CB-MAC：低延时可靠传输的无线传感器网络MAC协议

针对无线传感器网络中周期性睡眠唤醒调度类MAC协议的延时问题，通过对多跳网络环境中端到端的数据传输延时的分析，提出了一种新型的能快速转发的无线传感器网络MAC协议CB-MAC（Cut-throughB-MAC）。CB—MAC消除了两次传输之间的等待延时，实现了数据的多跳连续转发。协议采用RTS-CTS机制实现了链路层的可靠传输，同时解决了加入控制报文而带来报文开销相对较大的问题。模拟结果表明，在多跳通信下，CS-MAC在报文平均延迟和能耗方面的性能都有较大提高。     

CB-MAC:低延时可靠传输的无线传感器网络MAC协议

针对无线传感器网络中周期性睡眠唤醒调度类MAC协议的延时问题,通过对多跳网络环境中端到端的数据传输延时的分析,提出了一种新型的能快速转发的无线传感器网络MAC协议CB-MAC(Cut-through B-MAC).CB-MAC消除了两次传输之间的等待延时,实现了数据的多跳连续转发.协议采用RTS-CTS机制实现了链路层的可靠传输,同时解决了加入控制报文而带来报文开销相对较大的问题.模拟结果表明,在多跳通信下,CS-MAC在报文平均延迟和能耗方面的性能都有较大提高.     

传感器网络中一种实时的自适应时隙调度算法

无线传感器网络节点数目众多,MAC协议为节点分配工作时隙面临能量利用不高、节点延时较长等方面的难题。目前基于时隙调度的MAC协议一般采用等长的时隙大小,不能适应数据流量变化大的网络且忽略与网络层的融合,没有利用路由层信息来减低时隙分配算法性能代价。提出一种基于路由转发树的时隙调度算法（ATSA）,网络采用簇结构,在簇内构造一棵路由转发树,根据路由转发树形成的路径信息对节点实时获取节点每轮需要发送的数据量大小,根据节点的数据量大小来分配节点每轮需要的时隙,然后由簇头据此动态地为成员节点分配时隙,降低时隙划分的能量和时间代价,减少空闲侦听时间,避免串音。仿真表明,该算法有效地提高了网络能量利用效率,延长了网络生存周期,降低数据包的延时。     

基于消息冗余度动态测算的数据机会转发策略

针对由移动传感器节点组成的移动传感器网络数据转发能耗高、有效性低等问题,提出了基于消息冗余度动态测算的数据机会转发策略。该策略结合节点与sink间位置关系、运动模式、剩余能耗等局部信息构建三维特征向量来描述节点转发消息的能力,并利用预期的消息成功传输到sink的概率和节点当前的机会概率动态调整消息冗余度,使转发消息的机会概率越低转发冗余度越高,反之亦然,以此在提高消息成功传输率的同时控制消息副本数,进而降低网络平均能耗。与直接传输和原路返回机会数据转发相比,新策略传输有效性高、能耗低,更适合移动传感网,符合移动传感网对数据转发策略高有效性、低能耗、延时容忍的要求。     

WSN中节点覆盖分层下的多路径路由协议

为了解决无线传感器网络（WSN）的路由问题,在分析了单路径路由协议和多路径路由协议的基础上,提出了节点覆盖层次模型。该模型根据节点到sink节点的最小跳数将网络分成以sink节点为中心的层次结构,并将邻居节点分成父节点、兄弟节点和子节点3类。并设计了在此模型下的路由协议MP-NCL。在该协议中,节点总是将感应到的数据向父节点转发,实现了跳数最小、多路径的数据传递。分析和仿真结果表明,节点覆盖层次模型和MP-NCL路由协议在延时、耗能、可靠性和生命期方面有较好的性能。     

无源感知网络中能耗和延迟平衡的机会路由协议

部署于野外的感知网络在应用时广泛存在节点能量不足的问题,而新型的使用能量收集技术的节点可以通过周期性地从环境中获取能量来延长网络的生存周期.因此,针对使用能量收集型节点的无源感知网络,能耗不再像有源节点网络那样成为制约网络性能最关键的因素.综合考虑能耗和延迟,可以在使节点获得较长生存周期的同时提高数据到达基站的速度.针对现有应用于无源感知网络的路由协议大多不能兼顾能耗和延迟性能的问题,提出了能耗和延迟平衡的机会路由协议（balance of energy and delay opportunistic routing protocol,简称EDOR）.该协议通过分析节点通信过程来估算节点的预期能耗值,使得节点选择令自己能耗较低的邻居节点作为转发候选.在最终确定转发节点时,该协议通过结合候选节点下一跳邻居节点的占空比信息来进行决策,使得发送节点选择能够更快将数据转发出去的候选节点来降低延迟,从而实现能耗和延迟性能的平衡.最后,该协议还通过设计退避策略来实现转发节点的单一性,减少机会路由过程中产生的不必要的数据包副本数量.     

