一种基于多播分发树的无线传感器网络代码分发协议

代码分发协议是无线传感器网络（WSNs）在实地部署之后进行软件更新的关键技术。针对现有代码分发协议对特定目标节点分发时需要传输冗余代码镜像的问题,提出了一种基于多播分发树的代码分发（MTCD）协议。MTCD协议通过建立基站节点到目标节点的分发树路径来降低网络中参与代码分发节点的个数,从而降低数据冗余传输和网络能量消耗。TOSSIM仿真结果表明：与TinyOS的标准代码分发协议Deluge相比,MTCD协议在分发时间和数据包传输方面都有更优的性能。     

Ad Hoc网络新型多播路由协议MAODV-SP研究与仿真

该文将移动Ad Hoc网络多播路由协议作为主要研究内容——基于树的多播路由协议MAODV(Multicast Ad Hoc On-De-mand Distance Vector Routing Protocol)。针对目前MAODV协议存在可扩展性、健壮性差的问题,该文提出了一种新的优化改进协议MAODV-SP(MAODV With Stable Path),主要从两个方面对MAODV协议进行了扩展改进。首先在多播树建立方面,MAODV-SP协议采用了基于邻居变化率稳定路径选择机制,根据不同路径上各节点的邻居变化率累乘值,选择转发跳数小且局部拓扑变化小的稳定路径进行数据转发。其次在多播树维护方面,MAODV-SP协议采用了基于链路状态预测链路可用性机制,对节点的移动性和链路状况进行预测,在预测到链路断链即将发生之前,重新选择一条新的有效路由转发分组,使网络的性能达到最优。     

基于节点性能的应用层多播模型

为降低多播组的维护开销、改善多播树的负载平衡,提出一种考虑节点优先级的方法,并将该方法应用于Zigzag协议。该协议采用分层分簇的思想,由簇首节点负责管理本簇而由父节点负责分发数据。因为考虑到节点的异构性,该协议使能力强的节点担当首节点与父节点以提高多播组性能。通过实验验证与理论推导得出,与Zigzag 协议相比,改进后的协议在新节点加入多播组时,开销大大减小,节点退出时开销也相应减小,而多播树的负载平衡也有所改善。     

一种低能耗的代码分发协议

在无线传感器网络中,普遍采用周期性广播元数据的数据包来判断代码分发,存在能耗过大的问题。为此,提出一种低能耗的代码分发协议。该协议在节点正常通信时便可判断是否需要代码分发。仿真结果表明,与现有的分发协议相比,该协议可降低代码分发的能量消耗。     

车载自组织网络中一种连通度感知的可靠数据分发机制

车载自组织网络可以通过多跳无线广播实现远距离的数据传输,但网络拓扑的快速变化和无线通信质量的不稳定会导致数据传输性能的不稳定.为了应对这些挑战,文中提出了一种适用于城市场景的可靠的、连通度感知的数据分发机制.该机制利用实时收集的交通流量数据,建立路口车辆排队长度变化的马尔可夫模型,并基于此模型估算路段间无线网络连通度的实时变化,以便数据沿最小延迟路径进行转发.该机制还考虑到城市环境对无线信号的干扰,用覆盖消除规则改进了贪心广播算法,通过多候选转发策略增强了路段间数据传输的可靠性.模拟实验结果表明,与基于传染病的数据分发协议、基于静态节点的自适应数据分发协议相比,文中提出的机制能实现高可靠、低延迟的数据分发.     

基于最优能耗多播树构造的Ad hoc网络节点路由算法研究

针对Ad hoc网络中最小能耗多播树的生成和优化问题,提出了基于最优能耗多播树构造的Ad hoc网络节点路由算法。在该算法中,首先将最小能耗多播树生成问题转化为不同中继节点集合幂空间中的动态寻优问题,构建基于最优能耗多播树求解模型;然后利用改进的粒子群算法对不同维度空间上代表中继节点链路的粒子的权值进行映射和修正计算,再依据粒子适应度值对粒子的局部极值和全局极值进行更新;最后根据粒子位置和速度更新机制进行迭代计算,将最终的全局极值点和极值作为最优多播树的节点位置和能耗值。实验仿真证明,该算法具有较好的粒子多样性,全局搜索和局部搜索能力较好,并且优化能力较强。     

移动自组网中一种网络生存时间最优的广播算法

移动自组网中广播操作的网络生存时间问题一直是备受关注的热点研究问题.现有的研究已经证明,基于最小生成树算法的广播算法能够最优地解决网络生存时间问题.但是,这些研究工作都是基于静止的网络拓扑,从而不适用于一些实际的网络拓扑动态变化的应用场景,如军事通信应用等.因此,针对节点移动导致的网络拓扑变化的场景,本文提出了一种移动...     

