全缓冲流量下无冲突访问或降性能，且站点多数时间退回到随机退避。
2026-09-04 cs.NI
How CSMA/CA With Deferral Affects Performance and Dynamics in Power-Line Communications
电力线通信（PLC）正在成为家庭网络的关键组件，因为它们提供了简单和高吞吐量的连接。用于高数据速率PLC的主要MAC协议IEEE 1901采用类似于802.11的退避过程的CSMA/CA机制。该协议现有的性能评估研究假设各站的回退过程是独立的（所谓的解耦假设）。然而，与802.11相反，1901站可以在感测到介质繁忙之后改变它们的状态，这由所谓的延迟计数器来调节。这种机制在站点之间引入了强耦合，结果使得现有的分析不准确。在本文中，我们提出了一个性能模型1901年，它不依赖于解耦假设。我们证明，我们的模型承认一个独特的解决方案，广泛的配置，并确认使用模拟模型的准确性。我们的研究结果表明，我们优于目前的模型的基础上解耦的假设。除了评估在稳态下的性能，我们进一步研究了1901的瞬态动力学，这也是由延迟计数器的影响。
2016-10-31 cs.NI
Proportional fairness in wireless powered CSMA/CA based IoT networks
本文考虑在基于802.11的无线供电物联网网络中部署混合无线数据/电力接入点。在每个设备的能量中性和CPU能力的约束下，考虑了物联网节点之间按比例公平分配吞吐量。无线供电和数据通信资源的联合优化考虑了CSMA/CA随机信道接入特征，例如退避过程、冲突、协议开销。仿真结果表明，该优化方案能有效地平衡节点间的单个吞吐量，同时在能量约束下按比例最大化总吞吐量.
2018-10-24 cs.NI
Effect of CSMA/CD on Self-Similarity of Network Traffic
互联网流量具有自相似性，传统的马尔可夫模型如泊松过程无法描述。网络流量的自相似性的原因必须被识别，因为理解网络流量的性质是至关重要的，以便正确地设计和实现计算机网络和网络服务，如万维网。虽然一些研究人员认为自相似性是由典型的应用程序产生的，或者是由传输层协议引起的，但也有可能是CSMA/CD协议导致或至少促成了这种现象。本文利用NS仿真器研究了CSMA/CD指数退避重传算法对业务自相似性的影响。
2006-03-26 cs.NI
Throughput Analysis of CSMA Wireless Networks with Finite Offered-load
本文提出了一种近似的方法，等效接入强度（EAI），用于分析的吞吐量的CSMA无线网络中的链路有有限的提供负载，其MAC层发送缓冲区可能是空的时间到时间。与以往主要考虑饱和网络的工作不同，我们在分析中考虑了空传输缓冲区对网络中链路之间的相互作用和依赖性的影响，这在实践中更为常见。已知的是，空的发送缓冲器导致链路竞争信道通话时间使用的额外等待时间，因为当它没有等待发送的分组时，链路将不执行信道竞争。EAI背后的基本思想是，这个额外的等待时间可以映射到一个等效的“更长”的回退倒计时时间的不饱和链路，产生一个较低的链路接入强度，定义为平均数据包传输时间除以平均回退倒计时时间。也就是说，我们可以计算一个不饱和链路的“等效接入强度”，以纳入其信道竞争行为的空传输缓冲区的影响。然后，采用事先饱和的理想CSMA网络（ICN）模型计算链路吞吐量.具体来说，我们提出了一个迭代算法，“计算和比较”，以确定哪些链路是不饱和的当前提供的负载和协议设置下，计算其“等效访问强度”，并计算链路吞吐量。仿真结果表明，该算法在各种负载和协议设置下都具有较高的准确性。我们相信，识别不饱和链路和计算链路吞吐量的能力，建立在本文中将服务于一个重要的第一步，对一般的CSMA无线网络的设计和优化提供负载控制。
2013-02-19 cs.NI
Temporal Starvation in CSMA Wireless Networks
