基于相遇节点跨层感知的机会网络高效低时延路由算法

针对基于epidemic机制的机会网络路由算法未能及时感知相遇节点以及在数据分组交换过程中存在冗余的问题,提出了一种采用跨层感知相遇节点思路的机会网络高效低时延路由算法——ERCES（epidemic routing based on cross-layer encountered-node sensing）,通过在物理层、MAC层和网络层之间的跨层信息共享与协同,实现相遇节点及时感知,并且采用节点相遇后立即广播新数据分组、收到SV（summary vector）分组后优先发送目的节点为对方的数据分组、动态自适应发送HELLO分组、借助SV删除节点缓存中已到达目的节点的分组等新机制,减少控制和存储开销,降低分组时延。理论分析验证了ERCES算法的有效性,仿真结果表明：与经典的Epidemic Routing算法及其多个改进相比,ERCES算法的控制开销和存储开销分别减少8.2%和2.1%以上,数据分组平均端到端时延至少降低了11.3%。     

基于树路由的ZigBee网络高效多径路由算法

针对ZigBee网络多路径分层树路由算法(Z-MHTR)存在网络开销过大,路径建立机制不够优化等问题,提出一种基于树路由的高效多路径路由算法Z-EMR(ZigBee Efficient Multipath Routing).Z-EMR算法在多路径建立过程中减少了寻路数据分组的发送个数,并且删除了树路径的重复发现过程,从而使得算法变得更加高效.仿真结果表明,与Z-MHTR算法相比,Z-EMR算法有效地降低了网络开销,减少了路径平均长度和平均端到端时延,达到了路径优化和提高ZigBee网络整体性能的目的.     

基于网络编码的机会网络高效路由算法

针对采用Epidemic机制的机会网络路由算法在数据分组传送阶段存在通信冗余的问题,提出了一种基于网络编码的高效路由算法--NCBER(network-coding-based epidemic routing）。NCBER在传送数据分组的过程中使用主动异或网络编码和多播,并取消了 Request（请求）控制分组,从而减少数据分组的转发次数和控制分组数量,降低网络开销,缩短分组传输时延。理论分析和仿真结果表明,NCBER 算法在网络开销和数据分组端到端时延性能方面优于经典的Epidemic路由算法及其改进算法MRRMR（message redundancy removal of multi-copy routing）,并且使数据传送成功率保持在100%。     

基于免疫信息SV捎带的机会网络低开销路由算法

提出一种新的低开销路由算法——LRPI（low-overhead routing with piggybacked immunity information）,它包含以下4种新机制：基于SV（summary vector）捎带的免疫信息存储和传送,免疫信息跨层快速产生,改进的SV交换,SV自适应压缩。通过采用这些新机制,LRPI算法不仅不需要专门的数据结构来存发免疫信息,而且能够更快速地实现同样的免疫功能。理论分析和仿真结果表明,LRPI算法在控制开销、节点缓存分组数和数据分组端到端时延等方面的性能均优于Epidemic路由算法和它的多个改进版本。     

一种基于无线电环境地图的路由优化机制

设计认知无线网络路由算法时,需要兼顾主用户保护与路由性能两个方面。为了提高认知无线网络中次用户之间路由的端到端性能,提出了基于无线电环境地图的路由优化机制,该机制中无线电环境地图能够为次用户提供主用户保护有关的无线电环境数据。首先,无线电环境地图根据次用户的数据请求将各授权频段的可用概率与功率控制相关信息反馈到该次用户;其次,次用户可以计算出与上一跳次用户之间的链路稳定性以及传输时延;最后,目的次用户通过计算每条路由的端到端吞吐量的期望值,然后选取期望值最大的一条路由。仿真结果表明,该路由机制在平均分组投递率、平均端到端吞吐量、平均端到端时延方面均优于对比路由算法。     

