基于hello消息的AODV路由协议的改进

由于Ad hoc网络节点的移动性和网络拓扑的动态性,路由协议成为当前Ad hoc网络研究的热点之一.为了降低AODV路由协议的能耗和提高协议的性能.基于AODV路由协议的hello消息,提出了利用接收hello包的能量值来动态的调整发送数据包的传输功率,从而减少节点的能耗和传播冲突的AODV协议(简称E_AODV).利用NS2仿真工具对E_AODV和AODV协议进行了仿真,对路由协议主要的几种参数:总能耗,单个节点的能耗,数据递交率,网络负载和时延进行了统计分析.仿真结果表明E_AODV路由协议不仅降低了节点的能量消耗和网络时延,而且提高了数据递交率和网络负载.     

无线传感器网络中基于能量效率的多路径路由算法

针对无线传感器网络节点能量受限的特点,本文提出了一种能量有效、负载均衡的多路径路由算法(EMR)。该算法在按需路由协议AODV基础上,不单纯以最小跳数或者最小时延作为路由选择依据,充分考虑到了路由的能量消耗最小化,避开剩余能量过低的节点,数据沿着最小跳数或路径关键能量比较高的路径传输,降低了网络的能量消耗,也避免关键节点的过量负载。分析与仿真结果表明,与AODV协议相比较,EMR具有更好的分组投递率、端到端时延,推迟了网络中出现死亡节点的时间,从而延长了网络生命周期。     

MANET中基于自相似流量的负载自适应路由协议

最近,QiLian Liang和Shouyi Yin两位学者分别证实了MANET中流量的自相似性.本文利用自相似性流量的可预测性,使用统计学方法进行流量预测;同时,提出节点可负载度的概念,用于描述节点接受负载的能力,并把流量预测的信息加入到该度量中,使得可负载度能表示节点当前及下一时间段的负载状况;该度量还具有负载的自适应性,能根据节点负载状况,调节流量预测所起的作用,为路由协议提供有效的支持;综合流量预测与节点可负载度,本文在DSR协议基础上提出LBDSR协议,该协议使用节点的可负载度均值来判断路由的优劣,由此实现网络吞吐量的提高和负载均衡.模拟实验显示,在网络高负载时,本文协议与DSR协议相比,网络吞吐量提高6.5%,网络端到端时延下降8.3%.     

无线传感器SMAC协议竞争退避机制分析及优化

针对无线传感器网络能量受限和退避时采用固定竞争窗口的特点,提出了一种基于节点剩余能量和信道冲突次数的MAC协议（EC—SMAC）．该协议改进了SMAC的竞争退避机制,根据节点剩余能量和信道冲突次数来动态的调整竞争窗口,减少传输节点之间的冲突,从而使全网负载均衡,同时延长网络生命周期．仿真实验表明：在保证网络吞吐量和时延稳定的前提下,平均延长了7％的网络生命周期．     

能量平衡和延迟约束的水声网络路由协议

水声网络路由协议是水声网络研究的一个热点问题。水声网络路由协议面临着节点能量有限、带宽窄、高传播延迟等的限制。本文从能量和延迟角度出发,设计了一种能量平衡和延迟约束的路由协议。该协议通过感知周边节点能量和负载,使得节点在选择转发节点时尽量选择剩余能量高的节点,同时在网络负载较高时能有效避开网络拥塞区域,从而在能量均衡的同时降低数据包的端到端延迟。     

基于队列长度的自适应占空比MAC协议

由于无线传感器网络中设备电池能量有限,实现能量高效性是其主要考虑的问题。众所周知优秀的数据传输协议对降低能耗,延长网络生命周期有重要意义。而在基于竞争的MAC协议中,空闲监听是主要能量消耗来源,所以通常设计较低占空比的MAC协议来减少空闲监听时间。但是如果占空比过小,使得网络中所有数据传输集中在较短时间内,会导致节点无法完成所需要的通信。所以选择合适的节点占空比,对于资源受限的网络来说是一种很重要的节能方法。文中提出了一种新型的异步MAC协议QL-MAC,节点利用CSMA争用信道,发送一系列短的信标包唤醒目标节点,采用虚拟载波监听防止串听。不同于其他改变接收节点的方法,该协议从发送节点来考虑,可以根据缓冲区队列长度判断该网络负载,从而自适应调整节点的占空比,使节点及时发送数据,减少时延,并告知接收节点做出相应改变,进一步节省能量。在OMNET++上实现了QL-MAC协议,仿真结果表明QL-MAC协议展现了良好的时延和能量有效性。     

