專利名稱：一種基于能量控制的manet路由選擇方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種無線網(wǎng)絡通信技術領域的路由選擇方法，特別是一種基于能量控制的MANET(Mobile Ad hoc Network)路由選擇方法，通過控制移動節(jié)點數(shù)據(jù)發(fā)射功率來選擇路由的方法。
背景技術：
隨著信息時代的到來與發(fā)展，移動通信越來越受到人們的青睞，并成為了社會進步和經(jīng)濟發(fā)展的一個重要因素。移動通信網(wǎng)可以分為兩大類有基站支持的和沒有基站支持的。
在現(xiàn)實中廣泛存在的，有著固定基站的移動通信基干網(wǎng)現(xiàn)已被世界上廣為應用，如現(xiàn)有的GSM(Global System Mobile Communication)、CDMA(Code Division Multiple Access)等網(wǎng)絡。但上述這些網(wǎng)絡僅適應于已有基干網(wǎng)的區(qū)域，對于原本不存在基干網(wǎng)的區(qū)域或基干網(wǎng)已被破壞的區(qū)域，例如在大海上、沙漠中，以及被地震破壞的城市，戰(zhàn)場等特殊場所，上述移動通信網(wǎng)就不能滿足要求。在某些緊急情況下，需要臨時、快速地建立一個新的移動通信網(wǎng)絡，以便實現(xiàn)信息的傳送。為了滿足這種要求，作為移動通信的另一種特殊形式——移動自組網(wǎng)(Mobile Ad hocNetwork，MANET)也就應運而生了。
移動自組網(wǎng)是由一系列帶有無線收發(fā)裝置的動態(tài)節(jié)點所形成的一個多跳臨時性自治系統(tǒng)。在該網(wǎng)絡中，節(jié)點同時具備主機和路由器兩種功能。對于任意時刻，任一節(jié)點可以向任意方向以任意速度運動，即網(wǎng)絡中各節(jié)點的運動是自主的。因此，不同時刻的網(wǎng)絡拓撲結構也將不斷變化。當兩個通信方在彼此的傳輸范圍內時，移動自組網(wǎng)中的兩個通信設備之間可以直接進行無線通信，并且所有設備均可漫游。而當兩個通訊方不在彼此的傳輸范圍內時，該網(wǎng)絡中兩個通信設備之間進行無線通信必須經(jīng)過其它中間節(jié)點轉發(fā)。因此移動自組網(wǎng)通常是一個多跳無線移動網(wǎng)絡。
由于節(jié)點的無線通信覆蓋范圍有限，兩個無法直接通信的移動節(jié)點可以借助其他節(jié)點進行分組轉發(fā)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。與其他移動通信網(wǎng)絡相比，它不需要固定基站支持，具有網(wǎng)絡自組性、動態(tài)變化的網(wǎng)絡拓撲結構、存在單向的無線信道等特點。因此，MANET網(wǎng)絡可以通過臨時組網(wǎng)的方式在惡劣環(huán)境中支持移動節(jié)點之間的數(shù)據(jù)、語音、圖像和圖形等業(yè)務的無線傳輸，應用范圍可以覆蓋工業(yè)、商業(yè)、醫(yī)療、家庭、辦公環(huán)境、軍事等各種場合，所有行業(yè)幾乎無所不在其中，尤其在未來戰(zhàn)場上，MANET網(wǎng)絡對于高技術武器裝備、集中指揮、協(xié)同作戰(zhàn)和提高作戰(zhàn)機動性等具有非常重要的意義。
MANET的工作環(huán)境與其他現(xiàn)有的網(wǎng)絡相比有諸多不同，因此具有以下網(wǎng)絡特性(1)易于建網(wǎng)。由于移動自組網(wǎng)不需要固定的基干網(wǎng)設施，當有建網(wǎng)需要時僅需將一系列帶有收發(fā)裝置的節(jié)點主機置于某一特定區(qū)域，這些節(jié)點主機就能形成一個移動自組網(wǎng)絡。
