專利名稱：Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中能量均衡路由協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層路由方法，尤其 涉及一種能量均衡路由協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的主要目標(biāo)是在移動環(huán)境下提供高服務(wù)質(zhì)量和高帶寬效 率，能量消耗往往不是設(shè)計(jì)的主要考慮內(nèi)容。而在移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，大 多數(shù)設(shè)備都是小體積的手持式裝置，其電池供電能力有限，但是網(wǎng)絡(luò)的自組 織、環(huán)境適應(yīng)等特點(diǎn)使其在軍事、家庭、大型會議等商用領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。 雖然不同的應(yīng)用場景對網(wǎng)絡(luò)的其他性能要求不同，但是盡可能地延長網(wǎng)絡(luò)生 命周期，保證目標(biāo)任務(wù)的可靠執(zhí)行是所有應(yīng)用的共同需求，所以電池能量的 有效應(yīng)用成為了研究的關(guān)鍵問題之一。
采用高容量的電池是增加節(jié)點(diǎn)工作時間最直接最有效的方法，然而在目 前的技術(shù)條件下，電池容量平均每十年只能提高20%左右，單位重量的電池 容量很難在短期內(nèi)有大幅度的提高。因此，能量的節(jié)省只能從節(jié)點(diǎn)能量消耗 方面著手研究。另外，從降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行成本和節(jié)約自然資源的角度來說，采 用節(jié)能機(jī)制也是一項(xiàng)意義重大的措施。
Ad Hoc的節(jié)能問題可以在硬件和軟件方面進(jìn)行改進(jìn)。在硬件方面,隨著 半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，越來越多的新技術(shù)應(yīng)用到移動節(jié)點(diǎn)的生產(chǎn)和制造上，如 采用低功耗的器件設(shè)計(jì)、低功耗的顯示技術(shù)、磁盤驅(qū)動器的節(jié)能算法、低功耗的I/0設(shè)備、低功耗的CPU等，從而降低了移動節(jié)點(diǎn)的能耗。然而，從網(wǎng)
絡(luò)技術(shù)角度看，我們更關(guān)注的是如何在軟件層次上，通過在協(xié)議棧各層設(shè)計(jì) 專門的節(jié)能協(xié)議來降低移動節(jié)點(diǎn)通信子系統(tǒng)的能量消耗，以延長節(jié)點(diǎn)的工作
時間。移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能問題涉及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的各個層次，每一層都 可以根據(jù)自身的特點(diǎn)和功能設(shè)計(jì)不同的節(jié)能算法。目前在移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò) 的MAC (Media Access Control)協(xié)議、路由協(xié)議、拓?fù)淇刂坪蚎oS (Quality and Service)管理等方面都進(jìn)行了大量高能效算法的研究。開發(fā)良好的路由 協(xié)議是建立移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的首要問題，能量均衡路由協(xié)議的研究更是具 有很高的實(shí)用價(jià)值。
利用能量均衡的思想來延長網(wǎng)絡(luò)生命周期的節(jié)能路由協(xié)議有如下兩種 第一種能量均衡消耗路由LEAR在路由發(fā)現(xiàn)時，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的剩余能量來確定 該節(jié)點(diǎn)是否接收RREQ分組并進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，如果節(jié)點(diǎn)的剩余能量低于某一閾值 0，則丟棄RREQ分組，否則就參與路由發(fā)現(xiàn)過程。若源節(jié)點(diǎn)找不到合適的 路由，則再次發(fā)出路由請求，接到請求的節(jié)點(diǎn)均降低其閾值，再判斷是否參 加路由。隨著網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，節(jié)點(diǎn)的能量會越來越小，所以需要不斷的下調(diào)閾 值，以保證源節(jié)點(diǎn)能夠找到路由。第二種能量均衡路由EAPR采用了與LEAR 相似但是更合理的方法，其采用如下的概率模型來決定是否接收處理RREQ 分組<formula>formula see original document page 5</formula>
式中
《——中間節(jié)點(diǎn)",轉(zhuǎn)發(fā)RREQ分組的概率; ^——預(yù)先定義的能量比較閾值；"——調(diào)節(jié)概率的系數(shù)；
