基于扇形链路策略的改进蚁群分簇路由协议

针对网络覆盖区域较大、节点数量较多的无线传感器网络,容易出现部分节点过早死亡等情况,提出一种基于扇形链路策略的改进蚁群分簇路由协议RACO-SL。通过加入奖惩因子,同时对精英个体采用蚁群优化算法的概率生成新的后代个体,对于普通个体,通过与随机选择的精英个体进行交叉变异操作,改进蚁群优化算法,以整个网络每次通信的能耗为优化目标选取较优的簇头节点集。为待转发簇头节点设计从可动态调节的扇形区域中选择下一跳中继节点的链路转发策略。实验结果表明,与现有协议相比,该协议在延长网络寿命、提高通信链路质量、增强网络覆盖度方面表现良好。

基于标识密码的内生安全最短路径优先协议

路由协议如开放的最短路径优先协议OSPFV2的安全运行对网络的连通及信息安全传输至关重要。传统OSPFV2协议在设计上缺少抵御源路由伪造或路由信息篡改的能力,致使组网易遭遇攻击,而现有的安全策略多为外挂式,易引发新的安全问题或安全效能低,为此,提出基于标识密码的内生安全OSPFV2协议,将标识密码内嵌于路由交换流程内,使网络具备高效的、内生式的抵御路由在传输过程中的篡改和伪造攻击能力。另一方面,考虑大范围部署安全OSPFV2协议存在多种限制因素,利用不透明链路状态通告,设计支持增量部署的运行机制。仿真实验表明,设计的内生安全OSPFV2协议在不损耗过多收敛时延的同时,具备抵御源路由伪造、数据篡改的安全能力。

结合链路稳定因子的AODV路由协议优化

在无人机自组网(Flying AdHoc Networks, FANET)中,节点移速高,网络拓扑变化频繁。传统无线自组网按需平面距离向量路由协议(AdHoc On-Demand Distance Vector Routing, AODV)以最小跳数为准则,易引发广播风暴,导致路由控制开销上升、网络性能降低。为降低FANET节点的移速对网络性能的影响,将FANET节点间的相对移速和节点能耗作为评价链路稳定的因子,选择更稳定有效的FANET节点作为路由中间节点,提高链路存活率。使用OMNET++进行路由协议仿真,结果表明提出的算法能够有效提高网络性能,适应于高动态FANET环境。

基于深度强化学习的可信分簇路由协议

针对分簇路由协议中恶意节点充当簇头的安全性问题以及基于深度强化学习的路由协议存在收敛慢、波动大的难题,提出了一种基于信任机制和深度强化学习算法soft actor-critic(SAC)的分簇路由协议。该协议首先运用改进的标签传播算法对网络进行分簇。然后采用基于信任的簇头选举机制从簇内选出可信簇头,并采取主-从簇头机制防止簇头“叛变”成为恶意节点。最后利用SAC算法,将簇头作为智能体,实现动态路由决策。实验结果表明:该协议相较于RTRPT、SCR-TBE以及基于DQN、D3QN、PPO的路由协议,具有更优的性能和更好的收敛性。其丢包率、平均时延和网络吞吐量指标均为最优。在多个测试场景下,相较于PPO方案性能最小提升3.97%,最大提升22.39%。

基于模糊逻辑的水下光传感器网络机会式路由协议

水下无线光传感器网络相比传统声传感器网络具有高带宽、低时延等显著优势,是实现水空跨域通信中水下数据高速实时传输的研究热点。但由于水下光节点的传输易受阻挡且节点需要指向对准等问题,传统水下传感器网络路由协议不可避免地会出现路由空洞和冗余数据传输情况。针对上述问题,文中提出了一种基于模糊逻辑的水下无线光传感器网络机会式路由协议。首先,提出基于模糊逻辑系统的水下光信道链路评价算法,结合水下复杂通信环境建模,设计了路由度量指标的多因素融合评估;然后,基于实时链路评估数据设计节点,数据转发概率和数据包保持时间的动态设定机制;最后,提出基于概率性的冗余抑制转发算法。仿真结果表明,在典型海洋通信环境下,所提路由协议可有效提高传输效率及减少端到端时延,具有良好的网络动态适应性。

面向命名数据网络的轻量级路由协议

命名数据网络(NDN)是一种以信息为中心的新型网络架构方案。为了获取网络全局路由信息,典型NDN路由协议基于数据同步协议实现全局路由更新。然而,这类同步协议工作于应用层,在动态网络环境中,存在网络信息更新代价高、网络动态变化感知能力差等问题。针对这些问题,设计并实现了一种轻量级命名绑定网络层路由协议(NBRP)。该方法将路由节点名称与其发布内容名称进行绑定,使得路由节点可以定向进行路由更新信息的请求,不需额外同步协议即可完成轻量级路由信息交换。为进一步减少路由更新的传输代价,设计了一种可复用的路由信息包命名格式和路由信息增量传输机制。同时,为测试方案的有效性,在Linux内核中实现了相应功能模块并进行测试。实验结果显示,在动态网络环境下,相比于传统NDN链路状态路由协议,提出的方法能够降低72%的路由更新同步代价,且链路状态感知与响应速度提高近一倍。

