多跳无线网络中路径端到端容量的准确计算

多跳无线网络中路径的端到端容量,是指业务在该路径上的端到端吞吐量所能达到的最大值.获取该信息有非常重要的意义,同时也是很有挑战性的工作.目前,已有的工作在计算端到端容量时,要么假设路径上各跳链路间获得了完美的同步,无线资源在竞争链路间平均分配,这种方法忽略了多跳路径中由隐藏节点引起的碰撞,获得的结果与实际测试结果有较大的差异;要么通过复杂的非线性方程组的求解来计算端到端容量,在较大规模的无线网络中,这种方法的实用性又受到限制.首先,完成对基于IEEE 802.11的多跳无线路径中由隐藏节点引起碰撞概率的准确数学表达;然后,利用最优化问题来分析多跳路径中各跳链路间的竞争问题,进而建立了准确、简便的端到端容量计算方法.而且,该方法还考虑了无线网络中多速率传输的情况.仿真结果表明,该方法显著提高了端到端容量计算结果的准确度,并且复杂度低、易于实现,具有很好的应用前景.     

无线Mesh网络的路径容量分析模型及算法

路径容量对于路由协议的设计、QoS保障以及拥塞控制等方面有重要指导意义.为充分发挥无线Mesh网络中多设备多信道的资源优势,以路径容量为研究对象,首先提出了针对无线Mesh网络的本地虚拟报文探测分析模型,给出网络无干涉传输的充要条件,然后将给定的路径容量测量问题转化为信道分配及报文调度的最优化问题.在此基础上,采取贪心策略作为启发式条件,设计了路径容量评估算法PCEAGS进行求解.最后,详细讨论了算法中的若干参数如路径跳数、报文数目、节点的平均信道及无线设备数目等对评测结果准确性的影响.实验结果表明,该算法能以较低的平均时间复杂度求得近似解,且具有良好的可扩展性.     

节点传输半径对无线自组织网络容量的影响分析*

在共享无线信道的多跳无线自组织网络中,节点传输半径的大小直接影响节点的一跳吞吐量和业务流传输的中继所需跳数,从而影响网络容量。在网络业务类型一致的条件下,通过数学模型分析和仿真实验,考察了网络容量与节点传输半径、业务流传输的路径长度以及网络节点数量之间的关系,其分析结果有助于优化无线网络的组网结构。     

基于蚁群的无线传感器网络能量均衡非均匀分簇路由算法

无线传感器网络(WSN)路由中,节点未充分考虑路径剩余能量及链路状况进行的路由会造成网络中部分节点网络寿命减少,严重影响网络的生存时间。为此,将蚁群优化算法与非均匀分簇路由算法相结合,提出一种基于蚁群优化算法的无线传感器非均匀分簇路由算法。该算法首先利用考虑节点能量的优化非均匀分簇方法对节点进行分簇,然后以需要传输数据的节点为源节点,汇聚节点为目标节点,利用蚁群优化算法进行多路径搜索,搜索过程充分考虑了路径传输能耗、路径最小剩余能量、传输距离和跳数、所选链路的时延和带宽等因素,最后选出满足条件的多条最优路径,完成源目的节点间的信息传输。实验表明,该算法充分考虑路径传输能耗和路径最小剩余能量、传输跳数及传输距离,能有效延长无线传感器网络的生存期。     

多速率环境下AODV协议的改进

分析AODV协议在多速率环境下的不足,提出一种改进的协议AODV-HC.AODV-HC采用传输容量作为判断路径优劣的标准,通过链路单向稳定性和链路传输能力的度量,构建路径传输容量度量体系.在路径选择上将每条链路的稳定性和链路可承载的容量纳入考虑因素,能有效解决多速率环境下多跳低速链路带来的吞吐量限制.通过对AODV协议的路由请求信息和路由表的扩充以及对路由发现和路由回复过程的改进来实现AODV-HC协议.仿真实验表明基于传输容量度量的AODV-HC协议在节点高密度分布时能够提高网络的饱和吞吐量和分组交付率,降低平均分组传输时延.     

