New quantum-genetic based OLSR protocol (QG-OLSR) for Mobile Ad hoc Network

Due to the mobility, self-organization and distributed control of Mobile Ad hoc Network (MANET), the routing protocol of MANET must adapt to the rapid changes of the network structure, and ensure the maximum savings of network resources. This paper proposes a kind of new quantum-genetic based OLSR protocol (QG-OLSR) for MANET. The protocol adopts the MPR (multi-point relay) technology in OLSR (Optimal Link State Routing). By embedding new augmented Q-Learning algorithm and combining the OLSR algorithm to optimize the selection of MPR sets, it can effectively reduce the consumption of network topology control, improve the delivery rate of data packets, and reduce the time delay of the end-to-end packet transmission between nodes. The results of the experimental testings show that the new protocol is reliable and highly efficient, which is suitable for many applications of MANET.     

机会网络自私节点的Bertrand博弈与激励机制研究

在真实的网络环境中,很多节点可能是自私的,它们不愿意牺牲自己的资源为其他节点转发消息。针对这种情况,提出一种基于博弈论的激励机制,可以激励节点与其他节点相互合作。该机制为二阶段激励,激励节点接收消息以协助其他节点转发,同时激励节点转发更多的消息。把源节点与中继节点之间的竞争与合作模型化为Bertrand（伯特兰德）博弈,定义了源节点和中继节点的效用函数。求解了源节点的最佳定价策略和中继节点最佳的转发计划,验证了源节点与中继节点之间存在唯一的纳什均衡。模拟仿真结果表明提出的激励机制能够鼓励自私节点参与合作,能提高路由算法的传递率,同时降低了消息传递延迟。与基于声誉的激励机制相比,所提激励机制能使消息传递成功率提高31.4%、平均时延降低9.7%。     

A multipath routing strategy to prevent flooding disruption attacks in link state routing protocols for MANETs

Multipath routing has been proposed to increase resilience against network failures or improve security in Mobile Ad Hoc Networks (MANETs). The Optimized Link State Routing (OLSR) protocol has been adopted by several multipath routing strategies. They implement Multipoint Relay (MPR) nodes as a flooding mechanism for distributing control information. Ideally, the construction of multiple disjoint paths helps to increase resilience against network failures or malicious attacks. However, this is not always possible. In OLSR networks, partial link-state information is generated and flooded exclusively by the MPRs. Therefore, the nodes only obtain a partial view of the network topology. Additionally, flooding disruption attacks may affect either the selection of the MPRs or the propagation of control traffic information. As a consequence, the chances of constructing multiple disjoint paths are reduced. We present a strategy to compute multiple strictly disjoint paths between any two nodes in OLSR-based networks. We provide mechanisms to improve the view of the network topology by the nodes, as well as handling potential flooding disruption attacks to the multipath construction mechanism in OLSR-based networks. We conduct simulations that confirm our claims.     

支持移动自组网的柔性链路状态路由协议

在移动自组网(MANET)中,服务质量(QoS)路由的目标是要确定一种具有足够可用移动节点的有效路由路径来满足源点的需求,而且被选择的多点中继(MPR)节点是处在通过路由协议计算产生的最优路由路径上。为了能在较短时间内稳定地寻找到从源点到终点带有最大带宽和最小时延的最优QoS路由路径,提出一种新的柔性链路状态QoS路由协议FLSQR。该协议使用了一种新的链路状态方法——每个节点缓存中存储一张效用决策表(EDT)用作路由计算。FLSQR根据EDT中的效用距离(ED)使用MPR1和MPR2选项来选择最优和次优路由路径,进而通过提出的度量模型选择最优带宽和时延的路径。实验结果显示,FLSQR协议在MANET中的最优路由路径发现方面比OLSR和QOLSR-MPR协议性能更好。     

优化链路状态路由协议的低开销拓扑维护算法

优化链路状态路由（OLSR）协议利用多点中继（MPR）节点周期性地泛洪拓扑控制（TC）消息,以实现网络拓扑发现与维护,但其增加了网络的控制开销,并且当拓扑较稳定时固定的泛洪周期导致网络带宽浪费。针对该问题,提出OLSR的低开销拓扑维护（LCTM-OLSR）算法。通过缩减MPR节点个数减少TC消息产生的数量和转发次数,同时对比上一次发送周期MPR选择集的变动情况,在稳定量和变动量中选择较小量作为TC消息进行发送。在此基础上,根据网络拓扑的变化情况动态调整TC消息的发送周期。仿真结果表明,相比传统OLSR和HTR-OLSR算法,LCTM-OLSR算法能够有效降低网络的控制开销和端到端时延,提高网络的吞吐量。     

