基于Q-Learning的无线传感器网络生命周期平衡路由

无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)由于容易部署和安装成本低等优势,受到学术界和工业界的广泛关注。然而无线传感器网络的节点在能量、计算能力、存储能力和带宽等方面都存在很大的局限性,复杂的传统网络路由协议无法直接应用到该网络中,因而简单高效的路由协议成为无线传感器网络的研究重点。为了延长传感器的工作时间,文章基于增强学习算法提出一种平衡无线传感器网络生命周期的路由协议Q-WRP。该协议综合考虑了节点的能量、到汇聚节点的跳数、传输时延等信息,为每个转发节点分配计算一个转发质量(即Q值),最终根据各转发节点Q值的大小选择出最优的转发路径。NS2仿真结果表明,该算法延迟了网络第一个死亡节点的出现时间,可以有效平衡网络节点的生命周期。     

一种面向目标跟踪应用的传感器网络路由协议

移动目标跟踪应用在能量效率、可靠性、实时性和可扩展性等方面对传感器网络路由协议提出了较高要求。提出了一种基于目标跟踪应用的路由协议GGSR(Geographical Greedy and Stateless Routing,GGSR)。GGSR协议由两部分算法组成:sink节点到移动目标区域的查询数据包路由协议和目标区域到sink节点的汇聚数据包路由协议。GGSR是一种完全分布式的按需路由协议,动态建立和路径维护。节点只需要维护自身状态信息,具有较好的可扩展性。协议采取基于地理信息的贪婪转发策略,通过减少通信跳数,缩短了数据包路由的时延。协议以节点能量和距离的综合函数作为转发代价,同时考虑节点不同状态下的能耗,对不活动的节点及时休眠,使得协议具有较高的能量效率。协议采取下游节点转发确认机制提高了协议的可靠性。仿真实验表明,算法能够满足目标跟踪应用对传感器网络路由协议的性能要求。     

适用于AdHoc网络具有能量约束的QoS路由协议

为了有效利用网络带宽和能量资源,延长网络生存时间,提出一种用于AdHoc网络基于节点剩余能量和路由传输能量的Qos路由协议（QRETP）。该协议通过计算节点带宽保证路由协议对QoS的要求,同时,综合考虑节点剩余能量和传输能量的状况,一方面以避免网络分割为目标,均衡节点能量耗损;另一方面从网络能量有限的角度出发,节省网络能耗。仿真表明,该协议在网络生存时间、节点平均能量消耗以及分组投递率等方面都有一定程度的改善。     

基于链路稳定度的车载网路由协议研究

针对车载网中节点移动速度快,拓扑结构变化速度快的特点,以及AODV协议广播式路由链路存活时间短、平均端到端时延大等问题,提出了一种通过计算链路稳定度的方式来改进AODV协议.在节点进行广播时,首先计算转发角度,然后,再将投影最长和链路生存时间最长作为综合选择条件,以此高效地选择路径相对较短以及链路相对稳定的路由.通过这种方式,改进后的AODV协议很好地解决了网络中链路易断裂的问题,提高了数据包的投递率,降低了平均端到端的时延.利用NS2仿真软件进行性能仿真,结果表明:改进后的AODV协议在包递率、平均时延和吞吐量方面优于传统模型.     

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.     

事件驱动型无线传感器网络最小时延路由协议

针对事件驱动型无线传感器网络对时延性能的要求,提出了一种最小时延路由(MDR)协议.该协议利用RTS/CTS消息机制建立路由,避免了复杂的路由算法所带来计算开销,并在此基础上通过控制节点的下一跳可达区域的子区域的数量和对应的后退窗口时间长度来最小化节点的感应数据包到达汇聚节点的时延.实验结果表明:所提路由协议有效提高了事件驱动型传感器网络的时延性能.     

