基于Quorum的低占空比WSNs最优延迟可靠路由算法

在无线传感器网络中,异步低占空比技术可以极大地降低能耗,但是由于节点的低占空比唤醒会造成极大的端到端数据时延。针对这个问题提出一种基于Quorum的异步自适应低占空比路由算法ORDA(Optimal-Reliable delay routing algorithm for low duty cycle WSNs based on Quorum),将异步占空比网络和实际链路模型相结合,在异步占空比网络中节点在不同时刻的邻居发现延迟也在不断变化。首先为每个节点根据网络负载选择自身的Quorum类型,并利用Quorum特性来计算邻居节点的重叠时隙个数;然后根据链路质量进一步计算出这一跳范围内邻居节点间的成功转发预期值,并在即将唤醒的节点中选择更可靠的节点转发数据。仿真实验证明,该算法不仅能够降低端到端延迟,而且能获得很好的转发成功率。     

基于跨层设计的无线传感器网络MAC协议

针对占空比MAC协议存在端到端传输延迟问题,提出一种新的占空比MAC协议——PRMAC。PRMAC通过跨层路由信息帧的提前传送可以调度数据包在一个周期内多跳传输,从而降低网络延迟,提高能量有效性。NS-2仿真结果表明,PRMAC在没有牺牲能量有效性的情况下,改进了传统占空比协议的端到端传输延迟,并能提高网络吞吐量。     

基于低占空比的机会汇聚树路由协议

针对无线传感器网络(WSN)中存在节点剩余能量不足而导致的路由失效问题,提出一种基于低占空比的汇聚树机会路由算法CTOR。在CTOR中,首先根据网络的传输质量需求确定路由候选节点集;然后,节点以广播方式向所有候选节点传输数据包,收到数据包的候选节点再以一定概率转发该数据包,转发成功的候选节点即为选定的路由节点。概率的引进保证了高数据传输质量与轻网络负载;同时,网关节点发送时间同步控制信息以达到全网时间同步的目的;节点根据固定占空比进行休眠切换,以减少节点的能量消耗,延长网络的生存周期。仿真实验表明,基于低占空比的协议可有效地避免网络空洞问题,延长网络的生存周期;同时,机会性的转发可以有效地提高数据包的成功接收率,降低网络的丢包率。     

无线多媒体传感器网络能量敏感多路径路由

针对节点能量分布不均匀的无线多媒体传感器网络中大数据量传输问题,提出一种无线多媒体传感器网络能量敏感多路径路由算法EACM。该算法通过平衡路由节点间剩余能量差异,调节多路径聚集程度来均衡网络能耗减少数据包在路径上的延迟。仿真结果表明EACM算法能有效地延长网络生存期,减少数据包在路径上的时延。     

能量均衡的无线传感器网络短路径路由算法

如何均衡地使用无线传感器网络节点的能量并产生较小的网络延迟是无线传感器网络研究的一个难点. 本文提出了一种能量均衡的无线传感器网络短路径路由算法EB-SPR (Energy-balanced short path routing). 首先将网络构造成层次结构, 节点根据上一层邻节点能量水平并优先使用剩余能量多的节点作为下一跳来转发数据包, 这种方式有效地平衡了网络能耗, 进而提高了网络生命周期. 另外, EB-SPR通过在路由中限制数据包在同一层被转发的次数来降低数据到达基站的跳数. 本文证明了EB-SPR下源数据包到达基站所经历的跳数最多为最短路径路由算法的2倍, 所以本文算法产生的网络延迟具有明确的上界. 模拟实验表明EB-SPR有效地延长了网络生命周期并能产生较小的网络延迟.     

WSN中一种基于EDC的机会路由协议

对于有损链接无线网络,机会路由的性能优于传统单播路由,然而由于无线传感器网络具有很强的占空比特性,使得现有的机会路由协议不适用于无线传感器网络。为此,提出一种基于占空比唤醒估计值(EDC)的机会路由协议,将EDC度量的关键特性作为路由度量,以支持分布式计算,从而生成无回路路由拓扑。通过理论分析表明EDC度量可以近似得出报文转发需要的占空比唤醒真实值。Twist和Motelab测试床上的实验结果证明,与基于预期传输次数的机会路由协议相比,该协议在无线电占空比值、时延和转发节点数量等方面性能更优。     