无线传感器网络中一种负载均衡的跳跃式路由协议

如何实现能量的高效利用,延长网络的生命周期一直是无线传感器网络研究的热点.在传统的路由协议中,靠近基站的节点由于要转发其它节点的数据容易过早耗尽能量而失效.本文基于传感器节点传输功率可调这一假设,提出了一种负载均衡的跳跃式路由协议(LBR).协议中每个节点维护K跳的路由表.在需要发送数据时,剩余能量较少的节点将数据发送给下一跳节点,而剩余能量较多的节点可以跨越多跳进行数据传输.从而均衡了节点的能量消耗.模拟结果表明,采用该协议建立的路由,不仅具有延时小,数据传送的路径长度短,维护简单等优点,并且能够改善网络的负载均衡,极大地延长网络的生命周期.     

基于“热”节点轮转的无线传感器网络协议

PEGASIS-I协议是为了解决PEGASIS协议中信息传输时延长、网络维护代价大、节点与节点之间存在长链等缺点而提出的一种基于扇形的无线传感器网络协议,但该协议存在根节点能量负载过大、容易死亡的缺点。为了解决该缺点,在PEGASIS-I协议的基础上提出一种基于＂热＂节点轮转的新协议,新协议设计了＂热＂节点轮转机制与＂相似＂节点群择一发送机制。当网络中非叶子节点能量耗损过多时,＂热＂节点轮转机制可将其变成叶子节点,防止其过早死亡。＂相似＂节点群择一发送机制能显著减少网络通信量,进一步延长网络生存时间。Matlab仿真表明：与PEGASIS-I协议相比,新协议有效延长了网络生存时间。     

基于普通节点负载均衡的RPL路由协议

传统的RPL路由协议并未涉及到节点负载均衡的问题,容易造成网络局部负载过重导致部分节点死亡。阐述了RPL路由协议的拓扑构建、路由过程及一些现有的目标函数,定义了邻居距离和剩余能量级别两个参考指标,通过划分能量级别和改变通信半径两重负载均衡方法,提出了一种基于普通节点负载均衡的RPL路由协议——OLB-RPL。通过实验仿真验证结果证明改进后的协议可以实现网络中普通节点的负载均衡,并且在减少节点能量消耗的同时延长了整个网络的生存时间。     

多力驱动的无线传感器网络QoS路由协议

本文提出一种基于多势场力的QoS感知的无线传感器网络路由MFQR。为了更有效的适应网络环境的变化,MFQR中节点自适应的选取满足时延和投递率要求的转发节点。在网络状况良好时,协议通过深度-能量混合势场力选取转发节点集合,以均衡节点能耗;当网络负载加重时,协议通过深度-队列长度混合势场力选取转发节点集合,以避开拥塞区域。仿真结果表明,MFQR可以有效地适应实时性、可靠性要求的变化,同时提高了网络吞吐量,均衡了节点能耗,延长了网络生命周期。     

基于蚁群算法和BP神经网络的信道分配策略的研究

研究无线传感器网络信道分配策略的主要目标是提高网络吞吐量和容量,减小网络的传输时延,最大限度的利用有限的网络带宽资源。多信道MAC协议的应用,可以有效地提高网络通信的可靠性和吞吐量,以及解决由于信道受干扰而造成的网络瘫痪等问题。根据无线传感器网络多信道的特点提出了一种基于蚁群算法的动态反馈负载均衡信道分配策略。本策略首先应用BP神经网络对信道负载情况进行预测,然后通过基于蚁群算法的负载均衡算法对信道进行筛选,最后利用最大离散化算法进行信道分配。在NS2平台下对所设计的协议进行了仿真实现,并与应用最为广泛的多信道MMAC协议以及SMAC进行了对比分析。根据仿真结果可知,本文设计的MAC协议在网络吞吐量、网络传输时延等性能方面比MMAC协议及SMAC都有了很大程度的提升。可以有效减小网络传输时延,提高网络吞吐量和抗干扰能力。     