适用于水声传感器网络的混合路由协议

针对水声传感器网络中静态节点与移动节点不同路由设计需求,分析确定性路由和机会路由的特点,提出一种适用于水声传感器网络的混合路由协议(HRP-USN),将水声传感器网络区分为静态节点和移动节点开展设计。静态节点路由协议融合静态路由和动态路由优点,路由建立过程手动配置路由表,路由维护和重建过程采用联合MAC层反馈及聚焦转发控制的方式,兼顾自组织性和协议复杂性;移动节点采用机会路由,将数据以单跳方式发送到静态节点,自适应确定最优中继节点后按照已有路由传输到网关节点,利用水声信道广播特性,提升网络弱通信条件下数据包投递率。通过仿真分析,在不同节点移动速度和误码率条件下,HRP-USN数据包投递率明显优于其他传统路由协议,更加适合水声传感器网络。

能耗均衡与节能的自适应水下路由协议

针对水下传感器网络中节点能耗不均衡和能量有限的问题,提出一种能耗均衡与节能的自适应水下路由协议ECBES(energy consumption balanced and energy saving adaptive underwater routing protocol)。构建双区非均匀分层拓扑。基于能耗均衡因子,利用拓扑和节点剩余能量计算节点转发优先级,实现自适应转发节点选择,均衡网络能耗。与此同时,通过候选转发区域各分区域中节点参与转发数据包的比例确定次优候选转发区域,将次优候选转发区域作为初始策略,利用策略迭代思想确定最优候选转发区域,保证投递率的同时减少不同网络规模中重复数据包的转发,降低网络的整体能耗。仿真结果表明,ECBES相比VBF、ES-VBF和ALRP,在不同节点数量下,节点死亡率均最低,在保证数据包投递率的同时,能耗最少。

基于改进K-means的AODV路由协议

AODV路由协议是无线自组织网络中的经典协议,被广泛应用于各种通讯场景中。传统的AODV路由协议在路由发现阶段使用广播方法转发RREQ(路由请求分组),容易造成广播风暴从而影响网络性能。针对该问题,研究提出了基于改进K-means的AODV路由协议,使用节点间距离、传输错误数和路由拥塞度作为路由度量,利用密集度参数改进初始聚类中心的选择,设计AODV-K路由协议选择最佳转发节点以减少不必要的路由请求分组转发,提高了路由请求分组的转发效率并减少了路由拥塞。运用NS-3对协议进行仿真,仿真结果表明所提出的改进路由协议,在高网络负载和网络密度下,对比原AODV路由协议,在平均端到端延迟方面分别降低了26.1%和25.6%。当节点数在30、40、50时,在分组投递率方面平均提升13.7%,当每秒发送分组数据包数大于30时,分组投递率平均提高了11.3%。

一种基于谱聚类算法的分簇路由协议

针对经典LEACH协议随机选择簇首导致的极大簇和极小簇、簇首分布不均,从而导致网络生命周期较短的问题,提出一种基于谱聚类的分簇路由协议。在网络初始化时期,在基站计算确定最优簇首数目后,将谱聚类算法应用到节点的分簇中;分簇完成后,节点的分簇保持不变;簇首选择阶段,根据节点剩余能量因子、节点到基站的距离因子来竞争簇首;数据传输阶段,簇内节点通过单跳的方式将数据传送给簇首,簇首将数据融合后通过单跳的方式传送给基站。通过网络仿真实验,比较了网络生存周期、节点剩余总能量和基站接受数据包数量等参数,结果表明:相较于LEACH协议,新协议均衡了网络中节点能耗,延长了网络生存期。

水下无线传感器网络自适应锥体矢量路由协议

水声传感器网络(Underwater Acoustic Wireless Sensor Networks,UWSNs)由于复杂的水下环境,面临着投递率低、传播延迟高和节点能耗大等挑战。为解决这些问题,文章提出了一种自适应锥体矢量路由协议(Adaptive Cone Vector Routing Protocol,ACVRP),根据节点密度自适应调整锥体区域大小和方向,减少冗余通信和网络能耗,并根据节点的剩余能量和节点在锥体区域中的位置确定节点转发优先级,以提高投递率、减少传输跳数。仿真实验结果显示,与VBF、AHH-VBF和AHHC-VBF相比,ACVRP在包投递率、能效和端到端延迟方面均表现更佳。

面向大规模飞行自组网的NBATMAN-ADV路由协议

飞行自组网是当前研究的热点,当无人机节点规模较大时,大量的路由开销可能会导致网络瘫痪,因此路由协议的设计具有挑战性。针对大规模无人机场景,首先提出利用统一连通支配集算法构建虚拟骨干网,目的是减少路由洪泛的节点数;其次在骨干节点上部署和运行NBATMAN-ADV路由协议,利用物理层数据的接收信号强度指标和信噪比评价链路质量,在减少路由开销的同时,能够快速感知链路的变化情况。仿真结果表明,较传统的先验式路由协议如优化链路状态路由和目的节点序列距离矢量,该路由协议在数据包交付率、端到端时延和吞吐量上均有明显的提升。在通信模块上的实验结果表明,该路由协议在多跳时延方面有较好的性能。

