專利名稱：一種基于能量感知可靠性多徑路由算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出了一種基于能量感知可靠性多徑路由算法，具體是通過(guò)路徑代價(jià)平衡預(yù)測(cè)函數(shù)，綜合考慮Q0S機(jī)制，以挖掘能量和可靠性機(jī)制判斷路徑性能，得到最優(yōu)化路由。
背景技術(shù)：
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的AD-HOC網(wǎng)絡(luò)，它是由一系列移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成的自治 系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)間連接不需要任何基站和基礎(chǔ)架構(gòu)的支持。針對(duì)于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)和沿該路徑傳 輸數(shù)據(jù)可能帶來(lái)的信道錯(cuò)誤，需要有更高和更有效的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來(lái)滿足該網(wǎng)絡(luò)要求。這種特 點(diǎn)需要無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)QOS要求更高。在AD-HOC網(wǎng)絡(luò)中，大多是單徑單一代價(jià)路由協(xié) 議。通過(guò)文獻(xiàn)“Multi-path Routingin Mobil Ad Hoc Networks :Issues and Challenges，， 了解到多徑路由，可以提高通信帶寬，平衡負(fù)載，增加包的傳輸率和鏈路冗余，解決了功率 損失和節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性等特點(diǎn)，尤其是對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)，多代價(jià)路由通過(guò)結(jié)合相關(guān)重 要參數(shù)作為路徑的代價(jià)矢量，將該矢量作為路由判斷的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)，提高了網(wǎng)絡(luò)的QoS。文 獻(xiàn)“Implementing Distributed Multi-cost Routing in Mobile Ad HocNetworks Using DSR”中描述的多代價(jià)路由算法的一個(gè)關(guān)鍵概念是路徑間的支配關(guān)系，通過(guò)一定函數(shù)關(guān)系， 優(yōu)先選擇好的值，作為路由選擇的標(biāo)準(zhǔn)。R. Leung, J. Liu, Ε. Poon at all, ^t JC ^ "A QoS-Aware Multi-Path DynamicSource Routing Protocol for Wireless Ad-Hoc Networks"7 MP-DSR % 法，它是多路徑單播源路由算法，該算法是在DSR單路徑基礎(chǔ)上提出的多路徑理論，同時(shí)定 義了網(wǎng)絡(luò)端到端可靠性，依據(jù)計(jì)算的路徑可靠性值，最終找到滿足網(wǎng)絡(luò)可靠性的多條路徑 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。R. Leung, J. Liu, Ε. Poon at al 提出的 MP-DSR 算法有很多方面不足1)首先，算法只強(qiáng)調(diào)了路徑可靠性問(wèn)題，忽略了能量的重要性。在電池提供能量的 網(wǎng)絡(luò)中，有效的利用能量可以提高網(wǎng)絡(luò)性能和壽命。2)其次，該算法將計(jì)算的路徑可靠性值作為參量進(jìn)行降序排列，但沒(méi)有考慮值相 等的路徑按照何種標(biāo)準(zhǔn)如何排列的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種有效的衡量路由機(jī)制，具體是一種基于能量感知可靠性 多徑路由算法。本發(fā)明的基本思想是該算法綜合考慮路徑可靠性和消耗功率，通過(guò)挖掘能量和 鏈路關(guān)聯(lián)性，并結(jié)合有效能量機(jī)制和路徑的可靠性的問(wèn)題，提出路徑代價(jià)平衡預(yù)測(cè)函數(shù)，并 將其優(yōu)化函數(shù)作為選路標(biāo)準(zhǔn)，最終得到多條節(jié)點(diǎn)不相交且滿足端到端的可靠性要求同時(shí)能 量消耗少的有效路由，較全面解決了路徑參量值的排序標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題。