無線網(wǎng)絡(luò)中基于能效的路由優(yōu)化方法
【專利摘要】一種無線網(wǎng)絡(luò)中基于能效的路由優(yōu)化方法，通過在不同的傳輸速率和傳輸功率下，基于能量效率，根據(jù)每一個環(huán)節(jié)損失概率進行優(yōu)先級決定以確定最佳傳輸速率和傳輸功率的鏈路。本發(fā)明不僅結(jié)合了速率傳輸，也考慮了發(fā)射功率。當采用本發(fā)明路由選擇度量，每個無線傳感器節(jié)點決定最佳的接收節(jié)點（或接收節(jié)點）的最佳的傳輸速率和最佳的發(fā)送功率。
【專利說明】無線網(wǎng)絡(luò)中基于能效的路由優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種無線互聯(lián)網(wǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】的方法，具體是一種用于多跳無線網(wǎng)絡(luò)的多路徑路由選擇衡量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在過去的十年中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的速度控制問題已得到了深入的研究，研究人員主要集中在整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的吞吐量最大化，希望在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)送節(jié)點的速度工作在最大速率，并使整個網(wǎng)絡(luò)達到最大吞吐量。發(fā)送節(jié)點總是要求發(fā)送高速率數(shù)據(jù)和高成功概率的傳輸，因此做到速率和質(zhì)量之間的權(quán)衡，以達到最佳的效果和結(jié)果。
[0003]考慮每個無線傳感器節(jié)點的能量缺乏，尋找高效和省電的方法來傳輸數(shù)據(jù)的問題是非常重要的。傳輸速率和傳輸功率是在學習無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中兩個最重要的因素。研究人員在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中尋找不同的方式來研究的問題。他們針對在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中當前存在的問題提出一些建議解決方案，，以及提出新的路由協(xié)議，嘗試提出新的路由度量和其他研究無線傳感網(wǎng)絡(luò)方法來提高吞吐量或降低能耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種無線網(wǎng)絡(luò)中基于能效的路由優(yōu)化方法，不僅結(jié)合了速率傳輸，也考慮了發(fā)射功率。當采用本發(fā)明路由選擇度量，每個無線傳感器節(jié)點決定最佳的接收節(jié)點(或接收節(jié)點)的最佳的傳輸速率和最佳的發(fā)送功率。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明在不同的傳輸速率和傳輸功率下，基于能量效率，根據(jù)每一個環(huán)節(jié)損失概率進行優(yōu)先級決定(Priority Decision)以確定最佳傳輸速率和傳輸功率的鏈路。





[0006]所述的能量效率，即預(yù)期傳輸能源效率(ETEE)，具體是指:E = THR/P，其中:THR代表網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，P表示的發(fā)送功率。
[0007]所述的最佳傳輸速率和傳輸功率的鏈路通過以下方式確定:
[0008]步驟I)每一跳的發(fā)送節(jié)點，根據(jù)所有可能接收到其發(fā)出數(shù)據(jù)包的接收節(jié)點和接收節(jié)點與發(fā)送節(jié)點之間的距離進行優(yōu)先級的設(shè)置，對所有接收節(jié)點進行優(yōu)先級排序并向所有接收節(jié)點發(fā)布優(yōu)先級排序表；
[0009]步驟2)發(fā)送節(jié)點向所有接收節(jié)點確認轉(zhuǎn)發(fā)集以及接收節(jié)點的下一輪轉(zhuǎn)發(fā)時間，然后發(fā)送節(jié)點向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點發(fā)送緩存的數(shù)據(jù)包:
[0010]當收到RTS數(shù)據(jù)包的節(jié)點不在接收節(jié)點集合中時，該節(jié)點忽略所接收到的數(shù)據(jù)包；當節(jié)點收到數(shù)據(jù)包，并且在轉(zhuǎn)發(fā)集里，在知道發(fā)送所需等待時間Tl之內(nèi)，應(yīng)重新計算發(fā)送集，將RTS數(shù)據(jù)包和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包發(fā)送到下一個接收節(jié)點。
[0011]步驟3)因為每個節(jié)點都設(shè)置了不同的優(yōu)先級，在上述Tl等待時間中，當節(jié)點接收到RTS數(shù)據(jù)包中指示具有更高優(yōu)先級的節(jié)點已成功將數(shù)據(jù)包發(fā)送到下一個接收節(jié)點，那么這個節(jié)點將取消發(fā)送任務(wù)；只有當較高優(yōu)先級的節(jié)點數(shù)據(jù)包發(fā)送失敗的情況下，該節(jié)點才有機會到發(fā)送數(shù)據(jù)包。
[0012]在步驟I)設(shè)置優(yōu)先級時，需要將節(jié)點添加到集合N，需要檢查所有的節(jié)點集合V，對于集合V中每一個節(jié)點，需要檢查每次傳輸速率和發(fā)射功率是否支持，這些存儲在集合R_support 和集合 P_support0
[0013]在步驟2)發(fā)送節(jié)點向下一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包時，對于每一個節(jié)點的速率r和功率P，應(yīng)從節(jié)點i組進行計算測定值N，找到所有的傳輸速率和所有的發(fā)送功率電平中最小的一個；當測量值最小的節(jié)點i被發(fā)現(xiàn)，將比較和查找的集合V中的所有節(jié)點測量值中最小的一個，這個最小的測量值將被添加到的集Q和相應(yīng)的節(jié)點被添加到集合N中。相應(yīng)的傳輸速率被加入到集合R和對應(yīng)的發(fā)送功率被加入到集合P中。重復該過程，并重復執(zhí)行，直到?jīng)]有節(jié)點在集合V中。