传感器网络中基于分布式压缩的数据聚合方法

针对基于压缩数据采集的数据聚合需要高效的路由转发树协议,以便更好地采集到从传感器节点到sink节点的编码数据,提出了一种新型高效节能的分布式压缩数据收集方法。该方法中每个传感器节点均可独自寻找父节点,并构建一部分路由树,无需利用中心节点来构建所有转发树,从而允许每个传感器节点对转发树的构建和维护做出局部决策。仿真实验结果表明,相比传统的压缩数据收集方法,新方法的复杂性较低并且开销降低近50%。     

反向路径转发技术的QoS组播路由扩展

本文采用反向路径转发(RPF)技术设计了一个面向接收者的QoS组播路由协议。它通过RPF技术在网络广播源节点描述信息，并收集沿路的QoS属性，包括从源节点开始到当前节点的累计延时、瓶颈带宽(最小可用带宽)、累计代价，并记录路径本身。当某个路由器有成员要求加入时，它对其IGMP报文进行接纳处理，然后沿RPF所生成的反向路径发送加入报文。当源节点或在树节点接收到加入报文后，源节点或在树节点便开始传输媒体数据。分析和实验表明，算法具有简便高效、易于实现、控制报文开销小、规模伸缩性好等特点，优于现存的DVMRP、PIM-DM和MOSPF等协议。文章描述了协议的数据结构、处理过程、性能分析和模拟实验。     

基于功率控制和冲突避免的无线Mesh网络低能耗MAC协议

为了解决IEEE 802.11协议在无线Mesh网络中能量利用效率低的问题,提出一种改进的低能耗MAC协议PCCA。PCCA协议在IEEE 802.11协议的基础上加入两个核心算法,即动态功率控制算法(DPCA)和冲突避免算法(CAA),以此降低能耗。DPCA通过接收节点计算发送节点所需的最佳发射功率,降低数据发送的能耗;CAA利用邻居通信状态表对潜在的冲突进行判断,让可能引起冲突的节点进入休眠以节约能量。仿真结果表明PCCA协议最多可降低约20%的能耗。     

基于唤醒的WSN的MAC协议改进与实现

为节约节点能耗,获得更长的生命期,很多无线传感网络的MAC层协议引入了周期睡眠方式。在节点周期睡眠时,如何实现节点间的通信是研究的焦点。基于睡眠唤醒机制的异步MAC协议是解决方法之一,其在低负载时具有较好的节能效果。在此类MAC协议基础上,针对数据汇聚型应用场合进行改进。通过分析和实验表明,该改进既降低了能耗,又改善了延时性能。     

命名数据网络中的一种主动拥塞控制策略

为解决命名数据网络（Named Data Networking,NDN）中的拥塞控制问题,在加权公平排队（Weighted Fair Queuing,WFQ）算法的基础上,提出了基于即时调整兴趣包发送速率的名字加权公平排队（Name Weighted Fair Queuing,NWFQ）算法。当网络拥塞时,利用基于令牌桶算法的速率限制机制对超速流进行降速惩罚,同时更新兴趣包中的拥塞信息域并将其逐跳反馈给下游路由器;利用数据包将拥塞信息反馈给请求端,请求端据此调整兴趣包的发送速率,从而解决网络拥塞。基于ndnSIM的仿真结果表明,该算法能有效提升瓶颈链路利用率并接近95%,同时保证较低的丢包率和平均流完成时间。     

一种片上网络的低延迟容错算法

为解决片上网络容错问题,利用端到端模式设计一种低延迟可靠传输算法。该算法利用发送端主动发送冗余数据包获得较小的延迟,将数据分成包集以提高链路利用率,进一步降低延迟。发送端只在收到接收端对当前包集的确认后才发送下一个包集的数据,由此保证高可靠性。通过不断发送数据包及端到端的反馈保证传输的正确性。NS-2仿真实验结果证明,该算法延迟低,片上通信可靠性高,可以有效处理传输过程中的瞬时错误。     

命名数据网络中的一种冗余控制策略

命名数据网络(Named Data Networking, NDN)作为一种新型网络架构,内在地支持多路径转发和网内缓存,使得网络中存在大量冗余数据,会大大增加拥塞可能性。为解决上述问题,以减少兴趣包和数据包的转发数量为出发点,提出了基于扩展链路状态通告(Extended Link State Advertisements, ELSA)的冗余控制算法(ELSA-based Redundant Control, ELSA-RC)。该算法一方面在路由节点新添一个跳数数据库(hopDB)来保存兴趣包的最新跳数,并通过发送ELSA以增强邻居节点的hopDB更新,从而降低兴趣包转发深度;另一方面,基于待定请求表的接口信息和收到的ELSA消息来阻止重复数据包的返回。基于ndnSIM的仿真结果表明：相较传统NDN,采用ELSA-RC后兴趣包和数据包的传输数量分别减少了约15%和26%,平均时延减少了约14%。因此,使用ELSA-RC能显著减少兴趣包和数据包在网络中的无效扩散和重复传输,同时还能降低网络时延,使NDN网络性能得到提高。     

