基于蚁群优化的AdHoc网络生存时间和其他网络性能平衡路由协议

本文提出了基于蚁群优化(ACO)算法的Ad Hoc网络生存时间和其他网络性能平衡路由协议(ABEAR)。协议按需发送人工蚂蚁进行路由发现,综合节点残留的信息素浓度、下一跳节点剩余能量、节点周围链路质量和拥塞情况选择下一跳节点来转发数据包,尽量避开信道使用频率较高的路径,减少了因信道冲突、数据包丢失和数据包重传所造成的能量损失,还缩短了网络传输时延,提高了网络吞吐量。协议还采用跨层机制根据MAC层通信活动情况,在保证网络连通性的前提下使部分空闲节点转入睡眠状态来节省能量消耗。仿真表明,与AODV协议相比,ABEAR协议在网络生存时间、数据包交付率和端到端平均时延方面均有较大改善。     

MANET中基于邻居节点的重传控制算法

针对移动Ad hoc网络传统重传机制存在的局限性,提出了一种新的重传控制算法(EX-TCGM),利用传输路径上的邻居节点传输丢失的数据包,使得路由上的任何节点都能够重传;并从理论上对该算法的有效性进行了分析。通过仿真,与按需距离矢量路由协议(AODV)、机会路由协议(ExOR)和基于分组移动的传输控制方法(TCGM)进行了性能对比和分析,EX-TCGM相对原协议在端到端平均时延和吞吐量上有所提高,数据包平均成功传输率相对其他协议显著增加。     

车载自组织网络协作MAC协议研究

车载自组织网络(Vehicular Ad Hoc Network,VANET)的关键技术之一就是 设计一个高效的媒体接入控制(Medium Access Control,MAC)协议。MAC协议因对网络的吞吐量、时延和丢包率等具有重大影响而成为研究热点。针对车载自组织网络对MAC协议的特殊性要求,提出了一种基于协作方案的TDMA MAC协议,即C-TDMA MAC。该协议中,当源节点到目的节点间直接传输失败时,其邻近辅助节点利用未被预留的时隙协作重传其先前侦听到的数据包到目的节点,而不影响其它数据包的正常传输。数值分析和仿真结果表明,所提出的协议提高了数据包成功传输的概率。     

基于跨层竞争的同步MAC协议研究

在无线传感器网络(WSNs)中,基于跨层竞争的同步媒体接入控制(MAC)在一周期内可安排多个数据包的多跳传输,传统的协议在同一个数据窗口传输请求数据包和确认数据包,降低了数据窗口的多跳流量的建立,也降低了在多跳场景中的数据包传输率和传输时延性能.本文提出了基于新的基于跨层竞争的同步MAC(CLC-MAC)协议,CLC-MAC协议引用新的周期结构,且其包含两个独立窗口,并由该窗口分别传输数据请求包和确认包,即请求包在数据窗口传输,而确认包在休眠窗口传输.实验数据表明:与先锋路由帧MAC(PRMAC)协议相比,CLC-MAC协议的端到端传输时延和数据包传输率的性能均得到了提高.     

基于跨层竞争的PRMAC协议的优化研究

基于流水路由的MAC协议PRMAC(Pipelined Routing Medium Access Control)是无线传感网络WSNs(Wireless Sensor Networks)的典型的基于跨层竞争的同步MAC协议. PRMAC协议允许一个周期内进行多跳传输.但是,PRMAC协议的传输请求发送包RTSD(Request-To-Send Data)和确认发送数据包CTSD(Confirmation-To-Send Data)在同一个数据包窗口传输,降低了路由性能.为此,对 PRMAC 协议进行改进,提出面向多跳场景的 PRMAC 协议 MH-PRMAC(Multi-Hop PRMAC). MH-PRMAC协议采用新的周期结构,并在休眠窗口内设置两个独立窗口,再由它们分别传输RTSD和CTSD包.实验数据表明,提出的MH-PRMAC协议有效地降低了数据包传输时延,并提高了数据包传输率.     

