This paper presents the Distributed Adaptive Multi-Radio Cross-Layer Routing (DAMCR) protocol, designed to enhance reliability, adaptability, and energy efficiency in smart grid and industrial Internet of Things (IoT) communication networks. DAMCR integrates Chaotic Frequency-Hopping Spread Spectrum (C-FHSS) to improve physical-layer security and jamming resilience with Link-Adaptive Quality Power Control (LAQPC) to dynamically regulate transmission power based on instantaneous link quality and residual node energy. To meet heterogeneous traffic requirements, the protocol incorporates priority-aware message classification that differentiates between periodic monitoring data and time-critical fault and protection messages. The proposed framework is implemented and evaluated in MATLAB using a heterogeneous network composed of LoRa, Wi-Fi, and dual-radio nodes operating under AWGN, Rayleigh, and Rician fading environments. Extensive simulation results demonstrate that DAMCR consistently achieves a Packet Delivery Ratio (PDR) exceeding 95% across all evaluated scenarios, while maintaining end-to-end latency between 17 and 23 ms, even in the presence of controlled jamming attacks. These results confirm that the tight integration of chaos-based spectrum agility, cross-technology routing, and energy-aware cross-layer adaptation significantly improves communication reliability, latency stability, and resilience compared to conventional single-radio and static-routing protocols.


翻译:本文提出了一种分布式自适应多无线电跨层路由协议,旨在提升智能电网及工业物联网通信网络的可靠性、适应性与能效。该协议集成了混沌跳频扩频技术以增强物理层安全性与抗干扰能力,并结合链路自适应质量功率控制机制,依据瞬时链路质量与节点剩余能量动态调节发射功率。为满足异构业务需求,协议引入了优先级感知的消息分类机制,区分周期性监测数据与时间关键的故障及保护信息。所提框架在MATLAB中实现并评估,网络由LoRa、Wi-Fi及双无线电节点构成,运行于加性高斯白噪声、瑞利衰落与莱斯衰落信道环境下。大量仿真结果表明,在所有评估场景中,该协议均能实现超过95%的包投递率,并保持端到端时延在17至23毫秒之间,即使在受控干扰攻击下亦表现稳定。这些结果证实,相较于传统单无线电与静态路由协议,基于混沌的频谱捷变、跨技术路由及能量感知跨层适配的紧密集成,显著提升了通信可靠性、时延稳定性与网络弹性。

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