基于泊松分布的无线传感器网络分簇协议性能优化

针对LEACH协议中网络能量效率低的问题,提出了一种基于节点泊松分布的WSNs分簇协议性能优化方法。基于对协议中簇头、成员节点能耗和协议总能耗的分析,推导出优化的分簇数目和网络生命周期。然后基于节点泊松分布密度对网络性能进行优化分析。理论分析和仿真实验表明:适当增大节点泊松分布密度,并选取优化的分簇个数,能够有效改善网络的能耗性能,并可延长网络的生命周期。     

基于无线传感器网络的传输距离控制方法

在传感器节点受到能量严重制约的情况下,如何合理地选择自适应拓扑变化的路由协议,有效地控制节点传输半径来提高系统的整体性能,成为当前无线传感器网络研究领域的热点问题之一.在基于RSSI测距技术的基础上,引入了3种传输距离控制策略,同时结合时延和能耗这两个指标,对3种传输策略进行了比较.仿真结果表明,动态选择传输半径可显著提高网络的整体性能,延长网络的生命周期,并减少节点能耗和传输时延.     

基于地址解析的网络节点数据防攻击协议仿真

网络节点受到攻击产生数据泄漏,需要进行防攻击协议设计,提出一种基于地址解析的网络节点数据防攻击协议。设计网络节点分布模型及信道解析模型,采用网络节点链路均衡配置方法设计数据转发控制协议,分布网络节点并部署最优节点。进行节点输出信道的波特间隔均衡控制,构建网络链路转发的信道调制模型,实现地址解析优化下的攻击特征提取,根据地址解析结果,实现对动态无线传感网络的攻击节点的快速定位和攻击检测。仿真结果表明,采用该方法进行网络节点数据防攻击协议设计,提高了节点的数据包转发能力和吞吐量,网络节点数据安全传输性能较好,抗攻击能力较强,提高了网络的安全性。     

无线Mesh网中网络编码感知的低时延路由

网络编码技术可以显著提高无线Mesh网的传输性能.为此,提出一个在组播通信中基于网络编码的无线Mesh网低时延传输路由.文中引入了关键节点和超关键节点的概念和相应的选取算法.该协议以下一跳的节点是否是超关键节点或关键节点作为路由判据,下一跳的路由节点优先选择超关键节点,其次选关键节点,最后才选普通节点,这样可以增加网络编码机会,实现低时延路由.通过举例、性能分析和仿真实验表明,该协议能更好地支持网络编码,在提高组播吞吐量的前提下,显著减少了传输时延.     

无线自组织网络下抵抗内部节点丢弃报文攻击的安全通信模型

无线自组织网络的报文传输是依靠网络中的节点彼此多跳接力传输,当网络中有节点被俘获以后,就会成为内部攻击者,并在报文的传输过程中发起丢弃报文攻击,严重降低网络性能.现有网络协议栈中传输层和网络层协议难以检测和防范在网络层发起丢弃报文攻击的节点.文中提出一种在网络层抵抗内部节点丢弃报文攻击的通信模型,它包括通信链路状态实时分析协议和分布式的节点类型判定算法两个部分.通信链路状态实时分析协议利用节点对间逐段生成的路径环路,通过引入报文成组应答机制使得节点能实时地获取其邻居节点的报文转发状态;在通信链路状态实时分析协议基础之上,节点根据相关数学模型能有效地分析邻居节点行为是否异常,并对网络中的节点进行分类,最终将恶意节点从网络中隔离出去.仿真实验结果表明,文中算法在恶意节点的检测率和误检率方面性能表现良好,能有效地抵抗来自网络内部节点的丢弃报文攻击.     

Ad Hoc网络中基于负载均衡的多径路由协议研究

Ad Hoc网络中的多径路由协议可以获得源节点和目的节点之间的多条路径,能够减小路由发现延迟,提高路由稳定性,受到了人们的广泛关注。详细分析了AOMDV多径路由协议的机制和特点,从负载均衡的角度仿真评估了AOMDV协议的性能,研究表明可以显著提高网络整体生存性。在此基础上提出了一种优化的负载均衡传输方案,能够减小TCP在多径传输时的乱序问题,仿真表明显著改善了TCP传输的吞吐量。     

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。     

改进的无线Mesh网路由判据算法及其路由协议

为了改善802.11s无线Mesh网传输过程中因重传次数过大而造成的丢包问题,根据实际无线传输中的网络重传次数特性,提出一种基于最大重传次数的空中传播时间改进路由判据算法.同时为了缓解因单根节点造成的网络拥塞,提高实际场景中边缘节点的传输性能,并保证网络中所有节点使用无线信道资源的公平性,基于树的寻径机制从拓扑结构的角度,提出一种改进的多根节点的混合无线Mesh网路由协议(M-HWMP).理论及仿真结果表明,改进的路由判据算法及路由协议优化了无线Mesh网传输不同数据流时的吞吐量、时延特性,并在一定程度上避免了网络拥塞.     