众所周知，CSMA无线网络中的链路容易出现饥饿现象。以前的工作几乎完全集中在均衡饥饿。在本文中，我们表明，在CSMA无线网络中的链接也容易受到时间饥饿。具体而言，尽管一些链路具有良好的平衡吞吐量并且不遭受平衡饥饿，但是它们仍然可以不时地在延长的时间段内没有吞吐量。考虑到它对服务质量的影响，理解和描述时间饥饿是很重要的。为此，我们开发了一个“陷阱理论”来分析时间吞吐量波动。陷阱理论有两个功能。首先，它使我们能够得到新的数学结果，阐明了CSMA网络的瞬态行为。例如，我们表明，陷阱的持续时间，在此期间，一些链路没有收到吞吐量，是不敏感的退避倒计时和传输时间（数据包持续时间）的分布在CSMA协议。其次，我们可以开发分析工具来计算CSMA网络的“饥饿程度”，以帮助网络设计。例如，给定一个CSMA网络，我们可以确定它是否遭受饥饿，如果是，哪些链路将饥饿。此外，还可以计算时间饥饿的可能性和持续时间。我们相信，识别和描述本文所建立的时间饥饿的能力将成为设计有效补救措施的重要的第一步。
2010-09-17 cs.NI
Applications of Belief Propagation in CSMA Wireless Networks
置信传播（BP）算法是解决图模型（例如贝叶斯网络和马尔可夫随机场）中“推理”问题的有效方法。CSMA无线网络的系统状态概率分布是一个马尔可夫随机场。一个有趣的问题是BP如何帮助CSMA无线网络的分析和设计。本文探讨了三个这样的应用程序。首先，我们展示了如何BP可以用来计算网络中不同链路的吞吐量给定其访问强度，定义为平均分组传输时间除以平均退避倒计时时间。其次，我们提出了一个逆BP算法来解决反向问题：如何设置不同的链路，以满足其目标吞吐量的访问强度？第三，我们引入了一个BP自适应CSMA算法，以找到链路接入强度，可以实现最佳的系统效用。BP算法在树型网络中解决了这三个问题，得到了较好的结果。然而，它可能会失去准确性，在网络与循环竞争图。我们展示了如何一个广义版本的BP，GBP，可以设计来解决这三个问题，具有高精度的网络与循环竞争图。重要的是，我们展示了本文中的BP和GBP算法如何以分布式方式实现，使它们在实际的CSMA网络操作中非常有用。
2011-07-14 cs.NI
Analysis of Frequency-Agile CSMA Wireless Networks
本文提出并分析了一种简单的频率捷变CSMA MAC协议的性能。在该MAC中，节点同时载波侦听多个频率信道，并且当被CSMA退避机制允许时，它首先利用机会在信道中的任何一个上进行发送。我们表明，频率捷变MAC可以有效地1）提高吞吐量和2）消除时间饥饿。此外，该MAC可以使用多无线电技术在Wi-Fi中现有的多频率设置上实现，并且可以与使用单无线电的传统MAC共存。本文提供了精确的稳态吞吐量分析，定期一维和薄带二维CSMA网络使用的“传输矩阵”的方法。此外，精确的近似给出了二维网格网络。我们的封闭形式的公式准确地量化的频率捷变CSMA的吞吐量增益。为了表征时间饥饿，我们使用“平均剩余访问时间”（MRAT）的度量。我们的模拟和封闭形式的近似表明，频率捷变MAC可以完全消除时间饥饿的二维网格网络，减少其MRAT的数量级。最后，本文提出了一个“着色定理”，以证明在一般的网络拓扑结构中使用的频率捷变MAC。我们的分析和定理表明，有足够的频率信道，频率捷变MAC可以有效地解耦的相邻链路之间的有害的相互作用负责低吞吐量和饥饿。
2010-07-29 cs.NI
An Approximate Inner Bound to the QoS Aware Throughput Region of a Tree Network under IEEE 802.15.4 CSMA/CA and Application to Wireless Sensor Network Design