空中传感器网络中负载均衡的地理路由协议

针对多跳空中传感器网络(Aerial Sensor Network,ASN)中的负载不均衡问题,提出了强化学习(Reinforcement Learning,RL)理论辅助的队列高效地理路由(Reinforcement-Learning Based Queue-Efficient Geographic Routing,RLQE-GR)协议。RLQE-GR协议首先将ASN路由问题抽象为强化学习(RL)任务,其中每个无人机抽象为一个RL状态,而数据包的每跳成功转发则抽象为一个RL动作。其次,RLQE-GR协议中引入了新的奖赏函数来评估每次动作,该奖赏函数的值不仅与无人机节点地理位置和每跳链路质量相关,而且与无人机节点的可用路由队列长度密切相关。然后,根据所设计的奖赏函数,RLQE-GR协议利用Q函数分布式地更新每个动作的长期累积奖赏值(Q值),并使得每个节点根据本地Q值的大小采用贪婪策略转发数据包。最后,为了使全网的Q值快速收敛且最小化收敛过程中造成的路由性能损失,RLQE-GR采用周期性信标机制对Q值进行迭代更新。当Q值收敛时,RLQE-GR协议能够实现可靠有效的多跳数据传输性能。与现有地理路由协议相比,所提协议在转发数据包的同时考虑了节点之间的相对距离、每跳链路质量和中间节点路由队列利用率。这使得RLQE-GR协议能够在保证路由跳数以及数据包重传次数的限制下,实现ASN的负载均衡。此外,利用强化学习理论,所提协议可以实现近乎最优的路由性能。     

能量捕获无线传感器网络中低时延的可靠数据传递

在能量捕获无线传感器网络(EH-WSN)中,采用网络编码(NC)技术可有效提高数据传递的可靠性。已有的研究成果大多采用固定的数据速率(DR)和固定的最大重传次数(MNR),传输时延较高。为了降低传输时延,结合EH-WSN中节点的能量捕获特性和相邻节点之间的无线链路质量,提出一种优化数据速率和最大重传次数的低时延数据传递方案。通过对节点的能量捕获过程和能量消耗进行建模,给出了节点的剩余能量公式;对相邻节点之间的无线链路质量进行建模,推导出节点发送数据包的成功收包率和每个数据包的期望传输次数,进而推导出传输路径上每一跳的传输时延公式;基于优化方程,在节点满足链路收包率条件和剩余能量条件的前提下,对其数据速率和最大重传次数进行优化配置,使得每一跳的传输时延最小。实验结果表明,与采用固定数据速率和固定最大重传次数的数据传递方案相比,所提出的方案具有最小的端到端传输时延。     

WSNs中基于网络编码的低功耗数据重传策略

在睡眠调度机制下,结合网络编码,提出了一种适合于有固定睡眠概率的无线传感器网络(WSNs)低功耗数据重传策略,该方法根据节点在不同时刻的休眠状况,将醒着节点丢失的数据包用网络编码进行重传,通过理论分析和仿真验证了该方法在保证数据正确重传的基础上,能够有效地减少数据包的传输次数,延长网络的使用寿命。     

一种基于接收节点控制的无线传感器网络媒体访问控制协议

为了提高无线传感器网络数据包传输效率,提出一种基于时间同步、接收节点控制的无线传感器网络媒体访问控制协议。该协议在保持节点低功耗工作的前提下,使父节点在一个操作周期内,通过多次邀请机制和迸发传输机制,能够与多子节点进行数据包的多次传输。该多次邀请机制,使父节点具备了在单个操作周期内,从多个子节点接收数据包的能力,本质上减少了子节点之间的竞争、提高了信道利用率,增强了父节点对数据包传输的控制力。迸发传输机制,使得父节点可以在一次通讯中连续接收多个数据包,进一步提高了信道的利用率。仿真结果表明:当网络载荷强度增大时,该协议使网络中的节点能够充分利用信道,显著提高了网络中数据包的传输效率,随着网络载荷增加,使网络吞吐量增大近50%。     