一种无线传感器网络MAC协议优化算法

在无线传感器网络中,各节点采集的信息以多跳的方式传送到汇聚点.从各节点到汇聚点形成一棵以汇聚点为根的传输树.文中在对无线传感器网络传输特点分析的基础上,剖析了基于CSMA/CA(载波多路监听/冲突避免)的MAC协议在树状结构无线传感器网络中的弊端,提出了一种基于CSMA/CA的MAC协议优化算法.算法基于节点在传输树中的位置信息调整其MAC信道接入分配,将CSMA/CA采用的各节点均等竞争信道的方法优化为各节点依据在传输树中的位置情况竞争信道的方式,这一优化提高了节点公平性,使MAC信道接入分配与树状结构的无线传感器网络传输特点相契合,解决了基于CSMA/CA的MAC协议与树状结构无线传感器网络不匹配的问题,从而减少了信道资源浪费,提高了网络传输效率,降低了能耗.实验结果表明该算法在网络丢包率、吞吐量和能耗方面的性能均有较大改进.     

基于网络编码的输电线路WSN传输协议

根据输电线路监测对无线传感器网络实时性和可靠性要求高的特点,设计了一种基于网络编码的WSN传输协议。该协议充分利用信道广播特性和节点间的协作通信,结合了机会路由和网络编码各自优势,将网络编码经典蝶形结构应用到输电线路WSN长链拓扑结构中,在节点数据包具体接收状态不确定的情况下,采取主动网络保护机制,选择线性编码包作为冗余包进行传输,直到节点解码出源包。性能分析与仿真实验表明,该传输协议提高了数据传输可靠性和系统吞吐量,缩短了网络传输时延,提升了无线传感器网络的性能。     

Optimizing responses to broadcast messages in radio networks

Algorithms to optimize the performance of response traffic for broadcast messages in a packet-switched radio network are studied. The situation considered here involves a source node sending a broadcast message to all destinations and collecting positive response packets from these destinations in a fully connected packet radio network. The exact value of the number of destination nodes is unknown. A contention-based two-level protocol is described. Based on the protocol, an optimization problem is formulated in order to minimize the time for the source node to receive all the responses. Several algorithms are presented and numerical results of the corresponding optimization problems are obtained. These optimization problems are treated by the methods of dynamic programming. An extension of the basic scheme—multicast instead of full broadcast message—is also studied.     

Optimizing responses to broadcast messages in radio networks

Algorithms to optimize the performance of response traffic for broadcast messages in a packet-switched radio network are studied. The situation considered here involves a source node sending a broadcast message to all destinations and collecting positive response packets from these destinations in a fully connected packet radio network. The exact value of the number of destination nodes is unknown. A contention-based two-level protocol is described. Based on the protocol, an optimization problem is formulated in order to minimize the time for the source node to receive all the responses. Several algorithms are presented and numerical results of the corresponding optimization problems are obtained. These optimization problems are treated by the methods of dynamic programming. An extension of the basic scheme—multicast instead of full broadcast message—is also studied.This work was supported by the US Army Research Office under Contract No. DAAG29-84-K-0084.     

能量有效的无线传感器网络MAC协议

针对无线传感器网络中的隐终端和延迟问题,提出一种基于功率控制机制的改进MAC协议。节点在SMAC协议的基础上通过功率控制算法在每个节点所保存的功率等级表中动态地选择合适的功率值作为其发射功率,从而避免了隐终端和延迟问题。仿真结果表明,与SMAC协议相比,改进协议能提高网络的吞吐量,降低源节点到目的节点的端到端延迟。     

基于粒子群优化算法的RPL负载均衡研究

针对现有IPv6路由协议在建立网络拓扑过程中未考虑负载均衡,易导致低功耗有损网络出现部分节点能量过早耗尽、链路发生堵塞等问题,提出了一种基于父节点拥塞程度及其能量损耗的粒子群优化RPL路由协议(PSO-RPL)。通过将各子节点周围所有节点中Rank值最低的节点作为父节点集,并根据父节点集中所有节点的负载因子和剩余能量构造适应度函数的基础上,PSO-RPL借助粒子群优化算法获得了各子节点的最优父节点,从而实现了所有父节点的负载均衡。仿真结果表明提出的PSO-RPL协议实现了网络负载的有效均衡,延长了整个网络的生命周期,降低了整个网络的能量消耗。     