我们考虑一个树形网络，该网络跨越一组生成测量数据包的源节点、一组仅转发来自源的数据包的附加中继节点以及一个数据汇。我们假设从信源到信宿的路径具有有界的跳数。我们假设节点使用IEEE 802.15.4 CSMA/CA进行介质访问控制，并且没有隐藏终端。在这种设置中，从一组简单的固定点方程，我们推导出充分条件的树网络，以近似满足某些给定的QoS目标，如端到端的交付概率和延迟下的测量数据包在源（到达率向量）的生成率。我们的充分条件的结构提供洞察网络性能的到达率向量的依赖关系，和网络的拓扑性质。此外，对于特殊的情况下，相等的到达率，默认的退避参数，并为目标QoS的值的范围内，我们表明，在所有的路径长度有界的树（跨越一组给定的源和BS），满足充分条件，最短路径树达到最大吞吐量。
2015-03-01 cs.NI
Performance modelling of access control mechanisms for local and vehicular wireless networks
载波侦听多址接入冲突避免（CSMA/CA）是许多无线网络中管理对共享介质的接入的基本方案。利用CSMA/CA，希望开始传输的站必须首先找到在给定持续时间内空闲的信道，否则它将进入\emph{backoff}，即，在随机选择的延迟内抑制传输。采用CSMA/CA规则的无线网络的性能分析不是一项容易的任务：除了简单的网络配置，无法获得关键性能指标（KPI）的分析解决方案，因此必须求助于正式的建模工具。在本文中，我们提出了一个性能建模研究，针对不同类型的CSMA/CA基于无线网络，即：IEEE 802.11无线局域网（WLAN）和802.11p车载Ad Hoc网络（VANESTA），它扩展了802.11与优先级超过数据包。我们引入的建模框架允许考虑：i）任意大量的站，ii）不同的业务条件（饱和/非饱和），iii）关于共享信道的不同假设（理想/非理想）。我们应用统计模型检验来评估不同网络配置的KPI。
2018-12-30 cs.NI
A Modified CSMA/CA Protocol for OFDM Underwater Networks: Cross Layer Design
水声信道对水声传感器网络在不同场景下的有效吞吐量性能提出了重大挑战。因此，探索联合PHY/MAC策略的跨层方法值得进一步探索。我们考虑最近的高速OFDM调制解调器，并提出了一个新的跨层解决方案的基础上修改的CSMA/CA，一个典型的星形网络拓扑结构与几个节点（最常见的情况下，在UASN）。开发了对自适应OFDM PHY链路的一些创新，以联合选择调制、卷积编码和频率分集阶数（不同的传输模式），用于匹配变化的信道条件。另外，消除a）由信道引起的与b）由于冲突引起的分组丢失的原因之间的歧义的接收器逻辑被用于修改用于利用CSMA/CA随机接入的重传的ARQ/退避逻辑。仿真结果表明，跨层设计可以有效地提高网络吞吐量。
2016-03-21 cs.IT cs.NI math.IT
To Theoretically Understand Transformer-Based In-Context Learning for Optimizing CSMA
Singapore University of Technology and Design（新加坡科技设计大学）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；Hong Kong University of Science and Technology（香港科学科技大学）
本文首次提出基于Transformer的上下文学习理论优化CSMA信道接入，通过预收集冲突数据示例生成预测竞争窗口阈值，在未知节点密度下实现快速收敛和接近最优的吞吐量。
2025-09-10 cs.AI cs.LG cs.NI
Analytical Modeling of IEEE 802.11 Type CSMA/CA Networks with Short Term Unfairness
