一種基于節(jié)點生存期的最大生存期路由方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于節(jié)點生存期的最大生存期路由方法，包括如下步驟：將整個網(wǎng)絡(luò)利用賦權(quán)圖G(V，E)表示，其中，節(jié)點對(s，d)∈V分別為待通信的源節(jié)點和目的節(jié)點，π(v)為節(jié)點對(s，d)的路由中間節(jié)點v的父節(jié)點，以節(jié)點u的生存期作為中間結(jié)點u、v邊e(u，v)的權(quán)值；選取目標(biāo)節(jié)點集D，選取節(jié)點集V-D中節(jié)點加入節(jié)點集D，直到節(jié)點d被選取，其中，每次選取加入到目標(biāo)節(jié)點集D的節(jié)點都應(yīng)滿足，其生存期應(yīng)滿足在所有能連接到D的節(jié)點中為最大，本發(fā)明通過直接參考節(jié)點的生存期來形成最大生存期路由，使節(jié)點間數(shù)據(jù)傳送量進一步提升，延長了網(wǎng)絡(luò)生命期，并引入能量控制技術(shù)，從而在沒有明顯增加資源負(fù)荷的基礎(chǔ)上提高了能量效率。
【專利說明】一種基于節(jié)點生存期的最大生存期路由方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線自組網(wǎng)絡(luò)的路由控制協(xié)議，特別是涉及一種基于節(jié)點生存期的最大生存期路由方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前對Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的研究主要集中在基本路由協(xié)議上，MANET研究組提出的許多協(xié)議草案，比如單播路由協(xié)議DSR、AODV, ZRP和多播路由協(xié)議AMRIS、AMRoute等，而在無線多播中大部分路由協(xié)議是基于樹狀的，但多播樹的結(jié)構(gòu)非常脆弱，并且當(dāng)連接改變時它必須進行調(diào)整，進一步來說，多播樹總是需要一個全局的路由子結(jié)構(gòu)如鏈路狀態(tài)或距離向量。路由向量或鏈路狀態(tài)的頻繁改變產(chǎn)生拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的頻繁變化，最終產(chǎn)生大量開銷和信道負(fù)載。
[0003]由于無線網(wǎng)的廣播特性，使得自組網(wǎng)中的多播有著獨特的優(yōu)勢，打破了有線網(wǎng)絡(luò)中多播建立在單播基礎(chǔ)之上的定律，可以獨立地更有效地解決多播路由問題。常見的多播協(xié)議有MAODV，AMRIS, AMRoute, ODMRP, CAMP等。最大化節(jié)省能量，提高能量效率一直以來就是無線自主網(wǎng)絡(luò)(Ad hoc)致力解決的關(guān)鍵問題?；贏d hoc網(wǎng)絡(luò)供電電池的特性，目ill在與Ad hoc有關(guān)的研究領(lǐng)域，也廣生了一些與提聞路由生存期為目標(biāo)的路由協(xié)議，它們主要是通過極小化節(jié)點用于路徑搜索的時間來降低能量消耗，而這也是節(jié)點能量使用效率低下的主要原因所在?；谀芰啃实牡湫吐酚伤惴ㄓ薪⒃谧钚‰姵啬芰靠偤突A(chǔ)上的MBCR和MMBCR算法；基于預(yù)測生命期的LPR算法；以及考慮一個現(xiàn)實應(yīng)用中電子模型影響，然后設(shè)計出路由協(xié)議算法等。這些算法都以提高電池能量效率、延長網(wǎng)絡(luò)生存期為目標(biāo)。
[0004]對于基于能量效率的算法，MBCR和MMBCR算法執(zhí)行時，總是在所有可能的路由選擇中，嘗試避免那些擁有最少電池能量的節(jié)點，從而可能會導(dǎo)致每個節(jié)點電池能量的公正使用問題。而對于LPR，每個節(jié)點都會根據(jù)最近的若干次使用對剩余能量的使用次數(shù)進行評估和預(yù)測，結(jié)果顯示這種方式優(yōu)于那種只依據(jù)剩余能量進行路由決策的算法。此外，還有憑借剩余電池能量作為評估依據(jù)來動態(tài)選擇最佳路由；這種路由每一步都通過最佳路由抉擇來提高這個算法支撐的數(shù)據(jù)流量。
[0005]眾所周知，無線網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)傳輸是能量耗費最大的工作。這時算法思想就是希望通過減少傳送能量來延長網(wǎng)絡(luò)生存時間。然而，上述路由協(xié)議一般都以最大能量發(fā)送傳送數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)發(fā)送能量成本非常高。若改為隨機的小能量傳送數(shù)據(jù)，又可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)中途丟失而導(dǎo)致要重傳的情況，從而消耗更多的能量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明之目的在于提供一種基于節(jié)點生存期的最大生存期路由方法，其通過直接參考節(jié)點的生存期來形成最大生存期路由，使節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳送量進一步提升，延長了網(wǎng)絡(luò)生命期；在選取路由下一跳節(jié)點的過程中，考慮節(jié)點剩余能量及可能的生命期，引入能量控制技術(shù)，從而在沒有明顯增加資源負(fù)荷的基礎(chǔ)上極大的提高了能量效率，延長整個網(wǎng)絡(luò)的生命周期。
