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基于蚁群算法的车载自组网络QoS路由及协议优化研究

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基于蚁群算法的车载自组网络QoS路由及协议优化研究

作者：张景豪西安理工大学

学位级别：硕士

特殊应用场景下的车载自组网络(Vehicle Ad Hoc Network,VANET)对于路由的可靠性和稳定性要求较高,尤其是涉及到交通事故预警等安全类的上层应用时,就需要有高质量的路由保障。在此背景下,在VANET中寻找面向服务质量(Qualityof Service,... 详细信息

特殊应用场景下的车载自组网络(Vehicle Ad Hoc Network,VANET)对于路由的可靠性和稳定性要求较高,尤其是涉及到交通事故预警等安全类的上层应用时,就需要有高质量的路由保障。在此背景下,在VANET中寻找面向服务质量(Qualityof Service,QoS)路由优化问题的解决方案一直是本领域的一个研究热点和挑战。近年来,蚁群算法(Ant Colony Algorithm,ACO)作为群智能启发式算法,在解决众多约束优化这类NP问题时表现出良好性能,并且也能够成功应用于路由协议的改进,一定程度上为网络QoS优化问题提供了解决方案,但依然存在一些不足需要进一步的优化。基于对现有VANET路由协议和蚁群算法的研究,本文针对城市车载自组网络场景下链路不稳定、频繁路由重启引发的路由发现次数过多、QoS优化等问题对协议进行了改进,提出一种基于区域分级和节点度量的双向链路蚁群路由协议TARP。在ns-2的仿真实验中表明,改进后的协议在仿真场景下的综合性能要优于对比的两个协议。本文的主要工作如下:(1)基于改进蚁群算法对QoS路由优化问题进行了研究与建模。调研了目前已有的VANET网络路由协议,梳理了 VANET网络路由协议的优缺点。在蚁群算法的基础上,针对网络QoS路由优化问题进行了建模与优化,综合时延、抖动、丢包率等QoS约束的影响,对路由算法的全局信息素更新规则进行了改进,并且增加了惩罚因子加速算法收敛。改进后的QRAR路由算法可以找到网络QoS路由问题的最优解。(2)提出了通信节点的区域分级和节点通信价值度量策略。区域分级策略是根据弗里斯信号传输模型和信号传输范围模型提出的判断邻居节点所在区域等级的算法,通过为处于不同区域的邻居节点提供不同的状态转移规则权重从而影响前向蚂蚁搜索选路;节点通信价值度量策略则是对节点进行本地计算,并将计算得到的移动性和拥塞度信息作为节点通信价值,度量出节点通信价值之后,令节点间进行信息互换,以此来启发前向蚂蚁按照状态转移规则的引导进行搜索路径选择。两个策略共同解决了蚁群路由协议稳定的下一跳节点选择问题。(3)提出了双向应答机制。传统蚁群路由协议在前向蚂蚁到达目的节点后,目的节点陆续发回反向蚂蚁,通常由反向蚂蚁释放信息素建立路由。本文提出的改进路由协议在源节点等待反向蚂蚁的同时,令目的节点向源节点再次派发前向蚂蚁,同时由源节点蚂蚁重新回复反向蚂蚁形成双向应答链路,对源节点的路由请求进行双向应答。策略根据双向路径结果判断路径可靠性,同时在种群数量相同的情况下,减少了蚂蚁前向搜索的时间,但缺点是一定程度上提高了网络的开销。(4)对本文所提出的改进蚁群路由协议TARP进行仿真和分析。基于ns-2仿真平台建立了 VANET网络场景,将TARP同AODV和PAODV协议进行仿真对比,针对本协议的应用场景设计了6种评价标准,同时改变协议的有效通信范围并在节点密度、节点移动性和节点拥塞度变化的3种场景下进行了协议性能验证。仿真结果显示,本文提出的改进路由协议在3种场景下的路由发现次数较对比协议都有明显的降低,其他5种评价指标较对比协议都趋于稳定。因此可以说明,本文的路由协议不仅满足了 QoS要求,而且提升了链路可靠性和网络稳定性。

关键词：车载自组网络蚁群路由协议区域分级节点度量双向应答 ns-2仿真

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基于ns-2的LEACH协议改进

计算机工程 2009年第21期35卷 97-100页

作者：彭艾黄岚王忠义王成中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 国家农业信息化工程技术研究中心北京100097

针对无线传感器网络能量有限的问题,从稳定性的角度出发,提出LEACH协议的低功耗改进方案。借助ns-2仿真对比改进前后协议的运行结果,讨论传感器能耗对协议低功耗改进的影响。仿真结果表明,协议改进后网络生存期和传输数据量分别增加了45... 详细信息

针对无线传感器网络能量有限的问题,从稳定性的角度出发,提出LEACH协议的低功耗改进方案。借助ns-2仿真对比改进前后协议的运行结果,讨论传感器能耗对协议低功耗改进的影响。仿真结果表明,协议改进后网络生存期和传输数据量分别增加了45.87%和35.16%,变异系数(CV值)得到改善,但当传感器耗能占节点总能量的60%时,协议的改进没有效果。