WSN中利用蚁群路径优化的时隙选择重排算法

针对无线传感器网络(WSN)汇聚传输中的数据传输时间和功耗问题,提出了考虑时间同步和唤醒延迟的汇聚传输时隙选择重排算法。将时分多址接入(TDMA)用作介质访问协议,并允许每个节点在传输时隙期间可以发送或接收数据;设计新的WSN数据收集树模型,将传感器节点生成的数据通过无线链路形成的多跳网络发送到汇聚节点,在数据收集树的每条链路上分析时隙顺序,优化时隙选择,并基于蚁群算法优化路径选择,减少传输能量消耗和均衡簇头能量。实验结果表明,提出的算法可以实现显著的数据传输性能提高和功耗节约。     

交通干线无线宽带覆盖网络传输性能研究

对交通干线无线宽带覆盖网络骨干链路的传输性能进行研究,建立了WMN骨干链路的传输模型,研究了对其多跳传输性能产生影响的主要因素。针对WMN骨干链路多跳传输带宽急剧下降和无线骨干链路的带宽瓶颈等两个多跳传输难题,提出了基于802.11n的多模Mesh节点结构,实现了其原型系统。实验结果表明其具有超过165Mb/s的基准带宽,在60Mb/s的限速应用环境下,每跳的带宽衰减小于1%,满足了地面无线网络覆盖的需求。     

IWSNs中的混合式共享链路调度

针对工业无线传感器网络中的链路调度问题,提出一种混合式共享链路调度方案.通过对现有典型集中式调度方案存在的不足进行分析,将属于同一路径或多跳路由的节点间的共享链路集中分配给属于同一路径的节点,采用分布式决策决定哪些节点应当在每个时间点使用共享链路;推导出描述调度方案的可靠性和延迟性能指标的解析表达式,表明提出方案能灵活分配和利用链路,具有更好的防止传输差错和减小延迟的能力.仿真结果表明,与现有IWSNs链路调度方案相比,提出方案可以提高可靠性和延迟性能,更有效地利用链路资源.     

一种基于相交多径网络编码模型的无线传感网多径路由协议

将网络编码技术应用到无线传感器网络中以提高网络的传输效率是近年来国内外研究的一大热点,相交多径网络编码模型是一种具有高可靠性的基于网络编码的多径路由模型,而目前将相交多径网络编码模型应用在无线传感网的多径路由协议中的研究并不多。通过使用基于地理位置划分虚拟网格的方法设计了一种相交多径网络编码模型的路由协议BRGNC(Braided multipath Routing protocol based on Grid with Network Coding)。在路由过程中先根据网格的能量情况、链路质量、节点个数等因素选择下一跳网格,再通过网格内节点状态选择“最优的”转发节点集,从而降低了以往按照相交多径网络编码模型建立无线传感网的多径路由协议的难度。仿真实验结果表明,该协议具备较好的可靠性和能耗均衡性,在网络规模较大、链路状态较差的情况下也能够很好地保证数据的可靠传输。     

一种SRIO网络负载均衡最短路径路由算法

在串行RapidIO传输过程中,路由选路算法是影响传输性能的重要因素之一。针对串行高速输入-输出(SRIO)网络深度优先搜索分配路径非最优问题,提出一种负载均衡最短路径路由算法。通过广度优先搜索对SRIO网络中的节点进行枚举并建立网络拓扑信息,以路由跳数定义路由的成本,根据改进Floyd-WarShall算法计算并保存交换节点间的K最短路径。给出预期负载的概念和链路上的路由路径数量来定义链路的负载,采用负载均衡算法从K最短路径中进行选路,建立SRIO网络最短路径约束的负载均衡路由。实验结果表明,与深度遍历路由算法、最小跳数算法相比,该算法在网络传输平均跳数、链路平均负载和链路负载均衡方面有更好的表现,能够有效提升SRIO路由网络的稳定性。     

混合无线网络容量及延迟性能的研究

混合无线网络是在Ad hoc网络中添加基站的新型网络模型，其容量是评估网络性能的重要参数。本文研究了混合无线网络的容量问题。首先建立了谊网络的网络模型，在考虑延迟时间的基础上提出一种新的路由策略，一定程度地保证了数据传输的实时性。在此基础上运用图论中数学计算的方法推导了混合无线网络容量数学期望的分析表达式，这是本文的重要结论，对于未来混合无线网络的设计与分析都具有指导意义。     

End-to-end delay estimation for multi-hop wireless networks with random access policy

End-to-end delay analysis is an important element of network performance analysis in multi-hop wireless networks.In this paper,we propose an analytical model for estimating the end-to-end delay performance of wireless networks employing a random access policy for managing node’transmissions on shared channels with time-varying capacity.To obtain the closed form expression,a new concept of residual effective capacity is presented using the definitions of effective bandwidth theory and effective capacity theory.This allows us to calculate the cumulative distribution function of the queuing delay.Based on this concept,we derive a formula to calculate the average end-to-end delay for multi-hop wireless networks,with the result including the effect of a random access protocol,which has not previously been considered.Finally,we validate our analysis through simulations and provide an example application for our results.     

