一种基于聚类算法的ETX辅助无人机AODV路由协议

为了保证飞行自组网(flying ad hoc network,FANET)在拓扑快速变化下的稳定信息传输,在期望传输次数(expected transmission count,ETX)度量的无线自组网按需平面距离向量(ad hoc on-demand distant vector,AODV)路由协议基础上,提出了一种基于K-means聚类算法的K-AODV-ETX路由协议。协议采用到目的节点的跳数、错误传输次数、节点缓冲空间3个聚类特征对无人机节点进行分类,RREQ分组转发时选择最佳集群进行路由发现,最后采用ETX机制选择ETX值和最小路径进行数据传输。结果表明,K-AODV-ETX路由协议与现有的AODV-ETX路由协议和ND-AODV-ETX路由协议相比,能够有效保持网络的吞吐量,在端到端数据包投递率性能上稍有下降,在路由开销和时延性能方面有着显著的效果。K-AODV-ETX路由协议优化了路由发现过程的泛洪广播机制,有效改善了现有的ETX机制下协议的高开销、高延迟问题,并保证了网络的吞吐量,为设计低时延路由协议以及平衡ETX机制带来的高开销问题提供了一种有效的方法。

利用ETX路由度量的无线Mesh网络协调机会路由协议

针对无线网格网络(wireless Mesh network,WMN)中传统路由协议重复传输且频繁运行路由发现过程的问题,提出了基于期望传输次数(expected transmission count,ETX)路由度量的协调机会路由协议。首先,利用无线网络的广播特性寻找拥有最大化吞吐量和最小丢包率的最优路由协议;然后,使用ETX路由度量标记关键问题的计算成本;最后,利用源节点发送的信用和区域成本计算节点的区域,并实现路由发现。仿真结果表明,提出的路由协议在不同参数情况下,平均吞吐量可提高32%,投递率可由10%提高至20%,相比其他几种较新的路由协议,提出的协议在吞吐量、投递率和平均端与端间延迟方面具有更好的性能。

基于ETX链路质量的方向贪婪转发地理路由

尽管基于贪婪转发(greedy forwarding,GF)地理路由广泛应用于车载网(vehicular ad hoc networks,VANETs),但仍存在链路稳定性不足的问题。为此,提出基于期望传输次数(expected transmission count,ETX)链路质量感知的方向贪婪转发的地理路由协议(ETX-based link quality aware directional greedy forwarding geographic routing,ETX-DGF)。利用距离、节点移动方向以及链路质量计算每个节点的转发权值,利用经典的ETX估计链路质量,将具有最小转发权值的邻居节点选为下一跳转发节点。实验结果表明,ETX-DGF协议降低了数据包丢失率,提高了网络吞吐量。

HWMP协议的路径选择参数的研究与改进

混合无线网格协议中的路径选择参数过于注重考虑不同网络间路径选择操作的兼容性,而没有很好地考虑到802.11s中各条链路类型的差异对路径选择操作的影响。针对该问题,同时考虑到802.11s支持多速率通讯的要求,在传统WCETT的基础上提出了一种新的路径选择参数计算方案。最后,进行了仿真实验,结果表明:新的路径选择参数有助于提高网络吞吐量,降低丢包率。因此,该参数对于优化基于802.11的无线网格网的路径选择,提高网络性能是行之有效的。

无线Ad Hoc网络中可靠路由的研究

改进了ETX算法,提出了将动态ACK算法与改进的ETX算法相结合的新的链路状况监测算法,以便在选路时忽略质量不好的链路。建议了一种从中间节点开始恢复的备用路由机制以便在链路断时能快速恢复,取代了笔者之前提出的QDSR基于源节点的备用路由机制。NS2仿真实验结果表明,在节点移动速度较小的较大规模移动AdHoc网络中,改进后的算法明显减少了路由错误,并且减少了路由发生错误后重新找到一条路径所需要的平均时间。

基于状态转移的机会路由算法研究

现有机会路由算法采用与传统无线路由相似的转发机制,为每个节点指定全局度量值或下一跳节点集合。该文首先通过反例指出转发机制不能总获得最优的性能,进而提出从状态转移的角度研究机会路由过程,将不同已接收到的节点集合视为不同的状态,并将路由过程看作由不同状态组成的马尔科夫链。随后建立了相应的路由算法模型,该模型能够揭示路由过程的本质特征,可适用于多播与多冲突域场景。在此基础上提出了基于状态转移的最佳机会路由算法(Shortest Opportunistic Routing,SOR),证明了其在多播与多冲突域场景下可获得最小期望传输次数(Expected Transmission Count,ETX)代价。仿真结果表明了SOR算法的有效性,其性能优于已有算法。SOR算法可应用于多跳无线网络的最优机会路由策略选择,计算给定拓扑下可获得的最小端到端ETX代价。

基于链路质量的无线传感网络路由

无线传感网络WSNs(Wireless Sensor Networks)广泛应用于数据收集领域。在这领域中,所收集的数据均需传输至信宿。当遭遇到高流量负载时,就可能会在信宿附近区域出现队列溢出。而有限的存储容量加剧了队列溢出问题。为此,提出基于队列时延和链路质量的WSNs路由QDLQR(Queue Delay and Link Quality-based Routing)。QDLQR协议公平地分布流量负载,进而避免拥塞。QDLQR协议利用数据包队列时延和期望传输次数ETX(Expected Transmission Count)建立混合路由指标,再通过此指标构建通往信宿的路由。相比于典型路由协议(RPL和HopCount),提出的QDLQR协议提高了数据包传递率,并缓解了队列溢出问题。

