能量有效的无线传感器网络分簇路由协议

无线传感器网络（WSNs）的应用前景非常广阔,得到了越来越广泛的关注,其中网络节能、降低功耗、延长寿命是WSNs必须解决的问题。对WSNs中典型的分簇路由协议进行了详细分析,通过对比研究,提出了一种基于节点间相关性的能量有效分簇路由协议——BCCP协议。在BCCP协议中,能耗均衡分簇算法利用节点间位置相关性与节点剩余能量,降低分簇迭代次数,得到分布均匀的簇首节点,降低簇内成员节点与簇首节点的通信能耗,以此降低网络能耗;降低能耗分簇算法利用节点间数据相似性与节点间协同性,降低簇内通信、簇间通信的数据量,以此降低网络能耗。实验结果表明,BCCP协议在能耗均衡、网络存活节点数、降低能耗方面与其他方法相比均有明显的优势。      

基于活动预测和能耗均衡的WSN路由算法

无线传感网络（WSN,Wireless Sensor Network）中节点触发与数据传输往往会呈现出某种活动模式,基于活动模式特性提出了基于活动的节点分簇算法（AACP,Activity-Aware Clustering Protocol）,将网络中的传感器 节点分成多个活动簇,并通过对节点的历史触发数据进行分析,结合分簇结果对当前发生的活动进行预测.基于活动预测结果,综合能耗均衡、节点剩余能量、传输能耗等影响因素,提出了基于活动预测和能耗均衡的WSN路由算法（AEBRP,Activity-aware and Energy Balanced Routing Protocol）.仿真实验中与低功耗自适应集簇分层型协议（LEACH,Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）、基于跟踪的动态节点分簇算法（HCMTT,Hybrid Clustering for Multitarget Tracking in wireless sensor networks）和传感器信息系统中的高能效采集算法（PEGASIS,Power Efficient Gathering in Sensor Information System）进行比较,验证了AEBRP算法在维持网络能耗均衡、延长网络生命周期方面具有明显优势.      

移动Ad Hoc网络中的自适应转发分群路由协议

为了提高移动Ad Hoc网络的可扩展性,降低在大规模移动Ad Hoc网络中路由开销的增长速度,提出了一种自适应转发分群路由(AFCR,Adaptive Forwarding Cluster Routing)协议.它采用基于最小节点标识号(ID)的移动分群算法将所有节点分为若干个一跳分群.通过设置分群计时器,仅使用两轮控制消息就能快速部署网络的分群结构,并且可使分群同时在全网多处展开.邻节点之间通过交换局部路由信息来建立相邻群首间的路由,而不相邻群首间的路由则利用相邻群首间的路由来建立.基于所建立的分群网络结构和局部路由信息,该协议能够完成数据分组的自适应转发.仿真结果表明,与DSDV(Destination-Sequenced Distance-Vector)和RRR-DSDV(Rapid Route Recons truction DSDV)协议相比,AFCR协议在大规模、重业务量的情况下有效地降低了路由开销、改善了网络的传输性能.     

Ad hoc网络局部路由发现算法

针对自组(ad hoc)网络按需路由协议采用全网络广播方式来进行路由发现带来的网络路由开销较大问题,提出一种减少网络路由开销的局部路由发现算法.路由附近节点根据当前路由上发送的数据报文计算到达目的节点的最小跳数;当路由发生中断时,路由发现请求报文将在中断路由附近节点间按照最小跳数减小的方式传递,从而合理限制路由发现范围;通过增大中断链路附近节点转发路由发现报文跳数的方式,扩大局部搜索范围,提高路由发现成功率.仿真实验结果表明,本算法最多可以减少约60%的网络路由开销,降低约70%的平均网络延迟,提升约10%的数据报文发送成功率.此外,任何基于广播方式进行路由发现的路由协议都可以使用这种算法优化性能.      

R*-树结点自适应聚类分簇算法

为提高逆向工程中点云、三角网格等数据的索引效率,提出一种R^*-树结点自适应聚类分簇算法,采用均匀分布数据作为参考点集,基于间隙统计法及k-均值算法获得使结点相似度之和开始收敛的自然簇数,进而实现R^*-树的结点自适应聚类分簇.实验证明,该算法可实现各类复杂几何对象的R^*-树结点分簇问题,并能降低R^*-树结点分簇的参数依赖性,减少结点重合度,提高R^*-树空间数据查询效率.     

