一种基于节点生存期的最大生存期路由方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于节点生存期的最大生存期路由方法，包括如下步骤：将整个网络利用赋权图G(V，E)表示，其中，节点对(s，d)∈V分别为待通信的源节点和目的节点，π(v)为节点对(s，d)的路由中间节点v的父节点，以节点u的生存期作为中间结点u、v边e(u，v)的权值；选取目标节点集D，选取节点集V-D中节点加入节点集D，直到节点d被选取，其中，每次选取加入到目标节点集D的节点都应满足，其生存期应满足在所有能连接到D的节点中为最大，本发明通过直接参考节点的生存期来形成最大生存期路由，使节点间数据传送量进一步提升，延长了网络生命期，并引入能量控制技术，从而在没有明显增加资源负荷的基础上提高了能量效率。
【专利说明】一种基于节点生存期的最大生存期路由方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线自组网络的路由控制协议，特别是涉及一种基于节点生存期的最大生存期路由方法。
【背景技术】
[0002]目前对Ad hoc网络的研究主要集中在基本路由协议上，MANET研究组提出的许多协议草案，比如单播路由协议DSR、AODV, ZRP和多播路由协议AMRIS、AMRoute等，而在无线多播中大部分路由协议是基于树状的，但多播树的结构非常脆弱，并且当连接改变时它必须进行调整，进一步来说，多播树总是需要一个全局的路由子结构如链路状态或距离向量。路由向量或链路状态的频繁改变产生拓扑结构的频繁变化，最终产生大量开销和信道负载。
[0003]由于无线网的广播特性，使得自组网中的多播有着独特的优势，打破了有线网络中多播建立在单播基础之上的定律，可以独立地更有效地解决多播路由问题。常见的多播协议有MAODV，AMRIS, AMRoute, ODMRP, CAMP等。最大化节省能量，提高能量效率一直以来就是无线自主网络(Ad hoc)致力解决的关键问题。基于Ad hoc网络供电电池的特性，目ill在与Ad hoc有关的研究领域，也广生了一些与提闻路由生存期为目标的路由协议，它们主要是通过极小化节点用于路径搜索的时间来降低能量消耗，而这也是节点能量使用效率低下的主要原因所在。基于能量效率的典型路由算法有建立在最小电池能量总和基础上的MBCR和MMBCR算法；基于预测生命期的LPR算法；以及考虑一个现实应用中电子模型影响，然后设计出路由协议算法等。这些算法都以提高电池能量效率、延长网络生存期为目标。
[0004]对于基于能量效率的算法，MBCR和MMBCR算法执行时，总是在所有可能的路由选择中，尝试避免那些拥有最少电池能量的节点，从而可能会导致每个节点电池能量的公正使用问题。而对于LPR，每个节点都会根据最近的若干次使用对剩余能量的使用次数进行评估和预测，结果显示这种方式优于那种只依据剩余能量进行路由决策的算法。此外，还有凭借剩余电池能量作为评估依据来动态选择最佳路由；这种路由每一步都通过最佳路由抉择来提高这个算法支撑的数据流量。
[0005]众所周知，无线网络中，数据传输是能量耗费最大的工作。这时算法思想就是希望通过减少传送能量来延长网络生存时间。然而，上述路由协议一般都以最大能量发送传送数据，导致数据发送能量成本非常高。若改为随机的小能量传送数据，又可能会出现数据中途丢失而导致要重传的情况，从而消耗更多的能量。
【发明内容】
[0006]为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种基于节点生存期的最大生存期路由方法，其通过直接参考节点的生存期来形成最大生存期路由，使节点间的数据传送量进一步提升，延长了网络生命期；在选取路由下一跳节点的过程中，考虑节点剩余能量及可能的生命期，引入能量控制技术，从而在没有明显增加资源负荷的基础上极大的提高了能量效率，延长整个网络的生命周期。
[0007]为达上述及其它目的，本发明提出一种基于节点生存期的最大生存期路由方法，包括如下步骤:
[0008]步骤一，将整个网络利用赋权图G (V，E)表示，其中，节点对(s，d) e V分别为待通信的源节点和目的节点，^ (V)为节点对(S，d)的路由中间节点V的父节点，以节点U的生存期作为中间结点U、V边e (U，V)的权值；
[0009]步骤二，选取目标节点集D，选取节点集V-D中节点加入节点集D，直到节点d被选取，其中，每次选取加入到目标节点集D的节点都应满足，其生存期应满足在所有能连接到D的节点中为最大。
[0010]进一步地，在步骤二中，目标节点集D初始只包含源节点S。
[0011]进一步地,节点U的生存期采用如下表示:
[0012]T (u) =Ru/p (U，V)
[0013]其中，T(U)为节点u的生存期，Ru为节点的剩余能量；而P (U，V)为节点(u, v)间
通信将耗费的单位能量。
[0014]进一步地，在步骤二后，还包括利用动态能量分配算法为选取的路由计算最佳的传送能耗的步骤。
[0015]进一步地，计算最佳传送能耗的步骤包括如下步骤:
[0016]若在节点对(U，V)传送一个分组，计算节点u需重传该分组的次数的期望值
E(X)；
[0017]根据节点U需重传该分组的次数的期望值E (x)获得重传总能耗，优化传送分组能耗使其最小以获得链路(U，V)的最佳通信能量P (U，V)。
[0018]进一步地，节点u需重传该分组的次数的期望值EU)为:
[0019]
【权利要求】
1.一种基于节点生存期的最大生存期路由方法，包括如下步骤: 步骤一，将整个网络利用赋权图G (V，E)表示，其中，节点对(s，d) e V分别为待通信的源节点和目的节点，^ (V)为节点对(s，d)的路由中间节点V的父节点，以节点u的生存期作为中间结点U、V边e (U，V)的权值； 步骤二，选取目标节点集D，选取节点集V-D中节点加入节点集D，直到节点d被选取，其中，每次选取加入到目标节点集D的节点都应满足，其生存期应满足在所有能连接到D的节点中为最大。
2.如权利要求1所述的一种基于节点生存期的最大生存期路由方法，其特征在于:在步骤二中，目标节点集D初始只包含源节点S。
3.如权利要求2所述的一种基于节点生存期的最大生存期路由方法，其特征在于，节点u的生存期采用如下表示:
T(u) =Ru/p (u, V) 其中，T(U)为节点u的生存期，Ru为节点的剩余能量；而P (U，V)为节点(U，V)间通信将耗费的单位能量。
4.如权利要求2所述的一种基于节点生存期的最大生存期路由方法，其特征在于:在步骤二后，还包括利用动态能量分配算法为选取的路由计算最佳的传送能耗的步骤。
5.如权利要求4所述的一种基于节点生存期的最大生存期路由方法，其特征在于，计算最佳传送能耗的步骤包括如下步骤: 若在节点对(U，V)传送一个分组,计算节点u需重传该分组的次数的期望值E(X)； 根据节点u需重传该分组的次数的期望值E (x)获得重传总能耗，优化传送分组能耗使其最小以获得链路(U，V)的最佳通信能量P (U，V)。
6.如权利要求5所述的一种基于节点生存期的最大生存期路由方法，其特征在于，节点u需重传该分组的次数的期望值EU)为:
7.如权利要求6所述的一种基于节点生存期的最大生存期路由方法，其特征在于，所述重传总能耗为为链路(U，V)的最佳通信能量。
8.如权利要求7所述的一种基于节点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与Pmax之间，其中Pmax为节点u广播控制分组的最大能量，Pthreshold为节点u的信号接收阈值，PL为链路(U，V)上的路径损耗能量。
9.如权利要求8所述的一种基于节点生存期的最大生存期路由方法，其特征在于:所述链路(U，v)上的路径损耗能量PL=Pmax/PMV，其中，Pmv为节点u收到来自节点V的信号强度。
10.如权利要求1所述的一种基于节点生存期的最大生存期路由方法，其特征在于:所述网络为Ad hoc网络。
【文档编号】H04W40/10GK103607748SQ201310597409
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2013年11月22日
【发明者】熊鹏 申请人:上海电机学院