(2)頑存性強。因為移動自組網(wǎng)無集中控制管理中心，故當某一節(jié)點出現(xiàn)故障時，并不會使整個網(wǎng)絡癱瘓。
(3)移動方便。移動自組網(wǎng)僅由一些充當主機與路由器的節(jié)點組成，無固定基本設施，網(wǎng)絡搬遷變得異常方便。
(4)生存時間短。移動自組網(wǎng)絡的節(jié)點一般是由有限能源驅動的，例如電池；因此存在著能源耗盡而造成網(wǎng)絡服務中斷的可能性。
(5)可能存在單向通信。
與單跳的無線網(wǎng)絡不同，自組網(wǎng)節(jié)點之間是通過多跳數(shù)據(jù)轉發(fā)機制進行數(shù)據(jù)交換，需要路由協(xié)議進行分組轉發(fā)決策。無線信道變化的不規(guī)則性、節(jié)點的移動、加入、退出等也會引起網(wǎng)絡拓撲結構的動態(tài)變化。路由協(xié)議的作用就是在這種環(huán)境中，監(jiān)控網(wǎng)絡拓撲結構的變化，交換路由信息，定位目的節(jié)點位置，產(chǎn)生、維護和選擇路由，并根據(jù)選擇的路由轉發(fā)數(shù)據(jù)，提供網(wǎng)絡的連通性。它是移動節(jié)點互相通信的基礎，因此成為當前自組網(wǎng)體系結構中的研究熱點。由于MANET路由協(xié)議主要應用在以小電池組為能量來源得到移動設備上，能量消耗也是MANET路由協(xié)議性能分析的一個非常重要的方面。如何有效地減少電池能量消耗，延長整個網(wǎng)絡的生存時間成為路由協(xié)議性能評價中的一個新的研究熱點。
延長MANET的生存時間可通過降低移動節(jié)點的發(fā)射功率來達到有效地節(jié)省能量的目的。MANET中的移動節(jié)點通常是以最大的發(fā)射功率來傳輸數(shù)據(jù)的。發(fā)射功率越大覆蓋的范圍越廣，信息的復制就越多，造成的能量消耗也就越大，因此可以想到降低節(jié)點發(fā)射功率。在MANET中，兩個移動節(jié)點要建立通信，必須先找到一條通信路徑。源節(jié)點向網(wǎng)絡中廣播一個路由請求，請求一條通向目標節(jié)點的通信路徑。路由請求由網(wǎng)絡中的媒介節(jié)點(非目標節(jié)點)通過廣播轉發(fā)，直到目標節(jié)點接收到路由請求。路由請求在傳遞的過程中記錄下所經(jīng)過的媒介節(jié)點順序，目標節(jié)點將該記錄以應答請求的方式傳回源節(jié)點。這樣，源節(jié)點與目標節(jié)點之間就建立起一條通信路徑。網(wǎng)絡中節(jié)點的移動會造成已建立的通信路徑斷裂，這時源節(jié)點需要重新發(fā)起路由請求來建立新的通信路徑。通過降低移動節(jié)點數(shù)據(jù)發(fā)射的功率，可以有效地降低由于廣播所帶來的信息復制，從而節(jié)省能量延長網(wǎng)絡的生存時間。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種將移動節(jié)點的數(shù)據(jù)發(fā)射功率與路由選擇結合起來，旨在為延長MANET(Mobile Ad hoc Network)生存時間的基于能量控制的MANET路由選擇方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明引入能量參數(shù)對MANET中移動節(jié)點的路由進行選擇，綜合考慮了鏈路和路徑兩個方面的因素，討論了一種可行的路由選擇代價函數(shù)模型，即基于發(fā)射功率控制的代價函數(shù)，并提出了一種基于能量控制的MANET路由選擇方法。
