WSN中多跳均匀分簇路由算法的设计与仿真

针对传统LEACH协议的不足,提出一种改进的多跳均匀分簇路由（EMR：Equal-cluster-based Multi-hop Routing）算法。EMR算法从剩余节点中随机选择候选簇头,通过候选簇头的竞选半径和节点剩余能量来确定分布相对均匀的簇头,从而完成整个无线传感器网络的簇头确定,簇头之间采用以簇头节点剩余能量和链路传输代价的权值为依据的多跳路由协议。实验仿真结果表明,EMR算法相对LEACH协议、LEACH-E协议和MTE协议更有效地节省了节点的能耗,能显著地延长网络的存活时间。     

性能优化的认知无线电网络安全路由选择算法

针对认知无线电网络可用频谱动态变化的特点和认知节点存在有意或无意丢包干扰问题,将跳数最少、鲁棒性强和路由安全等级高作为路由选择标准,提出了一种路由选择算法。跳数最少可简化数据传输过程;鲁棒性强可保证在可用频谱动态变化时,数据稳定传输,提高网络吞吐率;路由安全等级高可以减少由于转发节点存在的有意或无意干扰而引起的数据包丢失。给出了算法的具体实现步骤,理论分析和仿真实验表明该算法是高效和可行的。     

面向桥梁结构健康监测的WSN分簇路由协议

在桥梁结构健康监测(bridge structure healthmonitoring,BSHM)的特定应用场合中,只根据节点地理位置进行成簇或使用单跳策略完成簇间路由,都会导致整个无线传感器网络(wireless sensornetworks,WSN)的不稳定。针对BSHM下的WSN,提出"能量分布"的概念,设计了一种能量均衡分簇路由协议(energy balance protocol,EBP)。通过二次分簇,使WSN中的高能量区域承担更多的能量消耗,设计基于区域划分的多跳策略以控制转发跳数。仿真结果表明:在BSHM的场景中,EBP与LEACH(low energy adaptive clustering hierarchy),SEP(stable election protocol)相比,其生命周期和能量消耗方面均有显著的正向提升。     

跳频信号的相参与非相参积累时频差估计方法

跳频信号载频随时间变化发生跳变, 因此跳频信号具有丰富的频域信息,而且其在时域上为连续信号, 相比单跳信号也具有更丰富的时域信息。时频差估计精度与信号在时频域上的分布情况以及信号能量和噪声有关。时差估计主要与信号频域分布有关, 而频差估计主要与信号时域分布有关。跳频信号时频域信息丰富, 多跳相参积累后, 时频差参数估计能够充分利用信号的时频域信息, 克服单跳信号时频差估计精度不高的问题。针对跳频信号的时频差估计问题, 首先分析了单跳基带信号的互模糊函数, 再从时差与频差的维度推导了多跳基带信号互模糊函数的相位差异, 最后通过频差归一化与相位对齐补偿提出了多跳信号互模糊函数相参积累的时频差估计算法。同时, 在不满足相参积累的条件下, 分析了跳频信号的非相参时频差估计方法, 并理论分析了两种跳频信号时频差参数估计方法性能与信号各参数的关系。仿真结果表明跳频信号相参时频差估计算法性能最优, 非相参方法的估计性能其次, 单跳信号的估计性能最差, 验证了理论性能分析结果的正确性。     

一种采用混合抗干扰方法的路由恢复机制

针对工业无线传感器网络中的干扰攻击问题,得出一种基于WirelessHART图路由的被干扰攻击节点路由恢复机制。通过干扰攻击检测方法获取被干扰攻击节点与干扰攻击区域,利用非协调跳频扩频技术生成被干扰攻击节点与周围节点的跳频序列,从而进行传统跳频扩频,对被干扰攻击节点进行再检测,结合路由代价与WirelessHART图路由算法将被干扰攻击节点恢复到网络中。仿真结果表明路由恢复机制能够帮助被干扰攻击节点消除干扰攻击影响,并在保证吞吐量的情况下成功加入到网络中。     

