專利名稱：一種自組織網(wǎng)絡中的廣播協(xié)議的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于網(wǎng)絡廣播協(xié)議技術領域，具體涉及一種自組織網(wǎng)絡中的廣播協(xié)議。
背景技術：
在自組織網(wǎng)絡中，所謂的廣播就是把數(shù)據(jù)包從源節(jié)點廣播到所有的節(jié)點，最簡單的廣 播算法是泛洪技術(flooding),接收數(shù)據(jù)包的節(jié)點都要廣播數(shù)據(jù)包，這樣就能把數(shù)據(jù)包 廣播到全網(wǎng)絡。由于每個節(jié)點都要廣播數(shù)據(jù)包，容易導致廣播風暴的出現(xiàn)。因此，在泛洪 的基礎上，為了減少廣播風暴的產(chǎn)生，提出了不少了改進方法?，F(xiàn)行的研究主要采用基于 鄰居節(jié)點方法，在基于鄰居節(jié)點方法中，必須要知道自己周圍的節(jié)點分布情況，大多數(shù)方 法會通過廣播hello message數(shù)據(jù)包來獲得2跳的鄰居節(jié)點信息。廣播可以采取兩種方法， 一是主動式的數(shù)據(jù)廣播，二是被動式的數(shù)據(jù)廣播。被動式的數(shù)據(jù)廣播中，節(jié)點是否發(fā)送數(shù) 據(jù)包由上一級節(jié)點指定。在近年來的研究中，很多的被動式數(shù)據(jù)廣播方法出現(xiàn)，應用最多、 比較典型的是AHBP(An Efficient Broadcast Protocol for Mobile Ad Hoc Networks, 一種高效的移動自組織網(wǎng)絡廣播協(xié)議)，在AHBP中，側重于選擇節(jié)點度數(shù)大的節(jié)點作為優(yōu) 先考慮的BRG (在自組織網(wǎng)絡中，收到數(shù)據(jù)包，并且再次廣播數(shù)據(jù)包的節(jié)點)，這種BRG的 選擇方式可以降低網(wǎng)絡的發(fā)包的數(shù)目，從而降低網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)包冗余程度。AHBP通常應用在 半靜態(tài)的網(wǎng)絡中，而在半靜態(tài)網(wǎng)絡中，節(jié)點相對位置變化不大，因此，已經(jīng)被選擇作為BRG 的節(jié)點仍然有最大的可能在下一輪中又被選中，所以對整個網(wǎng)絡來說，BRG就會出現(xiàn)電能 耗盡的情況。綜合以上的情況分析，AHBP雖然在半靜態(tài)網(wǎng)絡中網(wǎng)絡性能和廣播效果非常不 錯，但是最先出現(xiàn)電能耗盡的廣播節(jié)點也比較早，導致整個網(wǎng)絡的生命周期較短。因此亟 需要對此協(xié)議進行改進，以延長網(wǎng)絡生命周期。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種可延長網(wǎng)絡的生命周期的AHBP廣播協(xié)議，以解決采用AHBP 廣播協(xié)議的網(wǎng)絡的生命周期較短的技術問題。
本發(fā)明提出的廣播協(xié)議，是對原AHBP的一種改進。本發(fā)明協(xié)議通過平衡節(jié)點間的能 量來延長網(wǎng)絡的生命周期，同時保持AHBP原有的數(shù)據(jù)包的高可達性，具體是通過改進AHBP 中BRG集合的選擇方法來實現(xiàn)的。
本發(fā)明協(xié)議在BRG集合的選擇上，基于以下三點原則
(1) BRG的選擇要做到能保證每一個節(jié)點要么是BRG，要么是BRG的一跳節(jié)點，這樣就能保證了數(shù)據(jù)包能到達所有的節(jié)點。
