一种基于能量感知的AODV动态延迟选路方法与流程

本发明属于无线通信网络领域,具体的讲是一种基于能量感知的aodv动态延迟选路方法。

技术背景

ad-hoc无线网络中的节点大部分依靠电量有限的电池来维持运营，所以如何更充分的利用电池能量以尽可能的增大无线网络的生存在ad-hoc网络的生存周期，是目前面临的关键问题。传统ad-hoc路由协议中，包括经典的aodv路由协议，都是以最小跳数为原则进行选路，未对节点能量做出考虑，就单个网络节点而言，可能在选路过程中会被多次选中，导致一些节点频繁被使用，节点能量消耗较其他节点更快，导致包含该节点的路径失效，大大缩短了网络的整体寿命。可见，最小跳数的方案在能量优化方面存在较大的缺陷。本发明则重点考虑节点剩余能量和路径跳数这两个因子，在做最优路径选取时定义一个能量评估函数，中间节点转发分组时，会根据节点剩余能量进行一个延迟，增加剩余能量较高的节点的路由参与度，同时目的节点设置一个延迟记录时间t，记录延迟超时前所有请求分组缓存，并采用多径路由，根据能量评估函数选出最佳的三条路径，其中一条作为主路由，另外两条作为替代路由。根据相关研究表明，选取三条路由，可达到最佳性能。采用多径路由可以大大减少重启路由发现过程的次数，从而有效降低额外的路由开销，防止节点能量的过度浪费。实验结果表明，改进方法在一定程度上降低了了节点死亡个数，降低了网络的整体能耗，延长了网络生存时间，分组投底滤和网络吞吐率方面相对aodv协议也有了较大的改善。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种在分析现有的ad-hoc网络aodv路由协议在能量优化方面不足的基础上，提出一种基于能量感知的aodv动态延迟选路方法。

为实现上述目的，本发明所采用的步骤是：

第一步：在进行路径选取时，考虑节点的剩余能量和路径跳数两个因子，定义一个能量评估函数fasmt，代替原adov路由协议按照跳数的选路标准，作为路由选择的标准；路径跳数越小，节点剩余能量也多，则能量评估函数越小，越优先考虑此路径。

第二步：设置节点工作能量阈值eth为节点初始能量的20％，作为路由请求转发的限制条件；同时新增rreq分组节点剩余能量字段，用以保存路径上的节点剩余能量。

节点收到rreq分组后进行判断，若不是目的节点，需要转发，此时将节点剩余能量ermn和阈值eth比较，若ermn>eth,则立即转发；若ermn<eth,则丢弃。

第三步：中间节点收到rreq分组之后，在节点转发该分组之前，根据路径上各节点的信息更新路径上的剩余能量，给转发分组设置一个时延tdly，节点能量剩余越多，时延越短，即剩余能量多的节点有限参与到路径选择中，减少了剩余能量少的节点的路由参与率；

第四步：目的节点不再立即对接收的第一个来自源节点的rreq分组做出响应，设置一个延迟记录时间t，收集延迟超时前到达的所有rreq请求分组缓存，目的节点收集并迅速将路径上的评价信息并通过rrep分组反馈给源节点，源节点收到rrep分组后，选择满足能量评估函数的三条路由，其中一条作为主要路由，两条作为替代路由。根据相关研究表明，选取三条路由，可达到最佳性能。采用多径路由可以大大减少重启路由发现过程的次数，从而有效降低额外的路由开销，防止节点能量的过度浪费。

第一步中，能量评估函数：

能量评估函数fasmt定义为路由选择的标准，代替原adov路由协议按照跳数的选路标准，式中：n为所选路径的跳数；为节点i的剩余能量，可以由剩余的电池量得到；λ1、λ2为各项权值，是可调参数，决定路径中各因子所占比例。

第三步中时延的定义为：

tdly定义为根据当前节点能量对转发分组设定的时延，本方法中采用凹函数定义rreq分组时延，其中einit为节点初始能量值，ermn为节点当前能量值，d为最大延迟值。也就意味着节点的剩余能量越高，其延迟就越短，反之延迟就越大。研究显示凹函数对延迟处理具有非常灵敏的变化。

本发明在做最优路径选取时定义一个能量评估函数，中间节点转发分组时，会根据节点剩余能量进行一个延迟，增加剩余能量较高的节点的路由参与度，同时目的节点延迟记录所有请求分组缓存，同时采用多径路由，根据能量评估函数选出三条最佳路径。实验结果表明，改进方法在一定程度上降低了了节点死亡个数，降低了网络的整体能耗，延长了网络生存时间，分组投底滤和网络吞吐率方面相对aodv协议也有了较大的改善。