基于最小节点度的WSNs传输功率控制重编程协议

为了降低节点能耗,提高能量的利用率,提出了一种高效节能的基于最小节点度的传输功率控制(MND—TPC)重编程协议。该协议首先根据每个节点的剩余能量、最大的传输功率、节点度和链路质量来进行网络的初始化,然后分2个阶段完成数据传输。第一阶段通过节点密度、节点度和M度节点的百分比等产生传输范围的调整模型来构建高效的优化网络;第二阶段通过对节点之间发送功率和剩余能量的比较来筛选发送节点,以保证网络负载的均匀分布,有效地实现了高效节能,从而提高整个网络的生存周期。理论分析与实验结果表明:与多跳网络编程(MNP)协议在不同发送功率下相比,平均能量消耗至少降低35.48%。     

WSN中基于改进樽海鞘群算法的分簇路由协议

针对无线传感器网络能耗不均衡、网络生存期短的问题,提出了一种基于改进樽海鞘群算法的分簇路由协议;所提协议分别从分簇阶段和稳定传输阶段进行优化;分簇阶段,首先对樽海鞘群算法进行改进,引入了精英反向学习策略和动态学习机制,克服了基本樽海鞘群算法局部勘探和全局开发能力不平衡的问题;其次考虑节点的剩余能量和地理位置设计高效的适应度函数,以选出最优簇首,平衡簇间负载;稳定传输阶段,设计了基于最小生成树的簇间路由算法,为簇首构建最优传输路径,在缓解簇首负载的同时提高网络能量利用率;簇内通信阶段,引入轮询控制机制帮助节点构建传输调度,提高时隙利用率;对所提协议进行仿真实验,并与几种前沿协议进行对比;对比结果表明,所提出的基于改进樽海鞘群算法的分簇路由协议能够有效地改善网络性能,从而延长传感网对于目标区域的监测时间,并提高基站接受到的数据包总量。     

Adaptive listen for energy-efficient medium access control in wireless sensor networks

Wireless Sensor Networks (WSN) have nodes that are small in size and are powered by small batteries having very limited amount of energy. In most applications of WSN, the nodes in the network remain inactive for long periods of time, and intermittently they become active on sensing any change in the environment. The data sensed by the different nodes are sent to the sink node. In contrast to other infrastructure-based wireless networks, higher throughput, lower latency and per-node fairness in WSN are imperative, but their importance is subdued when compared to energy consumption. In this work, we have regarded the amount of energy consumption in the nodes to be of primary concern, while throughput and latency in the network to be secondary. We have proposed a protocol for energy-efficient adaptive listen for medium access control in WSN. Our protocol adaptively changes the slot-time, which is the time of each slot in the contention window. This correspondingly changes the cycle-time, which is the sum of the listen-time and the sleep-time of the sensors, while keeping the duty-cycle, which is the ratio between the listen-time and the cycle-time, constant. Using simulation experiments, we evaluated the performance of the proposed protocol, compared with the popular Sensor Medium Access Control (SMAC) (Ye et al. IEEE/ACM Trans Netw 12(3):493–506, 39) protocol. The results we obtained show a prominent decrease in the energy consumption at the nodes in the proposed protocol over the existing SMAC protocol, at the cost of decreasing the throughput and increasing the latency in the network. Although such an observation is not perfectly what is ideally desired, given the very limited amount of energy with which the nodes in a WSN operate, we advocate that increasing the energy efficiency of the nodes, thereby increasing the network lifetime in WSN, is a more important concern compared to throughput and latency. Additionally, similar observations relating energy efficiency, network lifetime, throughput and latency exist in many other existing protocols, including the popular SMAC protocol (Ye et al. IEEE/ACM Trans Netw 12(3):493–506, 39).     