我们考虑单跳拓扑与饱和的发送节点，使用IEEE~802.11 DCF的介质访问。然而，与传统的WiFi不同，我们研究的系统中的一个或多个协议参数是不同的标准，和/或其中的节点之间的传播延迟是不可忽略的退避时隙的持续时间相比。我们观察到，对于几类协议参数，并为大的传播延迟，这样的系统表现出一定的性能异常称为短期不公平，这可能会导致严重的性能下降。标准的固定点分析技术（及其简单的扩展）不预测系统的行为，以及在这种情况下，基于平均场模型的渐近方法也不足以预测实际规模的网络在这种情况下的性能。我们提供了一个详细的随机模型，准确地捕捉系统的演变。由于这个模型的精确分析是计算上难以处理的，我们开发了一种新的近似，但准确的分析，使用一个吝啬的状态表示计算的易处理性。除了提供对系统行为的洞察之外，分析方法还能够量化系统中的短期不公平的程度，并且因此可以用于调整协议参数以实现期望的吞吐量和公平性目标。
2016-07-24 cs.NI
To Sense or Not To Sense: A Delay Perspective (full version)
本文基于统一分析框架优化了Aloha和CSMA的平均排队延迟，获得了CSMA优于Aloha的感知时间上界，并探讨了5G RA-SDT方案中感知对延迟的改善。
2024-06-05 cs.NI
Collision Avoidance in TV White Spaces: A Cross-layer Design Approach for Cognitive Radio Networks
认知无线电网络（CRN）最有前途的应用之一是有效利用电视空白（TVWS）来提高无线网络的性能。在本文中，我们提出了一种跨层设计（CLD）的载波侦听多路访问与冲突避免（CSMA/CA）机制在媒体访问控制（MAC）层与频谱感知（SpSe）在物理层，用于识别电视频段的占用状态。建议的CLD依赖于一个马尔可夫链模型与一个状态对包含的SpSe和CSMA/CA，从中我们得到的冲突概率和可实现的吞吐量。通过改变竞争窗口、退避阶段和检测概率，获得了不同的冲突避免和频谱感知实现方案的分析和仿真结果。所得到的结果描绘了不同的冲突避免和频谱感知的实现方案下，从而指示在TVWS的认知无线电网络中的冲突避免的性能可实现的吞吐量。
2014-11-26 cs.NI
A Double-station Access Protocol for Optical Wireless Scattering Communication Networks
提出了一种适用于光无线散射通信网络（OWSCN）的具有多重退避机制的双站接入协议（DS-CSMA）。%，其中两个站可以同时向单个目的地传输数据。可以避免帧彼此冲突。此外，我们扩展现有的Bianchi马尔可夫模型的状态传输模型，分析碰撞概率，吞吐量和平均延迟。对于协议的应用，我们提出了优化初始竞争窗口和指示矩阵，以最大化吞吐量。数值和仿真结果表明，该协议可以实现更高的吞吐量和更低的传输延迟相比，最先进的基线。
2020-04-12 cs.NI
Performance Analysis of Network Coding with IEEE 802.11 DCF in Multi-Hop Wireless Networks
网络编码是提高无线网络容量的一种有效方法，各种研究探讨了其在不同场景下的优势。然而，针对IEEE 802.11分布式协调功能规范，对多跳无线网络中网络编码的吞吐量和端到端时延的分析研究还不多。在本文中，我们利用排队论提出了一个分析框架，在多跳无线网状网络中的双向单播流。本文研究了IEEE 802.11标准下流间网络编码的吞吐量和端到端时延，该编码采用CSMA/CA随机接入和指数退避时间，并考虑时钟冻结和虚拟载波侦听，给出了成功传输的概率（以比特出错率和冲突概率表示）、分组在节点的等待时间和重传机制等参数。我们的模型使用一个多类排队网络与稳定的队列，编码的数据包有一个非抢占式的更高的优先级超过本地数据包，本地数据包的转发不会延迟，如果没有编码的机会。最后，我们使用计算机模拟来验证我们的分析模型的准确性。
2018-01-07 cs.NI
EDRP: Enhanced Dynamic Relay Point Protocol for Data Dissemination in Multi-hop Wireless IoT Networks