《一節(jié)點(diǎn)",.的剩余電池能量。
LEAR和EAPR都是在路由發(fā)現(xiàn)過程中直接對過度使用節(jié)點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)， 其能有效延長網(wǎng)絡(luò)生命時間，但是同時存在一些問題
1) LEAR、 EAPR都采用預(yù)先定義閾值來判斷中間節(jié)點(diǎn)是否參與路由發(fā) 現(xiàn)過程，隨著網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，能量逐漸消耗，需對能量閾值進(jìn)行不斷調(diào)整，如果 閾值過大會導(dǎo)致無法找到路由，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)其他性能，過小會無法保護(hù)過 度使用的節(jié)點(diǎn)，從而使得能量均衡不明顯。所以在這些算法中，閾值的調(diào)整 是一個難點(diǎn)，并且文獻(xiàn)都沒有具體說明閾值應(yīng)如何有效選取和調(diào)整，這樣導(dǎo) 致算法的可操作性較差；
2) 對于過度使用節(jié)點(diǎn)在LEAR中采用直接丟棄RREQ分組來對其保護(hù)， 有可能導(dǎo)致路由發(fā)現(xiàn)成功率較低，而源節(jié)點(diǎn)會不斷地進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)，其帶來 的能耗甚至可能超過了協(xié)議本身所節(jié)省的能量，所以過度使用節(jié)點(diǎn)直接丟棄 RREQ分組對其進(jìn)行保護(hù)是不可取的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中 能量均衡路由協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方法，該方法在不增加外控制分組的條件下，使得 所有中間節(jié)點(diǎn)能夠通過合理的估計(jì)全網(wǎng)絡(luò)的平均能量來決定自己是否參與路 由發(fā)現(xiàn)過程，從而有效保護(hù)了過度使用的節(jié)點(diǎn)，并最終達(dá)到延長網(wǎng)絡(luò)生命周 期，提高網(wǎng)絡(luò)性能的效果。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的-
首先，網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)利用Hdlo分組向鄰居節(jié)點(diǎn)通報(bào)自己的剩余能量值，與此同時每個節(jié)點(diǎn)保存自己收到的Hello分組中記錄的鄰居節(jié)點(diǎn)的能量信息5其次，如果源節(jié)點(diǎn)S需要向目的節(jié)點(diǎn)D發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)沒有現(xiàn)成可用路由 時，源節(jié)點(diǎn)S要生成一個RREQ分組，并根據(jù)自己所掌握的自身剩余能量《， 鄰居節(jié)點(diǎn)個數(shù)",以及對應(yīng)的每個鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量<formula>formula see original document page 7</formula>的信息，" 利用<formula>formula see original document page 7</formula>計(jì)算其本地平均能量^，并將其值累積到RREQ分組記錄網(wǎng)絡(luò)能量信息的CAE域中，然后廣播該RREQ分組；再次，對接收到該RREQ分組的第/跳中間節(jié)點(diǎn)/，同樣利用玄<formula>formula see original document page 7</formula>計(jì)算其本地平均能量，其中《為節(jié)點(diǎn)/當(dāng)前的剩余能量，n,為節(jié)點(diǎn)/的鄰居節(jié)點(diǎn)個數(shù)，《，A",2，…，w,為對應(yīng)每個鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余 能量，接著再根據(jù)^=(^) + ^)//來估計(jì)當(dāng)前全網(wǎng)絡(luò)的平均能量^，其中￡， 為RREQ分組CAE域中的能量值，也就是從源節(jié)點(diǎn)S到第/跳節(jié)點(diǎn)/的路徑 上所有中間節(jié)點(diǎn)本地平均能量值的總和；當(dāng)《>6^！