本發(fā)明的具體步驟是第一步驟選擇路由選擇代價函數(shù)模型為PTX＝PTX-PRX+SR+PThresh(1)其中PTX是節(jié)點發(fā)射數(shù)據(jù)包時所使用的功率、PRX是節(jié)點接收數(shù)據(jù)包時所使用的功率、SR是正確接收數(shù)據(jù)包所需要的最小功率、PThresh是考慮到信道和干擾的波動而增加的冗余；第二步驟通信路徑的選擇方法當移動節(jié)點間需要通信時，源節(jié)點發(fā)送路由請求給目標節(jié)點，路由請求沿途記錄下媒介節(jié)點的順序以及每條鏈路傳送數(shù)據(jù)所用的功率水平PTX，目標節(jié)點在接收到路由請求后，拷貝記錄到應答請求中返回給源節(jié)點，源節(jié)點從接收到的j條應答請求記錄中，根據(jù)Enj=ΣiEnji,min{Enj}---(2)]]>選擇傳輸能量總和最小的路徑作為通信路徑，同時保存其余的應答請求記錄；第三步驟通信路徑的保持方法當移動節(jié)點間已建立的通信路徑斷裂時，源節(jié)點從其余的應答請求記錄中，根據(jù)(2)式選擇傳輸能量總和最小的路徑作為通信路徑，若該次選擇仍不能建立通信，則源節(jié)點重新發(fā)起路由請求。
仿真結果表明，本發(fā)明能夠為移動節(jié)點間建立一條能量消耗最小的通信路徑，有效地延長了移動節(jié)點以及MANET(Mobile Ad hoc Network)的生存時間。


附圖為本發(fā)明路由發(fā)現(xiàn)過程流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的描述，但該實施例不應理解為對本發(fā)明的限制。
1.路由選擇代價函數(shù)模型。
假設PTX是節(jié)點發(fā)射數(shù)據(jù)包時所使用的功率；PRX是節(jié)點接收數(shù)據(jù)包時所使用的功率；SR是正確接收數(shù)據(jù)包所需要的最小功率；PThresh是考慮到信道和干擾的波動而增加的冗余。則路由選擇代價函數(shù)為PTX＝PTX-PRX+SR+PThresh在PTX和PRX都了解的情況下，節(jié)點就能估計鏈路的衰減。特別是，當一個節(jié)點從它的鄰節(jié)點接收到一個數(shù)據(jù)包時，信道衰減可以很簡單的計算為PTX-PRX。
2.通信路徑的選擇方法。
引入代價函數(shù)之后，本發(fā)明就要求每個節(jié)點能夠在適當?shù)陌袷接蛑杏涗洶l(fā)射功率PTX。當源節(jié)點需要一條通向目標節(jié)點的路徑時，它就啟動路由發(fā)現(xiàn)過程。以給定的PTXMAX作為發(fā)射功率廣播路由請求。當節(jié)點接收到路由請求時，它按照以下步驟處理路由請求，如圖1
A.啟動路由發(fā)現(xiàn)過程。
B.以最大發(fā)射功率PTXMAX廣播路由請求包。
C.如果該請求包較早之前已被節(jié)點轉發(fā)，則刪除請求包。
D.否則，如果請求包中包含節(jié)點地址，刪除請求包。
E.否則，根據(jù)(1)式計算PTX，添加到請求包；以PTXMAX作為發(fā)射功率繼續(xù)廣播請求包。
F.否則，如果節(jié)點是目標節(jié)點，根據(jù)(1)式計算PTX，添加到請求包。
G.拷貝請求包中的路徑記錄和PTX記錄到應答包，返回給源節(jié)點。
H.如果源節(jié)點沒有接收到j條路徑應答，則繼續(xù)接收，并置計數(shù)器加1。
I.當源節(jié)點接收到j條路徑的應答后，根據(jù)(2)式Enj=ΣiEnji,min(Enj)]]>計算每條路徑的能量耗費總和，選取傳輸能量總和最小的路徑作為數(shù)據(jù)傳輸路徑。
J.結束路由發(fā)現(xiàn)過程。
每一個請求包都具有唯一的id號，在網(wǎng)絡中不斷地轉播直到被目標節(jié)點接收。
3.通信路徑的保持方法。