传感器网络中基于链路层服务的最短路由算法

无线传感器网络中,链路通信质量随时空变化很大,并且有5%-15%的非对称链路存在。链路层服务不但可以发现邻居传感器节点,测量和预测邻居节点间的链路通信质量,而且还提供链路数据转发机制来减轻单向链路对其它协议的影响。利用链路层服务,采用分布式最短路由路径建立算法,为每个传感器节点建立了到汇聚节点的最短路由路径,然后从理论上分析了该算法的性能,最后在无线传感器网络模拟器TOSSIM上进行了模拟。实验结果表明,基于链路层服务的最短路由路径建立算法,不仅可以有效地避免建立断路由路径,还可以充分利用单向链路来建立更短的路由路径,有多于15%的传感器节点建立了更短的路由路径,路由跳数也减少了14%-100%。     

降低DHT-based P2P系统的维护开销及其仿真

在P2P系统内每秒钟或许有成百上千个节点加入或离开系统,这种高动态性必然极大的增加DHT-based系统的维护开销,导致这种开销的主要原因是节点构建其路由信息时产生的开销.因此为了降低节点构建路由信息时带来的开销,提出了Chord系统的一种新的加入算法-JoinBP.JoinBP通过利用查询路径上节点的指针表信息来构建加入节点的指针信息,减少了节点在创建指针信息时需要的查询跳数和查询延迟,从而减少了构建finger时产生的开销.理论和模拟试验结果表明,JoinBP很大程度减少了系统的维护开销,同时提高了系统的查询性能.     

相关邻近集合分布式多跳层次路由协议

提出了基于相关邻近集合的能耗均衡多跳分簇路由协议(relative neighborhood set based distributed multi hop clustering routing protocol, RNS-MCRP)。网络初始化阶段,基站计算若干个簇头节点以及所有节点的相关邻近集合,并广播簇头信息和所有节点的相关邻近集合。网络启动后,所有节点根据簇头节点的位置信息划分自己的邻居集合,并从邻居集合中选择剩余能量最大的节点作为下一跳节点。簇头节点推举本簇内部最大剩余能量的节点作为下一轮的簇头节点。实验结果显示,与LEACH (low energy adaptive clustering hierarchy)协议相比较,RNS MCRP具有更好的能耗均衡特性,提高了网络生命时间。     

一种基于蚁群的机会网络多目标路由算法

机会网络是一种由移动对等通信节点组成、节点具有消息存储能力、节点间接触随机出现的网络.现有的机会网络路由协议绝大多数仅考虑针对单个路由目标进行路由决策,不能很好的适应上层应用需求或环境的变化,同时难以提高路由协议的综合性能.面向可加性可乘性,极值性三种类型的路由目标,通过运用多目标决策理论及蚁群算法,给出了一种机会网络中多目标路由算法Multiple Objective Decision Making ruting,MODM).该算法中路由决策取决于多项路由指标,能够为不同的应用需求或环境提供不同的路由服务,提高了机会网络下路由算法的综合性能.实验结果表明该算法能够根据不同的需求对多个路由目标进行优化,与传染病、First Contact等机会网络路由算法相比拥有较好的综合性能.     

基于位置估计的井下无线传感器网络路由算法

井下无线传感器网络中的信标节点无法及时获得能源补充,能量水平总体偏低,结合井下网络的特点研究能降低信标节点能耗、延长信标节点服务时间的路由算法对井下无线传感器网络十分必要.通过对井下传感器网络的能量补充方式和节点移动特点的分析,提出了一种基于位置估计的多跳路由(position estimatebased multi-hop route,PEBHR)协议,该协议通过位置估计的方法帮助节点选择恰当的移动节点作为数据中继快速建立路由路径,从而由能量水平较高的移动节点承担主要的数据转发任务,减少能量水平相对较低的信标节点的负载,从而延长信标节点的生存时间.仿真结果表明PEBHR协议能够降低信标节点的能量消耗,有效延长信标节点的生存时间,有效解决井下节点能量不平衡的问题.     