，則認(rèn)為節(jié)點(diǎn)/不是過度使用的節(jié)點(diǎn)，它應(yīng)該將自己計(jì)算的本 地平均能量《累加到RREQ分組的CAE域中，并轉(zhuǎn)發(fā)該RREQ分組，式中 的"為比例因子，實(shí)際應(yīng)用中取0.8;當(dāng)《<"巧，則認(rèn)為節(jié)點(diǎn)；是過度使用的節(jié)點(diǎn)，它應(yīng)延時一段時間并在這 段時間中繼續(xù)偵聽RREQ分組，應(yīng)用中延時時間應(yīng)取O.l毫秒，假設(shè)在這段 時間內(nèi)節(jié)點(diǎn)/又收到了"個相同的RREQ分組，如果"大于門限C，則認(rèn)為該 廣播已經(jīng)覆蓋了節(jié)點(diǎn)/的鄰居節(jié)點(diǎn)范圍，節(jié)點(diǎn)/無需再轉(zhuǎn)發(fā)該RREQ分組，即 節(jié)點(diǎn)/丟棄該RREQ分組；而如果w小于門限C，則認(rèn)為節(jié)點(diǎn)/的鄰居節(jié)點(diǎn)中仍可能存在未收到該RREQ分組的節(jié)點(diǎn)，此時節(jié)點(diǎn)/應(yīng)該將自己計(jì)算的本地 平均能量《累加到RREQ分組的CAE域中，并轉(zhuǎn)發(fā)該RREQ分組，應(yīng)用中 門限C取3或4;最后，當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)D收到第一個RREQ分組后，按照方向路徑向源節(jié)點(diǎn) S發(fā)送路由應(yīng)答分組RREP,路徑中的中間節(jié)點(diǎn)收到路由應(yīng)答分組RREP后 記錄前向路由，另外，目的節(jié)點(diǎn)應(yīng)該丟棄后續(xù)收到的其他RREQ分組，至此， 路由發(fā)現(xiàn)過程完畢，而路由維護(hù)過程與原始AODV協(xié)議過程相同。本發(fā)明利用原始AODV協(xié)議本身的Hello分組和RREQ分組傳遞節(jié)點(diǎn)的 能量信息，實(shí)現(xiàn)了每個中間節(jié)點(diǎn)對全網(wǎng)絡(luò)能量的合理估計(jì)，使得網(wǎng)絡(luò)可以充 分保護(hù)過度使用的節(jié)點(diǎn)，避免因?yàn)椴糠止?jié)點(diǎn)能量過早耗盡所出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)分割， 仿真結(jié)果表示，本發(fā)明延長了網(wǎng)絡(luò)的生命周期，并且在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重情況下 增大了網(wǎng)絡(luò)吞吐量，降低了網(wǎng)絡(luò)延時。
圖1為發(fā)明提出的負(fù)載均衡路由方法有效性的說明圖， 圖中A、 B、 C、 D、 E、 F為網(wǎng)絡(luò)中的通信節(jié)點(diǎn)； 圖2為中間節(jié)點(diǎn)處理RREQ分組的流程圖； 圖3為能量有效性仿真曲線圖，(a)網(wǎng)絡(luò)生命時間；(b)存活節(jié)點(diǎn)個數(shù)； 圖4為網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)性能仿真曲線圖，(a)分組投遞率；(b)平均端到端時延；(C)路由開銷。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式
參見圖1所示，來說明本發(fā)明提出的負(fù)載均衡路由方法有效性的，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)A有數(shù)據(jù)分組要向目的節(jié)點(diǎn)D發(fā)送時，如果采用最短路由算法AODV 或者DSR，從節(jié)點(diǎn)A到節(jié)點(diǎn)D的通信路由總是要經(jīng)過節(jié)點(diǎn)E，因此節(jié)點(diǎn)E 較快耗盡其能量。如果節(jié)點(diǎn)E的能量全部耗盡，那么節(jié)點(diǎn)F就失去與網(wǎng)絡(luò)的 連接，因此不再可能與節(jié)點(diǎn)F進(jìn)行通信，造成了網(wǎng)絡(luò)分割。而對于本發(fā)明提出的能量均衡路由方法，在路由發(fā)現(xiàn)的過程中，節(jié)點(diǎn)E 判斷自己的能量過度使用后，啟動定時器，超時后計(jì)算收到的路由請求分組 個數(shù)，由于節(jié)點(diǎn)E只收到了源節(jié)點(diǎn)A發(fā)來的RREQ分組，沒有超過設(shè)定的門 限值，它會繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)RREQ分組，那么節(jié)點(diǎn)D和F都能收到此RREQ分組， 但是節(jié)點(diǎn)D此時己經(jīng)收到過節(jié)點(diǎn)C的RREQ分組，其會丟棄收到的節(jié)點(diǎn)E 發(fā)送的RREQ分組，所以最終從節(jié)點(diǎn)A到節(jié)點(diǎn)D的通信路由為< A-B-C-D >。 但是當(dāng)節(jié)點(diǎn)A需要與節(jié)點(diǎn)F進(jìn)行通信時，依然可以找到〈A-E-F〉這條路徑， 不會像LEAR那樣，由于節(jié)點(diǎn)E丟棄了RREQ分組，源節(jié)點(diǎn)需要不斷進(jìn)行路 由發(fā)現(xiàn)，造成能量浪費(fèi)。