An efficient void resolution method for geographic routing in wireless sensor networks

Geographic routing is an attractive choice for routing data in wireless sensor networks because of lightweight and scalable characteristics. Most geographic routing approaches combine a greedy forwarding scheme and a void resolution method to detour a void area that has no active sensor. The previous solutions, including the well-known GPSR protocol, commonly use the right-hand rule for void resolution. However, the detour path produced by the right-hand rule is not energy-efficient in many cases. In this paper, we propose a new void resolution method, called void resolution-forwarding, which can overcome voids in the sensor network energy-efficiently. It exploits the quadrant-level right-hand rule to select the next hop for the current node during circumventing a void area. We show by experiments that the proposed method is efficient and scalable with respect to the various voids and network density and that it outperforms the GPSR protocol significantly.     

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.     

基于地理位置的无人机网络分段优化路由算法

在无人机网络中,由于节点具有较强的移动性,导致网络空洞出现的可能性和随机性增加,一般的地理辅助路由协议往往无法满足网络需求。为此,本文提出一种基于包回传的分段优化机制。该机制根据路径采取的转发策略设置分段点,在后续通信回传的过程中对绕行部分进行优化,及时应对已存在或新出现的网络空洞,同时考虑实际情况下无人机的巡航能力,按照实际应用需求,设计更为合理的节点选择判据公式。仿真表明,本文算法与普遍应用的GPSR算法及改进算法BOPF算法相比,能够优化传输路径,降低端到端时延,提升网络性能。     

MF-DLB: Multimetric forwarding and directed acyclic graph-based load balancing for geographic routing in FANETs

Flying ad hoc network (FANET) comprising unmanned aerial vehicles (UAVs) emerges as a promising solution for numerous military and civil applications. Transferring data collected from the environment to the ground station (GS) is a primary concern for meeting the communication demands of most of these applications. However, the highly mobile UAVs with limited communication range, resulting in frequent topology change and intermittent connectivity, make data routing challenging. In such scenarios, geographic routing is a viable solution due to its scalability and robustness. However, the basic forwarding mechanism of geographic routing favors the neighboring UAV nearest to the destination, impacted substantially by link failures and routing holes in a dynamic environment. Additionally, routing decisions ignoring the current load over UAVs contribute to performance degradation due to the high concentration of data traffic near the GS. Thus, to address these issues, a geographic routing protocol named MF-DLB comprising multimetric forwarding (MF) and a directed acyclic graph-based load balancing (DLB) scheme is proposed to enhance packet forwarding in FANETs. MF takes account of multiple metrics related to connectivity, geographic progress, link lifetime, and residual energy to select the next hop with a stable communication link while effectively bypassing the routing holes. The second scheme, DLB, focuses on proactively maintaining routing paths near GS for load distribution among underutilized nodes to address the congestion problem. Simulations performed in network simulator ns-3 confirm the outperformance of MF-DLB over other related routing schemes in terms of different performance metrics.     

无线传感器网络中分段贪婪地理路由算法

针对基于地理位置的无线传感器网络路由中存在的路由空洞问题,提出一种新的路由模式:分段贪婪路由.在该模式中,整个路由过程被中间节点序列划分为若干段,在每一段上仅应用贪婪转发策略.为确定合适的中间节点,给出一种基于递归探测的方法,并以GPSR算法为基础探测路由构造了SGR算法.仿真实验表明,在存在不同类型、大小、数量路由空洞的网络环境中,SGR算法均能以较小的探测开销获得接近最优的路由路径,尤其是凹空洞存在的情况.     

Scoped Bellman-Ford Geographic Routing for Large Dynamic Wireless Sensor Networks

Routing is a fundamental problem in wireless sensor networks. Most previous routing protocols are challenged when used in large dynamic networks as they suffer from either poor scalability or the void problem. In this paper,we propose a new geographic routing protocol,SBFR(Scoped Bellman-Ford Routing),for large dynamic wireless sensor networks. The basic idea is that each node keeps a view scope of the network by computing distance vectors using the distributed BellmanFord method,and maintains a cost for routing to the sink. When forwarding a packet,a node picks the node with minimum cost in its routing table as a temporary landmark. While achieving good scalability,it also solves the void problem in an efficient manner through the combination of Bellman-Ford routing and cost-based geographic routing. Analytical and simulation results show that SBFR outperforms other routing protocols not only because of its robustness and scalability but also its practicality and simplicity.     