基于位置信息的机会网络高效路由算法

针对现有可用于机会网络的基于地理位置信息的路由算法周期性发布地理位置信息使控制开销偏大的问题,提出一种按需发布地理位置信息的高效路由算法,通过设计和使用一种根据需要发布地理位置信息的新机制,减少路由控制开销,同时使节点在路径断裂时携带数据分组,从而提高数据传送成功率。理论分析和仿真结果表明,文章所提算法与DREAM(Distance Routing Effect Algorithm Mobility)算法和它的改进算法BFDREAM(Boundary Forwarding DREAM)相比,在控制开销、数据传送成功率、分组端到端时延等方面的性能均有所提高。     

基于动态分段网络编码的DTN高效路由算法

针对DTN现有的动态分段网络编码(Dynamic Segmented Network Coding,DSNC)路由算法在编码包头部存在冗余字段、ACK反馈阶段存在冗余开销和节点因无序转发编码包而影响数据包端到端时延等问题,提出基于动态分段网络编码的DTN高效路由算法—ERBNC(Efficient Routing Based on dynamic segmented Network Coding).该算法通过采取压缩编码包头部字段、删除冗余的ACK分组、设置编码包的发送优先级等措施以减少网络开销和数据包平均端到端时延.仿真结果表明,与DSNC算法相比,ERBNC算法在网络开销和端到端时延方面的性能均得到改善.     

基于提前分配路径的低时延片上路由器结构

该文针对片上网络提出一种基于提前分配路径的低时延片上路由器结构(PAPR).新路由器采用提前路由计算和提前分配路径来缩短路由器流水线深度.提前路由计算为虚信道提前分配提供了可靠保障,即使在虚信道路径提前分配失败的情况下,也不影响分组在网络中的传输时延.该文提出基于缓存状态的仲裁算法BSTS(Buffer Status)综合考虑当前节点缓存信息和下游节点缓存信息,不但降低了分组等待时延,而且降低了缓存空闲的概率.仿真结果表明,新路由器能明显改善网络的时延和吞吐性能,相比采用滑动迭代轮询仲裁iSLIP(iterative Round-Robin Matching with SLIP(Serial Line Interface Protocal))算法的经典虚信道路由器,网络平均端到端时延降低了24.5％,吞吐率提高了27.5％;与采用轮询迭代RRM(Round-Robin Matching)算法的经典虚信道路由器相比,平均端到端时延降低了39.2％,吞吐率提高了47.2％.路由器硬件开销和平均功耗分别增加仅为8.9％,5.9％.     

基于多方议价博弈的机会网络高吞吐量低开销概率路由算法

针对含自私节点的机会网络中现有基于议价博弈的概率路由算法存在的消息单向传递影响转发概率提高、依赖虚拟货币进行交易削弱节点购买力以及消息交易过程有冗余交互的问题,提出一种基于多方议价博弈的高吞吐量低开销概率路由算法——HLPR-MG。HLPR-MG算法通过将节点两两博弈扩展为多方博弈以加快消息转发概率的提升,引入“以物易物”方式增强节点购买力,并且改进现有交互机制以减少博弈次数,从而达到提高网络吞吐量的和减小控制开销的效果。理论分析验证了HLPR-MG算法设计的有效性。仿真结果表明,与基于议价博弈的现有典型路由算法GSCP和BG相比,HLPR-MG算法的吞吐量和消息传送成功率至少提高了3.63%,而控制开销和平均端到端消息时延则分别降低超17.76%和4.03%。     

基于网络编码技术的水声网络路由协议研究

针对水声通信传输速率低、时延大的缺点,提出在水声环境下将随机网络编码方法应用于节点之间广播通信,利用NS-2仿真软件对网络编码路由协议NCR(Network Coding Routing)进行仿真,并分别从投递率、投递时延、协议开销和冲突率4个网络性能评价指标进行了分析。发现在节点数量为50的随机网络拓扑结构中,与传统的泛洪(Flooding)方式相比,NCR协议的数据包投递率大约提高了20%~50%,网络时延降低了大约50%~60%,NCR协议改善了水声通信网络传输效率,提高投递率,提高能量利用效率和传输可靠性,时延和数据冲突率有效降低,网络性能获得明显改善。     