該算法能夠保證路由的 穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)減小網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量消耗。本發(fā)明一種基于能量感知可靠性多徑路由算法，主要是以能量和可靠性為重要參數(shù)指標(biāo)，通過(guò)挖掘能量和可靠性聯(lián)系，建立代價(jià)平衡預(yù)測(cè)函數(shù) ρ=Σρ“j1妒這里，k是路徑，i，j是路徑上的節(jié)點(diǎn)，Pi,」是節(jié)點(diǎn)i，j間
的消耗功率即為傳輸功率，R(k)是第k條路徑的可靠性值；其具體步驟如下1)判斷鏈路的可靠性，從而選擇要發(fā)送數(shù)據(jù)的鏈路，同時(shí)收集路徑的COSt信息并 及時(shí)更新。首先，根據(jù)定義的多條不相交路徑并行傳輸時(shí)，端到端的可靠度公式
通過(guò)初始化路由查找算法，當(dāng)所有路徑的可靠性都等于最低路徑可
靠性值時(shí)，仍能滿足網(wǎng)絡(luò)設(shè)定的可靠性指標(biāo)，帶入該可靠度公式從而計(jì)算出路徑的最低可 靠性值R1otct和源節(jié)點(diǎn)要查找的路徑數(shù)量n，通過(guò)將要查找的鏈路的利用率與最低路徑可靠 性值比較，源節(jié)點(diǎn)找到滿足大于最低路徑可靠性且至多η個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)并進(jìn)行廣播。2)形成到目的節(jié)點(diǎn)的路徑集合，計(jì)算各路徑代價(jià)平衡預(yù)測(cè)函數(shù)值，進(jìn)行升序排列； 若值相等，則按照跳數(shù)升序排列即選擇跳數(shù)少的優(yōu)先排列。
tools] 根據(jù)公式R(k)(t) =π ( ,」)ε1Λ,」α)更新路徑可靠性值，并將所通過(guò)鏈路的消耗功 率值相加，將上述兩值放入節(jié)點(diǎn)緩存中。中間節(jié)點(diǎn)向同樣滿足條件的至多η個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)廣 播，執(zhí)行上述過(guò)程，最終得到目的節(jié)點(diǎn)的路徑集合。根據(jù)路徑代價(jià)，得到各路徑代價(jià)平衡預(yù)測(cè)函數(shù)值 Ρ 其中，k是路徑，i，j是路徑上的節(jié)點(diǎn)，Pi,」是節(jié)點(diǎn)i，j間的消耗功率即為傳輸功 率，R(k)是第k條路徑的可靠性值。同時(shí)，計(jì)算集合中各路徑的預(yù)測(cè)函數(shù)值并進(jìn)行升序排列，當(dāng)有路徑的函數(shù)值相等 時(shí)，則按照跳數(shù)，將最小跳數(shù)的路徑進(jìn)行優(yōu)先排列。3)從路徑集合中選擇節(jié)點(diǎn)不相交路徑，利用預(yù)測(cè)函數(shù)值選擇滿足可靠性條件的到 目的節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化路徑。本發(fā)明通過(guò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D計(jì)算和與現(xiàn)有經(jīng)典的MP-SDR等算法比較，該算法保證了 路由穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)減少了網(wǎng)絡(luò)中能量消耗，在高移動(dòng)性無(wú)線自主網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，具有 更高的實(shí)用性。本發(fā)明適合于高移動(dòng)性無(wú)線自主網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，該網(wǎng)絡(luò)模型中要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過(guò)全 向天線有一致的傳輸范圍；通過(guò)節(jié)點(diǎn)改變傳輸范圍，鏈路可以添加或刪除；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渫耆?依賴于傳輸范圍，且節(jié)點(diǎn)在不大于最大傳輸功率范圍內(nèi)能傳輸數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)可以通過(guò) GPS定位等方式了解網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和拓?fù)涞娜中畔?