Frequency Domain Coordination MAC Protocol for Full-Duplex Wireless Networks

A full-duplex radio allows packets to be transmitted and received simultaneously using self-interference cancellation technologies. Thus, it can double the channel capacity compared with the half-duplex radio. Since conventional medium access control (MAC) protocols were designed for the half-duplex radio, the potential capacity of the full-duplex radio cannot be utilized. In this letter, we propose a full-duplex MAC protocol using frequency domain coordination to fully utilize the full-duplex radio and to increase coordination efficiency. The proposed MAC protocol uses subchannels to efficiently collect transmission requests from stations and to schedule packet transmissions without competition. Our evaluation results show that the throughput of the proposed MAC protocol significantly outperforms previous studies.11Nsciescopu

Industrial Wireless Sensor Networks

Wireless sensor networks are penetrating our daily lives, and they are starting to be deployed even in an industrial environment. The research on such industrial wireless sensor networks (IWSNs) considers more stringent requirements of robustness, reliability, and timeliness in each network layer. This Special Issue presents the recent research result on industrial wireless sensor networks. Each paper in this Special Issue has unique contributions in the advancements of industrial wireless sensor network research and we expect each paper to promote the relevant research and the deployment of IWSNs

FDT-MAC e FDMR-MAC : protocolos de controle de acesso ao meio projetados para explorar o potencial das comunicações full-duplex

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, 2020.A crescente demanda de vazão em redes móveis cada vez mais densas impulsiona a pesquisa em tecnologias capaz de atendê-la. Dentre as redes sem fio, as comunicações full-duplex surgem como uma alternativa neste contexto. Para organizar as comunicações de maneira eficiente quando se utiliza full-duplex, há diversas opções de protocolos de controle de acesso ao meio. Entretanto, muitos destes protocolos se baseiam em premissas utilizadas pelo padrão IEEE 802.11, que fora projetado para comunicações half-duplex. Assim, estes protocolos acabam por não explorar de modo apropriado o potencial das comunicações full-duplex. Neste contexto, este trabalho propõe duas técnicas de controle de acesso ao meio que visam obter uma maior vazão do que a obtida com os protocolos existentes. Cada uma das técnicas utiliza uma abordagem diferente para obter esse aumento na vazão. A primeira técnica (FDT-MAC) visa reduzir o tempo despendido em uma comunicação, fazendo uso de sinais pulso e tom, ao invés de quadros, em sua reserva de canal. Para avaliar o FDT-MAC, foi realizada uma extensão de modelos matemáticos existentes para que eles contemplem as características das comunicações full-duplex, tais como os efeitos da auto-interferência. Assim, foi realizada a comparação do FDT-MAC com um protocolo do estado da arte de comunicações full-duplex (FD-MAC). O FDTMAC obteve ganhos em termos de vazão de até 149% em redes saturadas, indicando sua relevância. Além disso, foi proposta uma política de alocação de tamanho de quadros de dados em comunicações full-duplex, visando reduzir a ociosidade da rede. Foram feitas avaliações relacionadas à vazão da política proposta. Quando a política é incorporada ao FDT-MAC, há ganho de até 63% em comparação com o FDT-MAC sem a política incorporada. A segunda contribuição deste trabalho foi a proposta do FDMR-MAC, o qual emprega uma técnica inovadora de reserva de canal aliada a escalonamento de quadros de dados com o objetivo de elevar a probabilidade p de serem estabelecidas comunicações em que os nós emissor e receptor possuam quadros de dados a serem transmitidos um ao outro. Dessa forma, o FDMR-MAC é capaz de aumentar a vazão em até 72% quando comparado com o FD-MAC. Os resultados obtidos nas avaliações realizadas ao longo deste trabalho indicam a relevância das suas contribuições (FDT-MAC e FDMR-MAC).The growing demand for throughput in wireless mobile networks leveraged the research into technologies able to cope with it. Full-duplex communications arise as a viable alternative in this context. Several medium access control (MAC) protocols were proposed aiming to manage full-duplex communications properly. However, many of these MAC protocols are build upon the IEEE 802.11, which is designed to operate under half-duplex conditions. Therefore, these protocols may not be able to entirely exploit the full-duplex communications potential. In this context, this work proposes two MAC techniques with different approaches and a common goal: raise throughput when compared with existing MAC techniques designed for full-duplex communications. The first one (FDT-MAC) resorts to pulse and tone signals instead of frames to perform channel reservation. In order to evaluate FDT-MAC, it was necessary to extend existing mathematical models in such a way that they address full-duplex communications characteristics, as self-interference. Therefore, FDT-MAC was compared with a state of art MAC protocol (FD-MAC) designed for full-duplex communications. FDT-MAC improved throughput up to 149% under saturated network conditions. Also, it was proposed a data frame size allocation policy that aims to enhance channel usage for full-duplex communications. Evaluations of the proposed policy were performed in terms of throughput. When the proposed policy is coupled with FDT-MAC, a throughput improvement up to 63% is achieved comparing to FDT-MAC without the proposed policy. The second contribution of this work was the proposal of FDMR-MAC technique. The FDMR-MAC employs an innovative channel reservation scheme coupled with data frame scheduling to raise the probability of establishing communications in which sender and receiver nodes have data frames to send one to another. Hence, in the evaluated scenarios, FDMR-MAC was able to enhance throughput up to 72% when compared with FD-MAC. The results achieved throughout this work indicate the relevance of its main contributions (FDT-MAC and FDMR-MAC)