一种电子政务数据交换覆盖网络

数据交换是电子政务应用的核心问题.构建一种应用层数据交换覆盖网络成为解决这类问题的关键.分析了电子政务数据交换的特点,提出了电子政务数据交换覆盖网络eGON(e-Government data exchange Overlay Network)的概念模型,在树型结构组织网络的基础上,引入结点间组织距离和结点适应度概念,提出了一种eGON拓扑结构模型——双尺度异质组织网络模型DSHON(Dual Scale Heterogeneous Organization Network),该模型按照与组织距离和能力适应度2种尺度相关的概率添加快捷边,实现网络性能改善.设计了eGON的总体结构、构建与维护机制、路由维护协议和基于组织距离优先的消息路由算法,并进行了路由算法实验验证.      

基于轨迹方法的AFDX网络路由配置算法

针对航空电子全双工交换式以太网(AFDX,Avionics Full Duplex Switched Ethernet)的网络关键技术——虚拟链路(VL,Virtual Link)的静态路由算法,提出了一种基于AFDX轨迹方法的VL路由配置算法——TRJ算法,保证配置VL的端端确定性最大延迟满足给定的时延约束.TRJ算法计算每条VL基于轨迹方法得到的初始延时约束比,按照延时约束比从小到大的顺序结合轨迹方法进行VL静态路由配置.在AFDX网络典型配置下,将该路由算法与最小跳路由和均衡路由算法进行比较,结果表明最小跳路由算法用了最少的资源,均衡路由算法平衡了网络流量,但只有该算法保证了所有VL的端端最大延迟满足时延约束,证明该算法的有效性.     

自组织网络中UPMA协议的群间仿真

基于有效竞争预约接入、无冲突轮询传输的思想,结合分层分布式网络结构为自组织网络提出了依据用户妥善安排的多址接入(UPMA)协议,UPMA协议可以支持节点移动性和多跳网络拓扑,并使用网络仿真工具OPNET仿真评估了它的群间通信性能.该协议利用分群算法将多跳网络拓扑形成轮询所需要的两跳分群结构,包括预约接入和无冲突的轮询服务阶段.有分组发送的节点在每帧的竞争接入时隙中竞争接入.如果成功,则进入轮询服务过程;否则,在本帧重新开始的接入阶段中进行冲突避免和分解的预约接入过程.仿真结果表明,UPMA协议显著提高了多跳群间的业务传输效率,可以提供较高的端到端信道利用率、较低的端到端平均消息时延和较小的平均消息丢弃率.      

基于优化信任评估的Ad Hoc安全路由协议

针对Ad Hoc网络中自私节点造成的攻击问题,提出了一种基于信任评估的Ad Hoc安全路由协议TEAR。该协议在节点行为信任评估方案的基础上,通过使用链路信任值和路径信任值表示节点和路径的可信度,同时,在链路信任值计算时,引入了基于公共邻居节点的间接信任评估方法和可变时间窗机制,保证了信任值计算的准确性和实效性;协议中每个节点维护一张信任表,并重新定义了路由请求和路由回复消息格式,实现了安全路径的快速选择。使用NS2进行模拟验证,又与AODV以及基于固定时间窗信任评估的安全路由协议TA-AODV进行性能对比。结果表明,改进的信任评估方案具有更好的性能,采用该方案的安全路由协议能较快地发现自私节点,并准确选择安全路径,提高了Ad Hoc网络性能。      

层次网络数学模型与层次路由算法研究

建立了多层卫星网络的层次数学模型,在对数学模型研究的基础上,提出了一种适合多层卫星网络应用的层次路由算法.仿真结果表明,该算法具有较快的计算速度,降低了拓扑更新的通信开销,随着链路利用率的增加具有很好的时延性能,能够有效地提高空间信息网络的路由性能.      