无线自组网多播协议的设计与仿真

在Ad hoc网络中,为了平衡能耗与鲁棒性,结合基于树和基于网格的多播协议的特点,给出了一个新的多播路由协议,基于Power aware优化的备用路径的多播协议(power aware-backup tree multicast,Pa-BTM).该协议采用主树和备用树相结合使用的方法,当主树损坏后立即采用备用树进行工作,提高了鲁棒性,同时基于树的结构也减少了能量的消耗.最后,使用仿真工具GloMosim对MAODV,ODMRP及Pa-BTM模拟仿真.仿真结果表明,该协议在包分发率和能量效能等性能上有所改善,可以较好地提高网络生存时间.     

一种基于节点能力区分的Pareto最优网络编码组播方法

快速数据分发在突发事件响应,军事领域等具有重要的应用。针对异构用户节点群体下快速数据分发问题,提出基于能力区分的拓扑构建和速率控制的网络编码组播协议CORE。CORE利用能力区分的自适应层次化拓扑构建鼓励节点提供高的上传带宽并优化系统范围吞吐率;利用直方图的方式对基于网络编码的数据传输进行流量控制,降低冗余数据的传输;基于分布式的速率控制实现Pareto最优的下载速率分配。实验结果表明CORE具有良好的可扩展性,能够充分利用异构节点的上传能力,提供区分的下载带宽分配,较高的数据传输吞吐率、低端到端网络延迟,能够提供异构网络环境下分发时间紧迫的数据分发服务。     

一种新的QoS覆盖多播路由协议的研究

研究了QoS覆盖多播路由问题,对度约束模型进行扩展,提出了一个新的支持QoS路南的覆盖多播网络模型．基于此模型,提出丁一个新的QoS覆盖多播路南协议QOS覆盖多播树协议（QOMTP）．该协议采用分布式和树优先的策略,使多播组成员之间能自组织地构建一棵基于源的、满足QoS约束的覆盖多播树．该协议采用了一种新的启发式局部优化算法,通过调节启发因子,能灵活地在延时和带宽之间进行均衡．仿真实验表明,采用按请求带宽转发媒体流,并选择适当的启发因子,QOMTP协议能减少多播树上节点的网络资源占用越,同时获得较高的节点接纳率和较好的动态适心性,从而证明了该协议机制及其算法的有效性．     

A scalable code dissemination protocol in heterogeneous wireless sensor networks

Code dissemination is currently a major research issue in wireless sensor networks (WSNs).Many studies focus on code dissemination in homogeneous WSNs,mainly using a broadcast approach to solve this problem;few studies on code dissemination in heterogeneous WSNs.Furthermore,broadcasting cannot readily be used to solve the heterogenous WSN code dissemination problem directly,which is where we have focused our attention.We transformed this problem into a minimum non-leaf nodes (MNN) Steiner tree problem.We designed a scalable multicast protocol,named Heterogeneous Sensor Networks Scalable Reprogramming Protocol (HSR) to solve the MNN problem.HSR can build different multicast trees according to different nodes or code modules to disseminate different codes to them.HSR is able to approximate the MNN tree problem to a ratio of ln|R| (R is the set of all destinations) best known lowest bound.Therefore,the communication cost is significantly decreased and the total energy required by WSNs is reduced.We further designed two scalable schemes,special routing log and hops-restricted local broadcast,which compress the multicast tree information and deliver the multicast messages without loss.We also designed a 3-stage pipeline to speed up the transmission of packets,which alleviated interference and hidden terminal issues.We evaluated our design through comprehensive simulations and prototype implementations on Mica2 motes.Experimental results demonstrate that HSR outperforms previous protocols including the most recent studies on Sprinkler and uCast.     

Scalable Base-Station Model-Based Multicast in Wireless Sensor Networks

Multicast is essential for wireless sensor network (WSN) applications. Existing multicast protocols in WSNs are often designed in a P2P pattern, assuming small number of destination nodes and frequent changes in network topologies. In order to truly adopt multicast in WSNs, we propose a base-station model-based multicast, SenCast, to meet the general requirements of applications. SenCast is scalable and energy-effcient for large group communications in WSNs. Theoretical analysis shows that SenCast is able to approximate the Minimum Nonleaf Nodes (MNN) problem to a ratio of ln |R| (R is the set of all destinations), the best known lowest bound. We evaluate our design through comprehensive simulations and prototype implementations on Mica2 motes. Experimental results demonstrate that SenCast outperforms previous multicast protocols including the most recent work uCast.     

可靠可缩放安全多播密钥更新实现研究

实现安全多播的一般方法是设法让参与多播的所有成员共享一个组密钥，当有组成员离开或组密钥失密时，要进行组密钥的更新，当多播组较大时，组密钥更新的缩放性和可靠性是一个重要问题，解决缩放性可采用批量密钥更新方法(BKR)；解决可靠性可基于报文重传和纠错码等方法，WKA给出了一种对密钥树分层加权解决上述问题，在分析密钥更新需求的基础上，基于WKA方法，提出了一种在前缀编码的密钥树中，实现动态分层式密钥更新的方法(A-WKA)，使用前缀编码可以很方便地计算出密钥树中变化结点位置关系，从而为动态分层提供快速、准确的决策依据，仿真分析表明，所提出的算法较WKA方法有较大的优势。     