基于冗余连通的无线传感器网络覆盖优化研究

在保证无线传感器网络连通的基础上,提出了一种带有一定冗余度(即k连通)的传感器网络.另外在基于图论模型的基础上,提出一个多跳无线传感器网络的选路算法,该算法考虑到无线传感器网络的节点多跳特征,通过多跳矩阵的更新进行相应的路由选择和分析,从而选择最优路径,以节省网络开销.     

室内无线传感器网络信道传输模型及统计分析

无线传感器网络在室内的应用越来越广泛,然而相应的无线信道衰落模型的研究却尚未成熟.为此,针对典型的住宅和办公环境进行了无线传感器节点的信道传输衰落特性测试,并对测试数据进行了拟合和建模.拟合结果表明,在大尺度衰落的情况下,所提出的三阶多项式对数距离路径损耗模型能够更好地表征室内环境下的信道衰落情况,对研究室内无线传感器网络的关键技术具有重要的参考价值.     

Complexity results on labeled shortest path problems from wireless routing metrics

Metrics to assess the cost of paths through networks are critical to ensuring the efficiency of network routing. This is particularly true in multi-radio multi-hop wireless networks. Effective metrics for these networks must measure the cost of a wireless path based not only on traditional measures such as throughput, but also on the distribution of wireless channels used. In this paper, we argue that routing metrics over such networks may be viewed as a class of existing shortest path problems, the formal language constrained path problems.On this basis, we describe labeled path problems corresponding to two multi-radio wireless routing metrics: Weighted Cumulative Expected Transmission Time (WCETT), developed by Draves et al., and Metric for Interference and Channel-switch (MIC), developed by Yang et al. For the first, we give a concise proof that calculating shortest WCETT paths is strongly NP-Complete for a variety of graph classes. We also show that the existing heuristic given by Draves et al. is an approximator. For the second, we show that calculating loop-free (simple) shortest MIC paths is NP-Complete, and additionally show that the optimization version of the problem is NPO PB-Complete. This result implies that shortest simple MIC paths are only poorly approximable in the worst case.Furthermore, we demonstrate how the polynomial-time algorithm for shortest MIC paths is derivable from an existing language constrained shortest path algorithm. We use this as a basis to exhibit the general utility of viewing multi-channel wireless routing metrics as labeled graph problems, and discuss how a class of related polynomial-time computable metrics are derivable from this algorithm.     

一种动态传感网络中的新型路由算法

随着无线传感网络技术和其应用领域的不断发展,网络模型趋于动态化,网络节点具有移动性,这给路由算法设计带来新的挑战。该文介绍动态叶子树网络模型,针对没有定位信息的场景提出适合动态网络的DLR路由算法。该算法包含路径相似度计算以及最佳路径选择2个步骤。仿真模拟表明,DLR路由算法能够在动态网络中保证超过90%的通信可靠性。     

Analyzing the effective throughput in multi-hop IEEE 802.11n networks

In this paper we characterize the effective throughput for multi-hop paths in IEEE 802.11n based wireless mesh networks. We derive an analytical model capturing the effects of frame aggregation and block acknowledgements, features found in the new IEEE 802.11n standard. We describe the throughput at MAC layer as a function of physical data rate, error rate, aggregation level and path length. While being mathematically tractable, the proposed model is flexible enough to account for complex and realistic error characteristics of the wireless channel, such as long-term fluctuations and burstiness. We further show how to integrate the well-known Gilbert-Elliot channel model into our model and evaluate both models in our indoor wireless testbed.     

多信道无线Mesh网络负载均衡路由算法研究

针对无线网状网的网络容量问题,在多信道无线网状网模型的基础上,利用线性规划公式对无线网状网的路由问题进行描述,在此基础上提出了一个负载均衡的路由算法,在对业务请求的路由跳步数进行约束的前提上,通过减少网络链路上的负载,达到提高网络的吞吐量的目的。仿真结果表明,提出的算法能显著提高网络性能。