基于节点合作的Ad hoc网多信道MAC协议

针对Ad hoc网络的多信道隐藏终端问题,提出一种基于邻居节点合作通告机制的异步多信道媒介访问控制协议。该协议通过空闲邻居节点向未收到信道协商控制帧的节点发送通告广播帧,从而有效地解决了多信道隐藏终端问题。仿真结果表明,与IEEE 802.11、MMAC协议相比,该协议在提高网络平均吞吐量的同时,还能降低数据包平均延迟。     

移动Ad Hoc网络的跨层优化拥塞控制

基于网络协议层框架充分分析了TCP应用到Ad Hoc网络导致性能下降的原因,包括:物理层中易损耗的无线信道, MAC层中的过度竞争和不公平接入,网络层中节点移动引起的频繁路由失效,传输层中TCP采用的不合适机制,包括基于窗口的传输、基于数据包丢失的拥塞指示,拥塞窗口的慢启动和AIMD、对ACK自定时的依赖;提出了全新的适合Ad Hoc网络特性的跨层优化拥塞控制协议CCOC(cross-layer optimal congestion control).CCOC运用了跨层设计框架来改进MAC层的接入信道公平性、检测虚假链路失效、减少路由失效次数、加快路由切换后的重启动、运用SACK实现可靠传输和实施非线性优化论指导设计的自适应优化策略;描述了CCOC的协议体系结构;实施了详细的NS仿真实验,仿真结果表明,在几乎所有的仿真场景和移动环境下,CCOC比TCP和ATCP在许多重要性能指标,如吞吐量和公平性方面都有了明显的改进.     

移动Ad Hoc网络的跨层优化拥塞控制

基于网络协议层框架充分分析了TCP应用到Ad Hoc网络导致性能下降的原因,包括:物理层中易损耗的无线信道, MAC层中的过度竞争和不公平接入,网络层中节点移动引起的频繁路由失效,传输层中TCP采用的不合适机制,包括基于窗口的传输、基于数据包丢失的拥塞指示,拥塞窗口的慢启动和AIMD、对ACK自定时的依赖;提出了全新的适合Ad Hoc网络特性的跨层优化拥塞控制协议CCOC(cross-layer optimal congestion control).CCOC运用了跨层设计框架来改进MAC层的接入信道公平性、检测虚假链路失效、减少路由失效次数、加快路由切换后的重启动、运用SACK实现可靠传输和实施非线性优化论指导设计的自适应优化策略;描述了CCOC的协议体系结构;实施了详细的NS仿真实验,仿真结果表明,在几乎所有的仿真场景和移动环境下,CCOC比TCP和ATCP在许多重要性能指标,如吞吐量和公平性方面都有了明显的改进.     

AX.25协议在PIC16F877单片机上的实现

本文介绍了利用AX.25协议构成分组无线网的方案,给出了基于AX.25协议的终端结点控制器的硬件和软件实现方法,讨论了AX.25协议在PIC16F877单片机上的设计与实现。     

移动IPv6路由优化安全方案

移动IPv6为IPv6网络提供移动性支持,移动IPv6路由优化消除了移动IP中移动节点和通信对端存在的三角路由问题。但同时,移动IPv6也引入了一些安全上的威胁,其中有很大一部分是关于路由优化中的绑定更新的授权和认证问题。传统的返回可路由机制和CGA生成家乡地址的方法仍然存在安全上的问题,在CAM-DH协议的基础上进行改进,提出了一种新的增强方案,提高了安全性,优化了计算负载和报文交换性能。     

基于SimpliciTI协议的无线自组织网络系统设计

SimpliciTI协议是TI推出的针对简单小型RF网络的专有低功耗RF协议。采用SimpliciTI网络协议,设计了一种无线自组织网络系统。该系统采用CC430F5137作为微处理器,配合其内部集成的CC1101无线收发器以及一些基本接口电路构成节点硬件系统。网络系统包括中心节点、路由节点和终端节点,分别对SimpliciTI网络协议及其拓扑结构进行了分析,并在此基础上进行软件设计,最终实现了基于SimpliciTI网络协议的串状网络通信系统。