University of California, Merced（加州大学默塞德分校）；Mitsubishi Electric Research Laboratories（三菱电机研究实验室）；Information Technology R&D Center, Mitsubishi Electric Corporation（三菱电机株式会社信息技术研发中心）
EDRP通过引入链路质量感知的CSMA和基于机器学习的块大小选择算法，提升了多跳无线物联网网络中的数据分发吞吐量性能。
2026-02-19 cs.NI
Distributed Random Access Algorithm: Scheduling and Congesion Control
本文证明了速率稳定性，哈里斯复发，和ε-最优的CSMA算法的退避参数的每个节点是基于其积压。这些算法只需要局部信息，易于实现。该设置是具有固定冲突图的无线节点的网络，该固定冲突图标识同时传输冲突的节点对。本文研究了两种算法。第一种算法调度传输以跟上给定的分组到达速率。第二个算法控制的到来，除了调度，并试图最大限度地提高在不同节点的数据包流的效用之和。对于第一种算法，本文证明了严格可行到达率的速率稳定性和Harris递归的队列。对于第二种算法，本文证明了ε-最优性。这两种算法在步长减小的情况下都是严格地利用局部信息进行操作，而在步长恒定的情况下，则利用网络中节点数量的附加信息进行操作。
2009-07-07 cs.IT cs.NI math.IT
Distributed MAC Protocol Supporting Physical-Layer Network Coding
物理层网络编码（PNC）是一种很有前途的无线网络编码方法。它允许节点同时传输。由于调度同时传输的困难，现有的PNC工作是基于简化的介质访问控制（MAC）协议，这是不适用于一般的多跳无线网络，据我们所知。在本文中，我们提出了一个分布式MAC协议，支持PNC在多跳无线网络。提出的MAC协议是基于载波侦听多址接入（CSMA）的策略，可以被视为IEEE 802.11 MAC协议的扩展。在所提出的协议中，每个节点收集其相邻节点的队列状态信息。当一个节点发现它的一些邻居有机会执行PNC时，它通知它的相应的邻居节点，并使用PNC发起分组交换的过程，节点本身作为中继。在数据包交换过程中，中继器还充当协调器，协调源节点的传输。同时，该协议与传统的网络编码和传统的传输方案是兼容的。仿真结果表明，该协议在各种无线应用场景中具有优势。
2013-05-11 cs.DC cs.IT cs.NI
Scheduling strategies and throughput optimization for the Uplink for IEEE 802.11ax and IEEE 802.11ac based networks
新的IEEE 802.11标准IEEE 802.11ax具有与其前任IEEE 802.11ac相比服务更多上行链路（UL）业务和用户的挑战性目标，从而实现每个站的一致且可靠的数据流（平均吞吐量）。在本文中，我们探讨了几个新的IEEE 802.11ax UL调度机制和单向UDP多用户（MU）三元组的最大吞吐量之间的比较。该评估是基于IEEE 802.11ax中的多输入多输出（MIMO）和正交频分多址（OFDMA）传输复用格式与IEEE 802.11ac中的CSMA/CA MAC在单用户（SU）和MU模式下针对可靠和不可靠信道中的1、4、8、16、32和64个站场景进行的。该比较是根据所使用的调制和编码方案（MCS）来进行的。在IEEE 802.11ax中，我们考虑两种新的确认操作设置，其中最大确认窗口分别为64或256。在SU场景中，IEEE 802.11ax吞吐量在可靠和不可靠信道中分别超过IEEE 802.11ac约64%和85%。在MU-MIMO场景中，IEEE 802.11ax吞吐量在可靠和不可靠信道中分别超过IEEE 802.11ac高达263%和270%。此外，随着站的数量增加，IEEE 802.11ax在接入延迟方面的优势也增加。
2018-03-27 cs.NI