；在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載高時(shí)，節(jié)點(diǎn)不傾向于更長(zhǎng)范 圍的傳輸；在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)速率極限值范圍內(nèi)，節(jié)點(diǎn)消耗功率與節(jié)點(diǎn)間距離成正比。使用本發(fā)明中的路由算法，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)特性構(gòu)建優(yōu)化平衡函數(shù)即路徑代價(jià)平衡預(yù)測(cè) 函數(shù)。通過(guò)考慮節(jié)點(diǎn)能量和可靠性機(jī)制，最終延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間，在隨時(shí)間頻繁改變的 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，使得該算法更加準(zhǔn)確和有效。


圖1是具體鏈路代價(jià)拓?fù)鋱D；圖2是本發(fā)明實(shí)施例示意圖； 圖3是MP-DSR路由算法所選路徑集合與本發(fā)明所用算法的路徑集合比較示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明一種基于能量感知可靠性多徑路由算法具體實(shí)施方式
如下已知每個(gè)節(jié)點(diǎn) 間的鏈路可用率和消耗功率值，各節(jié)點(diǎn)向滿足條件的鄰居節(jié)點(diǎn)廣播。這里我們?cè)O(shè)定端到端可靠性值為R = 0. 6，通過(guò)文獻(xiàn)“A QoS-Aware Mu 11i-PathDynamic Source Routing Protocol for Wireless Ad-Hoc Networks，，初始化 路由查找算法，得到查找的路徑數(shù)量η = 2，路徑的最低可靠性R1otct = 0. 4。1)判斷鏈路的可靠性，首先，選擇要發(fā)送數(shù)據(jù)的鏈路，同時(shí)收集路徑的cost信息 并及時(shí)更新。通過(guò)將要查找的鏈路利用率與最低路徑可靠性值R1otct = 0. 4比較，源節(jié)點(diǎn)找 到滿足大于最低路徑可靠性且至多2個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)并進(jìn)行廣播。中間節(jié)點(diǎn)依次執(zhí)行上述過(guò) 程。2)形成到目的節(jié)點(diǎn)的路徑集合，計(jì)算各路徑代價(jià)平衡預(yù)測(cè)函數(shù)值，進(jìn)行升序排列； 若值相等，則按照跳數(shù)升序排列即選擇跳數(shù)少的優(yōu)先排列。圖1是具體鏈路代價(jià)拓?fù)鋱D。鏈路代價(jià)矢量用(ImPU)表示。i，j為鏈路上節(jié) 點(diǎn)，Ii, j為鏈路的可用率，Pi, j為節(jié)點(diǎn)間鏈路的功率消耗， 根據(jù)公式R(k)(t) =Π (M)ekUt)更新路徑可靠性值，并將所通過(guò)鏈路的消 耗功率值相加，將上述兩值放入節(jié)點(diǎn)緩存中。中間節(jié)點(diǎn)向同樣滿足條件的至多2個(gè)鄰居 節(jié)點(diǎn)廣播，執(zhí)行上述過(guò)程，最終得到目的節(jié)點(diǎn)的路徑集合。根據(jù)路徑代價(jià)平衡預(yù)測(cè)函數(shù)
這里，k是路徑，i，j是路徑上的節(jié)點(diǎn)，Pi,,.是節(jié)點(diǎn)i，j間
的消耗功率即為傳輸功率，R(k)是第k條路徑的可靠性值。計(jì)算集合中各路徑的預(yù)測(cè)函數(shù)值 見表1 ；表1為通過(guò)一個(gè)具體拓?fù)鋱D實(shí)例計(jì)算的所選路徑參量值。 進(jìn)行升序排列，得到路徑集合為{④，⑤，③，②，①}由1 .1^111^，.1^11』.？0011提出的不相交路徑選擇算法，得出{④}R = 0.513 <0.6 {④，③}，R= 1-0. 487* (1-0. 42) =0. 7175 > 0. 6為最終所選路徑，如圖2所示，圖中，細(xì)線箭頭表示應(yīng)用基于代價(jià)平衡預(yù) 測(cè)機(jī)制算法所選路徑集合；粗線箭頭為滿足代價(jià)平衡預(yù)測(cè)函數(shù)所選最終路徑。根據(jù)Anand Srinivas提出的，由于全向天線的使用，可以利用WMA (wireless multicast advantage)機(jī) 制，得出最小能量值公式。根據(jù)該公式可以算出網(wǎng)絡(luò)中路由消耗的最小能量。 3)通過(guò)表2中從路徑集合中選擇節(jié)點(diǎn)不相交路徑，利用預(yù)測(cè)函數(shù)值選擇滿足可靠 性條件的到目的節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化路徑，S-A-D，S-B-C-D。圖3是MP-DSR路由算法所選路徑集合 與本發(fā)明所用算法的路徑集合比較示意圖。圖中，細(xì)線箭頭表示MP-DSR路由算法所選路徑 集合，粗線箭頭為滿足端到端可靠性值所選最終路徑。表2為DSR，MP-DSR，代價(jià)平衡預(yù)測(cè)機(jī)制算法特性比較