关键词： LEACH协议 ns-2仿真低能耗传感器耗能

基于IEEE802.11p高速车路通信环境研究

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仪器仪表学报 2013年第5期34卷 1181-1187页

作者：张和生张明洋孙伟北京交通大学电气工程学院北京100044 轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044

针对基于IEEE802.11p构成高速车路通信中安全类消息传输的性能是否满足车路通信需求的问题,采用符合实际道路特点的Nakagami分布描述无线信道衰落,Poisson分布描述移动车辆发送的数据流,对单一路侧设备与连续移动车辆通信性能进行了仿... 详细信息

针对基于IEEE802.11p构成高速车路通信中安全类消息传输的性能是否满足车路通信需求的问题,采用符合实际道路特点的Nakagami分布描述无线信道衰落,Poisson分布描述移动车辆发送的数据流,对单一路侧设备与连续移动车辆通信性能进行了仿真。以车辆消息发送间隔、通信车辆数量、车辆行驶速度为变量,得到4种不同接入类消息的车辆数与吞吐量、发包间隔与丢包率、发布间隔与平均时延、车辆速度与投递字节数的关系。结果表明,不同类型消息在车辆数与吞吐量关系上有一个优化点,可实现车辆数和吞吐量的最大化;丢包率和平均时延都会随着车辆数据发送间隔增大而增大。车速增加时,安全类消息的投递字节数下降且与车速成反比。从仿真结果可以看出,IEEE802.11p协议能够保证高优先级安全类消息传输服务质量。

关键词：车路通信性能分析 ns-2仿真 IEEE802 11p协议专用短程通信

基于ns-2的AODV路由协议算法性能对比研究

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基于ns-2的AODV路由协议算法性能对比研究

作者：陈常念华中师范大学

学位级别：硕士

近几年来随着移动用户的持续增长,ad hoc网络越来越多的受到人们的关注。ad hoc网络具有自组织,多跳,无中心特性。具有无线通讯设备的自治节点不需要任何已有的设施就能组网。网络中的每个节点既可以是主机也可以是路由器。ad hoc网络... 详细信息

近几年来随着移动用户的持续增长,ad hoc网络越来越多的受到人们的关注。ad hoc网络具有自组织,多跳,无中心特性。具有无线通讯设备的自治节点不需要任何已有的设施就能组网。网络中的每个节点既可以是主机也可以是路由器。ad hoc网络的拓扑结构是不断变化的,同时移动节点有能量和传播范围等限制。传统的路由协议已无法满足它的要求。更适合移动节点特性的路由协议不断的被讨论,其中最流行的就是按需路由协议。AODV-UU是在现实环境中实现的AODV路由协议,本文将AODV-UU和ns-2中已有的模拟环境中的AODV协议做了性能对比。AODV UU在包处理等机制上与后者有很大的不同。本文的主要内容安排如下:首先介绍AODV路由协议的基本原理,包括协议帧的类型,协议的路由建立过程和维护操作。并介绍厂现实环境中实现协议所需做的改进。然后介绍了IETF在研究ad hoc网络时所使用的AODV-UU。AODV-UU是AODV协议在Linux下的协议实现,使用C语言编写并在GNU公共通用许可证下发布。AODV-UU支持IPv6和组播并和RFC3561完全兼容。本文重点分析AODV-UU的软件模块和包处理方式。软件模块分为内核相关模块和内核无关模块。包分为控制包和数据包,包处理方式按照包的类别分别处理。接着介绍网络模拟器ns-2无线模拟核心移动节点的配置,模拟场景的设置,以及模拟输出trace文件的格式分析和处理数据工具gawk及其对应的数据处理代码。最后用ns-2对AODV和AODV-UU分别从分组投递率,端到端的平均延迟和路由开销这三方面进行了对比性能分析,通过结果可以看出AODV-UU整体性能要优于AODV。

关键词： ad hoc网络 AODV AODV-UU ns-2仿真

基于移动模型的移动自组网干扰分布特征仿真研究

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高技术通讯 2014年第12期24卷 1221-1227页

作者：谭国平朱燕丹唐璐瑶李岳衡河海大学计算机与信息学院南京211100

为了分析移动自组网络中的干扰情况,以改善网络的整体性能,引入了三个常见的移动模型——随机路点(RWP)移动模型、高斯-马尔可夫(GMS)模型和参考点组(RPG)移动模型,并采用基于泊松点过程(PPP)的节点空间干扰分布的理论统计几何方法研究... 详细信息

为了分析移动自组网络中的干扰情况,以改善网络的整体性能,引入了三个常见的移动模型——随机路点(RWP)移动模型、高斯-马尔可夫(GMS)模型和参考点组(RPG)移动模型,并采用基于泊松点过程(PPP)的节点空间干扰分布的理论统计几何方法研究了移动自组网络干扰特征,然后利用ns-2软件搭建了基于有冲突避免的载波监听多路访问(CSMA/CA)机制的干扰仿真平台,仿真分析了基于泊松点过程的和基于不同移动模型的干扰的累积分布函数(CDF)及概率密度函数(PDF)。研究发现无线信道间的干扰会极大地影响移动自组网的性能,而在接收节点处的干扰特征主要是由干扰发送节点的几何分布决定的;泊松点过程的干扰分布特征和随机路点移动模型较相似,但与其他两个移动模型存在很大差异。最后分析了存在差异的原因。