參見圖2所示，來說明本發(fā)明所要求的中間節(jié)點(diǎn)處理RREQ分組的流程， 首先，當(dāng)一個中間節(jié)點(diǎn)收到一個RREQ分組，判斷此RREQ分組是否已經(jīng)被 處理過，若處理過則丟棄該RREQ分組，否則初始化歷史RREQ列表并將計(jì) 數(shù)器加1;其次，利用上述方法計(jì)算當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)平均能量的估計(jì)值，并結(jié)合自 身剩余能量值判斷自己是否為過度使用的節(jié)點(diǎn)，如果不是則將自己計(jì)算的本 地平均能量值累積到RREQ分組中CAE域并轉(zhuǎn)發(fā)RREQ分組，如果是過度 使用的節(jié)點(diǎn)，則啟動定時器開始延時；再次，在延時過程中繼續(xù)偵聽RREQ 分組，同時對相同的RREQ分組接收個數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，定時器超時時將計(jì)數(shù)結(jié)果與門限相比較，如果大于門限則放棄轉(zhuǎn)發(fā)此RREQ分組，否則，將自己計(jì) 算的本地平均能量值累積到RREQ分組中CAE域并轉(zhuǎn)發(fā)RREQ分組。參見圖3所示，來說明本發(fā)明對網(wǎng)絡(luò)能量消耗的均衡效果，仿真使用NS-2 仿真平臺，仿真參數(shù)設(shè)定物理層為雙向鏈路，信道傳輸速率為2Mbps，無線 傳播模型為雙射線模型，電波傳輸距離為250m，干擾距離為550m， MAC 層采用IEEE 802.11協(xié)議。仿真中，設(shè)定50個節(jié)點(diǎn)隨機(jī)地分布在1000xl000m2 的區(qū)域內(nèi)，移動模型采用隨機(jī)路點(diǎn)模型，節(jié)點(diǎn)的最大移動速率為20m/s，節(jié) 點(diǎn)每停頓一段時間后，在網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)隨機(jī)的選擇一個目的點(diǎn)，然后在(0 20m/s)內(nèi)隨機(jī)選擇一個值作為運(yùn)動速度向目的位置運(yùn)動。在仿真中，變化停 頓時間來反映節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動情況，停頓時間越短，說明節(jié)點(diǎn)運(yùn)動程度越高。信 源采用CBR (Constant Bit Rate)數(shù)據(jù)流，最大連接數(shù)分別為20和30，分組 產(chǎn)生率為每秒2個，分組長度為512bits，仿真時間為400秒。在仿真中，將 式比例因子"設(shè)為0.8，過度使用節(jié)點(diǎn)的延時設(shè)為0.0001秒，圖中AODV-20 的曲線代表采用傳統(tǒng)AODV協(xié)議，連接數(shù)為20條件下，網(wǎng)絡(luò)的生命周期與 存活結(jié)點(diǎn)個數(shù)的曲線，AODV-30則代表采用傳統(tǒng)AODV協(xié)議，連接數(shù)為30 的情況，EBAODV-20代表采用本發(fā)明提出的EBAODV協(xié)議，連接數(shù)為20 的情況，EBAODV-30代表采用本發(fā)明提出的EBAODV協(xié)議，連接數(shù)為30 的情況。(a)圖給出了兩種協(xié)議在上述的仿真模型中的網(wǎng)絡(luò)生命時間，可以看出， EBAODV的生命時間始終比AODV要高，這說明了提出的算法的在能量均 衡消耗方面的有效性，這主要是算法在路由發(fā)現(xiàn)過程中按照可操作性強(qiáng)的方 法保護(hù)了過度使用的節(jié)點(diǎn)，防止節(jié)點(diǎn)過早的離開網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)停頓時間是50秒，頁連接數(shù)為20時，與AODV相比，EBAODV的生命時間提高了大約20%, 而當(dāng)停頓時間變長，即節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動性減弱時，其性能差異也隨之減少，而在 連接數(shù)為30時，也存在節(jié)點(diǎn)運(yùn)動程度越低生命時間差異越小的特性。這主要 是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)移動性越低，路徑斷裂的次數(shù)越少，那么實(shí)行路由發(fā)現(xiàn)的過程越 少，而提出的算法即是在路由發(fā)現(xiàn)過程中對過度使用節(jié)點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)，所以路 由發(fā)現(xiàn)過程越少，算法能起到能量均衡的效果越差。另外，總的來說，連接 數(shù)為30的生命時間差異要小于為20時的情況，這是因?yàn)樵谶B接數(shù)為30時， 大部分節(jié)點(diǎn)都參與了通信，對于能量過度使用節(jié)點(diǎn)就很難找到替代節(jié)點(diǎn)，那 么對其的保護(hù)就受到了一定限制，導(dǎo)致對網(wǎng)絡(luò)生命時間的延長也受到了限制。 (b)圖比較了在停頓時間為50秒時，兩種協(xié)議存活節(jié)點(diǎn)個數(shù)隨著仿真 時間變化的情況，可以看出仿真時間到200秒時，連接數(shù)為20的EBAODV 和AODV都沒有節(jié)點(diǎn)死亡，連接數(shù)為30時，EBAODV只有極少數(shù)節(jié)點(diǎn)死 亡，而AODV中己經(jīng)有30°/。