基于负载均衡的簇间路由协议

针对无线传感器网络簇头节点负载不均衡的问题,提出一种基于负载均衡的簇间路由协议.该协议通过记录邻居簇头节点到Sink节点的最小跳数信息建立到Sink节点的多条路径,根据簇节点的剩余能量和负载选择合适的路径进行路由,从而实现了簇头节点间的负载均衡.仿真实验结果表明,该路由协议能有效地均衡网络负载和簇头节点能量消耗,减少数据传输延迟,延长网络生存时间.     

基于Ad Hoc网络的多机器人通信协议改进

Ad Hoc自组网解决了多机器人系统中网络拓扑结构动态变化和数据报文多跳转发的通信问题,决定节点能耗、最优路由和网络信息延迟等网络性能,是多机器人系统网络常用的通信方式。其中AODV协议能较好的在Ad Hoc自组网中适用,但由于多机器人系统中网络拓扑动态变化,传统的AODV协议的网络节点负载情况以及选择路由的准确性方面存在着一定缺陷。在AODV协议基础上,采用负载均衡算法的方式,对路由代价进行优化,以便更好的解决网络节点不均衡、出现拥塞时选路不准确的问题,更好的实现均衡节点能耗、优化路由以及减少网络信息延迟的目标。以NS2为网络仿真平台进行仿真,并对结果进行分析得,与AODV协议相比,改进之后的路由协议的提高了分组投递率、降低了平均端到端时延以及相对路由开销。     

一种适合水下无线传感器网络的能量有效路由协议

本文针对水下声信道高能耗和高延迟的特点,提出一种基于前向簇头与前向网关的无线路由协议(FFBR).其思想是基于分簇结构,引入前向簇头和前向网关的概念,并在分簇初始化的过程中"捎带"选择前向簇头和前向网关,以形成朝向sink的方向性节能路由.它避免了路由建立的开销和时延,同时保证数据传榆时网络能耗均衡,以减小水声高延迟、高能耗带来的不利影响.仿真结果表明,FFBR协议比DSR协议能更好地适应水声高延迟、高能耗通信环境,不但有较高的连通率,而且能节省网络能量,提高数据传输的及时性.     

面向能量和链路优化的水声移动传感器网络路由协议设计

针对水声移动传感器网络中存在水声通信环境恶劣、通信环境复杂多变以及节点能量受限造成的水声移 动传感器网络能量不均和路由链路断裂问题, 提出一种基于能量与链路度量路由的改进按需平面距离向量路由 (AODV)协议. 引入了以能量阈值为基准描述网络节点能量状态的能量指标以及以邻居节点间距离为基准描述链路 状态的链路指标, 并以综合考虑网络路由链路中节点的能量指标、路由链路指标以及路由链路跳数的路由度量作 为协议选择路径的优先条件, 并以此进行路由修复. 仿真实验表明, 本文所设计的改进AODV协议可提升网络整体 数据量、均衡网络节点能量、延长网络的生存周期.     

无线传感器网络中基于能量效率的多路径路由算法

针对无线传感器网络节点能量受限的特点,本文提出了一种能量有效、负载均衡的多路径路由算法(EMR)。该算法在按需路由协议AODV基础上,不单纯以最小跳数或者最小时延作为路由选择依据,充分考虑到了路由的能量消耗最小化,避开剩余能量过低的节点,数据沿着最小跳数或路径关键能量比较高的路径传输,降低了网络的能量消耗,也避免关键节点的过量负载。分析与仿真结果表明,与AODV协议相比较,EMR具有更好的分组投递率、端到端时延,推迟了网络中出现死亡节点的时间,从而延长了网络生命周期。     

水下无线传感器网络能量路由协议的仿真研究

水下无线传感器网络对海洋战场的监测要求实时性较强和路由时延较小。针对水声信道传输特点,将路由选择问题转化为非线性规划问题,提出一种基于表驱动路由协议设计思想的选优能量路由协议。该协议在数据传送时总是选取目标函数解较优的路径,从而能够高效利用传感器节点的能量,同时均衡各节点的能量消耗。仿真结果表明,相对于传统能量路由协议...     