一种由接收端发起的无线传感器网络MAC协议

在无线传感器网络(Wireless sensor networks,WSN)中,现有的基于接收节点发起的异步MAC层协议,在计算接收节点唤醒时刻时,多采用维持邻居节点的伪随机唤醒时间表的方法。在网络动态负载条件下,此方法不能动态地改变节点唤醒间隔,从而带来较高的数据传输冲突率及较大的数据传输延时。为了解决此问题,本文提出一种新协议HELD-MAC(High energy efficiency and　low delay MAC),保证节点之间具有不同的唤醒时间,同时能够准确预测接收端唤醒时刻,而且接收端可以根据网络负载情况动态改变唤醒间隔。同时为了减轻能量黑洞问题,协议根据节点的剩余能量,自适应地改变节点的最小唤醒间隔。通过仿真对HELD-MAC进行评估,与RI-MAC,PW-MAC等对比,在数据传输延时、能量消耗、网络吞吐量和传输碰撞方面具有较大优势。     

一种基于聚合度模型的WSNs双簇头分簇路由协议

在无线传感器网络（WSNs）中能量负载不均衡问题,影响了网络的生命周期。提出一种基于聚合度模型的WSNs双簇头分簇路由协议（DCHP）,DCHP协议将节点聚合度与剩余能量作为考虑因素引入阈值计算,从而使高剩余能量且聚合度高的节点优先选为第一簇头。在此基础上,根据簇内节点能量选出第二簇头,完成簇间多跳路由转发数据。仿真实验表明：DCHP协议能更好平衡网络能量负载问题,延长网络生命周期。     

一种超低功耗无线传感器网络MAC协议

在无线传感器网络中,能量是一个关键资源。传感器网络节点通常在大部分时间里处于休眠状态以节约能量。其中,节点间精确地同步和超低的休眠功耗能够本质上延长无线传感器网络节点的寿命。然而现实中节点在唤醒周期设置、时钟源选择和网络节点同步时很难满足理论研究时提出的要求。因此,提出了一种低功耗无线传感器网络MAC协议:允许节点使用多种时钟源实现功耗最优配置,在休眠时采用内部时钟以达到最低功耗,在工作时采用外部晶振以保证射频性能,同时为了解决多时钟源误差增大且休眠周期变化带来的问题,提出了多时钟源休眠唤醒机制和节点同步策略。最后文章在IEEE802.15.4硬件测试平台上完成了多时钟源MAC协议与SMAC协议的实证测试,结果表明对比SMAC协议的唤醒和同步机制,低功耗无线传感器网络MAC协议在传感器网络节点上能够极大地减少休眠功耗并显著地节约同步的时间,从而大大延长节点寿命。     

基于虚拟引力的WSNs路由协议设计与实现

数据采集是无线传感器网络(WSNs)主要功能之一,大规模的传感器网络采集并回收数据时容易出现节点负载不均衡,导致负载重的节点过早死亡.为了延长传感器网络的生存时间,本文提出了一种基于虚拟力的分簇路由协议(CRPVG),选取合适的节点出任簇首;根据簇首与普通节点的虚拟引力大小进行分簇;通过簇首之间多条传输将采集的数据包发送至基站节点.实验结果表明:提出的分簇路由协议在能耗均衡方面起到了较好的作用,延长了网络的生存时间.     

基于能量感知的无线传感器网络路由算法

针对LEPS(Link Estimation and Parent Selection)在路由选择维护阶段数据收集成功率较低、节点间负载不均衡、链路质量评估复杂等问题,提出了基于能量感知的路由算法Energy-Aware and Load-Balance(EALB)。在路由选择时,EALB引入了能量感知和同层节点数据转发机制。通过仿真实验将该算法与LEPS路由协议进行比较,结果表明在相同的实验环境下,该路由协议能够提高收集成功率,有效均衡负载,延长网络生存时间。