An Energy-Aware Geographic Routing Protocol for Mobile Ad Hoc Networks

Mobile ad hoc networks (MANET) are characterized by multi-hop wireless links and resource constrained nodes. To improve network lifetime, energy balance is an important concern in such networks. Geographic routing has been widely regarded as efficient and scalable. However, it cannot guarantee packet delivery in some cases, such as faulty location services. Moreover, greedy forwarding always takes the shortest local path so that it has a tendency of depleting the energy of nodes on the shortest path. The matter gets even worse when the nodes on the boundaries of routing holes suffer from excessive energy consumption, since geographic routing tends to deliver data packets along the boundaries by perimeter routing. In this paper, we present an Energy-Aware Geographic Routing (EGR) protocol for MANET that combines local position information and residual energy levels to make routing decisions. In addition, we use the prediction of the range of a destination''s movement to improve the delivery ratio. The simulation shows that EGR exhibits a noticeably longer network lifetime and a higher delivery rate than some non-energy-aware geographic routing algorithms, such as GPSR, while not compromising too much on end-to-end delivery delay.     

一种可调节转发区域的水下传感器路由

水下无线传感器网络路由是水下物联网重要组成部分,可靠高效节能是水下无线传感器网络路由最关心的问题;针对水下无线传感器网络节点路由中能量消耗不均衡和过多冗余转发增加能耗而导致水下无线传感器网络生存周期缩短的问题,提出一种可调节转发区域的水下传感器路由协议(ESAFDBR);ESAFDBR路由协议考虑了当前节点深度和剩余能量,还考虑节点两跳邻域内信息,以这种方式有效减少网络遇到空洞的可能性,平衡网络能量;此外,为抑制冗余节点参与转发,设计划分转发区域,并可根据节点密集程度自适应调整划分区域,有效地提高网络性能.     

基于簇的无线传感器网络交会路由协议

针对现有无线传感器网络(WSN)协议中更多消耗sink附近节点能量导致网络寿命短的问题,本文提出一种基于簇的无线传感器网络交会路由协议(Cluster-based Rendezvous Routing Protocol, CRRP)。该协议是基于交会的路由协议,其中在网络的中间构建交会区域,该交会区域划分整个网络区域并在传感器节点之间分配网络负载,这延长了网络寿命。此交会区域内的节点分为不同的簇,每个簇的簇头(CH)负责不同簇之间的通信,sink在此交会区域内发送其更新的位置信息,并且当传感器节点想要发送数据时,会从该交会区域检索sink的当前位置信息并直接将数据发送到sink。仿真实验结果表明,在能耗与网络寿命性能方面,本文CRRP协议优于Rendezvous协议、LBDD协议、Railroad协议和Ring协议。     

基于拥塞控制的非结构化P2P网络的路由负载均衡策略

非结构化P2P(unstructured peer-to-peer network)对等网络中的节点资源定位的路由查询是对等网络研究中的一个主要难题,特别是当网络中客户端节点由于其频繁加入、离开导致网络结构动态变化所带来的资源查询难题.提出了一种新的基于拥塞控制的路由查询方法来实现动态网络下的资源查询.该方法分两部分实现:首先是网络资源的分组与节点重连策略.该策略使得具有同等资源的节点相互连接,并周期性地调整节点上的节点连接数量以减少同组资源节点上的负载.通过以上策略,使得网络的拓扑结构自动地从随机网络结构进化到以资源组为单位的聚类网络,从而使得网络中形成网络资源组间的查询负载均衡.另一方面,组内的节点之间的路由负载均衡是通过节点间协同学习实现的.采用协同Q-学习方法,所研究的方法不仅从节点上学习其处理能力、连接数和资源的个数等参数,还将节点的拥塞状态作为协同Q-学习的重要参数,并建立模型.通过这种技术,同一组节点上的资源查询被有目的地引导,以避开那些组内拥塞的节点,从而最终实现资源组内节点之间的查询均衡.仿真实验结果表明,相比常用的random walk资源查找方法,该研究所实现的资源定位方法能够更迅速地实现网络的资源查询.仿真结果还表明,相比random walk方法,所提出的方法在网络高强度查询和网络节点动态加入和退出的情况下进行查询具有更高的鲁棒性和适应性.     

无线传感器网络的RPL路由协议研究

路由协议执行网络拓扑描述、路由选择和数据包转发的功能,影响整个网络的性能和存活时间。现有的路由协议需要发送大量数据包维护网络拓扑,以及大量的存储空间来存储路由条目。由于硬件的限制,无线传感器节点无论是能量,还是其处理能力、存储能力都受到极大的制约。因此,IETFRoLL工作组提出了一种针对低功耗有损网络的IPV6路由协议,即RPL路由协议。文中对RPL路由协议的拓扑构建过程、数据包路由过程和Trickle定时器的算法等进行了分析,通过使用COOJA仿真工具对其进行仿真,验证了RPL路由协议在低功耗有损网络中具有较高的性能。     