技術(shù)效果
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點有:大多數(shù)路由度量只需要考慮如何最大限度地發(fā)揮了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，其中大部分是關(guān)于傳輸速率，提出了一種新的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由度量ETEE，把傳輸速率和發(fā)送功率一起組合作為測量的能量效率。在設(shè)置的25個無線傳感器節(jié)點的仿真網(wǎng)絡(luò)中，發(fā)現(xiàn)能源效率的ETEE (Expected Transmission EnergyEfficiency,預(yù)期傳輸能量效率)高出 48%左右比 EATT (Expected Anypath TransmissionTime預(yù)期的任何路徑傳輸時間)之一，雖然吞吐量EATT高出約25%比ETEE之一。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為實施例1中傳統(tǒng)的路由示意圖。
[0016]圖2為實施例2中機會主義路由示意圖。
[0017]圖3為實施例3中EATT和ETEE的能源效率圖。
[0018]圖4為實施例3中EATT和ETEE的吞吐量圖。
【具體實施方式】
[0019]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0020]以下實施方式包括:基于傳統(tǒng)路由的ETEE、基于機會路由的ETEE、基于25個節(jié)點的EATT和ETEE仿真結(jié)果。
實施例1
[0021 ] 基于傳統(tǒng)路由的預(yù)期傳輸能量效率
[0022]在傳統(tǒng)路由中傳輸數(shù)據(jù)包時，路徑、傳輸速率、發(fā)送功率是預(yù)先計算和決定好的。這些僅僅是一個接收者需要來決定每一跳。
[0023]當一個數(shù)據(jù)包被發(fā)送,從源節(jié)點到目的地節(jié)點在節(jié)點1，節(jié)點2，節(jié)點3，...，節(jié)點n，計算出吞吐量為:
【權(quán)利要求】
1.一種無線網(wǎng)絡(luò)中基于能效的路由優(yōu)化方法，其特征在于，在不同的傳輸速率和傳輸功率下，基于能量效率，根據(jù)每一個環(huán)節(jié)損失概率進行優(yōu)先級決定以確定最佳傳輸速率和傳輸功率的鏈路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的能量效率，即預(yù)期傳輸能源效率，具體是指? = 7，其中:THR代表網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，P表示的發(fā)送功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的最佳傳輸速率和傳輸功率的鏈路通過以下方式確定: 步驟I)每一跳的發(fā)送節(jié)點，根據(jù)所有可能接收到其發(fā)出數(shù)據(jù)包的接收節(jié)點和接收節(jié)點與發(fā)送節(jié)點之間的距離進行優(yōu)先級的設(shè)置，對所有接收節(jié)點進行優(yōu)先級排序并向所有接收節(jié)點發(fā)布優(yōu)先級排序表； 步驟2)發(fā)送節(jié)點向所有接收節(jié)點確認轉(zhuǎn)發(fā)集以及接收節(jié)點的下一輪轉(zhuǎn)發(fā)時間，然后發(fā)送節(jié)點向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有節(jié)點發(fā)送緩存的數(shù)據(jù)包: 當收到RTS數(shù)據(jù)包的節(jié)點不在接收節(jié)點集合中時，該節(jié)點忽略所接收到的數(shù)據(jù)包；當節(jié)點收到數(shù)據(jù)包，并且在轉(zhuǎn)發(fā)集里，在知道發(fā)送所需等待時間Tl之內(nèi)，應(yīng)重新計算發(fā)送集，將RTS數(shù)據(jù)包和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包發(fā)送到下一個接收節(jié)點； 步驟3)因為每個節(jié)點都設(shè)置了不同的優(yōu)先級，在上述Tl等待時間中，當節(jié)點接收到RTS數(shù)據(jù)包中指示具有更高優(yōu)先級的節(jié)點已成功將數(shù)據(jù)包發(fā)送到下一個接收節(jié)點，那么這個節(jié)點將取消發(fā)送任務(wù)；只有當較高優(yōu)先級的節(jié)點數(shù)據(jù)包發(fā)送失敗的情況下，該節(jié)點才有機會到發(fā)送數(shù)據(jù)包。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是，在步驟I)設(shè)置優(yōu)先級時，需要將節(jié)點添加到集合N，需要檢查所有的節(jié)點集合V，對于集合V中每一個節(jié)點，需要檢查每次傳輸速率和發(fā)射功率是否支持，這些存儲在集合R_support和集合P_support。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是，在步驟2)發(fā)送節(jié)點向下一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包時，對于每一個節(jié)點的速率r和功率P，應(yīng)從節(jié)點i組進行計算測定值N，找到所有的傳輸速率和所有的發(fā)送功率電平中最小的一個；當測量值最小的節(jié)點i被發(fā)現(xiàn)，將比較和查找的集合V中的所有節(jié)點測量值中最小的一個，這個最小的測量值將被添加到的集Q和相應(yīng)的節(jié)點被添加到集合N中，相應(yīng)的傳輸速率被加入到集合R和對應(yīng)的發(fā)送功率被加入到集合P中，重復該過程，并重復執(zhí)行，直到?jīng)]有節(jié)點在集合V中。
【文檔編號】H04W40/04GK103458441SQ201310408068
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】吳帆, 吳水土, 龔愷, 陳貴海 申請人:上海交通大學