无线传感器网络中基于能量效率的多路径路由算法

针对无线传感器网络节点能量受限的特点,本文提出了一种能量有效、负载均衡的多路径路由算法(EMR)。该算法在按需路由协议AODV基础上,不单纯以最小跳数或者最小时延作为路由选择依据,充分考虑到了路由的能量消耗最小化,避开剩余能量过低的节点,数据沿着最小跳数或路径关键能量比较高的路径传输,降低了网络的能量消耗,也避免关键节点的过量负载。分析与仿真结果表明,与AODV协议相比较,EMR具有更好的分组投递率、端到端时延,推迟了网络中出现死亡节点的时间,从而延长了网络生命周期。     

一种满足剩余能量约束的方向性Ad Hoc网络路由协议

本文提出一种基于剩余能量约束的方向性路由协议ED-AODV。该协议首先控制RREQ分组进行方向性传输来减小网络的洪泛负担;其次,提出基于剩余能量的预警机制,当移动节点剩余能量低于报警阈值时,通知源节点提前主动进行路由选择来提高路由的稳定性。ED-AODV采用的方向性控制RREO分组转发的方法又消除了提前进行路由选择带来的洪泛负担。仿真实验结果表明,在能量有限的情况下,采用ED-AODV协议在平均端到端时延、分组投递率性能指标上均优于AODV协议。     

基于拓扑快速变化的OLSR改进路由协议研究

针对优化链路状态路由协议（OLSR）在网络拓扑结构快速变化时性能下降的问题,提出了一种新的结合鱼眼状态路由和能量感知的自适应改进路由协议,命名为AFE-OLSR。该改进协议通过监听节点链路集和多点中继选择集的变化情况,自动调整HELLO和拓扑控制消息的发送频率,实现移动感知。同时,它借鉴鱼眼状态路由的思想,节点自动调整拓扑控制消息的转发次数。通过这些机制,该协议能够记录接收消息的能量大小实现能量感知,以及根据能量感知和移动感知的结果来帮助节点选择更稳定和更可靠的路由。仿真结果表明,AFE-OLSR在网络拓扑变化时端到端时延减少8%,分组到达率提高11%,建立全网路由时间减少12%;在网络拓扑静止时HELLO发送量减少19%,TC转发量减少15%。     

改进的基于蚁群算法的非均匀分簇路由协议

针对无线传感器网络中传感器节点随机分布造成能耗不均和“热区”等问题,提出了一种改进的基于蚁群算法的非均匀分簇路由协议。该协议也采用“轮”方式运行,每轮簇首选举开始阶段,根据节点剩余能量、节点密度,结合节点到Sink节点的距离来构造不均匀的竞选半径,每个节点根据竞选半径范围内邻居节点计算剩余能量比及距离偏差平均值,从而计算出其簇首竞争等待时间,采用时间等候簇首竞选机制来选举出簇首,平衡簇内的通信能耗;数据传输阶段,考虑剩余能量、通信能耗、链路质量、传输时延等因素,采用改进的蚁群算法构造最优传输路径,数据传输的同时更新信息素,从而达到自适应、动态优化地建立和维护传输路径。仿真结果表明,该路由协议能有效节约能量和均衡能耗,延长网络生命周期,改善链路质量,减少传输时延。     

Termite-hill: Performance optimized swarm intelligence based routing algorithm for wireless sensor networks

A wireless sensor network (WSN) is a large collection of sensor nodes with limited power supply, constrained memory capacity, processing capability, and available bandwidth. The main problem in event gathering in wireless sensor networks is the formation of energy-holes or hot spots near the sink. Due to the restricted communication range and high network density, events forwarding in sensor networks is very challenging, and require multi-hop data forwarding. Improving network lifetime and network reliability are the main factors to consider in the research associated with WSN. In static wireless sensor networks, sensors nodes close to the sink node run out of energy much faster than nodes in other parts of the monitored area. The nodes near the sink are more likely to use up their energy because they have to forward all the traffic generated by the nodes farther away to the sink. The uneven energy consumption results in network partitioning and limit the network lifetime. To this end, we propose an on-demand and multipath routing algorithm that utilizes the behavior of real termites on hill building termed Termite-hill which support sink mobility. The main objective of our proposed algorithm is to efficiently relay all the traffic destined for the sink, and also balance the network energy. The performance of our proposed algorithm was tested on static, dynamic and mobile sink scenarios with varying speed, and compared with other state-of-the-art routing algorithms in WSN. The results of our extensive experiments on Routing Modeling Application Simulation Environment (RMASE) demonstrated that our proposed routing algorithm was able to balance the network traffic load, and prolong the network lifetime.     