由于無線網(wǎng)絡的固有特性，和有線網(wǎng)絡相比具有更低的穩(wěn)定性，所以很多無線網(wǎng)絡利用MAC(Medium Access Control)層的逐跳確認來提供早期的偵測和重傳丟失或者被破壞的數(shù)據(jù)包。在這些網(wǎng)絡中，很容易提供路由維護；因為傳輸數(shù)據(jù)包的節(jié)點能決定是否路徑上的一跳仍然可用。如果MAC(Medium Access Control)層反映傳輸問題不能修復，那么節(jié)點向源節(jié)點發(fā)送路徑錯誤包。源節(jié)點嘗試從其余的應答請求記錄中，根據(jù)(2)式選擇傳輸能量總和最小的路徑作為通信路徑。若該次路徑選擇仍不能建立通信，則源節(jié)點重新發(fā)起路由請求。
本說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業(yè)技術人員公知的現(xiàn)有技術。
權利要求
1.一種基于能量控制的MANET路由選擇方法，其具體步驟是第一步驟選擇路由代價函數(shù)模型為PTX＝PTX-PRX+SR+PThresh(1)其中PTX是節(jié)點發(fā)射數(shù)據(jù)包時所使用的功率、PRX是節(jié)點接收數(shù)據(jù)包時所使用的功率、SR是正確接收數(shù)據(jù)包所需要的最小功率、PThresh是考慮到信道和干擾的波動而增加的冗余；第二步驟選擇通信路徑的方法當移動節(jié)點間需要通信時，源節(jié)點發(fā)送路由請求給目標節(jié)點，路由請求沿途記錄下媒介節(jié)點的順序以及每條鏈路傳送數(shù)據(jù)所用的功率水平PTX，目標節(jié)點在接收到路由請求后，拷貝記錄到應答請求中返回給源節(jié)點，源節(jié)點從接收到的j條應答請求記錄中，根據(jù)Enj=ΣiEnji,min{Enj}----(2)]]>選擇傳輸能量總和最小的路徑作為通信路徑，同時保存其余的應答請求記錄；第三步驟保持通信路徑的方法當移動節(jié)點間已建立的通信路徑斷裂時，源節(jié)點從其余的應答請求記錄中，根據(jù)(2)式選擇傳輸能量總和最小的路徑作為通信路徑，若該次選擇仍不能建立通信，則源節(jié)點重新發(fā)起路由請求。
2.如權利要求1所述的一種基于能量控制的MANET路由選擇方法，其特征在于引入代價函數(shù)之后，該方法就要求每個節(jié)點能夠在適當?shù)陌袷接蛑杏涗洶l(fā)射功率PTX，當源節(jié)點需要一條通向目標節(jié)點的路徑時，該方法就啟動路由發(fā)現(xiàn)過程，以給定的PTXMAX作為發(fā)射功率廣播路由請求，當節(jié)點接收到路由請求時，該方法按照以下步驟處理路由請求A.啟動路由發(fā)現(xiàn)過程；B.以最大發(fā)射功率PTXMAX廣播路由請求包；C.如果該請求包較早之前已被節(jié)點轉發(fā)，則刪除請求包；D.否則，如果請求包中包含節(jié)點地址，刪除請求包；E.否則，根據(jù)(1)式計算PTX，添加到請求包；以PTXMAX作為發(fā)射功率繼續(xù)廣播請求包；F.否則，如果節(jié)點是目標節(jié)點，根據(jù)(1)式計算PTX，添加到請求包；G.拷貝請求包中的路徑記錄和PTX記錄到應答包，返回給源節(jié)點；H.如果源節(jié)點沒有接收到j條路徑應答，則繼續(xù)接收，并置計數(shù)器加1；I.當源節(jié)點接收到j條路徑的應答后，根據(jù)(2)式計算每條路徑的能量耗費總和，選取傳輸能量總和最小的路徑作為數(shù)據(jù)傳輸路徑；J.結束路由發(fā)現(xiàn)過程。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于能量控制的MANET路由選擇方法，其具體步驟是1、選擇路由代價函數(shù)模型p
文檔編號H04L12/28GK1777139SQ20051001992
公開日2006年5月24日 申請日期2005年11月30日 優(yōu)先權日2005年11月30日
發(fā)明者李臘元, 李春林, 黃偉 申請人:武漢理工大學