基于邻居覆盖信息和节点移动速度的无线自组网多播方案

针对无线自组网节点的移动导致多播可靠性降低、开销和时延增加的问题,提出基于邻居覆盖信息的多播方案。该方案通过少量的Hello报文收集一跳内的邻居信息,并据此实时计算节点的密度系数、邻居节点未覆盖率等参数,利用所获参数动态调整节点的多播数据转发时延与转发概率。为进一步降低时延,提出一种基于节点移动速度的数据分发方案,它允许部分快速移动节点采用更高的概率转发多播数据。将其扩展至多播方案中,形成基于邻居覆盖信息和节点移动速度的多播方案。NS2的仿真结果表明,与现有方案相比,该方案将分组投递率提高27%,控制开销减少33.2%,并将端到端平均时延降低45%。     

一种基于分时的LEO卫星网络无环路由算法

在分析传统卫星网络路由算法的基础上，提出一种基于分时的LEO卫星网络无环路由算法(DTRA)。针对卫星在各时间片之间进行路由表切换时可能出现的路由环问题，算法采用平滑路由表切换策略消除由于切换前后网络状态信息不一致而产生环路的可能性，保证分组在任何时刻都能够沿无环最短时延路径被转发。同时，DTRA也能够通过使用无环备份路径处理可能出现的链路拥塞、节点失败等突发情况。通过复杂性分析可知，算法只需较小的星上存储开销和星上处理开销，而无需星问通信开销。仿真实验结果也表明算法能够提供数据最优传送，具有较好的端到端时延性能。     

一种高能效低时延的LLN路由修复算法

由于低功耗有损网络(LLN)中无线链路的不稳定性和有损性,外部环境的干扰极易导致网络出现故障,从而严重影响网络性能,而LLN网络中现有路由修复算法存在控制开销冗余和修复时延较大等问题。为此,提出了一种高能效低时延的LLN路由修复算法(EELDR-RPL)。该算法通过采用“零额外控制开销通告链路故障及邻居节点信息”机制,使得链路故障节点的子节点能够及时获知链路故障以及链路故障节点的邻居情况;通过采用“自适应调整节点网络深度值”机制,使得链路故障节点能够快速地重新接入网络;通过采用“链路故障节点子节点自适应切换”机制,能够达到优化网络拓扑的目的。仿真结果表明,与现有路由修复算法相比,EELDR-RPL算法能够有效地降低路由修复时延和减少控制开销。     

一种超低时延FEC实时视频编码算法

为满足5G实时视频传输的可靠性和低时延需求,提出一种面向低时延实时视频前向纠错（Forward Error Correction,FEC）传输控制算法。该算法根据实时视频帧到达情况和当前网络状况,建模FEC编码、缓冲区数据包与端到端时延之间的关系,优化当前时间段FEC编码器的最佳参数。实验结果证明,该算法能够使得98%的视频数据时延控制在100 ms之内,相较于静态前向纠错机制,时延平均减少了30 ms,且用户平均接收视频数据的有效损失率降低约2%。     

移动自组网典型路由协议的性能分析与比较

分析了移动自组网的先应式路由协议DSDV和按需路由协议AODV与DSR,并通过网络仿真软件ns2进行了仿真实验,对其分组投递率,端到端平均时延、吞吐量、路由开销等方面的性能进行了分析和比较.实验结果表明,按需路由协议具有更好的性能.     