能量平衡和延迟约束的水声网络路由协议

水声网络路由协议是水声网络研究的一个热点问题。水声网络路由协议面临着节点能量有限、带宽窄、高传播延迟等的限制。本文从能量和延迟角度出发,设计了一种能量平衡和延迟约束的路由协议。该协议通过感知周边节点能量和负载,使得节点在选择转发节点时尽量选择剩余能量高的节点,同时在网络负载较高时能有效避开网络拥塞区域,从而在能量均衡的同时降低数据包的端到端延迟。     

能量均衡的ZigBee路由算法优化研究

传统的ZigBee路由算法存在泛洪式路由请求(Routing Request, RREQ)消耗网络大量能量和网络内节点能耗不均等问题,缩短了网络生存周期。本文提出一种优化选取转发节点的能量均衡路由算法。在路由发现阶段限制RREQ广播半径,路由选择阶段通过多目标优化选取最佳下一跳节点,并且通过节点间周期性交换休眠时序,实现同步低功耗路由机制。基于NS-2.35的实验结果表明,与传统的ZigBee路由算法相比,本算法可以提高数据包的平均到达率,减少数据包的平均端到端延迟和保持网络内节点能量平衡,进而延长网络生存时间。     

基于道路分段的车载自组织网络路由协议

针对城市车载自组织网络中由于车辆运行速度快、网络拓扑结构变化频繁导致的路由链路不稳定问题,提出一种基于道路分段的车载路由协议RSRP。考虑交通灯对车辆速度和空间分布的影响,对不同区域的道路进行分段,选择路段上骨干节点,建立稳定的道路骨干网。在交叉路口选择桥节点,连接相邻路段上的骨干节点,获取路段上传输包所产生的延迟,并更新路段上的网络拓扑信息,通过桥节点获取的车辆状态信息,对路段分配相应权重,并选择最低权重所对应的路段作为路由路径,进而提高数据包传输的投递率,减小端到端时延。在NS2实验仿真平台下模拟真实的城市道路与车辆交通场景,结果表明,与GPSR、GyTAR等路由协议相比,RSRP协议能更好地适用于城市道路场景。     

基于特征选择的无线传感器网络路由标识算法

针对无线传感器网络具有节点数量大、分布范围广、以数据为中心进行路由等特点,提出了一种基于特征选择的路由标识算法。该算法首先通过汇节点向传感器节点发送“询问”数据包,收到数据包的各个节点检查自身特征是否与“询问”内容相符,然后发送一个“答复”信息到网络,完成路由的标识。仿真结果证明该算法可以解决传统路由协议中的冗余信息和广播风暴,在生成、接收信息上具有更好的稳定性,并能够有限地减少能耗。     

An effective algorithm for delay-constrained dynamic multicasting

With the development of multimedia group applications, the construction of multicast routing tree satisfying Quality of Service (QoS) is more important. In many multicast applications, it is required that the network supports dynamic multicast, which the membership of the multicast group changes with the time. In this paper an effective heuristic algorithm is proposed for dynamic multicast routing with delay-constrained. Aims of this proposed algorithm is to guarantee that: (1) the cost of multicast tree is as small as possible at each node addition/removal event, (2) all the maximal path delay is meet a fixed delay-constrained, (3) minimize perturbation to an existing tree. The proposed algorithm is based on ‘damage’ and ‘usefulness’ concept, and a Balancing Factor (BF) is provided to judge whether or not to arrange a region of tree. Mutation operation in Genetic Algorithm (GA) is also employed to find an attached node in tree for a dynamic adding node. Simulation shows that our algorithm performs well than those static heuristic algorithms in term of cost especially.     

传输速率感知的机会路由候选路由节点选择和排序

以期望传输时延为度量指标,提出了传输速率感知的机会路由候选路由节点选择和排序算法。分解机会路由为节点到其候选路由节点集的anycast传输和候选路由节点集到目的节点的剩余机会路由传输,迭代计算节点的机会路由最小期望传输时延,根据最小期望传输时延选择和排序候选路由节点。模拟实验结果表明,提出的机会路由候选路由节点选择和排序算法能明显提高机会路由的传输性能。     

基于关键节点时延约束低代价组播路由算法

针对时延约束下低代价组播树的构建方法,提出了一种基于关键节点的时延约束低代价组播路由算法.该算法对已有的动态时延优化的链路选择函数进行改进,并加入关键节点和关键次数的概念.在首次选择目的节点时,重点考虑关键节点和关键次数因素,降低了选择低代价链路的时间复杂性,再利用改进后的链路选择函数依次选择节点加入树中,进而产生满足要求的组播树.实验仿真结果表明,该算法不仅能正确构建出时延约束低代价组播树,且与其他算法相比,构成组播树所需平均时间更少.     