的節(jié)點(diǎn)死亡。在250秒時，連接數(shù)為20的EBAODV 只有幾個節(jié)點(diǎn)死亡，而AODV有近26%的節(jié)點(diǎn)死亡，說明了提出的EBAODV 有效保護(hù)過度使用節(jié)點(diǎn)，使節(jié)點(diǎn)能量消耗盡量均衡，延長了網(wǎng)絡(luò)生命時間。 從圖還可以看出，隨著網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步運(yùn)行，兩者之間存活節(jié)點(diǎn)個數(shù)的差異變 小，在仿真結(jié)束時，EBAODV存活的節(jié)點(diǎn)個數(shù)甚至更少，這主要是因?yàn)锳ODV大部分節(jié)點(diǎn)都死亡后，其進(jìn)行通信的任務(wù)量必然減少，節(jié)點(diǎn)的能量消耗會變 小，那么存活節(jié)點(diǎn)個數(shù)減少的幅度就相應(yīng)要小一些。參見圖4所示，來說明本發(fā)明對網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)性能的提升效果，圖中 AODV-20的曲線代表采用傳統(tǒng)AODV協(xié)議，連接數(shù)為20條件下，網(wǎng)絡(luò)的分 組投遞率、平均端到端時延和路由開銷的曲線，AODV-30則代表采用傳統(tǒng)AODV協(xié)議，連接數(shù)為30的情況，EBAODV-20代表采用本發(fā)明提出的 EBAODV協(xié)議，連接數(shù)為20的情況，EBAODV-30代表采用本發(fā)明提出的 EBAODV協(xié)議，連接數(shù)為30的情況。(a) 圖表明EBAODV在連接數(shù)為20,節(jié)點(diǎn)停頓時間為50s-200s時，其 投遞率略低于AODV，這主要是因?yàn)樵诼酚砂l(fā)現(xiàn)過程中一些過度使用的節(jié)點(diǎn) 丟棄RREQ分組，可能導(dǎo)致源節(jié)點(diǎn)找不到可用路由，進(jìn)而影響了投遞率。而 在停頓時間較大，即節(jié)點(diǎn)大部分時間都靜止時，其投遞率明顯高于AODV， 這主要是因?yàn)槁酚蓴嗔汛螖?shù)少，其進(jìn)行的路由發(fā)現(xiàn)次數(shù)少，那么EBAODV 找不到路由的次數(shù)變少，那么由其帶來的平均路由查詢次數(shù)的增加就降低了， 即其負(fù)面影響因素變小，那么鏈路不可用平均概率降低的正面影響帶來的性 能提高大于負(fù)面影響帶來的性能降低，所以其投遞率反而變好了。在連接數(shù) 為30時，EBAODV的投遞率總高于AODV，這是因?yàn)楦哓?fù)載情況下，鏈路 不可用平均概率有較小的降低都會帶來較大的性能提高。(b) 圖表明連接數(shù)為20時EBAODV路由開銷要高于AODV，這是因 為源節(jié)點(diǎn)在找不到路由時，會再次進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)操作，而RREQ分組的傳遞 是采用廣播方式，所以必然會導(dǎo)致路由開銷的增大，即平均路由査詢次數(shù)的 增加會對其造成較大影響。而在連接數(shù)為30時，EBAODV的路由開銷性能 要好于AODV，這也是因?yàn)楦哓?fù)荷情況下，信道競爭激烈，數(shù)據(jù)碰撞嚴(yán)重， 對于能量過度使用節(jié)點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)相當(dāng)于進(jìn)行了一定程度上的負(fù)載均衡，這樣 可以減少網(wǎng)絡(luò)沖突， 一定程度上均勻分配數(shù)據(jù)流給節(jié)點(diǎn)，減少網(wǎng)絡(luò)擁塞。(c) 圖說明EBAODV的延時總是低于AODV的，這主要是因?yàn)?EBAODV的網(wǎng)絡(luò)生命時間較高，且其在第一個節(jié)點(diǎn)死亡時，AODV己經(jīng)有大部分節(jié)點(diǎn)死亡，那么很多源節(jié)點(diǎn)找不到路由將數(shù)據(jù)發(fā)送，數(shù)據(jù)將在鏈路層 的緩沖隊(duì)列中排隊(duì)等待，這樣會極大增大分組轉(zhuǎn)發(fā)延時，所以最終導(dǎo)致AODV平均端到端時延高于EBAODV。這也說明相對于投遞率和路由開銷 而言，正面因素即鏈路不可用平均概率降低對延時的影響更大。
權(quán)利要求
1、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中能量均衡路由協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于首先，網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)利用Hello分組向鄰居節(jié)點(diǎn)通報(bào)自己的剩余能量值，與此同時每個節(jié)點(diǎn)保存自己收到的Hello分組中記錄的鄰居節(jié)點(diǎn)的能量信息；其次，如果源節(jié)點(diǎn)S需要向目的節(jié)點(diǎn)D發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)沒有現(xiàn)成可用路由時，源節(jié