一种低时延的短波自组网优化链路状态路由协议

优化链路状态路由(Optimized Link State Routing,OLSR)协议是一种先验式路由协议,网络中的所有节点通过周期性地发送控制消息来计算全网路由信息。在短波自组织网络中,节点周期性地发送控制消息会占据大量的信道资源,大幅增加网络的控制开销,浪费短波有限的带宽资源,导致网络通信性能急剧下降。其次,受到地形地貌、天线方向和接收性能的个体差异等影响,造成无线链路不稳定,导致网络中存在非对称链路,增加了通信端到端时延。为此,提出了一种低时延的短波自组网OLSR协议。该协议在执行MPR(Multipoint Relay)选择算法时综合考虑了节点的连接度和链路可靠性,在优化MPR节点个数的同时选择链路可靠性较大的节点作为MPR节点,在进行路由选择时能够利用网络中的非对称链路。仿真结果表明,该协议能优化数据包投递成功率、吞吐量、端到端时延和网络控制开销等性能指标。     

移动Ad Hoc网络中基于Qos的多路径路由协议研究

针对现有移动Ad Hoc网在大流量业务下无法提供高质量QoS保障的问题,通过推导证明提出了路径长度限制的路径稳定的约束关系,进而将QoS的判定因子引入一种确定性的最优权值约束路由算法进行实例化,并在该路由算法的基础上提出了基于QoS保障的多路径路由协议(MP-QAODV).通过仿真,验证了MP-QAODV协议在平均端到端时延、端到端数据分组投递率、归一化路由开销等方面优于AODV和AOMDV协议.     

水下声传感器网络的同步与最优TDMA调度

水声信道的传输时延大、多径扩展严重、带宽受限等特点,极大地制约了水声通信系统的可靠性和有效性。实现水下传感器网络同步,并在同步的基础上设计调度协议是提高水下传感器网络性能的重要手段。在对水声网络同步机制深入研究的基础上,提出了一种基于时空特性的TDMA调度机制(ST-TDMA)。考虑传播时延抖动、同步误差和同步开销的影响,分析并求解了ST-TDMA的最优保护时间间隔。仿真结果表明,提出的ST-TDMA方案可以获得显著的网络吞吐量和端到端时延性能提升。     

无线Mesh网中时延约束抖动优化的多路径流量分配算法

针对无线mesh网中多媒体应用的特点,研究多路径传输中路径时延满足约束且路径间抖动最小化的路径流量分配问题。首先,基于网络演算理论分析了数据分组在无线mesh网单路径传输中产生的队列时延,推导出单路径传输的时延上界以及多路径传输中的路径间时延抖动上界,并得到满足时延约束的路径最大容许流入速率;然后,基于时延及其抖动上界,提出满足时延约束抖动优化的路径流量分配算法DCJOTA,该算法根据路径最大容许流入速率按比例分配各路径流量,同时尽可能减小路径间的时延抖动;最后,分析了算法DCJOTA的可行性及其实现方法,并在NS2网络模拟器中验证了该算法的有效性。仿真实验表明,与AOMDV协议相比,集成了DCJOTA算法的多路径路由协议DCJO-AOMDV协议在时延及其抖动方面具有更好的表现:端到端平均时延降低3.9%,端到端平均时延抖动减小24.5%。另外,DCJOTA算法带来协议复杂性略微增加,DCJO-AOMDV协议下的网络吞吐量下降1.7%。     

长时延扩展水声信道的联合稀疏恢复估计

对具有长时延扩展的水声信道,传统的信道估计算法如最小二乘法将在大量零值抽头产生严重的估计噪声,导致估计性能下降,同时信道估计时所需的较高估计器阶数大大提高了运算复杂度。压缩感知信道估计方法可有效利用多径稀疏特性改善性能,但需采用较大的训练序列长度以保证稀疏恢复精度,由此导致额外的系统开销。利用水声信道多径稀疏结构在数据块间存在的相关性,建立基于分布式压缩感知的长时延水声信道联合稀疏模型,从而可利用同步正交匹配追踪算法进行联合重构,以进一步减小系统的训练序列开销,提高估计性能。最后通过仿真和海上实验验证了所提方法的有效性。