关键词：移动自组网干扰分布泊松点过程(PPP) 移动模型 ns-2仿真

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有线/无线网络中最小方差拥塞控制算法

南京理工大学学报 2017年第2期41卷 207-211页

作者：葛龙杨歆豪常熟经济技术开发区博士后科研工作站江苏常熟215500 苏州大学机电工程学院江苏苏州215021

为了满足流媒体等新型应用对网络服务质量的需求,该文提出了基于最小方差理论的网络拥塞控制算法。针对有线/无线网络特性,利用平衡点线性化方法将拥塞控制模型转换为离散传递函数,并考虑系统噪声和随机性的影响,将广义最小方差控制理... 详细信息

为了满足流媒体等新型应用对网络服务质量的需求,该文提出了基于最小方差理论的网络拥塞控制算法。针对有线/无线网络特性,利用平衡点线性化方法将拥塞控制模型转换为离散传递函数,并考虑系统噪声和随机性的影响,将广义最小方差控制理论引入有线/无线网络的拥塞控制中,设计了基于最小方差的网络拥塞控制算法。仿真实验表明,在变化网络环境下,所设计的网络拥塞控制算法是有效和鲁棒的,能够维持期望的队列长度,有效抑制队列长度波动和延时的影响,提高有线/无线网络服务质量。

关键词：有线/无线网络网络拥塞控制算法最小方差控制 ns-2仿真

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动态环境下TFRC协议改进及其仿真

计算机工程与设计 2009年第5期30卷 1101-1103页

作者：刘国柱杜春晖青岛科技大学信息科学技术学院山东青岛266061

TFRC协议利用吞吐量公式对于静态环境下的网络传输进行了很好的控制。当网络环境动态变化时,静态环境下的吞吐量公式对传输控制就不能很好的适应,对传输过程中丢包率较高的情况(丢包率大于0.08)将吞吐量公式进行了改进,并推导出精确公... 详细信息

TFRC协议利用吞吐量公式对于静态环境下的网络传输进行了很好的控制。当网络环境动态变化时,静态环境下的吞吐量公式对传输控制就不能很好的适应,对传输过程中丢包率较高的情况(丢包率大于0.08)将吞吐量公式进行了改进,并推导出精确公式。用ns-2、VLC和RTP工具进行了模拟仿真,得到了可靠的结果。

关键词：多媒体拥塞控制吞吐量 TFRC ns-2仿真

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改进的ZigBee树路由算法

计算机工程与应用 2016年第5期52卷 114-118页

作者：朱旭牛存良白晓丽河北工业大学计算机科学与软件学院天津300401

ZigBee树路由被广泛应用于多种领域,其特点是源节点向目的节点发送数据包时不需要路由表从而减少系统开销。树路由必须沿着树型拓扑发送数据,数据发送的路径往往不是最优的,这就造成了一定的局限性。提出一种基于邻居表的树路由算法,节... 详细信息

ZigBee树路由被广泛应用于多种领域,其特点是源节点向目的节点发送数据包时不需要路由表从而减少系统开销。树路由必须沿着树型拓扑发送数据,数据发送的路径往往不是最优的,这就造成了一定的局限性。提出一种基于邻居表的树路由算法,节点发送数据时通过查询邻居节点信息来计算下一跳地址。实验结果表明,改进算法在一定程度上解决原有树路由算法不灵活的缺点,提高了路由效率。

关键词： ZigBee 树路由邻居表贪心算法 ns-2仿真

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业务量矩阵估算算法的设计与实现

计算机工程与设计 2006年第22期27卷 4245-4248页

作者：孟昭鹏陈巍巍郑玮天津大学计算机科学与技术系天津300072

随着互联网的飞速发展和网络业务的日趋丰富,网络规模和业务量急速增长,而目前的Internet不能完全满足网络各方面的应用要求,因此实施流量工程显得十分重要。主要研究流量工程中业务量矩阵的估算算法。实验系统以NetworkSimulator 2作... 详细信息

随着互联网的飞速发展和网络业务的日趋丰富,网络规模和业务量急速增长,而目前的Internet不能完全满足网络各方面的应用要求,因此实施流量工程显得十分重要。主要研究流量工程中业务量矩阵的估算算法。实验系统以NetworkSimulator 2作为网络拓扑结构和数据的生成环境及后期算法验证环境,根据现有的理论和实验依据搭建实验框架,运用Java语言实现离线的业务量矩阵的估算算法,最后通过大量的仿真实验验证、比较、改进算法的有效性,为进一步的研究提供实验数据支持。

关键词：流量工程业务量矩阵最短路径重力模型 ns-2仿真