)點(diǎn)S要生成一個RREQ分組，并根據(jù)自己所掌握的自身剩余能量Ers，鄰居節(jié)點(diǎn)個數(shù)ns以及對應(yīng)的每個鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量Erk，k＝1，2，…，ns的信息，利用<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mover><mi>E</mi><mo>‾</mo> </mover> <mi>l</mi> <mi>s</mi></msubsup><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>E</mi><mi>r</mi><mi>s</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <munderover><mi>Σ</mi><mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn></mrow><mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <msub><mi>n</mi><mi>s</mi> </msub></mrow> </munderover> <msubsup><mi>E</mi><mi>r</mi><mi>k</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>n</mi><mi>s</mi> </msub> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2008101503900002C1.tif" wi="46" he="10" top= "104" left = "33" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>計(jì)算其本地平均能量<overscore>E</overscore>ls，并將其值累積到RREQ分組記錄網(wǎng)絡(luò)能量信息的CAE域中，然后廣播該RREQ分組；再次，對接收到該RREQ分組的第i跳中間節(jié)點(diǎn)i，同樣利用<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mover><mi>E</mi><mo>‾</mo> </mover> <mi>l</mi> <mi>i</mi></msubsup><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>E</mi><mi>r</mi><mi>i</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <munderover><mi>Σ</mi><mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn></mrow><mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <msub><mi>n</mi><mi>i</mi> </msub></mrow> </munderover> <msubsup><mi>E</mi><mi>r</mi><mi>k</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>n</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2008101503900002C2.tif" wi="43" he="10" top= "143" left = "24" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>計(jì)算其本地平均能量Eli，其中Eri為節(jié)點(diǎn)i當(dāng)前的剩余能量，ni為節(jié)點(diǎn)i的鄰居節(jié)點(diǎn)個數(shù)，Erk，k＝1，2，…，ni為對應(yīng)每個鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量，接著再根據(jù)<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mover><mi>E</mi><mo>‾</mo> </mover> <mi>c</mi> <mi>i</mi></msubsup><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>E</mi><mi>sum</mi> </msub> <mo>+</mo> <msubsup><mover> <mi>E</mi> <mo>‾</mo></mover><mi>l</mi><mi>i</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><mi>i</mi> </mrow>]]></math> id="icf0003" file="A2008101503900002C3.tif" wi="30" he="5" top= "171" left = "62" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>來估計(jì)當(dāng)前全網(wǎng)絡(luò)的平均能量<overscore>E</overscore>ci，其中Esum為RREQ分組CAE域中的能量值，也就是從源節(jié)點(diǎn)S到第i跳節(jié)點(diǎn)i的路徑上所有中間節(jié)點(diǎn)本地平均能量值的總和；當(dāng)<maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mi>E</mi> <mi>r</mi> <mi>i</mi></msubsup><mo>></mo><mi>α</mi><msubsup> <mover><mi>E</mi><mo>‾</mo> </mover> <mi>c</mi> <mi>i</mi></msubsup><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0004" file="A2008101503900002C4.tif" wi="17" he="4" top= "204" left = "38" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>則認(rèn)為節(jié)點(diǎn)i不是過度使用的節(jié)點(diǎn)，它應(yīng)該將自己計(jì)算的本地平均能量Eli累加到RREQ分組的CAE域中，并轉(zhuǎn)發(fā)該RREQ分組，式中的α為比例因子，實(shí)際應(yīng)用中取0.8；當(dāng)<maths id="math0005" num="0005" ><math><![CDATA[ <mrow><msubsup> <mi>E</mi> <mi>r</mi> <mi>i</mi></msubsup><mo>></mo><mi>α</mi><msubsup> <mover><mi>E</mi><mo>‾</mo> </mover> <mi>c</mi> <mi>i</mi></msubsup><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0005" file="A2008101503900002C5.tif" wi="17" he="4" top= "238" left = "38" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>則認(rèn)為節(jié)點(diǎn)i是過度使用的節(jié)點(diǎn)，它應(yīng)延時一段時間并在這段時間中繼續(xù)偵聽RREQ分組，應(yīng)用中延時時間應(yīng)取0.1毫秒，假設(shè)在這段時間內(nèi)節(jié)點(diǎn)i又收到了n個相同的RREQ分組，如果n大于門限C，則認(rèn)為該廣播已經(jīng)覆蓋了節(jié)點(diǎn)i的鄰居節(jié)點(diǎn)范圍，節(jié)點(diǎn)i無需再轉(zhuǎn)發(fā)該RREQ分組，即節(jié)點(diǎn)i丟棄該RREQ分組；而如果n小于門限C，則認(rèn)為節(jié)點(diǎn)i的鄰居節(jié)點(diǎn)中仍可能存在未收到該RREQ分組的節(jié)點(diǎn)，此時節(jié)點(diǎn)i應(yīng)該將自己計(jì)算的本地平均能量Eli累加到RREQ分組的CAE域中，并轉(zhuǎn)發(fā)該RREQ分組，應(yīng)用中門限C取3或4；最后，當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)D收到第一個RREQ分組后，按照方向路徑向源節(jié)點(diǎn)S發(fā)送路由應(yīng)答分組RREP，路徑中的中間節(jié)點(diǎn)收到路由應(yīng)答分組RREP后記錄前向路由，另外，目的節(jié)點(diǎn)應(yīng)該丟棄后續(xù)收到的其他RREQ分組，至此，路由發(fā)現(xiàn)過程完畢，而路由維護(hù)過程與原始AODV協(xié)議過程相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中能量均衡路由協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方法，本發(fā)明在路由發(fā)現(xiàn)過程為每個節(jié)點(diǎn)提供了一個實(shí)時的網(wǎng)絡(luò)平均剩余能量參考值，能量充足的節(jié)點(diǎn)直接參與路由發(fā)現(xiàn)，而過度使用的節(jié)點(diǎn)則根據(jù)延時內(nèi)接收到的路由請求分組個數(shù)決定是否參與轉(zhuǎn)發(fā)分組。該方法在不增加而外控制分組的條件下，使得所有中間節(jié)點(diǎn)能夠通過合理的估計(jì)全網(wǎng)絡(luò)的平均能量來決定自己是否參與路有發(fā)現(xiàn)過程，從而有效的保護(hù)了過度使用的節(jié)點(diǎn)，并最終達(dá)到延長網(wǎng)絡(luò)生命周期，提高網(wǎng)絡(luò)性能的效果。
文檔編號H04L29/08GK101335717SQ200810150390
公開日2008年12月31日 申請日期2008年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
發(fā)明者任品毅, 佳 馮, 張國梅, 平 胡, 波 薛 申請人:西安交通大學(xué)