基于能量水平的多Sink节点传感器网络路由算法

单Sink节点传感器网络存在着部分关键路径上节点能量消耗过快、路由选择算法单一以及Sink节点失效等问题.首先提出了多Sink节点传感器网络数据收集的系统框架;给出了拓扑发现和维护策略;然后提出了基于最小能量消耗路由算法.在分析了该算法的不足后提出了基于能量水平的路由算法,按照计算得到的能量水平选择最优的路径进行数据传送.实验证明,基于能量水平的路由算法比基于最小能量消耗路由算法能更有效提高传感器网络的使用寿命.     

基于单向多汇聚节点的WSN分层路由协议

针对分层无线传感器网络的簇首节点容易成为网络瓶颈制约网络性能的不足,提出一种低能耗的路由协议。采用多汇聚（Sink）节点模式来构建网络,利用RSSI（接收信号强度指示）测出各传感器节点与各Sink节点之间的距离,并依据距离的远近为Sink节点划分作用域。通过传感器节点单向与所属Sink节点通信来降低簇首节点的负担。仿真实验结果表明提出的路由协议能有效克服簇首节点网络瓶颈问题,从而降低网络能耗,提高网络生存时间,对于无线传感器网络应用于大范围数据收集的网络具有重要的价值。     

Multi-constraint multi-objective QoS aware routing heuristics for query driven sensor networks using fuzzy soft sets

In this paper, a fuzzy based distributed power aware routing scheme considering both energy and bandwidth constraints, especially for query driven applications in the asynchronous duty-cycled wireless sensor networks are devised. The proposed multi-constraint, multi-objective routing optimization approach under strict resource constraints guarantees reliability and fast data delivery along with efficient power management in spite of unreliable wireless links and limited power supply. In query driven applications, the request from the sink to the individual sensor node will be a broadcast message, whereas the individual sensor nodes replies back to sink as unicast messages. In the proposed work, the fuzzy approach and “A Star” algorithm are utilized for satisfying energy and bandwidth constraints to route the broadcast messages of the sink while querying all the sensor nodes in the network. Every node will be provided with a guidance list, which is used to decide the next best neighbor node with good route quality for forwarding the received multi-hop broadcast messages. The route quality of the every node is estimated with fuzzy rules based on the network parameters such as maximum remaining energy, minimum traffic load and better link quality to increase the network lifetime. The provision of overhearing the broadcast messages and acknowledgements within the transmission range minimizes the effort to search for the active time of nodes while routing the broadcast messages with asynchronous scheduling. Further, in the proposed work only the time slot of its nearest neighbor relay node (to which packets are to be forwarded) is learnt to reduce the number of message transmissions in the network. For the unicast message replies, the fuzzy membership function is modified and devised based on the routing metrics such as higher residual energy, minimum traffic loads and minimum hop count under energy and bandwidth constraints. Also, the multi-hop heuristic routing algorithm called Nearest Neighbor Tree is effectively used to reduce the number of neighbors in the guidance list that are elected for forwarding. This helps to increase the individual sensor node’s lifetime, thereby maximizes the network lifetime and guarantees increased network throughput. The simulation results show that the proposed technique reduces repeated transmissions, decreases the number of transmissions, shortens the active time of the sensor nodes and increases the network lifetime for query driven sensor network applications invariant to total the number of sensor nodes and sinks in the network. The proposed algorithm is tested in a small test bed of sensor network with ten nodes that monitors the room temperature.     