无线网络中基于网络编码的重传机制

鉴于目前网络编码在单跳无线网络重传中的应用研究都是基于单发-多收场景的局限性,提出一种应用于多发-多收无线网络中的重传机制NCWRM。该重传机制中,网络节点既可以是发送方也可以是接收方,节点发送的数据包在直传和第一次重传中都失败后,第二次重传时广播发送由多个丢失数据包编码组合得到的编码包。多个接收方通过解码编码包得到丢失的数据包,从而实现一次重传获得多个丢失的数据包,可以有效提高重传效率。理论分析和仿真结果表明,NCWRM算法能够明显提高系统的饱和吞吐量,同时减小开销及丢包率。     

基于前向纠错的自适应网络传输机制

针对无线网络中的传输控制协议(TCP)因为丢包触发丢包重传机制而导致传输性能大幅下降的问题,提出了一种基于前向纠错的自适应传输机制(AdaptiveFEC).该机制通过前向纠错来减少数据段的丢失,以避免触发TCP的丢包重传机制,从而达到提升TCP传输性能的目的.首先,根据当前的网络状况以及当前连接的数据传输特征确定当前...     

矿井WMN多媒体应急通信系统多跳传输性能改进

由于矿井无线Mesh网络（WMN）多媒体应急通信系统的多跳传输存在基准带宽较低、多跳传输带宽衰减率较大的问题,对其多跳传输性能进行改进。提出了一种矿井WMN多媒体应急通信系统骨干传输链路的网络结构,并建立了其传输模型,研究了对其传输性能产生影响的主要因素。提出了基于802.11n的多跳Mesh骨干传输网络的多模Mesh节点结构,解决了矿井WMN多媒体应急通信系统多跳传输的两个难题。实验结果表明其具有超过165Mbps的基准带宽,并且在60Mbps的限速应用环境下,每跳的带宽衰减小于1%,基本满足了矿井多媒体业务传输的应用需求。     

一种基于动态阈值的TCP超时重传策略

针对传统的TCP拥塞控制算法在发生超时后存在恢复时间长、收敛性差、网络抖动剧烈等问题,在超时重传策略的基础上提出一种基于动态阈值的超时重传算法。该算法不仅使得网络拥塞处理更为平滑,同时可显著提高数据传输效率。实验表明,新策略能明显降低网络振荡,提高网络吞吐量,有利于网络资源的利用。     

Engineering TCP transmission and retransmission mechanisms for wireless networks

Transmission Control Protocol (TCP) provides mechanisms for reliable data communications. Although it works well in wired networks, it fails to offer satisfactory performance in lossy and wireless environments. And in the multi-hop wireless infrastructure, packet delivery suffers high cumulative loss rate if traveling over multiple wireless hops. The Selective acknowledgment (SACK) is one header option that might be used to combat segment corruptions in air channels. In this paper, an alternative set of flow control mechanisms is proposed to handle high packet loss rate in a wireless medium. Using a measurement-based mechanism, sustainable segment delivery is achievable through a novel size-reduction method. Multiple segment retransmission mechanisms are introduced to reduce successive timeout events. One single byte loss is sufficient to waste all other bytes in a file received at a destination. That is, a good TCP flow control mechanism should provide a high successful file transmission completion rate, and this is set as our design goal. Through thorough simulations, our proposed multi-segment retransmission designs perform with higher successful file transfer rate and fewer timeout events than NewReno and SACK under a wide range of packet loss probabilities.     