无线传感器网络单汇聚节点选址策略

无线传感器网络中,所有节点收集到的数据都通过多跳的方式转发到汇聚节点,因此汇聚节点的选址策略对网络寿命有很大的影响。首先在节点随机分布的无线传感器网络中简单分析了汇聚节点的面向能量选址策略,然后进一步探讨了面向寿命的选址策略,最后结合基于路由代价的蚁群路由算法在无线传感器网络中对两种选址策略进行仿真,仿真结果显示面向寿命选址策略的网络总能耗稍大于面向能量的选址策略,但前者能在较低网络能耗的基础上有效地延长网络寿命。     

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。     

关系强度感知的能量有效性无线DTN路由机制

节点的社会性与能量有限性严重影响延迟容忍网络（delay tolerant network, DTN）性能。提出了关系强度感知的DTN能量有效性路由机制,利用消息平均转发时间衡量节点间的关系紧密程度,并根据邻居节点的能量状态和相遇概率优化转发决策,同时采用社会属性关联的消息优先级机制提高缓存利用率。结果表明,所提出的路由机制显著地延长了网络存活时间,改善了消息投递率和网络开销性能。     

传感网络低占空比MAC协议同步机制研究

低占空比MAC协议通过节点休眠有效延长了传感网络的寿命,然而同步过程中许多节点监听多个计划,降低了协议的节能效果;同时节点休眠导致数据转发时延大大延长。提出了一种适用于低占空比MAC的新同步机制。基站成为唯一的同步发起者,它周期性地发布同步信息。其他节点仅监听一个计划并广播他们自己的休眠计划,多跳路径上的邻居节点交错监听周期。在一个树型拓扑网络上的仿真试验表明,此同步机制可以在更少能量的条件下进一步减少低占空比MAC的系统时延,提高网络在较重负载下的吞吐量。     

软件定义航空集群机载网络自适应邻居探测方法

针对航空集群机载网络中优化链路状态路由(optimized link state routing, OLSR)协议周期固定式邻居探测方式不能及时获取节点邻居分布状况,导致路由可靠性不足问题,提出软件定义航空集群机载网络自适应邻居探测方法。首先在现有软件定义网络(software defined networking, SDN)架构基础上,提出航空集群机载网络架构并设计网络模型;其次设计待调节点集合选举算法,以节点移动距离为标准筛选待调节点集合;最后设计邻居探测周期分配算法,为待调节点分配邻居探测周期。通过SDN集中式高效地调整节点邻居探测周期,能够实现对邻节点分布状况的及时有效探知。仿真表明该方法能及时获取节点邻居分布状况,提高了数据包到达率并降低端到端时延和协议控制开销,增强了OLSR协议在航空集群机载网络中的可靠性。     

节点剩余能量均衡的机会网络路由机制

机会网络中的节点能量受限且难以补充,其能量消耗情况影响着整个网络的生命周期和性能。针对社区机会网络中部分活跃节点频繁转发数据所导致的能量消耗过快问题,提出一种节点剩余能量均衡的机会网络路由机制,根据节点剩余能量及其在网络中的活跃程度感知其综合转发能力,进而合理地选择下一跳节点,有效减少不必要的转发次数,均衡网络负载。数值结果表明,所提出的机制能够在保证网络投递率的同时均衡网络能耗,延长网络生命周期。     

基于机会性中继的加权协同路由算法

协同路由技术通过节点间相互中继转发数据,可以有效地提高网络的性能。提出了一种无线Ad hoc网络中的机会性加权协同路由算法,加权的量度分别是中继的剩余能量和节点间的信道状态信息,同时给出了协同路由模型及策略, 并基于NS 2进行了仿真。相对非协同的目的序列距离矢量路由协议,比较了机会性加权算法与最佳信道状态以及最大剩余能量算法的性能差异。结果表明,该算法获得了以上两种算法服务质量（递交率和网络寿命）之间的折衷,并且通过调整加权因子,可以权衡两个量度的比重以满足不同网络性能的需要。     

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。     

无人机蜂群中紫外光隐秘通信能耗均衡路由算法

针对复杂战场环境下无人机蜂群的任务协同要求,保证编队内可靠的路由通信尤为重要。考虑无人机携带能源有限,为了尽可能延长空中作业时间,提出一种无人机蜂群中紫外光隐秘通信能耗均衡路由算法。在无人机编队保持的基础上,结合无线紫外光散射通信特点,在路由选择过程中引入通信链路路径损耗和无人机节点剩余能量来构建链路权值函数,从而有效地平衡无人机蜂群节点的能量消耗。仿真结果表明,与其他算法相比,所提算法能够动态地选择数据传输路径,使节点的能量消耗均衡,进而延长无人机蜂群的生命周期。