基于汇聚节点移动的能量均衡路由协议的研究

在无线传感器网络路由协议的设计中,传感器节点的监测数据要以多跳中继的方式向sink汇聚节点进行传输。在sink汇聚节点固定网络,临近sink汇聚节点的传感器节点需要中转其他节点的监测数据,从而耗费大量的电池能量,很容易造成过早地死亡,使网络的连通度下降,甚至会造成网络的分割,缩短了网络寿命。为了解决这一问题,从sink汇聚节点的角度,提出了一个基于sink汇聚节点移动的能量均衡的路由协议——SERP路由协议,通过sink汇聚节点的移动,使其附近的传感器节点不断地发生变化也就是网络内的“热点”不断地发生变化,从而促使传感器节点间的负载得到均衡,达到延长网络寿命的目的。在协议中,首先将无线传感器网络的监测区域分成有限个虚拟单元格,然后以每个单元格的中心作为sink汇聚节点的移动位置,最后通过线性规划确定sink汇聚节点在每个位置的停留时间。针对上述路由协议,对它进行了仿真分析,结果显示网络内节点的能量消耗比较高效均衡,有效地延长了网络寿命。     

Particle swarm optimization based clustering algorithm with mobile sink for WSNs

Wireless sensor networks with fixed sink node often suffer from hot spots problem since sensor nodes close to the sink usually have more traffic burden to forward during transmission process. Utilizing mobile sink has been shown as an effective technique to enhance the network performance such as energy efficiency, network lifetime, and latency, etc. In this paper, we propose a particle swarm optimization based clustering algorithm with mobile sink for wireless sensor network. In this algorithm, the virtual clustering technique is performed during routing process which makes use of the particle swarm optimization algorithm. The residual energy and position of the nodes are the primary parameters to select cluster head. The control strategy for mobile sink to collect data from cluster head is well designed. Extensive simulation results show that the energy consumption is much reduced, the network lifetime is prolonged, and the transmission delay is reduced in our proposed routing algorithm than some other popular routing algorithms.     

无线传感器网络一种不相交路径路由算法

无线传感器网络经常被用来采集物理数据,监测环境变化.由于低功耗无线通信不确定性、链路质量不稳定性以及节点失效等问题,传感器网络很容易导致路由数据包丢失.为了提高网络路由的可靠性,人们提出多路径路由算法.多路径路由中源节点到目的节点的多条路径可能含有公共节点,或者公共边,如果公共节点或者公共链路失效,则这个数据包也丢失,因此又有人提出不相交多路径路由算法.不相交多路径路由算法又分为链路不相交多路径路由算法和节点不相交多路径路由算法.提出了一种不相交路径路由算法,可以将感知节点采集到的数据通过不相交路径传送到汇聚节点,提高路由的可靠性.而且,这个算法还可以很方便地应用到多Sink节点的网络当中.该路由算法用到的路由表大小为|K|,其中|K|表示路径数.算法的运行时间复杂度是O(|L|),其中|L|表示网络中的边数.     

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。     

无线传感网络交叉覆盖节点路由删除仿真研究

针对无线传感网络中节点的覆盖范围较小,删除无用路由所用时间较长,导致网络覆盖率低和路由删除效率低的问题,提出无线传感网络交叉覆盖节点路由删除方法。建立节点覆盖模型,在节点覆盖模型的基础上将无线传感网络的覆盖率和连通性当做综合评价函数,构建无线传感网络交叉覆盖节点优化布局的数学模型,并采用罚函数结合无约束优化模型代替传统约束优化模型。运用自适应遗传算法求解无约束优化模型,实现无线传感网络中交叉覆盖节点的优化布局,进而删除无线传感网络中存在的无用路由。分析实验结果得出,所提方法的网络覆盖率高、路由删除效率高,说明所提方法实际应用性强。     

基于隔离问题节点的可信传感器网络体系结构

从分析问题节点引起的路由感染问题出发,探讨了使用基站来鉴别、搜索和隔离问题节点的新思路,介绍了一种隔离问题节点的传感器网络可信体系结构,提出了服务于该体系结构的可信路由协议,该协议通过规避问题节点来选择不包括问题节点的安全路径。仿真实验显示,该方案能有效地提高传感器网络有效发包率并延长网络生命期,减少路由感染影响。该方案适用于以数据为中心的资源受限的传感器网络。