天基自组织网络分布式抗毁路由算法设计与研究

天基自组织网络是一种大时空尺度的复杂网络,具有节点数量庞大、组成复杂、星间拓扑结构高动态变化等特点。为保证网络信息传输的连续性,亟需设计一种能够尽量减少重路由的出现,并对网络故障情况及时给出准确响应的天基自组织网络路由协议。针对现有卫星路由算法使用的源端重路由方法中存在的时延大、丢包率高的问题,提出一种天基自组织网络分布式抗毁路由算法,以最小化端到端时延为约束求解最优路径,并通过断点续传的方法可以在失效节点处重新探测一条到达目的节点的路径。仿真结果表明,在节点可能失效的场景中,该算法以少量控制开销为代价,可以获得较好的数据传输率和时延性能,保证了路由的可靠性和抗毁性。     

基于表驱动的路由协议设计与FPGA实现

针对ad hoc网络的拓扑可变性,设计了一种基于表驱动的网络路由协议。该路由协议中的每个节点维护一个拓扑集和一张到其他节点的路由表,当网络的拓扑结构变化时,各节点实时更新网络的拓扑项和路由表。同时在FPGA上实现了一种基于有限状态机（FSM）的路由表管理。经验证,该路由协议可以快速响应拓扑的变化,路由时延低,硬件资源占用少且功耗小。     

基于速度自适应的无线网络编码协议设计

传统网络编码方案使用固定的传输速率,没有考虑传输速率自适应对网络性能的影响,使得无线网络的性能不能进一步提升。文中提出一种基于传输速率自适应的网络编码协议,使得网络中的节点可以根据数据传输特性和无线链路质量作出路由决策,充分利用网络中空闲节点的传输能力,有效降低了节点间的通信开销,减少了重复数据包发送的概率。仿真结果表明,优化后的路由协议能够有效提升网络的吞吐量同时降低包的端到端时延。     

大规模WSN分簇路由蚁群算法的研究

为提高大规模WSN路由性能,提出了基于蚁群算法的无线传感器网络分簇路由算法。首先将网络节点进行聚类,将整个网络分解成一些小规模的区域类,然后利用蚁群算法对每个区域类并行求解最佳路径,并将所有区域类的路径解按一定规则生成整个网络路由的较优解。该算法根据聚类特征对任务进行分解,利用蚁群算法并行求解子问题后再生成全局解的方式,极大地加快了算法的求解速度,对建立大规模WSN路由有着重要启示。算法的时间复杂度和仿真测试分析表明,此算法具有良好的性能。     

对流层散射信道下Ad Hoc网络路由防断裂技术

现有Ad Hoc网络路由防断裂研究多采用在理想信道下将单一接收端功率作为路由监测的依据。为了增强反导作战组网性能,引入通信距离远、抗干扰能力强的对流层散射信道,研究该信道及设备的特性对Ad Hoc网络路由的整体影响;提出了散射信道路由状态监控模型,力图在路由断裂之前迅速定位"虚弱态"路由的末端节点;根据RE-AODV的优化协议,发起反向路由搜索以修复受损路由。结果显示,改进的散射信道路由修复协议RE-AODV使平均端到端时延最大降低17.1%,减小控制报文开销最大21.8%,同时能在高速状态下保持过70%的分组投递率,能较好地防止高速移动节点的路由断裂。     

基于正向时延的卫星网络拥塞控制算法研究

在具有带宽不对称特点的卫星网络中,反向(地对空)链路带宽较小,更容易发生拥塞。当反向链路发生拥塞时,可以通过减小发送端的发送窗口来降低拥塞,但是这也降低了网络正向(空对地)链路的吞吐率。针对以上问题,提出了基于正向时延的TCP Vegas正向拥塞控制（Vegas_FD）算法。该算法通过测量数据分组的正向延迟时间,判定通信链路是否发生拥塞,并根据通信链路不同的拥塞类型采取不同的控制策略,使拥塞控制算法在反向链路发生拥塞时仍保持较高的吞吐率,适应了卫星网络带宽不对称特性。基于网络仿真软件Opnet进行了实验,结果表明,在卫星网络中Vegas_FD算法比Vegas算法、Westwood算法吞吐率性能明显提高,验证了该算法的有效性。     

自组织网络区域覆盖协作控制算法

针对自组织网络区域覆盖控制算法覆盖效率低、能量消耗大以及传输可靠性差等问题,在分析自组织网络模型特点基础上,提出基于三角剖分的自组织网络元胞遗传区域覆盖协作控制算法。该算法以节点覆盖区域外部多边形顶点结构为基准,通过三角剖分形式将网络覆盖区域划分为若干子域;基于染色方案将子域顶点处节点定义为扫频节点,根据区域划分后信号频谱的不同确定集群范围;在考虑通信能耗和空闲能耗基础上,采用元胞遗传思想解决自组织网络节点功率控制方式。仿真结果表明,节点数量在100~500之间时,该算法相对于均衡速率区域覆盖算法、最小节点强屏障的分区构造算法、覆盖配置协议算法、多跳Ad Hoc无线网络的节能技术算法,覆盖效率至少提高3%,能量消耗至少减少2 J,平均端到端可靠度至少提高9.5%.     