(2) BRG的數(shù)量越小越好，這樣就能盡可能地減少總的能量的消耗，減輕網(wǎng)絡的負擔。
(3) 能量越小的節(jié)點成為BRG的可能性越小，這樣就可以盡可能的平衡節(jié)點能量消耗， 延遲失效節(jié)點出現(xiàn)的時間。
本發(fā)明的廣播協(xié)議，包括2跳鄰居節(jié)點信息維護、節(jié)點數(shù)據(jù)包處理和BRG集合的選擇 三個部分。
根據(jù)上述原則，改進后的BRG選擇的步驟如下
(1) 在鄰居節(jié)點中，選擇唯一的與兩跳節(jié)點相連的一跳節(jié)點作為轉發(fā)節(jié)點。
(2) 在一跳節(jié)點中，選擇優(yōu)先級比較高的節(jié)點，這個優(yōu)先級的選擇由剩余能量和節(jié) 點度數(shù)來決定，具體為當節(jié)點剩余能量在原先能量的50%以上的時候，優(yōu)先級=節(jié)點度 數(shù)XN， 10〈=N=， N的具體數(shù)根據(jù)不同的情況而定， 一般來說，N《100，剩余能量在原先能 量的50%以下10%以上的時候，優(yōu)先級二節(jié)點度數(shù)XM， 2〈=M〈N;剩余能量在10%以下，優(yōu) 先級=節(jié)點度數(shù)；
(3) 通過這種優(yōu)先級選擇方式選取轉發(fā)節(jié)點，直到將所有兩跳范圍內(nèi)的節(jié)點全部覆 蓋為止。
其余部分與原AHBP協(xié)議相同。
將實驗模擬得到的數(shù)據(jù)繪制成三幅圖(見說明書附圖)，通過附圖可以很清楚地驗證 本發(fā)明與背景技術相比在優(yōu)化網(wǎng)絡生命周期上性能的提高。
本發(fā)明協(xié)議稱為自組織網(wǎng)絡中的廣播協(xié)議，記為AHBP-LTA (AHBP Life Time Aware)。
圖1顯示了在節(jié)點數(shù)為50，網(wǎng)絡冗余程度最大為3的時候兩種策略的對比，AHBP和 A朋P-LTA在生命周期上的區(qū)別。
圖2顯示的是節(jié)點數(shù)為80，網(wǎng)絡冗余程度最大為3的時候兩種策略的對比，AHBP和 HBP-LTA在生命周期上的區(qū)別。
圖3顯示了節(jié)點數(shù)為50，網(wǎng)絡冗余程度最大為8的時候兩種策略的對比，AHBP和 HBP-LTA在生命周期上的區(qū)別。
具體實施例方式
本發(fā)明進行BRG的選擇的具體算法步驟如下
假定V為發(fā)送的節(jié)點，U為接收的節(jié)點，BRG(U)表示U的BRG集合，P為該數(shù)據(jù)包走過 的路由節(jié)點集合，AE表示節(jié)點的總能量，RE表示節(jié)點的剩余能量，DN表示節(jié)點度數(shù)，PN 表示節(jié)點優(yōu)先級。
輸入給定路由表中每個節(jié)點的標識符以及所有兩跳范圍內(nèi)節(jié)點的剩余能量。
1. 初始化Hopl表示發(fā)送節(jié)點的一跳鄰居節(jié)點，Hop2表示發(fā)送節(jié)點兩跳范圍內(nèi)除去 屬于H叩1的所有鄰居節(jié)點，同時令BRG(U)為空集。
2. 如果有一個節(jié)點x屬于P集合，并且x出現(xiàn)在H叩1或H叩2中，那么將x從H叩l 或Hop2中刪除，并且將V從Hop2中刪除。
3. 對H叩2中的每個節(jié)點y，計算與它直接相連的同時屬于Hopl中節(jié)點的個數(shù)N，選 取N=l的這個節(jié)點y，將與這個節(jié)點相連的H叩l中的節(jié)點選取作為BRG(U)，同時將這個 節(jié)點從Hopl和Hop2中刪除。