三维水声传感器网络中高效路由协议的研究

近年来,三维水声传感器网络在学术界和工业界引起了极大的关注.在被监测海域部署三维水声传感器网络,可以解决二维水声传感器网络节点无法充分观测的问题.为了实现三维水声传感器网络在新环境中的水下监测,需要解决一系列的问题.其中,由于监测区域环境的限制以及水声传感器节点的特殊性,需要设计高效的路由协议来保证数据包在各节点之间正确转发.首先提出一种基本地理位置路由协议.在此基础上,设计一种自适应路由协议,以较好地适应三维水声传感器网络中部分节点失效的情况.通过仿真实验发现,自适应路由协议可以在数据包传送率、端到端延时和网络吞吐量指标上达到平衡,而基本地理位置路由协议在端到端延时指标上可获得更好的性能.     

具有负载均衡和蚁群优化的移动P2P路由策略

分析了移动P2P网络的移动节点设备资源更加短缺,网络更加动态多变,建立健壮的路由策略是非常重要的。通过研究移动P2P网络的特征,从路由发现、路由选择、路由保持三个方面入手,提出了一种新的具有负载均衡和蚁群优化的路由策略。利用蚁群算法理论来指导移动agent的全局搜索的路由发现工作,并且结合通用的能量消耗公式计算得到的节点剩余能量和节点业务执行等候队列长度来优化路由选择工作。从仿真实验可以看到,该路由策略在平均端到端的延迟、路由控制负载方面具有性能优势。同时,节约了节点的能量,延长了节点在网络中的生存时间。     

水声传感器网络中一种基于多种群萤火虫的路由协议

针对水声传感器网络的特殊性,提出一种基于多种群萤火虫的路由协议,以确保数据包在水声传感器网络各节点之间正确、高效地转发。首先构造水声传感器网络的网络模型;然后,设计3种类型的萤火虫,通过各种萤火虫之间的协同工作提高路由路径构建的自适应性并实现路由路径的选择和优化。仿真实验结果表明,与传统的水声传感器网络路由协议相比,在节点数量相同情的况下,该路由协议的数据包传送率更高,平均端到端延时更低,并且在平均数据传送率相同情况下,网络吞吐量更大。     

水声传感器网络分簇路由协议研究

通过分析LEACH协议的优缺点,提出了一种改进的基于位置的水声传感器网络分簇路由协议——PBCP。该协议对LEACH的簇首选择机制进行了改进,同时基于位置信息将簇首与Sink节点之间的通信由单跳改为多跳。仿真结果表明,与LEACH协议相比,PBCP协议能够有效节约节点能量,平衡网络负载,延长网络生存时间。     

基于矢量转发的节能型水声传感器网络路由协议

近年来,水下物联网和海洋物联网已经成为一个热门的研究方向,水声传感器网络路由协议作为海洋物联网的重要组成部分也得到研究人员的广泛重视。因此在HH-VBF协议的基础上,提出一种基于矢量转发的节能型水声传感器网络路由协议——ES-HH-VBF协议。ES-HH-VBF协议在保留了将下一跳节点的位置信息作为计算节点转发因子的参考值的基础上,引入了节点剩余能量改进节点转发因子的计算方式,以此来均衡网络中的能量消耗;并且还将预设的距离阈值由HH-VBF协议中的固定值改为根据节点剩余能量变化的动态值,从而可以动态地控制数据冗余。为了验证ES-HH-VBF协议的性能,在水下传感器网络仿真器Aqua-Sim上对HH-VBF协议和ES-HH-VBF协议的性能进行了对比分析。仿真结果表明,随着节点发包间隔的增加,ES-HH-VBF协议的包传递率比HH-VBF协议的包传递率高4.2%左右,网络平均时延比HH-VBF协议低11.3%左右,网络平均能耗比HH-VBF协议低8.2%左右。通过对ES-HH-VBF 协议和HH-VBF协议的仿真实验分析可知,ES-HH-VBF协议在提高数据包传递率、降低平均能耗和降低平均延时方面具有较大优势。     