使用新判据的改进型DSR协议

传统的无线Mesh网络路由协议都集中于寻找具有最小跳数的路径,但是,这样的路径可能会包含高损耗的链路,从而导致网络吞吐量的大幅度降低。因此,新的路由算法通过进一步考虑链路质量来选择更好的路由。首先,为方便新的路由判据的使用,局部优化了传统的DSR协议为改进的DSR协议。然后,为实现路径链路质量最优与最小跳数之间的均衡,提出一种新的路由判据O-WCETT,将其与WCETT(累计期望传输时间)、HOP(最小跳数)分别应用于改进后的DSR(动态源路由)协议中,采用NS2仿真软件对其性能进行评估。仿真结果表明,在相同的无线传输和网络规模条件下,使用新路由判据O-WCETT的改进型DSR协议使得网络的分组投递率性能更高,端到端平均时延和路由开销都明显减小,并且随着节点移动速度的加快,使用新判据的DSR协议带来的网络性能改善更为显著。

基于综合准则的无线Mesh网络跨层路由协议

为了满足无线Mesh网络自身的负载均衡、路由容错与网络容量等要求,根据无线Mesh网络的网络特点,按照其路由协议的要求,分析了路由协议DSR的优缺点.引入跨层设计的方法,提出一种适用于WMN的基于综合准则的DSR跨层路由协议,该方法综合考虑了路径帧投递率、期望传输次数与平均端到端时延的因素.分析与仿真结果显示,该方法极大地提高了网络吞吐率,并且能够达到负载均衡的目的.

无线传感网中基于能量均衡的机会路由算法

机会路由实现了数据在有损无线链路中的高吞吐量传输。现有的机会路由协议—MORE,虽然是第一个将网络编码应用到机会路由中的,但是在选择候选转发节点集时,仅考虑节点间的链路质量,使得部分节点因为能量耗尽而过早死亡,影响了无线传感网的整体性。针对这一突出问题,提出了一种改进的基于MORE协议的机会路由算法,以均衡节点的能量消耗。根据机会路由的传输机制,综合考虑节点的期望传输次数(ETX)和剩余能量(RE),提出了一种新的路由测度期望生存时间(ELT)和基于它的候选转发节点集的选择策略。最后,基于NS2仿真平台进行仿真分析。仿真结果表明:在考虑节点剩余能量的基础上,改进MORE协议既保证了数据传输的可靠性,同时均衡了节点的能量消耗,提高了节点生存时间,延长了网络的生命周期。

高负载场景下基于负载均衡的LLN路由协议

针对低功耗有损网络(Low-power and Lossy Network,LLN)中由于无线链路的有损特性导致在高负载场景下无法较好地实现负载均衡的问题,提出一种高负载场景下基于负载均衡的LLN路由协议(HSLB-RPL)。在该协议中,为了避免期望传输次数较大的备选父节点被选作为最优父节点,综合考虑当前节点和其备选父节点的期望传输次数;当检测到节点负载较重时,为了降低其被邻居节点选作为最优父节点的概率,对其DIO控制消息的发送时间间隔进行调整;当节点发生网络拥塞时,设计一种网络拥塞通告消息(NCN),及时地对当前网络拥塞状态进行通告。仿真结果表明,相对于已有协议,HSLB-RPL协议能够有效地实现负载均衡,其中网络平均寿命延长了23.57%,根节点平均吞吐量提高了14.52%,归一化控制开销较低了12.87%。

链路相关无线网络中基于网络编码的机会转发机制

多跳无线网络中数据包在不同链路的接收存在相关性,现有的基于网络编码的机会转发协议大多基于链路间相互独立的假设,严重降低其在实际网络中的性能表现.该文针对链路相关无线网络环境,提出基于网络编码的无线链路相关性感知的机会转发机制LCOF.首先结合链路相关性对基于网络编码的期望传输次数进行计算.在此基础上,提出数据包综合效用增益函数,以此确定数据包的转发优先级.随后提出多优先级数据包调度策略,确保高优先级数据包以更大的概率被转发.仿真结果表明,LCOF可以更好地利用编码机会,有效提高网络吞吐量.

基于路径到达率和动态广播时延的汇聚树协议

汇聚树路由协议(CTP)是目前无线传感器网络(WSN)中常用的数据采集路由协议。它是基于期望传输次数(ETX)的树型路由协议。但对多跳路径的衡量,简单的ETX相加往往无法良好刻画实际路径质量,致使该协议很难选出最优路径。本文提出了基于端到端的数据到达率(PDR)的CTP改进协议,能更好地衡量多跳路径的网络质量。据此选出的最优路径能构建更优的汇聚树,提高端到端数据传递的成功率,减少平均传递次数和平均传递时间,这样可以节省能耗,提高网络生存时间。同时,本文提出在建树过程中采取动态时延广播策略,可以有效减少建路由树时的广播次数,节省开销。

抗多流干扰的感知网络编码路由与负载均衡

为了解决现有编码感知路由算法存在多流干扰和路由度量适用范围小等问题,提出了抗多流干扰的物理层网络编码路由和负载均衡方案。首先,根据无线网络时变特征,通过节点的路由请求和应答过程,分析节点在空间上的相对位置,并选择合适的网络节点进行解码;其次,利用时变无线网络的特性,计算动态数据分流比例,从而减小中间节点的拥塞;最后,在解决多流干扰的基础上,提出了一种由误码率构成的新的路由度量,扩大了编码感知路由的适用范围。仿真实验结果表明,当误码率为10-4时,相较于编码机会实体结构(COPE)方案,用所提方案译码时所需的信噪比降低了约6%;当信噪比为10 dB时,相较于COPE方案,用所提方案物理层预期传输次数平均减少了约0.25次。