考虑能量最优的集群航天器避碰规划

针对传统集群聚集算法在航天器集群规划应用中存在燃料消耗大、不均衡以及耗时过长等问题,提出了向心聚集的能量最优聚类避碰算法。该算法首先基于集群相对运动方程与有限时间的能量最优模型,建立了自适应的向心聚集的能量最优模型;在此基础上,对于耗时较长且碰撞的问题,提出一种基于能量最优的聚类避碰算法,以模块间安全距离矢量作为避碰约束,将能量消耗作为聚类算法指标进行改进。仿真验证表明,该算法可以自适应选取集群聚类的中心,有效避免碰撞,减少集群聚集总能量的消耗以及模块间能量消耗的不均衡性,使得工质消耗达到全局最优,且耗时仅有常规遗传算法的万分之一。该算法为集群快速安全聚集提供了思路。     

移动Ad Hoc网络中一种支持QoS的多址接入协议

基于随机竞争和冲突解决的思想,为多跳移动Ad Hoc网络提出了一种支持服务质量(QoS)的多址接入(QMA)协议.将业务负载划分为时延敏感的实时业务和非时延敏感的数据业务.按照该协议,节点在发送业务分组前利用预报突发进行竞争接入,节点按照业务分组时延情况确定预报突发的长度,所发预报突发能持续到最后的节点优先获得接入.同时,具有实时业务的节点可以按照其优先级在更早的竞争微时隙中开始发送预报突发,因而可以比发送数据业务的节点更优先接入信道.最后利用OPNET仿真评估了QMA协议的多址性能,通过与带冲突避免的载波侦听(CSMA/CA)协议比较表明,QMA协议可以提供较高的吞吐量和较低的消息丢失率,并能为实时业务提供较低的时延,从而实现了对多媒体业务的QoS支持.      

路由抢救技术对路由性能影响的分析

在移动Ad Hoc网络中为降低路由开销、提高网络的投递率,在路由策略中增加路由抢救功能.使用发生错误节点之后的路由节点存储路由个数在总网络中的比率估计路由抢救概率,提出路由抢救概率的计算公式;在路由抢救概率的基础上改进传统路由开销和路由时延的计算公式,是关于路由寿命的函数,路由寿命的设置降低了过时路由对网络性能的影响;给出路由寿命的最优解表达式最小化路由开销.仿真结果表明:①抢救概率的仿真值围绕计算值曲线附近浮动;②路由抢救功能和路由寿命的设置可以降低路由开销,提高路由投递率近20%.     

智能监控场景中运动目标轨迹聚类算法

轨迹分析是视频监控场景理解的基础,但由于遮挡等原因,跟踪过程会出现不完整的噪声轨迹,导致分析结果不准确.针对此类问题利用改进的轨迹相似度度量和聚类方法进行场景区域分割.首先,对轨迹进行编码,提出利用轨迹的空间特征和速度方向特征改进相似性度量方法计算轨迹间距离;其次,采用改进的层次聚类算法,以该类最长轨迹作为运动物体行为模式代表,将在空间上接近且具有相似速度特征的轨迹划分为同一场景区域,得到符合实际情况的聚类结果.本算法无需对轨迹进行复杂的预处理或过滤,并且加入速度方向特征使区域划分更加合理.最后,在真实场景下,验证了该聚类算法的有效性和普遍适用性.     

基于ICT分布的容迟网络接触模型

在容迟网络中,掌握节点之间的接触间隔时间(ICT)的特性,能够为网络性能分析、路由协议设计以及算法优化等研究提供理论指导和帮助,但目前的ICT模型往往缺乏普适性.通过对节点运动做出一般性假设,基于可靠性数学方法,给出了一个基于ICT分布的接触模型——IDCM.该模型证明了两个移动节点之间的ICT服从指数分布,且指数分布的参数仅与两个节点的历史接触次数和累积ICT有关.在随机方向(RD)移动模型、随机路点(RWP)移动模型、北京市出租车网络、口袋交换网4个数据集上进行了仿真验证,并与基于统计拟合参数的指数分布模型进行对比.仿真实验结果表明,IDCM能够准确反映节点对之间的接触间隔时间分布,且模型准确性优于基于统计拟合参数的指数分布模型.