DCCP下的一种流媒体重传机制

由于差错重传机制存在各种缺点,并不适合流媒体传输,若它的处理过程占用最小网络带宽和时间,将大大提高流媒体的质量。提出了一种基于DCCP的源端控制的选择重传机制（TBSR）,其重传由决策算法决定,而发送速率和拥塞控制由TFRC控制。仿真结果表明,机制能大大提高流媒体视频质量。     

无线多媒体传感器网络能量均衡的多跳图像传输机制

针对由普通节点和图像节点组成的异构无线多媒体传感器网络,提出了基于图像节点邻域协作压缩的多跳图像传输机制MHIT。该机制在发送图像前,首先根据传输距离和路由跳数判断是否需要压缩图像,若压缩图像后再传输消耗更多能量,则直接发送图像;否则,图像节点将图像压缩任务分发给邻域内的普通节点协作完成,均衡了网络能量消耗,极大地缓解了图像节点的能耗压力。实验结果表明,MHIT有效解决了无线多媒体传感器网络因图像压缩而引发的能量空洞问题,明显延长了网络生存期,特别适合于大规模无线多媒体传感器网络远距离图像传输。     

长期演进切换中的TCP性能改进

针对长期演进(LTE)网络中切换引起的TCP数据包乱序问题,提出了一种动态超时重传计时器(RTO)算法——DRTO。DRTO算法的核心是利用TCP数据包的序号来区分新旧数据包,通过新旧数据包序号的差值来取代以往计算传统RTO时很难确定的乘积因子。该算法不需要对切换机制进行修改,就可以解决用户切换完成前接收的数据包(源基站接续转发的数据包)与切换完成后接收的数据包(服务器发送的数据包)的乱序问题。最后,在NS-2仿真平台下,分析比较DRTO算法与传统RTO算法。仿真结果表明,在吞吐量、重传数据包个数和时延三个性能指标上,DRTO算法均优于传统RTO算法。     

基于免疫神经网络的陀螺仪漂移预测

BP神经网络可用于预测陀螺飘移误差，但容易陷入局部极值，训练速度很慢。针对上述缺点，该文提出了一种基于免疫算法的神经网络，以样本输出为抗原、神经网络权值矩阵为抗体，通过克隆、变异、抑制等步骤找到最优抗体，将最优抗体用于陀螺仪漂移预测。仿真试验显示，免疫训练算法能有效优化网络权值，基于该模型的漂移预测精度较高。     

单收发器分布式多跳认知媒体接入控制协议优化设计

针对移动自组网（MANET）媒体接入控制（MAC）协议中存在的多收发器限制、信道负载失衡等问题,并兼顾多跳和控制开销等性能,提出一种单收发器多跳分布式认知MAC协议优化模型。首先基于功率节省模式（PSM）机制,利用通知传输指示消息（ATIM）窗口和DATA窗口时间分割实现认知MAC协议的信道感知和数据传输功能;其次对功率值非均匀量化和格雷编码,降低移动性导致的浮点型开销;然后设计了多跳分布式信道协作机制,以此为基础,重定义信道切换规则,确保信道之间负载均衡;最后对信道空出时间（CVT）、信道开启时间（COT）、吞吐量和信道负载时间进行仿真。结果表明,新协议无需多收发器支撑,各信道之间CVT、COT、负载时间差值分别降低了13 ms、20 ms和100 s,对应吞吐量提高了1.5%,实现了协议在收发器数、信道负载均衡、吞吐量和控制开销等性能方面的优化。     

基于优先级的混合自动请求重传方法

提出了一种基于优先级的混合自动请求重传(HARQ)方法,该方法基于多用户N通道等停异步模式HARQ。无线视频传输时每个数据块有不同的时延要求,为了减少时延在物理层对数据块传输顺序进行调整,通过重传数据块等待的时间来决定其优先级,对等待时间较长的数据块优先传输。通过对这种方法的理论分析和仿真实验,证明其在基于QoS保障无线视频传输信道条件较差情况下能有效地减少端到端的时延和丢包率。