附图说明

图1为本发明路由建立的过程。

图2为不同仿真时间下存活节点数对比。

图3为不同仿真时间下的总能量消耗图。

图4为不同移动速率下的网络生存时间。

图5为不同移动速率下的分组投递率。

具体实施方式

本发明的具体实施即路由的建立的过程，结合附图具体说明：

第一步：在进行路径选取时，考虑节点的剩余能量和路径跳数两个因子，定义一个能量评估函数fasmt，代替原adov路由协议按照跳数的选路标准，作为路由选择的标准；路径跳数越小，节点剩余能量也多，则能量评估函数越小，越优先考虑此路径。

第二步：设置节点工作能量阈值eth为节点初始能量的20％，作为路由请求转发的限制条件；同时新增rreq分组节点剩余能量字段，用以保存路径上的节点剩余能量。在rreq分组中新增了当前所经过节点的剩余能量值信息，每个节点每次转发rreq分组时，都会将以上信息添加到rreq分组中。改进后的rreq分组格式如表1：

表1改进后的rreq分组格式

节点收到rreq分组后进行判断，若不是目的节点，需要转发，此时将节点剩余能量ermn和阈值eth比较，若ermn>eth,则立即转发；若ermn<eth,则丢弃。

第三步：中间节点收到rreq分组之后，在节点转发该分组之前，根据路径上各节点的信息更新路径上的剩余能量，给转发分组设置一个时延tdly，节点能量剩余越多，时延越短，即剩余能量多的节点有限参与到路径选择中，减少了剩余能量少的节点的路由参与率；

第四步：目的节点不再立即对接收的第一个来自源节点的rreq分组做出响应，而是开始延迟记录，设置一个延迟记录时间t，收集延迟超时前到达的所有rreq请求分组缓存，目的节点收集并迅速将路径上的评价信息并通过rrep分组反馈给源节点，源节点收到rrep分组后，选择满足能量评估函数的三条路由，其中一条作为主要路由，两条作为替代路由。根据相关研究表明，选取三条路由，可达到最佳性能。采用多径路由可以大大减少重启路由发现过程的次数，从而有效降低额外的路由开销，防止节点能量的过度浪费。

第一步中，能量评估函数：

能量评估函数fasmt定义为路由选择的标准，代替原adov路由协议按照跳数的选路标准，式中：n为所选路径的跳数；为节点i的剩余能量，可以由剩余的电池量得到；λ1、λ2为各项权值，是可调参数，决定路径中各因子所占比例。此处设置为λ1＝λ2＝0.5，经过对不同取值组合的多次仿真验证，λ1＝λ2＝0.5时，在网络生存时间、存活节点数、总能量消耗等方面，可取得最优效果。

第三步中时延的定义为：

tdly定义为根据当前节点能量对转发分组设定的时延，本方法中采用凹函数定义rreq分组时延，其中einit为节点初始能量值，ermn为节点当前能量值，d为最大延迟值。也就意味着节点的剩余能量越高，其延迟就越短，反之延迟就越大。研究显示凹函数对延迟处理具有非常灵敏的变化。考虑仿真中传统aodv协议控制分组端到端平均传输时间为30ms,延迟时间在控制分组端到端传输时间左右就能达到延迟的效果,因此,定义最大延迟时间d为30ms。

第四步中目的节点对于rreq分组的延迟记录时间t，此处设定为100ms，经仿真验证，延时记录时间设定为100ms时，可以在寻得最优路径的同时保分组证端到端时延的最优化。

表2仿真参数：

图1为本方法路由的具体建立过程。

图2为不同仿真时间下存活节点数对比，可见，经典aodv协议大概在260s左右出现一地个失效节点，本方法350s左右才出现第一个失效节点，且600s仿真结束后，经典aodv算法剩余9个存活节点，本方法剩余26个，在350s-600s之间，本方法存活节点数比经典aodv一直多约15％-20％。

图3为不同仿真时间下的总能量消耗图，由于本方法在选取路由时尽量选取一些能量较高的节点参与，避免了低能量节点的能过度消耗，使同一时刻参与转发的节点数相对较少，即总能量消耗相对经典aodv较小些。

图4为不同移动速率下的网络生存时间，由于本方法采用了路由请求转发和能量阈值方法，有效避免了低能量节点的路由参与机会，降低了路由链路断裂的机会，一定程度上延长了网络生存时间。

图5不同移动速率下的分组投递率，由于本方法优先选取高能量节点参与路由，降低了低能量节点的路由参与率，所以有效降低了链路断裂的机率，进而提高了分组投递率。