基于Q学习的蚁群优化水声网络协议

针对水声通信中数据传输延时高且动态适应性弱的问题, 提出了一种基于Q学习优化的蚁群智能水声网络路由协议(Q-learning ant colony optimization, QACO). 协议包括路由行为和智能决策部分, 在路发现和维护阶段, 依靠网络智能蚂蚁进行网络拓扑环境的构建和节点之间的信息交换以及网络的维护. 在Q学习阶段, 通过定量化节点能量和深度以及网络传输延时学习特征作为折扣因子和学习率, 以延长网络的生命周期, 降低系统能耗和延时. 最后通过水声网络环境进行仿真, 实验结果表明QACO在能耗、延迟和网络生命周期方面都优于基于Q学习辅助的蚁群算法(Q-learning aided ant colony routing protocol, QLACO)和基于 Q-learning 的节能和生命周期感知路由协议(Q-learning-based energy-efficient and lifetime-aware routing protocol, QELAR)和基于深度路由协议 (depth-based routing, DBR)算法.     

无线传感器SMAC协议竞争退避机制分析及优化

针对无线传感器网络能量受限和退避时采用固定竞争窗口的特点,提出了一种基于节点剩余能量和信道冲突次数的MAC协议（EC—SMAC）．该协议改进了SMAC的竞争退避机制,根据节点剩余能量和信道冲突次数来动态的调整竞争窗口,减少传输节点之间的冲突,从而使全网负载均衡,同时延长网络生命周期．仿真实验表明：在保证网络吞吐量和时延稳定的前提下,平均延长了7％的网络生命周期．     

基于NS3的水下LEER协议优化与分析

水下无线传感器网络作为无线传感器网络在水下的应用扩展,成为当今研究的热点。在水下通信中能量补给困难、能量均衡性差、网络生存周期短的问题依然没有得到解决。为了提高水下无线传感器网络数据交付率,延长网络生存期,设计一种适用于水下拓扑动态变化、能量均衡性高的路由协议极为重要。基于层级节能的路由（LEER）协议有效解决了路由空旷问题。优化后的LEER协议采用多sink的拓扑,从单跳延迟、剩余能量、节点密度以及水下节点发生移动层级随之更新的角度,提出基于NS3的水下LEER协议能量均衡优化策略。仿真结果表明,优化后的LEER协议在能量均衡性、数据交付率和适应动态拓扑等方面均优于LEER协议。     

适用于水声传感网络的多链路传输MAC协议

针对水声传感网络存在的高时延、低信道利用率等问题,提出一种新的多链路传输介质访问控制协议。该协议节点通过RTS/CTS握手协议交互时延信息和传输计划,实现多条链路传输数据。在汇聚节点接收多个节点的数据时,汇聚节点根据节点的时延和接收的数据帧大小规划节点之间的发送顺序,避免传输冲突造成的能量损失和低信道利用率,同时为得到最大网络吞吐量,给出最优退避窗口值的理论表达式。仿真结果表明,与RC-FAMA、S-FAMA等协议相比,该协议能有效提高水声传感网络的吞吐量,降低传输冲突,从而延长水下节点的工作时间。     

接收方预约信道的水声传感器网络MAC协议

为了获得更高的网络吞吐量,更低的端到端时延,设计出了一种适用于分簇网络的水声传感器网络MAC协议,该协议采用接收方建立握手机制,有效的获取邻居节点通信时的状态,动态分配发送时隙,实现数据包以报文序列方式无冲突的到达接收端.仿真结果表明,与同类MAC协议(FERI, RIPT)相比,该协议提高了网络吞吐量,降低了数据丢失率和端到端时延.     