WSN中基于压缩感知的高能效数据收集方案

可靠高效的数据收集是无线传感器网络（Wireless sensor networks,WSN）应用中的关键问题.然而,由于无线通信链路的高失效率、节点资源受限以及环境恶劣等原因,网络容易发生丢包问题,使得现有的数据收集方法无法同时满足高精度和低能耗的要求.为此,本文提出了一种基于压缩感知的高能效数据收集方案.该方案主要分为节点上的数据处理和数据收集路径优化两个步骤.首先设计了基于指数核函数的稀疏矩阵来对感知数据进行稀疏化处理,然后综合考虑了数据的传输能耗和可靠性等因素,采用分块矩阵的思路,将单位矩阵和准循环低密度奇偶校验（Low density parity check,LDPC）码的校验矩阵相结合构造了测量矩阵,并证明了它与稀疏矩阵之间满足限制等距性质（Restricted isometry property,RIP）.最后,将数据收集路径优化问题建模为哈密尔顿回路问题,并提出了基于树分解的路径优化算法进行求解.仿真结果表明,在网络存在丢包的情况下,本文方案仍然能够保证数据收集的高精确度,相比于其他数据收集方案而言,本文方案在数据重构误差和能耗方面的性能更优.     

采用Hull树的贪婪地理位置路由算法的设计

地理位置路由算法是指借助节点获得的地理位置信息进行无线传感网络中的路由发现与数据转发工作。本文提出一种基于Hull树的贪婪地理位置路由算法——Greedy Hull Tree Geographic Routing(GHTGR)。通过图形学中凸包的概念,在网络初始阶段分布式地在各节点上建立Hull树以探查网络局部拓扑结构;同时在数据分组的路由转发阶段,通过Hull树内的搜索,寻找下一跳转发节点,完成数据分组的转发传输。通过仿真实验表明,与现有地理位置路由算法相比,该算法能够正确地寻找数据转发路径,有效地减少网络能耗,提高网络传输性能。     

基于LEACH协议的簇头多跳(LEACH-M)算法

为了延长网络的生存时间,需要设计能量有效的协议,适应传感器网络的特点.成簇算法是传感器网络中减少能量消耗的一种关键技术,它能够增强网络的扩展性和延长网络的生存时间.早先提出的LEACH协议是无线传感网中的低功耗自适应分层路由算法,但节点通过一跳通信将数据传送给簇头,簇头也通过一跳通信将聚合后的数据传送给基站,这样会造成簇头节点负载过重,在LEACH协议中引入簇头多跳算法,使得簇头之间形成一个多跳的最优路径通向基站,从而减少了簇头节点能量的消耗,延长了传感网的寿命.实验表明此方法行之有效.     

机会移动传感网中基于感知方向的数据收集

机会移动传感网中数据收集策略既要保证传输成功率、减小网络开销,也要尽量降低传感器的能量消耗,从而延长网络生命期。遵循简单实用的原则,提出了基于方向感知的数据收集策略(Data Gathering based on Perceptive Direction,DGPD)。当两个传感器相遇时,以距离它们最近的Sink节点为参照点,分别计算各自的感知方向。把感知方向作为一个重要参数来确定两个相遇传感器的消息转发路由,把消息转发给更有利于接近Sink节点的传感器,从而提高数据收集成功率,减少过多的消息转发。模拟实验结果表明,这种策略可以有效地完成数据收集,并获得较高的网络性能。     

一种基于数据驱动链路估计的传感器网络实时路由协议

提出了一种适用于无线传感器网络的基于数据驱动链路估计的实时路由协议。此协议基于地理位置感知,依据前向路径距离矢量构造路由下一跳节点的候选集,同时协议引入数据驱动的思想,结合延时、投递率以及单跳距离构造速度矢量,并以速度矢量和剩余能量来选择下一跳节点,提供端到端的软实时数据传输。协议以实时性和能耗作为主要评价指标。利用ns2仿真平台实现了此路由协议,当数据速率为50数据报文/s时,此协议比AODV和DSR的延时减少50%以上,能耗降低30"0,可以看出协议可以有效地提高实时性,降低网络能耗。     

WSN中利用蚁群路径优化的时隙选择重排算法

针对无线传感器网络(WSN)汇聚传输中的数据传输时间和功耗问题,提出了考虑时间同步和唤醒延迟的汇聚传输时隙选择重排算法。将时分多址接入(TDMA)用作介质访问协议,并允许每个节点在传输时隙期间可以发送或接收数据;设计新的WSN数据收集树模型,将传感器节点生成的数据通过无线链路形成的多跳网络发送到汇聚节点,在数据收集树的每条链路上分析时隙顺序,优化时隙选择,并基于蚁群算法优化路径选择,减少传输能量消耗和均衡簇头能量。实验结果表明,提出的算法可以实现显著的数据传输性能提高和功耗节约。