基于Boosting算法的Pegasis路由协议在无线传感器网络中的应用

一种基于Boosting算法的新无线传感器网络节点数据处理方法在文章中被提出,以提高使用Pegasis路由协议的无线传感器网络目标辩识率并降低系统能耗。文章对无线传感器网络中从簇头到汇聚节点的数据处理过程进行了重新设计,在簇头使用数据融合技术以减少数据信息冗余和系统能耗,在汇聚节点采用Gentle Boosting算法提高信息准确度并实现最优决策簇的选取。基于Boosting算法的数据处理方法在保持Pegasis路由协议优点基础上,在系统辩识率与系统能耗两者之间寻找到一个较为理想的平衡点。最后实验结果显示,与传统方法相比文章中的数据处理方法在提高辩识率与降低系统能耗方面拥有更好的性能。

基于LEACH和PEGASIS的簇头成链可靠路由协议研究

减少能耗、延长网络寿命是无线传感网络的关键技术。基于LEACH和PEGASIS算法,提出一种改进的有效路由算法。改进的算法规定LEACH中簇头数目为5个,利用PEGASIS算法使簇头成链,并选择剩余能量最多的簇头传送信息给基站。在选择簇头时,考虑节点的剩余能量,给节点设置一个能量阈值,小于该值则不能当选为簇头,因此提高了网络的健壮性。理论分析和仿真结果表明,改进后的算法比LEACH算法生命周期提高117%~351%,且能耗更加均匀,同时与PEGASIS相比,时延提高290%。

改进PEGASIS的分层链树路由协议

无线传感器网络节点能量严重受限,减少能量消耗是路由算法首先要考虑的因素。在PEGASIS协议的基础上,提出了分层链树的路由算法。根据传感器节点与SINK的距离,把整个网络划分为以SINK为圆心的环状层次区域,然后构造从外层节点经由内层节点到SINK的链状路由树,数据沿着链树并通过数据融合后传递到SINK。模拟实验表明,算法在生存时间、能耗均衡等方面的性能较PEGASIS有明显的提高。

一种HCTRP协议下PEGASIS最优路径算法

WSNs区域内节点随机分布不均匀,采用HCTRP-PEGASIS路由算法建链时仅参考节点彼此之间的距离,致使部分传感器节点做过多无用功,造成网络能源浪费、节点过早衰竭死亡。给出新算法使建链时除了参照节点彼此之间的距离,同时考虑实际传感器通信半径、相邻节点的当前能量、当前节点密度,进而确定下一个接替节点;以此类推在每个子区域内,最终形成一条数据冗余少、能耗低的数据传输链。仿真显示,相对于LEACH、PEGASIS、HCTRP-PEGASIS,网络生存周期改进算法提高约20%;网络平均总能耗平均到每个节点,改进算法至少降低9 J。故子区域内建链时,结合节点实际通信范围及节点密度等因素来选择链上组员,可以进一步降低网络功耗,提高网络能量利用率,并且延迟第一个节点死亡时间。

基于PEGASIS的改进型WSN路由协议

为建立一个高效节能的路由环境,在分析PEGASIS(Power-Efficient Gathering in Sensor Information System)的基础上,提出一种改进的成链方法——节点分区成链型PEGASIS算法(D-PEGASIS)。该算法通过对节点按位置分组成链的方法,减少网络中长距离信息传输的次数及能量消耗。仿真实验结果表明,该算法对PEGASIS有较大改进,延长了节点生命周期,且节点之间能量消耗非常均匀。

无线传感器网络中PEGASIS协议的研究与改进

针对PEGASIS协议中通信时延长、节点与节点之间存在长链、网络维护代价大的缺点,该论文在分析和仿真PEGASIS协议的基础上提出一种改进协议PEGASIS-I(PEGASIS-Improved)。该协议将监测区域看成是以基站为中心的圆形区域,基站生成参数θ并将圆形区域分成2π/θ个子区域,子区域内节点与节点形成通信路由树,数据先从树叶传输至树根,再由树根发送至基站。MATLAB仿真表明:与PEGASIS协议相比PEGASIS-I协议有效降低了数据传输延迟58%、避免了长链、延长了网络生存时间198%。

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。

无线传感器网络PEGASIS协议的研究

为建立一个高效节能的路由环境,在分析PEGASIS(power-efficient gathering in sensor information system)的基础上,对PEGASIS算法进行了改进。将整个传感器区域划分为等宽的子区间,由每个区间内距离Sink最近的节点建立主链,然后在每个区域内建立链树,再由主链节点轮流担任根节点与Sink通信,以减少通信开销。模拟实验表明,算法在生存时间、能耗均衡等方面的性能较PEGASIS有明显提高。

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。

一种改进的簇头成链路由协议

针对LEACH路由协议和PEGASIS路由协议的局限性,提出一种改进的簇头成链路由协议。将网络内所有传感器节点以区域为单位集合成簇,由Sink节点向下遍历区域内全部节点形成多条簇头链,通过计算数据丢包率得到能串联整个网络的簇头链。仿真结果表明,该路由协议具有较好的数据传输可靠性和实时性。

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。

基于优化通信质量的PEGASIS协议改进算法

在传统的PEGASIS(power efficient gathering in sensor information system)协议基础上,提出一种可优化全网通信质量的改进算法。新算法在链头生成阶段借鉴了蚁群相遇算法原理,采用双链头成链方法进行数据传输,大大缩短了单链路网络的通信时延;在拓扑成链的过程中引入距离阈值作为限定权重,进而计算出基于能耗均衡与通信质量的最优路径。实验结果表明,该算法有效地优化了整体网络的通信质量。

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。