三维网络拓扑结构的水声传感器网络MAC协议

水声传感器网络Underwater Acoustic Sensor Network(UWASN)由于其广阔的应用前景,近年来逐渐被人们关注。然而由于水下环境的限制性,水声传感器网络具有其一些独特性。例如,与二维的陆地传感器网络不同,水声传感器网络是三维的。如今,现有的介质访问控制Medium Access Control(MAC)协议大多是针对二维无线传感网络,很少有基于三维水声传感器网络的 MAC 协议。针对水下三维网络,提出了基于三维网络拓扑结构的水声传感器网络 MAC 协议。该协议将网络中的节点生成树结构,并利用子节点与父节点之间的关系,通过动态节点算法实现三维动态的水声传感器网络。此外,详细分析了节点间的碰撞并有效解决各种碰撞,从而大大提高了信道利用率。通过仿真软件对比不同协议在同一网络拓扑中的实验结果,证实文中协议能够有效节约大量能源。     

基于PEGASIS的无线传感器网络路由协议改进

传感器信息系统能量高效聚集（PEGASIS）协议是无线传感器网络中经典的分簇协议,由于实现简单得以广泛应用,但该协议中头节点的轮流当选策略和网络按照贪心算法成链的方法容易导致整个网络的能量消耗不均匀、节点死亡时间较早、网络延迟较大等问题。提出一种基于PEGASIS的剩余能量距离分区（PEGASIS-REDP）协议,在网络建立连接阶段对整个网络区域进行分区优化,在节点密度不变的情况下缩短差链距离。在头节点选取阶段,将节点剩余能量、区域内平均能量、距离基站的距离等多个因素作为判断头节点当选的条件,大幅减少头节点的更换次数。借助MATLAB软件仿真出PEGASIS-REDP协议建立网络的过程、在不同轮数下节点存活情况和头节点的选取情况,并在相同的实验条件下,针对不同路由协议在网络延迟、能量损耗和生命周期方面进行对比分析。实验结果表明,PEGASIS-REDP协议的网络生命周期相比于PEGASIS协议延长了19.6%,在均衡网络能耗和降低网络延时方面表现更好。     

有限马尔可夫链的水声传感器网络协作中继算法

针对水下传感器网络误码率高,能量效率低等问题,基于有限马尔可夫链状态空间分析,提出一种水声传感器网络协作中继算法。该算法采用马尔可夫链状态空间获取协作节点的误码率和能量的状态转移概率。基于能量策略对中转节点进行判定,使网络优先保障对已采集的数据进行传输,提升传输效率。提出基于最佳中继选择的协作节点状态评价函数,使网络优先选择评价结果最高的协作节点作为转发节点,减少数据传输过程中的误码率和能量损耗。实验仿真结果表明,该算法相比基于增强型能源平衡数据传输的水声网络协议及水下网络自适应路由协议,数据包平均成功投递率分别提升了2.3%和3.1%,网络能量效率分别提升了10.6%和5.8%,在提升数据传输效率和减少网络能耗上具有较好效果。     

水声通信网络设计与OPNET平台下仿真

水声通信网络是当代海洋研究、海洋资源勘探和开发、海洋环境立体监测、地震海啸监测和战术监测等水下系统无线信息传输的主要手段,但其性能受水声信道特性影响严重。采用OPNET对水声通信网络节点模型与分层协议进行设计与实现,包括基于MC-CDMA的多用户检测以及基本CSMA/CA机制的信道握手流程与网络分配向量（NAV）帧冲突处理机制等。同时建立并测试了一个包含1个主节点与4个传感器节点的水声通信网络,仿真结果表明设计的水声通信网络能够更好的克服冲突,减少数据包重发,从而获得更高水声通信网络的吞吐量,减少端对端传输延时与能量消耗。