针对无线自组织网络的节能路由协议研究

无线自组织网络具有移动变换属性,传统静态路由协议存在丢包率大、传输时延长、网络吞吐量小的问题,因此提出了无线自组织网络的节能路由协议研究方法。确定路由请求标志符所在位置,综合考虑节点剩余能量,估算节点生存时间,发现存活节点。采用LEACH算法选举存活节点簇头,融合成数据形式。通过相邻节点区域分布方式,检测冗余节点,计算能量消耗,调度休眠冗余节点。从相邻簇头集合中选择最佳下一跳路径,充分考虑节点剩余能量,设计簇间多跳路由。由实验结果可知,该方法最高丢包率为2.3%,最长时延为9 ms,最大吞吐量为157 b/s,提高了网络可靠性。

一种面向灯联网的AODV改进路由协议

在以家庭灯联网为背景的蓝牙Mesh组网的多对多路由通信机制中,针对灯联网的低延时性和高可靠性的要求,设计一种基于AODV路由协议的改进路由算法。算法在路由链路质量判断中考虑了时延、跳数和级联数据包接受率(PRR),针对链路可靠性的评估提出了新的方法来寻找最优路由和次优路由。在路由维护过程中,将次优路由作为备份路由与最优路由协同通信。仿真结果表明,该算法有效提高了路由的发包可靠性和时延,进而使得灯联网网络的路由质量得到了明显改善。

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。

无人卫通链路的动态建立机制及协议设计

针对无人卫通链路动态建立面临的挑战,文中提出了一种基于动态协议设计的解决方案。首先,分析了当前无人卫通链路存在的问题,包括传统静态建立机制的不足。其次,探讨了动态建立机制的必要性,并提出了一种基于深度学习的协议设计。该设计充分考虑了网络拓扑变化和资源分配的动态性,有效实现了无人卫通链路的动态建立,提高了链路稳定性和通信效率。最后,通过模拟和实验验证,检验了该设计的有效性和可行性。

一种快速低开销的移动节点分布式寻路RPL路由协议

针对低功耗有损网络(Low Power and Lossy Network,LLN)中移动节点作为中继节点时,存在无线链路易断开、数据传输成功率较低和控制开销较高的问题,提出了一种快速低开销的移动节点分布式寻路RPL路由协议(Mobile Node Distributed Pathfinding RPL Routing Protocol,MNA-RPL)。首先,提出一种邻居表自适应更新机制,依据邻居表快速切换父节点;其次,提出一种父子节点双断开机制,能够有效减少数据包丢失;最后,提出一种基于速度动态管理的Trickle计时器,根据自身速度动态调整DIO广播周期。理论分析和仿真结果表明,与主流路由协议相比,该协议在数据传输和控制开销等方面的性能均有一定的提升。

动态路由协议分析及仿真

动态路由协议可以有效解决静态路由配置效率低、出错率高的问题,在园区网络、运营商网络架构中被广泛应用。针对动态路由协议工作机制难以理解,物理设备环境下实验成本投入高、组网不够灵活等问题,在PT仿真环境下,设计了基于动态路由协议的可扩展路由网络模型,具体分析并验证了RIP、OSPF工作原理与工作过程,给出了RIP、多区域OSPF网络、虚链路、路由重发布的配置方法,并对配置过程、配置结果给出了明确的分析结论。

面向智能电网广域通信的可靠路由算法研究

无线传感器网络是智能电网广域通信中的基础组成单元,传统的无线传感器网络分簇路由协议虽能在一定程度上简化网络拓扑,但仍存在簇首选择不合理且系统能耗较高的问题。针对此,文中基于粒子群优化算法提出了一种改进的分簇路由协议。该协议利用粒子群算法的参数寻优特性对簇首搜寻方案加以改进,使得新方案考虑了距离、剩余能量、数据传输精度等多种因素。同时还使用粒子群自适应函数对该方案进行优化,从而提高了原算法的可靠性。在能耗实验测试中,所提算法迭代1 300次后的剩余能耗为31.2 J,在对比算法中为最优。而对路由路径的测试中,改进算法的平均运行时延为1.79 ms,平均误码率为0.212 5,在所有算法中均为最低,证明了该算法具有良好的实时性和可靠性。

基于地理位置的流量感知辅助路由协议

为解决车载自组织网络(VANETs)中拓扑空洞、链路冗余、链路稳定性差、路由表维护成本高等问题,提出一种基于地理位置的流量感知辅助路由协议(TAR)。通过对车辆信息流量及链路稳定性的评估进行分析和建模,获取链路收益和有效信息流量。利用多属性效用理论(MAUT),使用加权链路收益和有效信息流量计算车辆效用值并作为路由选择的依据。根据节点相对位置信息,动态切换数据转发模式,提高链路稳定性。实验结果表明,与GPSR和MM-GPSR协议相比,TAR能够有效减少路由冗余,分组交付率提高15%,延迟降低40%。