一种改进的无线传感器网络最小跳数路由协议

针对无线传感器网络最小跳数路由协议数据包多路径冗余传输,能量消耗不均衡等问题,提出了一种改进的无线传感器网络最小跳数路由协议。该协议通过引入侦听机制在网络中建立传输路径,同时采用一种新的能量均衡策略解决关键节点能耗过快的问题,以有效延长网络寿命。通过自主研发的无线传感器网络仿真平台进行仿真,比较最小跳数路由协议和改进协议的性能。实验结果表明:改进协议能够很好的均衡网络能量消耗,提高网络能量有效性,延长了网络寿命。     

一种新的支持移动Sink的多媒体传感器网络路由协议

提出了一种新的支持移动Sink的多媒体传感器网络路由协议,该协议利用锚节点作为转发节点与移动Sink进行通信,避免多媒体传感器节点与Sink直接进行远距离通信,在多媒体传感器节点中采用改进的基于地理信息的路由协议建立路由路径.仿真实验表明:该协议不仅能支持移动Sink,而且能够有效降低节点能耗,延长网络寿命,提高数据传...     

传感器网络分层多路径路由协议

传感器网络节点在能量、存储空间和计算能力方面都受到严格限制,要延长节点的生存时间,必须设计出高效的路由协议.文章首先描述现存的传感器网络路由协议,提出基于星树结构的分层多路径路由协议(LAMP),并与其它分簇路由协议(如LEACH)作了比较.结果表明,此协议减少了节点的能量消耗,延长了网络寿命;可以很容易地形成多条互不相交的路径,提高了网络的容错能力.文章最后提出双Hash函数链方法,为LAMP协议提供安全的广播消息认证.     

一种基于非均匀分簇的无线传感器网络路由协议

在路由协议中利用分簇技术可以提高无线传感器网络的可扩展性.当簇首以多跳通信的方式将数据传输至数据汇聚点时,靠近汇聚点的簇首由于转发大量数据而负载过重,可能过早耗尽能量而失效,这将导致网络分割.该文提出一种新颖的基于非均匀分簇的无线传感器网络多跳路由协议.它的核心是一个用于组织网络拓扑的能量高效的非均匀分簇算法,其中候选簇首通过使用非均匀的竞争范围来构造大小不等的簇.靠近汇聚点的簇的规模小于远离汇聚点的簇,因此靠近汇聚点的簇首可以为簇间的数据转发预留能量.模拟实验结果表明,该路由协议有效地平衡了簇首的能量消耗,并显著地延长了网络的存活时间.     

域间多路径路由协议

边界网关协议(border gateway protocol,简称BGP)是当前互联网的核心协议,但是由于BGP是一种单路径路由协议,所以仍存在可靠性差、无法有效使用次优路径以及负载均衡支持较弱等问题.域间多路径路由可以通过发挥底层网络的AS级路径多样性,提高域间路由的可靠性、报文分组转发的总体性能和整个网络资源的利用率.因此,域间多路径路由是解决上述BGP问题的一种有效手段,符合互联网应用不断深入、促进路由技术发展的需求.主要综述域间多路径协议,并将其分为3类:单径通告多路转发协议、多径通告多路转发协议和新型域间多路径路由体系结构提出路径多样性、控制平面和数据平面开销、无环路特性等8项主要路由系统性能指标,并比较、分析了域间多路径路由协议.最后,指出域间多路径路由协议面临的主要挑战和未来的研究方向.     

移动传感器网络中一种基于接收者的跨层传输协议

移动传感器网络中节点的移动引起网络拓扑动态变化,数据源节点到Sink节点之间往往不存在稳定的通信路径,从而对数据传输协议提出了更高的要求.基于接收者的路由不需要建立数据源节点到Sink节点的全局路由,而是由发送节点的邻居节点根据自身的位置信息按一定规则参与转发权的竞争,动态地生成下一跳的转发路径,因此能够应用于移动传感器网络.针对移动传感器网络的特性以及现有相关协议存在的缺陷,提出了一种基于接收者的跨层传输协议.该协议优化了转发优先度计算方法,设计了一种自适应的转发申请信息发送机制,采用双信道通信模式解决了转发权竞争过程中的数据碰撞和多播抑制问题,并提出了一种简单高效的路由空洞逾越机制.仿真实验表明,该协议在通信开销、传输时延以及可靠性等方面具有较好的性能.     

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。     

主动层次多目通信路由模型

许多应用需要IP多目通信.在Internet大规模应用IP Multicast时,有效的路由是关键.这样的多目路由协议必须是有效的、可伸缩的和增量可配置的.但是传统的Internet路由对性能是不敏感的,不能平衡负载和处理拥塞.现有的大多数多目通信路由协议不仅负责数据转发,还负责路由树的构造,这给路由器带来了极大的复杂性,而且协议的配置是手动的、费时费钱的工作.该文提出一个主动层次式Multicast路由的体系结构,采用主动网络技术将多目通信路由协议的数据转发和控制机制分开,根据链路的状态信息用主动报文控