基于簇中建链路由方法的无线传感器网络数据传输模型

在对常见网络路由缺点进行介绍的基础上,结合被动式网络的工作特点,提出了一种新的簇中建链路由方法。在簇中节点被唤醒后,簇首将这些节点组链,并根据各节点剩余能量的多少选择链首,链首作为簇首在簇中的代理节点,收集并融合数据后发送给簇首。实验表明,该方法降低了节点的传输能耗,消除了数据冲突并使得节点间的能耗更均衡,延长了网络寿命。     

基于Ad Hoc无线传感网络的三维智能组网优化算法设计研究

Ad Hoc无线传感网络(WSN)是一种无中心、自组织的无线网络。这种动态网络需要通过合适的组网算法生成拓扑结构以提高其稳定性。在多频率分级Ad Hoc网络结构中,簇头负责簇内成员节点之间的通信及簇头之间的通信,因此,如何选择出最合理的节点担任簇头成为分簇算法的关键问题。在现有的组网算法基础上,提出了一种基于三维预测模型的新型分簇组网算法,基于Matlab软件进行了仿真,构建三维网络拓扑结构,通过分簇算法生成分级网络,并对生成网络的簇头数及分簇平衡度进行分析。仿真结果验证了新型分簇组网算法的可行性,通过算法生成的分簇结构稳定。     

一种区分路由频次的移动无线自组织网络混合路由协议

随着移动无线自组织网络在编队通信、应急通信等领域的广泛应用,越来越多的应用场景呈现路由使用频次不同的现象,对此现有按需路由协议和主动路由协议固定不变的路由维护策略无法高效适用。面向路由使用频次不同的应用场景,基于按需距离矢量（AODV）路由协议,设计并提出了一种按需策略和主动策略相结合的混合式路由算法,即通过源节点对每条路由使用频次的评估,将路由划分为高频次路由和低频次路由。对于高频次路由,运用主动策略维护;对于低频次路由,则运用按需策略维护。通过定性分析和仿真验证得出,相比AODV协议,该算法将数据包的端到端平均传输时延降低约20%.     

Ad hoc网络中一种基于稳定的网格多路径路由算法

移动自组网络的路由算法往往采用传统的单路径路由方式,每次路由发现泛洪都会伴有大量路由包的丢弃以及路由负载和路由延迟的增加,大大降低路由算法的性能。为解决这些问题,提出了一种基于稳定的网格多路径路由算法SGMR.该算法充分利用网格中节点的位置信息,有效限制路由查询包的泛洪区域,并结合预测策略和节点不相交路径策略来选择多条稳定的节点不相交路由。模拟结果显示,与传统的单路径路由算法LAR和AODV相比,SGMR算法可以有效提高数据包投递成功率,降低路由平均延迟和路由负载。     

想定环境中对战术互联网性能评估方法的研究及实现

战术互联网不同于其它Ad hoc网络的根本特点是应用于战场环境当中,但目前对战术互联网性能的仿真评估方法却没有反映出战场特定的因素,如地形、战术行动等对其性能的影响。针对此问题采取想定作业的方法体现战场环境因素,使用了自主编写的战场指挥通信过程模拟软件TCSS,以FSR路由协议为例进行了仿真实验。测试结果表明,战场因素很大程度地影响了Adhoc网络路由协议的效率,实验数据为战术互联网系统的构建提供了重要的参考。     

基于无线多跳自组网的混合路由研究

随着大规模无线多跳自组网在军队通信、应急通信等领域的广泛应用,域路由协议（ZRP）作为一种混合路由协议,其灵活的路由发现和维护策略,使其在大规模网络中的应用受到了更多的关注。ZRP的域内路由协议以及域间路由协议的选取,对协议整体性能影响巨大。面向具有一定拓扑变化的大规模无线多跳自组网,基于传统ZRP框架,优化设计得到改进的域路由协议。改进协议中,域内路由协议采用具有更高路由有效性以及较小资源消耗的主动路由策略,域间路由协议则通过增加过期路由缓存机制降低网络控制开销。通过建模分析验证了改进协议的域内路由具有更高的有效性;通过软件模拟平台NS2仿真,验证了改进协议具有更优的性能。     

改进的网络路由协议低功耗自适应分簇算法

LEACH(low energy adaptive clustering hierarchy低功耗自适应算法)是无线传感器网络层次型路由协议中最重要和最具代表性的算法之一。通过对经典分簇路由算法LEACH的分析,针对LEACH算法中簇首分布不均匀、簇首与基站之间只能采用单跳路径的缺点,在簇首选择方式、簇首与基站的通信方式两方面进行了改进,并对LEACH算法及改进后的算法进行了仿真试验。仿真结果表明:该算法能有效地降低无线传感器网络节点的能量消耗,延长了网络存活时间,提高了传统LEACH算法的性能。     

Research on Data Routing Model Based on Ant Colony Algorithms

Improved traditional ant colony algorithms,a data routing model used to the data remote exchange on WAN was presented.In the model,random heuristic factors were introduced to realize multi-path search.The updating model of pheromone could adjust the pheromone concentration on the optimal path according to path load dynamically to make the system keep load balance.The simulation results show that the improved model has a higher performance on convergence and load balance.     

无线自组织网络协作时间同步优化算法

针对无线自组织协作网络时间同步算法同步误差大及能量消耗高的问题,在分析网络时间同步模型基础上,提出无线自组织网络协作时间同步优化算法。该算法利用指数延迟模型,通过构建时间同步似然函数,对成对节点的时钟偏移及时钟漂移进行联合估计;对网络进行三角剖分,通过染色确定参考节点,然后参考节点选取主节点,利用拓扑结构的自适应变化实现全网节点时钟同步;通过时钟联合估计及自适应拓扑建立协作时间同步优化算法,其整体执行保证节点通信链路时间同步。仿真结果表明,在所提三角剖分拓扑结构控制下,与传统分簇拓扑相比,协作时间同步优化算法在平均同步误差、同步算法能量消耗方面得到了性能提升。