异构多跳无线传感器网络容错性拓扑控制算法

异构无线传感器网络(heterogeneous wireless sensor works, HWSN)能有效降低数据转发延迟、网络能量消耗,是一种更现实的网络模型,基于HWSN的k容错性拓扑控制是一类NP难问题。在综合分析HWSN网络模型的基础上,本文设计了简化网络图构建方法,通过构造有序邻集来约束节点的最大发射功率,以网络总功耗与容错性双优化为目标,实现了一个k容错性分布式拓扑控制算法(k-fault tolerant distributed topology control, k-FTDTC)。实验结果表明,相比分布式拓扑控制(distributed adaptive topology control, DATC)方法,k-FTDTC算法有效降低了网络总功耗和最大发射功率,且具有较好的容错性和较低算法复杂度。     

基于拓扑维护的自适应多信道OLSR路由协议

OLSR是一种应用于无线移动Ad hoc网络的基于链路状态机制的先应式路由协议。在OLSR中,网络拓扑的动态变化会使节点掌握的拓扑信息失效,从而导致路由表项不全,影响路由性能。针对上述问题,提出了一种基于拓扑维护的自适应多信道路由协议MOLSR-TM,该协议把拓扑维护状况感知和自适应算法引入OLSR,以调整HELLO控制消息的发送频率和邻居记录表、拓扑记录表的刷新频率。性能分析和仿真结果表明,MOLSR-TM能改善节点的拓扑维护状况,增强动态拓扑适应能力,提高数据成功率、端到端时延和网络吞吐率等性能。     

SC-FDMA系统中继波束赋形与用户功率分配算法

针对协作单载波频分多址（single-carrier frequency-division multiple access, SC-FDMA)系统提出了一种信干噪比约束下的中继波束赋形和用户功率分配联合优化算法。该算法能使得基站端输出信干噪比满足给定约束条件的同时最小化中继节点和用户节点的发射功率。该文通过利用矩阵分析中的瑞利商理论以及交替优化理论,分析并推导得出了最优的中继节点波束赋形和用户功率分配算法。仿真结果及分析表明,该文提出的中继波束赋形和用户功率分配〖JP3〗算法与采用正交频分复用系统下的算法相比能有效地节省中继和用户节点的发射功率。此外,为了降低算法复杂度以及所需反馈开销,该文还给出了用户端等功率分配的方法以及在此基础上的中继波束赋形算法。     

集中式网络拥塞控制的高效RPL路由协议

针对低功耗有损网络中采用博弈论的网络拥塞控制(game theory based network congestion control protocol, GTNCC)路由算法在路由构建过程中仅仅考虑无线链路质量不能使网络拓扑最优,以及在拥塞控制过程中由拥塞节点的子节点判断是否切换父节点不能快速高效地缓解网络拥塞等问题,提出一种基于多维度量结合的集中式网络拥塞控制(centralized network congestion control based on multi-metrics combination, CNCCMC)路由协议。首先,为了降低网络拥塞发生的概率,CNCCMC路由协议综合考虑了节点剩余能量、缓存占用率、无线链路质量和中继节点当前子节点个数等多维度量完成路由构建;其次,当检测到网络拥塞时,CNCCMC路由协议依据网络拥塞节点进行流量分析和判断的结果采取集中式的方式控制其子节点的切换;最后,在网络拥塞缓解过程中,提出一种“乒乓效应”避免机制。理论分析和仿真结果表明,与GTNCC路由算法相比,CNCCMC路由协议在降低网络拥塞发生的概率、延长网络平均生存寿命和提高网络吞吐量等方面的性能得到了有效提升。     

基于链路保持时间的认知移动自组网拓扑算法

针对认知移动自组网中认知用户（cognitive user,CU）移动性和主用户（primary user,PU）优先通信导致网络不稳定,基于改进的移动模型,运用概率原理预测链路平均保持时间,并给出邻域拓扑保持时间的计算公式。用最大生成树的思想设计拓扑生成算法,以邻域拓扑保持时间为周期设计拓扑重构机制。证明算法保证了网络连通,同时可在各节点分布运行。仿真结果表明,算法简化了网络拓扑,对PU具有认知能力,有效减少链路断裂导致的拓扑重构和路由开销,提高了网络端到端传输效率。     

基于拓扑维持时间的移动自组网拓扑控制

针对移动自组网拓扑结构不断变化的特点,提出一种基于拓扑维持时间的移动自组网拓扑控制协议.节点通过预测邻接关系维持时间进而感知邻近节点的稳定度,调整传输范围构建拓扑结构;并且根据拓扑维持时间预测拓扑的失效时刻,自适应进行拓扑维护.实验结果表明:该协议能有效地减小网络链路通断次数和重构维护次数,降低潞由修复等开销,提高网络吞吐率.     