4. 對Hopl中的每個節(jié)點按照以下的原則來計算優(yōu)先級 如果(RE〉50。/oXAE)，則PN:10XDN; 如果(RE〈10。/。XAE)，則PP^DN; 如果(10。/。XAE〈-RE《50。/。XAE)，則PN=5XDN。
5. 選取具有最大的優(yōu)先級的節(jié)點放入BRG (U)中，作為下一個BRG。
6. 將這個節(jié)點從Hopl中刪除，同時將它的鄰居節(jié)點從H叩2中刪除。
7. 若H叩2不為空，轉到第3步繼續(xù)執(zhí)行。
下面通過實驗模擬來驗證同背景技術相比，本發(fā)明延長網(wǎng)絡生命周期。 首先介紹本實驗的實驗環(huán)境本實驗采取的是〔++環(huán)境下的模擬實驗，具體的節(jié)點是 隨機分布在350X350m2的平坦矩形區(qū)域內(nèi)。網(wǎng)絡的收發(fā)模型是采用了相對距離的概念，相 對距離是兩個節(jié)點的歐拉距離。距發(fā)送節(jié)點的距離在傳輸范圍內(nèi)的節(jié)點才能收到數(shù)據(jù)包， 不在范圍內(nèi)的節(jié)點不能收到數(shù)據(jù)包。
每一個移動節(jié)點有一個位置和自身的能量，可以在平坦的矩形區(qū)域上隨機移動。每個 節(jié)點隨機選定目的地，它的移動速度不能超過某個范圍。當它到達目的地后，它會隨機等 待一段時間，再選擇一個目的地和速度。節(jié)點一些常量設置如下節(jié)電的總能量為100， 每次廣播能量消耗為10，廣播半徑為100，移動的最大速度為5m/s。
Hello message主要通過在一定時間間隔后要重新計算節(jié)點間的相對距離，然后得到 每一個節(jié)點的兩跳的鄰節(jié)點表。網(wǎng)絡的包的冗余程度是由一個隨機變量控制，我們在實驗 中采用了3和8的冗余程度，即在每一輪上，隨機選取0-3或者0-8間數(shù)目的節(jié)點產(chǎn)生新 的數(shù)據(jù)包。
通過實驗模擬得到的數(shù)據(jù)，可以繪制成三幅圖，以下就是對于這三幅圖的分析。 圖1顯示了在節(jié)點數(shù)為50，網(wǎng)絡冗余程度最大為3時候兩種策略的對比，AHBP和 AHBP-LTA在生命周期上的區(qū)別，在本圖中我們可以看出，AHBP-LTA出現(xiàn)節(jié)點失效的時間比AHBP晚，但是在失效節(jié)點出現(xiàn)一段時間后，AHBP-LTA出現(xiàn)實效節(jié)點的速度開始比AHBP 快，在時間18的時候兩種方法失效的節(jié)點數(shù)達到了一樣。從中可以看出AHBP-LTA在第一 個節(jié)點失效時候性能比AHBP要好，但在50%時候(失效節(jié)點在25附近)兩種方法基本沒 什么區(qū)別。
圖2顯示的是節(jié)點數(shù)為80，網(wǎng)絡冗余程度最大為3時候兩種策略的對比，AHBP和 HBP-LTA在生命周期上的區(qū)別，如圖2，我們可以看到第一個節(jié)點失效的時間比節(jié)點數(shù)在 50的時候推遲了一個時間單位，說明隨著節(jié)點密度的增加，可選擇的路徑的增多，第一個 節(jié)點的實效時間會有所推遲，而總體的趨勢和50時候有點相像。和圖1進行比較，第一 個節(jié)點失效在AHBP里節(jié)點密度大，它的節(jié)點開始出現(xiàn)的早了，而在AHBP-LTA中幾乎沒什 么區(qū)別，這說明節(jié)點密度的增加對AHBP-LTA影響不如AHBP來得那么大，說明AHBP-LTA 的生命周期的性能有一定的可適性。