[0007]為達(dá)上述及其它目的，本發(fā)明提出一種基于節(jié)點生存期的最大生存期路由方法，包括如下步驟:
[0008]步驟一，將整個網(wǎng)絡(luò)利用賦權(quán)圖G (V，E)表示，其中，節(jié)點對(s，d) e V分別為待通信的源節(jié)點和目的節(jié)點，^ (V)為節(jié)點對(S，d)的路由中間節(jié)點V的父節(jié)點，以節(jié)點U的生存期作為中間結(jié)點U、V邊e (U，V)的權(quán)值；
[0009]步驟二，選取目標(biāo)節(jié)點集D，選取節(jié)點集V-D中節(jié)點加入節(jié)點集D，直到節(jié)點d被選取，其中，每次選取加入到目標(biāo)節(jié)點集D的節(jié)點都應(yīng)滿足，其生存期應(yīng)滿足在所有能連接到D的節(jié)點中為最大。
[0010]進一步地，在步驟二中，目標(biāo)節(jié)點集D初始只包含源節(jié)點S。
[0011]進一步地,節(jié)點U的生存期采用如下表示:
[0012]T (u) =Ru/p (U，V)
[0013]其中，T(U)為節(jié)點u的生存期，Ru為節(jié)點的剩余能量；而P (U，V)為節(jié)點(u, v)間
通信將耗費的單位能量。
[0014]進一步地，在步驟二后，還包括利用動態(tài)能量分配算法為選取的路由計算最佳的傳送能耗的步驟。
[0015]進一步地，計算最佳傳送能耗的步驟包括如下步驟:
[0016]若在節(jié)點對(U，V)傳送一個分組，計算節(jié)點u需重傳該分組的次數(shù)的期望值
E(X)；
[0017]根據(jù)節(jié)點U需重傳該分組的次數(shù)的期望值E (x)獲得重傳總能耗，優(yōu)化傳送分組能耗使其最小以獲得鏈路(U，V)的最佳通信能量P (U，V)。
[0018]進一步地，節(jié)點u需重傳該分組的次數(shù)的期望值EU)為:
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種基于節(jié)點生存期的最大生存期路由方法，包括如下步驟: 步驟一，將整個網(wǎng)絡(luò)利用賦權(quán)圖G (V，E)表示，其中，節(jié)點對(s，d) e V分別為待通信的源節(jié)點和目的節(jié)點，^ (V)為節(jié)點對(s，d)的路由中間節(jié)點V的父節(jié)點，以節(jié)點u的生存期作為中間結(jié)點U、V邊e (U，V)的權(quán)值； 步驟二，選取目標(biāo)節(jié)點集D，選取節(jié)點集V-D中節(jié)點加入節(jié)點集D，直到節(jié)點d被選取，其中，每次選取加入到目標(biāo)節(jié)點集D的節(jié)點都應(yīng)滿足，其生存期應(yīng)滿足在所有能連接到D的節(jié)點中為最大。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于節(jié)點生存期的最大生存期路由方法，其特征在于:在步驟二中，目標(biāo)節(jié)點集D初始只包含源節(jié)點S。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于節(jié)點生存期的最大生存期路由方法，其特征在于，節(jié)點u的生存期采用如下表示:
T(u) =Ru/p (u, V) 其中，T(U)為節(jié)點u的生存期，Ru為節(jié)點的剩余能量；而P (U，V)為節(jié)點(U，V)間通信將耗費的單位能量。
4.如權(quán)利要求2所述的一種基于節(jié)點生存期的最大生存期路由方法，其特征在于:在步驟二后，還包括利用動態(tài)能量分配算法為選取的路由計算最佳的傳送能耗的步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于節(jié)點生存期的最大生存期路由方法，其特征在于，計算最佳傳送能耗的步驟包括如下步驟: 若在節(jié)點對(U，V)傳送一個分組,計算節(jié)點u需重傳該分組的次數(shù)的期望值E(X)； 根據(jù)節(jié)點u需重傳該分組的次數(shù)的期望值E (x)獲得重傳總能耗，優(yōu)化傳送分組能耗使其最小以獲得鏈路(U，V)的最佳通信能量P (U，V)。
6.如權(quán)利要求5所述的一種基于節(jié)點生存期的最大生存期路由方法，其特征在于，節(jié)點u需重傳該分組的次數(shù)的期望值EU)為:
7.如權(quán)利要求6所述的一種基于節(jié)點生存期的最大生存期路由方法，其特征在于，所述重傳總能耗為為鏈路(U，V)的最佳通信能量。
8.如權(quán)利要求7所述的一種基于節(jié)點生存期的最大生存期路由方法，其特征在于:所述最佳通信能量P (U，V)位于Pth-XPL與Pmax之間，其中Pmax為節(jié)點u廣播控制分組的最大能量，Pthreshold為節(jié)點u的信號接收閾值，PL為鏈路(U，V)上的路徑損耗能量。
9.如權(quán)利要求8所述的一種基于節(jié)點生存期的最大生存期路由方法，其特征在于:所述鏈路(U，v)上的路徑損耗能量PL=Pmax/PMV，其中，Pmv為節(jié)點u收到來自節(jié)點V的信號強度。
10.如權(quán)利要求1所述的一種基于節(jié)點生存期的最大生存期路由方法，其特征在于:所述網(wǎng)絡(luò)為Ad hoc網(wǎng)絡(luò)。
【文檔編號】H04W40/10GK103607748SQ201310597409
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】熊鵬 申請人:上海電機學(xué)院