UWSNs中基于位置及能量信息的垂直分簇路由

为降低组网成本并保证UWSNs (underwater wireless sensor networks)对监测区域的高覆盖率,提出一种三维分层混合部署策略。为实现自组网并完成信息的高效传递,提出一种与部署策略相适配的垂直分簇路由算法。该算法可利用节点位置、能量等信息,周期性地将网络划分成多跳垂直簇,并建立簇内节点间的路由路径,借助反馈信息完成网络空洞的监测和处理。仿真结果表明,所提出的设计方法能够大幅降低组网成本,而且能显著提升网络在数据包投递率、能量利用效率等方面的性能表现。     

RDSR-V. Reliable Dynamic Source Routing for video-streaming over mobile ad hoc networks

Mobile ad hoc networks (MANETs) are infrastructureless networks formed by wireless mobile devices with limited battery life. In MANETs for civilian applications, the network nodes may not belong to a single authority and they may not have a common goal. These MANETs are particularly vulnerable to selfish behavior, as some nodes may prefer saving resources to forward data. There are a few generic reputation-based systems for MANETs which could be used to enforce cooperation among nodes. However, we envision that the system performance can be highly improved by using cross-layer techniques that take into account the specific characteristics of each particular service. In this article, we propose a distributed and easy-to-implement routing mechanism based on reputation for the provision of MPEG-2 video-streaming services over MANETs. The main novelty that we introduce regarding the existent literature is that our proposal is service aware, that is to say, we consider the video-streaming service characteristics to develop a cross-layer design with the routing protocol. In addition, we do not introduce extra signaling overhead to monitor reputation because we use the standard video-streaming end-to-end signaling. Finally, simulation results show that our proposal clearly outperforms both standard Dynamic Source Routing (DSR) and OCEAN (a generic reputation-based mechanism).     

OLSR路由协议的改进及其NS2仿真分析

研究了移动Ad hoc网络中的一种典型先应式表驱动路由协议:RFC3626最优链路状态路由协议(Optimized Link State Routing Protocol,OLSR),指出了该协议对MPR(Multipoim Relays)集合选择算法会导致该集合可能存在过多的冗余节点的不足之处,提出了一种改进的OLSR路由协议,通过对原MPR集合中节点的再次排序判断,除去了冗余节点.仿真结果表明:经过改进的OLSR在TC分组的发送数目、节点接受TC分组总数目、平均端到端延迟都得到了很大的改善,从而减少了TC分组的洪泛,提高了网络性能.     

无线Mesh网中一种基于MPR当选频度的OLSR扩展路由协议

在研究无线Mesh网拓扑结构和业务模式的基础上,深度剖析适合其特性的路由协议类型,得出先验式的逐跳路由最适合无线Mesh网的结论.在此基础上,以典型的先验式逐跳路由协议OLSR(Optimized Link State Routing)为原型,对其中的邻居表结构和MPR(Multipoint Relay)选择算法进行了改进,通过引入"MPR当选频度"的概念,克服了OLSR协议在无线Mesh网环境中资源利用不充分的缺陷.仿真实验的结果也验证了所提出的EOLSR协议对网络性能确实有较大程度的提升,能够在基本不增加协议开销的前提下,有效地增加网络吞吐量,降低端到端的平均延时.     

一种面向延迟容忍网络的信誉方案

延迟容忍网络(DTN)的节点资源受限,易产生自私行为影响网络性能。针对该问题,提出一种面向DTN的信誉方案,以减小自私行为对网络性能的影响。设计报文转发协议和行为记录机制,检测DTN环境下的自私行为,建立信誉模型,实现对网络节点可信度的评估。实验结果表明,该方案可在存有自私节点的环境中提高网络性能。     