无人飞行器Ad hoc网络中基于容错的中继节点配置

针对无人飞行器Ad hoc网络的容错设计需求,采用增加中继节点的方法实现。在二维平面同构网络中,将容错问题转化为边长受限条件下最少数量Steiner点的Steiner树问题。提出了两种基于最小成本子图的中继节点配置算法,以求解最少数量的中继节点及其位置,使改变后的网络拓扑图为顶点2-连通,实现容错。第一种为多项式时间的8-近似算法;第二种为随机近似算法,采用文化基因算法,搜索需要新增加的最小成本强化边组合。仿真结果表明了所提算法的有效性,当网络规模较小和中等时,随机近似算法得到的中继节点数量较少,平均情况下性能较优。     

冲突避免的水声网络拓扑发现协议

当水声网络的所有节点完成在目标区域的部署后,每个节点除了自己的节点ID已知外,对新网络的信息一无所知,而这些信息是网络顺利运行的必要前提。因此,一个能够完成网络中所有节点和链路发现的网络拓扑发现协议是非常必要和重要的。水声拓扑发现协议完成的效率,往往依赖于信道接入策略的选择,但它不能完全使用已有的水声多路访问控制(multiple access control, MAC)协议,因为在网络建立的初始阶段拓扑未知,已有传统水声MAC协议不能完成拓扑发现,所以需要根据这一阶段的特殊状态来设计拓扑发现协议。基于此问题,提出了一种高效的冲突避免的水声网络拓扑发现(简称为CFVE)协议,该协议利用网络中节点ID的唯一性,在其特定时隙接入信道,节点无冲突地发现控制分组的交换,最终实现网络中所有链路和节点的发现。仿真结果表明, CFVE协议可以以较低的发现时延和能耗完成全网拓扑的发现,是一种适合于多跳水声网络的拓扑发现协议。     

基于最大化能效的海上中继通信频谱分配算法

为提升海上无人艇编队多跳中继网络整体能效, 降低中断发生概率, 提出一种基于最大化能效的分布式多跳中继频谱分配算法。为将节点间通信中断概率控制在阈值范围内, 首先对莱斯衰落信道进行分析, 计算满足需求的最低发射功率; 之后计算所需最多子载波个数, 引入异步分布式定价算法选取备选子载波组; 而后通过求解KKT条件, 利用次梯度法从备选子载波组中选取子载波并分配功率, 求得优化分配的次优解; 最后在系统可靠性与能效等方面进行仿真分析, 验证了所提算法的有效性。     

Ad-hoc网络中基于博弈论和粒子群优化的协作算法

为了促使Ad-hoc网络中的“自私”节点进行合作,提出了一种基于博弈论和粒子群优化的协作算法（Nash Bargaining of game theory and particle swarm optimization, NGPSO）在算法的第一阶段,源节点通过对中继节点转发的数据进行价格补偿,从而达到使中继节点参与合作的目的。将源节点的最优出价归结为纳什谈判问题,得到具有帕累托最优的激励价格,保证源节点和中继节点在合作中同时获得最佳收益;在算法的第二阶段,中继节点在获得源节点的最优出价后,通过粒子群优化算法得到最优的转发功率,使其合作收益增益最大。仿真表明,和随机价格激励相比,所提出的NGPSO算法能使源节点和中继节点达到最优收益;和中继节点固定功率转发相比,所提出的NGPSO算法,能显著提高源节点的能量效率和中继节点的收益,同时在适当设置中继节点转发功率的搜索空间时,可以保证总的能量效率。     