移动场景下的节点高效寻路RPL路由算法优化

在低功耗有损网络(low power and lossy networks)中,现有的移动性支持路由算法存在控制消息冗余,应用场景不具有普适应,网络丢包率和移动节点能耗较高等问题.针对这些问题,提出一种移动场景下的节点高效寻路RPL路由算法(efficient pathfinding RPL routing algorithm for nodes in mobile scenarios,MSE-RPL).该算法提出的优化思路如下:首先,精简了移动节点的控制消息,并采用自适应黑名单机制建立备选父节点集,从而降低了移动节点的能耗;其次,基于移动节点的移动速度和方向,从备选父节点集中选择移出通信范围预估时间最短的节点作为最优父节点,不但适用于随机移动场景,还降低了平均端到端时延;最后,在链路中断前,利用DIS计时器及时通告DIS消息以快速重构拓扑,降低了丢包率.仿真结果表明,MSE-RPL算法在平均端到端时延、移动节点能耗、丢包率等性能指标方面均有明显改善.     

基于功率调节的IWSN实时可靠路由研究

针对工业无线传感器网络对延迟、可靠传输以及成本的特殊要求,研究了一种基于功率调节的实时可靠路由协议,将两跳速度策略引入到路由算法中,提高工业无线传感器网络的实时性;将节点剩余能量以及能耗同时考虑,以平衡网络能量并提高网络寿命;引入功率调节机制以绕开路由空洞,提高节点可靠性.仿真结果显示,与已有方法相比,采用的方法在总可靠度、截止期错失率以及包平均延迟上有着显著改善.     

A Delay-Constrained Least-Cost Multicast Routing Heuristic for Dynamic Multicast Groups

Many new multimedia applications involve dynamic multiple participants, have stringent end-to-end delay requirement and consume large amount of network resources. In this paper, we propose a new dynamic delay-constrained least-cost multicast routing algorithm (DDCLCMR) to support these applications. When group membership changes, the existing multicast tree is perturbed as little as possible. Simulation results show that DDCLCMR performs very well in terms of cost for both, static and dynamic multicast groups, when compared to the best multicast algorithms known. Our evaluation of the cost performance of the algorithms showed that DDCLCMR is always within 10% from BSMA which has the best cost performance among all the proposed delay-constrained static multicast heuristics, while NAIVE, the well-known dynamic multicast routing algorithm, is up to 70% worse than BSMA in some cases.     

时延受限且能量高效的无线传感网络跨层路由

如何通过网络的多跳中继把传感器节点收集的信息快速、高效地传输至基站,是无线传感器网络的基本问题.研究发现,MAC(media access control)层的睡眠调度和无线信道的不规则性均会对路由协议的效率产生较大影响.虽然传统分层设计的网络协议有着模块化的优点,但各层之间的相互独立却导致网络的整体性能不能达到最优.此外,已有协议通常采用牺牲时延以提高能量效率的方法,会给时延敏感系统带来不能容忍的端到端时延.提出一种时延受限且能量高效的跨层路由协议(delay-constrained and energy-efficient cross-layer routing,简称DECR),该协议在做出路由决定时考虑MAC层以及链路层的相关信息,其目标是在将端到端时延控制到低于预定上界的前提下最优化节点的能量效率.理论分析和实验结果表明,所提出的跨层路由协议具有较好的性能.     

基于信号功率随机衰落模型的无线传感器网络干扰感知路由

为了降低无线传感器网络信号功率的衰减以及节点干扰对数据传输效率所造成的影响,提出了一种基于信号功率随机衰落模型的无线传感器网络干扰感知路由。首先,根据概率论提出了干扰节点不同分布情况下成功传输数据的两种概率干扰模型,并将节点的干扰、路由收敛及节点剩余能量问题作为路由度量建立了干扰感知路由;然后,通过将干扰、路由收敛,以及节点剩余能量作为评估权值,来共同决定最佳的下一跳节点。通过NS2的仿真数据表明,与基于差异化服务的干扰感知路由算法和基于编码的干扰感知路由协议相比,所提出的算法在数据投递平均成功率、能量消耗及平均延迟时间上均有一定优势。