權(quán)利要求
一種基于能量感知可靠性多徑路由算法，旨在找到滿足端到端的可靠性要求同時(shí)能量消耗少的有效路由，其特征在于，包括以下步驟1)判斷鏈路的可靠性，從而選擇要發(fā)送數(shù)據(jù)的鏈路，同時(shí)收集路徑的cost信息并及時(shí)更新；首先，根據(jù)定義的多條不相交路徑并行傳輸時(shí)，端到端的可靠度公式通過(guò)初始化路由查找算法，當(dāng)所有路徑的可靠性都等于最低路徑可靠性值時(shí)，仍能滿足網(wǎng)絡(luò)設(shè)定的可靠性指標(biāo)，帶入該可靠度公式從而計(jì)算出路徑的最低可靠性值Rlower和源節(jié)點(diǎn)要查找的路徑數(shù)量n，通過(guò)將要查找的鏈路的利用率與最低路徑可靠性值比較，源節(jié)點(diǎn)找到滿足大于最低路徑可靠性且至多n個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)并進(jìn)行廣播；2)形成到目的節(jié)點(diǎn)的路徑集合，計(jì)算各路徑代價(jià)平衡預(yù)測(cè)函數(shù)值，進(jìn)行升序排列；若值相等，則按照跳數(shù)升序排列即選擇跳數(shù)少的優(yōu)先排列；根據(jù)公式R(k)(t)＝∏(i，j)∈kli，j(t)更新路徑可靠性值，并將所通過(guò)鏈路的消耗功率值相加，將上述兩值放入節(jié)點(diǎn)緩存中；中間節(jié)點(diǎn)向同樣滿足條件的至多n個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)廣播，執(zhí)行上述過(guò)程，最終得到目的節(jié)點(diǎn)的路徑集合；根據(jù)路徑代價(jià)平衡預(yù)測(cè)函數(shù)其中，k是路徑，i，j是路徑上的節(jié)點(diǎn)，Pi，j是節(jié)點(diǎn)i，j間的消耗功率即為傳輸功率，R(k)是第k條路徑的可靠性值；計(jì)算集合中各路徑的預(yù)測(cè)函數(shù)值并進(jìn)行升序排列，當(dāng)有路徑的函數(shù)值相等時(shí)，則按照跳數(shù)，將最小跳數(shù)的路徑進(jìn)行優(yōu)先排列；3)從路徑集合中選擇節(jié)點(diǎn)不相交路徑，利用預(yù)測(cè)函數(shù)值選擇滿足可靠性條件的到目的節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化路徑。FSA00000143010800011.tif,FSA00000143010800012.tif
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于能量感知可靠性多徑路由算法，包括步驟首先，判斷鏈路的可靠性，從而選擇要發(fā)送數(shù)據(jù)的鏈路，同時(shí)收集路徑的cost信息并及時(shí)更新；形成到目的節(jié)點(diǎn)的路徑集合，計(jì)算各路徑代價(jià)平衡預(yù)測(cè)函數(shù)值，進(jìn)行升序排列；從路徑集合中選擇節(jié)點(diǎn)不相交路徑，利用預(yù)測(cè)函數(shù)值選擇滿足可靠性條件的到目的節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化路徑。該算法保證了路由穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)減少了網(wǎng)絡(luò)中能量消耗，較全面解決了路徑參量值的排序標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，在高移動(dòng)性無(wú)線自主網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，具有更高的實(shí)用性。
文檔編號(hào)H04W40/10GK101873663SQ201010192019
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者周玲, 周賢偉, 王超, 陳云云 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)