基于深度可调节节点的水声网络部署优化算法

为提高网络的有效覆盖率,提升对目标区域监测的质量,提出一种基于深度可调节节点的水声网络部署优化算法。算法中节点通过深度调节形成以sink节点为根节点的树形拓扑结构,实现网络的全连通。以最大化有效覆盖为目标,以保证节点间的有效连通为约束条件对节点覆盖的最优位置进行求解,优化节点部署。仿真结果表明,所提算法较基于voronoi图的深度调节算法和传感器节点深度调节进行自我部署，以实现最大化覆盖的部署算法。两种基于深度调节节点的算法实现了有效覆盖率的明显提升,在节点数量为60、感知半径为0.8 km时,有效覆盖率分别提高了11.87%和12.59%。同时网络中节点的平均连通度更高,拓扑结构更稳定,在动态的水声网络中性能更好。     

微波接力组网的节点再优化研究

为进一步完善常规方法构建的微波接力网组网拓扑,提出了一种基于最优链路集的网络节点再优化方法。该方法综合考虑节点吸引系数、链路衰落概率、节点通信冗余等因素,借助网络拓扑优化的思想,采用遗传算法构造了微波接力网的最优链路集;以节点在该集合中的度为依据,通过对节点的合理排序,以部分用户节点代替非必要的干线节点,完善了组网拓扑。在修改链路和节点价值集后,该方法还可解决其他网络干线、中继节点的选择问题。     

基于广义混合图的弱节点对等覆盖网络结构

针对弱节点无线网络应用环境中节点处理能力受限及网络链路稳定性低的约束条件,提出一种基于广义混合图的常数度对等覆盖拓扑Hyperlink-deBruijn(HD)网络。通过嵌入超立方连接的deBruijn图构建静态HD混合图,证明其在较低的固定节点度下同时具有最优网络直径和短容错路由长度。HD网络是静态HD图到动态网络的广义化扩展,通过理论分析和实验表明,HD网络能够保持静态HD图的基本性能特征,满足节点连接受限的约束条件;并具有容纳多点失效的高效容错寻路能力,应对网络链路不稳定性的要求;且近似传统最优直径网络,保持良好的网络性能。     

基于多跳位置估计的无线光自组网拓扑重构

设计了基于多跳位置估计的无线光移动自组织网络拓扑重构方法,该方法不依赖定位系统,如全球定位系统(global positioning system, GPS)等,也不需要无线电通信辅助,仅采用自由空间光(free space optical, FSO)对网络中其他节点进行方向和距离估计,位置估计信息通过多跳方式传递,用于建立重构链路,增加节点连通度,提高网络性能。该方法分析了多跳节点间的位置不确定区域,并提出了覆盖不确定区域的光波束分配算法用于新的FSO链路建立。仿真表明,在节点规模小于20的自组织网络中,光束发散角大小与距离估计误差决定相对定位精度,并影响重构网络节点端到端性能,通过减小发散角并提高光检测灵敏度,该方法的性能接近基于GPS定位的重构方法。     

一种基于流量工程的网络端到端性能分析算法

网络性能分析与优化是面向流量工程网络设计与管理的关键任务之一。以流量工程为基础,应用网络图的方法描述网络拓扑,通过对链路性能参数描述矩阵的标准化变换及网络邻接关联矩阵传递闭包的求解,同时结合网络事件的随机性,给出一种求解网络链路数据传输能力、分析网络端到端连通性能的算法,为网络设计及其性能分析提供了一种便捷可行的方法。     

一种新的环型蓝牙网络拓扑形成协议及仿真

根据采用蓝牙技术的无线ad hoc网络的特点，提出了一种分布式的环型蓝牙网络拓扑形成协议。协议采用合并的思想，将节点快速姐奴成一个环型网络，且新节点可以随时加入网络．协议具有拓扑形成过程延迟低、控制开销小的特点，控制开销复杂度为O（N），且形成了平均微微网个数少、每节点度数低的蓝牙网络，网络中最多包含‘（N-2）／（k-1）’＋1个微微网，至少包含‘N/k’个微微网，节点最大度数为2。基于NS2的仿真实验评估了协议的性能，实验结果验证了协议形成了具较佳性能的环型蓝牙网络。