高效的MPR选择算法

OLSR(optimized link state routing)协议中最重要的功能之一是多点中继(multi point relays, MPR)节点的选择,该协议中路由的计算就要依靠MPR选择相关表项。传统的MPR算法只是减少了同一区域内相同消息的泛洪,并没有考虑网络中新加入节点获取全网拓扑信息的时间问题。针对该问题进行了研究并提出一种高效的MPR选择算法,该算法有三个步骤:首先减少了部分拓扑控制(topology control, TC)消息冗余问题;然后选择MPR时考虑有效覆盖面积让新加入的节点获取全网拓扑信息所需的时间缩短;最后考虑到移动性对网络拓扑的影响,基于历史信息预估下一时刻节点的位置,增强了链路的稳定性。通过仿真,将改进的MPR算法与传统算法比较,端到端时延降低,数据包的传递成功率也有所提升。     

中断容忍网络中一种激励相容的两跳路由协议

针对中断容忍网络（DTN）中节点自私造成通信性能下降等问题,提出了一种激励相容的两跳（TIC）路由协议,以选择最优中继节点,在综合考虑节点间的相遇概率及传输消耗的情况下,保证节点在诚实汇报相遇情况及传输消耗时利益最大化。同时引入基于双线性映射的签名技术,有效地防止恶意节点篡改信息且确保参与转发的中继节点安全地获取报酬。     

基于拓扑快速变化的OLSR改进路由协议研究

针对优化链路状态路由协议（OLSR）在网络拓扑结构快速变化时性能下降的问题,提出了一种新的结合鱼眼状态路由和能量感知的自适应改进路由协议,命名为AFE-OLSR。该改进协议通过监听节点链路集和多点中继选择集的变化情况,自动调整HELLO和拓扑控制消息的发送频率,实现移动感知。同时,它借鉴鱼眼状态路由的思想,节点自动调整拓扑控制消息的转发次数。通过这些机制,该协议能够记录接收消息的能量大小实现能量感知,以及根据能量感知和移动感知的结果来帮助节点选择更稳定和更可靠的路由。仿真结果表明,AFE-OLSR在网络拓扑变化时端到端时延减少8%,分组到达率提高11%,建立全网路由时间减少12%;在网络拓扑静止时HELLO发送量减少19%,TC转发量减少15%。     

无人机自组网中基于Q-learning算法的及时稳定路由策略

无人机自组网凭借其抗干扰能力强、适用于复杂地形、智能化程度高和成本较低的优点,近年来受到广泛关注,该网络中路由协议的设计与优化一直是核心研究问题。针对无人机自组网中因节点快速移动造成节点本地存储的路由未及时更新而失效的问题,提出一种基于Q-learning算法的动态感知优化链路状态路由协议(DSQ-OLSR)。该协议首先充分考虑了无人机自组网节点高速移动的特点,在选取多点中继(MPR)节点时添加了链路稳定性和链路存在时间这两个指标,使得选出的MPR节点集更稳定、合理;其次,结合Q-learning算法对TC消息的发送间隔进行自适应调整,使得在网络拓扑变动较小时增大TC发送间隔以减小控制开销,而在拓扑变动较大时减小TC发送间隔用于达到快速感知并构建网络拓扑的要求,进而实现数据的及时路由。仿真结果表明,与DT-OLSR协议相比,该协议在端到端时延、吞吐量、成功率和网络生存时间性能上分别提高了12.61%、9.28%、7.69%和5.86%,由此验证了其有效性。     

Securing decentralized reputation management using TrustGuard

Reputation systems have been popular in estimating the trustworthiness and predicting the future behavior of nodes in a large-scale distributed system where nodes may transact with one another without prior knowledge or experience. One of the fundamental challenges in distributed reputation management is to understand vulnerabilities and develop mechanisms that can minimize the potential damages to a system by malicious nodes. In this paper, we identify three vulnerabilities that are detrimental to decentralized reputation management and propose TrustGuard—a safeguard framework for providing a highly dependable and yet efficient reputation system. First, we provide a dependable trust model and a set of formal methods to handle strategic malicious nodes that continuously change their behavior to gain unfair advantages in the system. Second, a transaction-based reputation system must cope with the vulnerability that malicious nodes may misuse the system by flooding feedbacks with fake transactions. Third, but not the least, we identify the importance of filtering out dishonest feedbacks when computing reputation-based trust of a node, including the feedbacks filed by malicious nodes through collusion. Our experiments show that, comparing with existing reputation systems, our framework is highly dependable and effective in countering malicious nodes regarding strategic oscillating behavior, flooding malevolent feedbacks with fake transactions, and dishonest feedbacks.     