多点组播的可靠扩展控制机制研究

针对多点组播（multicast)控制机制中可靠性（reliability)与可扩展性（scalability)间存在的问题,将扩展性方案中超立方体（hypercube)拓扑思想与可靠性方案中反馈重发局部化（localization)思想用于控制机制,提出一种基于超立方体拓扑的可靠扩展控制机制：将组播节点控制拓扑从1维树型拓扑映射为n维超立方体拓扑,运用超立方体拓扑的几何特性将基于包丢失的局部反馈重发可靠性有效融于节点扩展性中,实现组播的有效可靠扩展。理论分析与实际测试表明：控制机制有着良好的扩展性和可靠性,可满足不同网络条件下的多点组播的可靠性扩展。     

基于遗传算法的可扩展应用层组播树构建

在应用层组播中,为降低节点的路径延时,通常采用遗传算法和启发式算法来减小组播树直径的方法,但在组播树具有大规模节点数时,遗传算法收敛时间长,而采用启发式算法难以在有约束条件下达到全局最优.本文在具有超节点的双层应用层组播模型基础上,提出了利用遗传算法构建出度受限最小带权路径延时生成树（MWPL-DC-ST）的生成算法GA-MWPL-DC-ST,利用该算法可在超节点上对双层组播树进行分布式构建,从而将求最优解问题的巨大计算量分担到多个超节点上.算法中的初始化、杂交和变异阶段采用启发式算法,对变异参数进行适应性调整,加快了算法的收敛速度.仿真试验表明,本文提出的双层应用层组播模型和GA-MWPL-DC-ST算法能得到比启发式算法更优的解,与采用单层模型的遗传算法相比较,显著降低了算法收敛时间,解决了遗传算法构建有大规模节点数的应用层组播树的可扩展性问题.     

LABS: Latency aware broadcast scheduling in uncoordinated Duty-Cycled Wireless Sensor Networks

Broadcast is a fundamental operation in Wireless Sensor Networks (WSNs) and plays an important role in a communication protocol design. In duty-cycled scenarios, a sensor node can receive a message only in its active time slot, which makes it more difficult to design collision-free scheduling for broadcast operations. Recent studies in this area have focused on minimizing broadcast latency and guaranteeing that all nodes receive a broadcast message. This paper investigates the problem of Minimum Latency Broadcast Scheduling in Duty-Cycled (MLBSDC) WSNs. By using special geometric properties of independent sets of a broadcast tree, we reduce the number of transmissions, consequently reducing the possibility of collision. Allowing multiple transmissions in one working period, our proposed Latency Aware Broadcast Scheduling (LABS) scheme provides a latency-efficient broadcast schedule. Theoretical analysis proves that the scheme has the same approximation ratio and complexity as the previous best algorithm for the MLBSDC problem. Moreover, simulation shows that the new scheme achieves up to 34%, 37%, and 21% performance improvement over previous schemes, in terms of latency, number of transmissions, and energy consumption, respectively.     

具有范围选择的传感网络再编程协议算法研究

已有的传感网络再编程协议大多假定网络中所有节点是同类的,运行同一版本的应用程序,而实际网络节点是异类的。提出了一种新的具有范围选择的再编程协议,该协议变传统的ADV-REQ-DATA三次握手该协议为路由形成、代码传送、请求丢失包三个阶段协议,有效地降低了参与代码转发的中间节点数;中间转发节点通过获取一跳范围内希望接收更新代码数据的节点序列,采取单播或组播方式有针对性传送更新代码,而不是泛洪式的广播,减少了REQ确认信息包,并能统计出参与代码更新的同类节点数和参与代码转发的异类中间节点数。性能分析与模拟实验表明:该协议在平均延时、能量消耗等方面优于传统的Aqueduct。     

多媒体通信中带度约束的多播路由算法

随着多媒体业务的发展,多播技术应用日益广泛,多播路由是要寻找连接源节点和一组目的节点的一棵多播树,这个问题在数学上归结为Steiner树问题,它是一个NPC问题。在实际网络中,网络节点具备不同的多播能力,有些节点不支持多播,有些节点支持多播,但为了保证网络速度和节点负载平衡,支持多播的节点要限制其复制信息的数量,即节点的多播能力受限。在这种情况下,寻找多播树变得更加困难,该文用节点的约束来表示敏个节点具备的多播能力,节点多播能力受限情况下的多播路由问题被称为带度约束的多播路由问题,其仍是一个NPC问题。该文提出了一种求解带度的约束多播路由问题的双层遗传算法。算法的基本思想是最优多播树应是一棵满足度约束的最小生成树,因此问题的关键在于如何找到包括在最优生成树中的Steiner节点。遗传算法 采用二进制编码方式,内层算法用于求解满足度约束的最小生成树;外层算法进行全局搜索。该文将算法在稀疏图上进行实验,为了更好地模拟真实网络,稀疏图中每个节点具有不同的多播能力,并且多播目的节点数目相比于网络节点数要小。实验对算法进行了三方面比较：（1）解的质量;（2）计算时间;（3）算法的收敛性。实验结果表明,文中提出的遗传算法能够找到费用较小的多播树,但是当网络规模增大时,算法的求解时间也较长。