圖3顯示了節(jié)點數(shù)為50，網(wǎng)絡冗余程度最大為8時候兩種策略的對比。如圖3所示， 失效節(jié)點數(shù)出現(xiàn)的時間比50節(jié)點數(shù)冗余程度為3時候要早很多，因為，在每個時間單位， 要發(fā)送的數(shù)據(jù)包比冗余為3的時候多得多，節(jié)點的能量也就消耗得非?？欤霈F(xiàn)能量耗盡 的節(jié)點也就越早。同時在本圖中可以看到，當時間點為8的時候，AHBP-LTA出現(xiàn)能量耗盡 的節(jié)點數(shù)目比AHBP要多了，因為AHBP選擇出來作為BRG的節(jié)點都是最有效的節(jié)點，而 AHBP-LTA為了考慮到生命周期的問題，有時候選BRG的時候不是最有效的節(jié)點，因此它耗 費的總能量要比AHBP多，所以到后來的時候能量耗盡的節(jié)點數(shù)反而比AHBP要多，從圖l 和本圖中得出具體在50%左右，根據(jù)網(wǎng)絡冗余程度會有一定的偏差。
從以上的幾幅圖中我們可以看出，網(wǎng)絡從出現(xiàn)第一個失效節(jié)點后，失效節(jié)點數(shù)目會迅 速的增加，而AHBP-LTA出現(xiàn)第一節(jié)點失效比AHBP至少要延遲一個時間單位，延遲的時間 隨著節(jié)點密度的增加有所增加，到失效節(jié)點數(shù)目到一定程度以后(50%左右)，AHBP-LTA的 性能不如AHBP，但是當失效節(jié)點的比例達到50。/。時這個網(wǎng)絡已經(jīng)是不可用的，因此可以得 出結論，AHBP-LTA相比于AHBP在優(yōu)化網(wǎng)絡生命周期這一技術問題上性能的確有提高。
權利要求
1、一種自組織網(wǎng)絡中的廣播協(xié)議，包括2跳鄰居節(jié)點信息維護、節(jié)點數(shù)據(jù)包處理和BRG集合的選擇三個部分；其特征在于，BRG的選擇步驟如下(a)在鄰居節(jié)點中，選擇唯一的與兩跳節(jié)點相連的一跳節(jié)點作為轉發(fā)節(jié)點；(b)在一跳節(jié)點中，選擇優(yōu)先級比較高的節(jié)點，這個優(yōu)先級的選擇由剩余能量和節(jié)點度數(shù)來決定，當節(jié)點剩余能量在原先能量的50％以上的時候，優(yōu)先級＝節(jié)點度數(shù)×N，10＜＝N＝＜100)，剩余能量在原先能量的50％以下10％以上的時候，優(yōu)先級＝節(jié)點度數(shù)×M，2＜＝M＜N，剩余能量在10％以下，優(yōu)先級＝節(jié)點度數(shù)；(c)通過優(yōu)先級選擇方式選取轉發(fā)節(jié)點，直到將所有兩跳范圍內(nèi)的節(jié)點全部覆蓋為止。
全文摘要
本發(fā)明屬于網(wǎng)絡廣播協(xié)議技術領域，具體涉及一種自組織網(wǎng)絡中的廣播協(xié)議。該廣播協(xié)議是對原來AHBP廣播協(xié)議的改進。改進之處主要是AHBP中BRG集合的選擇方法。改進后的選擇方法包括在鄰居節(jié)點中，選擇唯一的與兩跳節(jié)點相連的跳節(jié)點作為轉發(fā)節(jié)點，在一跳節(jié)點中；選擇優(yōu)先中級比較高的節(jié)點，優(yōu)選級的選擇由剩余能量和節(jié)點度數(shù)來確定；通過優(yōu)選級選擇方式選取轉發(fā)節(jié)點，直到將所有兩跳出范圍內(nèi)的節(jié)點全部覆蓋為止。本發(fā)明方法通過平衡節(jié)點間能量來延長網(wǎng)絡的生命周期，同時保持AHBP原有的數(shù)據(jù)包的高表達性。
文檔編號H04L29/06GK101170560SQ20071017078
公開日2008年4月30日 申請日期2007年11月22日 優(yōu)先權日2007年11月22日
發(fā)明者孫未未, 張卓瑤, 覃泳睿, 陳煒于, 魯仲陽 申請人:復旦大學