带有重叠区域的多跳非均匀分簇路由算法

能耗作为衡量无线传感器网络性能的一项重要指标,通常将延长生命周期、均衡能耗作为网络协议重要的设计目标.针对静态、异构、非均匀分布的网络模型,设计带有重叠区域的分簇及簇内单跳、簇间多跳的路由算法 ----- OMU分簇路由算法,该算法中簇头不再作为数据转发节点,而主要用于簇内数据的接收与融合.通过综合考虑节点剩余能量、节点密度及与基站的距离进行簇头选举并进行分簇,形成簇间重叠区域,产生用于数据转发的中继节点.同时,建立簇头与中继节点轮换机制以达到节点能耗均衡的目的,并为每个节点建立能量最省的多跳数据传输路径.仿真结果表明,所设计的分簇路由算法,特别是在大规模部署的无线传感器网络中,能有效减少和均衡能量消耗.     

结构化对等网络中基于信誉的乐观路由决策

提出一种结构化P2P网络环境下的路由决策方法.该方法利用Beta评估机制对P2P节点路由行为进行信任度量,并针对P2P节点的短期在线行为,通过引入置信度避免了短期在线节点产生不可靠的信誉值;在基于Chord协议的P2P网络路由决策过程中,提出了乐观路由的思想;采用贪婪决策与信誉决策相结合的方式,实现了合理的多路径路由.该路由方法兼顾了效率和可靠性两方面因素.仿真结果表明,该方法在减少路由跳数和提高路由成功率方面都取得了较好的效果.     

Ad Hoc网络基于能量消耗的动态源路由协议

为了节省路由能耗,增加网络中节点生存时间,提出一种基于能量消耗的Ad Hoc网络动态源路由协议（ECDSR）。该协议以路由剩余能量、路由能耗预测、路由能量延时3个参数作为路径能量评价的参数。其中剩余能量参数反映了节点当前的剩余能量状态,能耗预测参数反映了节点能量的变化情况,能量延时参数能够保护低能量节点,屏蔽能量状况差的路由路径。仿真结果表明该协议相对于动态源路由（DSR）可以在网络时延和协议开销增加不明显的前提下,提高网络的生存时间等网络性能。     

用遗传算法寻找OLSR协议的最小MPR集

节点可以自由、自主地进入网络拓扑的特性,使得移动Ad hoc网络(mobile ad hoc network,简称MANET)被广泛应用于诸如灾难救援、战场等多种环境中.MANET中的路由要能迅速地适应频繁的网络拓扑结构的变化,同时最大限度地节约网络资源.OLSR(optimized link state routing protocol)协议是一个重要的MANET路由协议,而支撑此协议的一个关键技术是MPR(multipoint relays).在介绍了OLSR协议及MPR技术之后,揭示了目前启发式算法在寻找最小MPR上的弱点,提出了一种基于遗传算法(genetic algorithm,简称GA)的新算法,并证明了该算法的收敛性.通过采用不同遗传策略将此遗传算法衍生成了4个系列算法,并在随机生成的拓扑上对其进行模拟.模拟结果分析显示:提出的遗传算法是可行和适用的,选择的启发式策略也是恰当和正确的.     

基于信任的P2P真实性查询及副本管理算法s

文档安全性对于信息共享Peer-to-Peer(或P2P)系统而言是一项重要的性能指标,以P2P系统的文档安全性优化为目标.P2P系统的文档安全性主要取决于两方面的因素:其载体的安全性和文档相关机制的构造,如副本管理等.对于P2P这样高度自主的分布式系统而言,文档安全性的提高无法依赖于结点安全性的提高,而应依靠对文档相关机制的控制来实现.首先设计了一个对文档安全性敏感的查询协议,以该查询协议为基础,与文档相关的机制就可以形式化地表述为函数,而系统文档安全性的提高就转化为函数空间上的数学分析.基于函数分析的结果,设计了一套旨在提高文档真实性的副本管理算法集合.理论分析的结果表明:在理想情况下,该算法集合可达到文档真实性的优化.对于实际系统,经过大量的模拟实验结果验证,该算法集可以获得良好的效果,接近优化水平.