一种基于簇的协作包传输方案的制作方法

本发明属于通信网络技术领域，涉及无线adhoc网络中的数据传输方案，用于减少数据传输的总能耗，提高网络的生存时间。

2.

背景技术：

2.1无线adhoc网络

所谓的无线adhoc网络，就是指无线网络中的节点自组织成为一个通信网络。在该网络中，节点能够相互通信，但由于单个节点的能量与发送功率有限，距离较远的两个节点需要借助其他节点完成数据多跳转发，从而构成一种无中心的无线自组织多跳网络。无线adhoc网络中的每个节点均兼备路由器与主机两种功能。

在传统的无线adhoc网络中，源节点与目的节点之间的路由路径通常是点到点的链式路径，这将使数据传输消耗的能量集中在路径中的节点，造成网络中能量消耗不均，一些节点的能量过早耗尽。

2.2多播路由发现与单播路由回复

传统的路由方案如aodv，dsr等通常采用多播路由发现与单播路由回复的形式建立起路由。图2-1显示了路由建立过程。

在确定源节点与目的节点的情况下，源节点首先向其邻居节点广播路由请求(rreq)消息，rreq消息中通常包含邻居节点在收到该消息后继续广播rreq消息直到目的节点收到rreq消息。目的节点根据收到的rreq消息选择一个信道条件最优的邻居节点发送路由回复(rrep)消息，同样，收到rrep消息的节点继续选择信道最优的邻居节点发送rrep消息，直到源节点收到rrep消息，从源到目的节点之间的路由建立。3.

技术实现要素：
及特征

从上述视角出发，本发明提出了一种基于簇的数据传输方案，以减小数据传输的能量消耗，并平衡网络中节点的能量消耗。图3-1显示了所提传输方案的具体流程，具体流程如下：

(1)根据多播路由发现与单播路由回复在源节点和目的节点之间建立初始路由，假设源点发出的数据经过k跳传到目的节点，初始路径中的节点为pini＝{vs,v2,...,vk,vd}；

(2)根据初始路径从节点vk向v2方向逐个成簇，图3-2显示了簇的形成过程，具体流程如下：

(2-1)以节点vk,k∈{2,…,k}为例，vk以自身作为簇头，向邻居节点广播成簇通知，通知消息中包含下一跳簇的所有成员信息，上一跳簇头信息vk-1及加入簇的基本参数要求；

(2-2)收到通知的节点根据要求计算各自的参数，符合参数要求的节点向簇头发送加入请求，并附上自身的参数和节点id；

(2-3)簇头vk根据收到的邻居节点id与参数，并结合簇的规模限制参数，选择节点作为簇成员。将簇成员名单广播给邻居节点。成为簇成员的节点准备收发数据；

(2-4)接着，节点vk-1开始以自身作为簇头成簇，迭代步骤(2-1)～(2-4)，直到以v2为簇头的簇建立，成簇过程结束。注意：在节点vk广播的成簇通知中，下一跳簇ck+1只有vd一个节点；在v2广播的成簇通知中，上一跳簇头为vs。

(3)源节点vs向以v2为簇头的簇c2发送数据包x，沿着基于初始路径pini建立的簇，数据包被依次转发并最终到达目的节点vd。簇与簇之间的通信机制为基于簇头的协作传输，即簇头组织收到数据包x的簇成员向下一跳簇节点协作发送数据包x，图3-3显示了簇到簇协作数据传输流程，具体流程如下：

(3-1)以簇头vk为例，簇头将收到数据包x的簇成员组织为集合中的节点向ck+1协作发送数据包x，设计协作beamforming向量对准簇头节点vk+1的信道系数向量；

(3-2)以vk+1为簇头的簇ck+1中每个节点在收到数据包x后都将立马广播各自的ack信息。如果发送端在发送结束后没有收到来自vk+1的ack信息，则簇头vk将根据步骤(3-1)发起数据包x的重传；否则，簇头vk+1将组织收到数据包x的簇成员向ck+2协作转发数据包x。

(3-3)重复步骤(3-1)～(3-2)直到目的节点vd收到数据包x。

本发明和传统的路由点到点传输技术相比，有如下优势：

1)由于在传输的过程中，所有的数据收发都以簇为单位，成簇过程中考虑了节点的剩余能量和所处的信道条件，让一些能量和信道条件都良好的节点参与到数据传输中来，为协作收发数据包创造条件；

2)以簇为单位的协作包传输过程中，簇头会组织收到数据包的节点协作完成数据发送，发送beamforming向量始终会对准下一跳簇头节点，这样，发送端协作带来的分集增益能有效提高包成功传输概率；

3)每次包传输所消耗的能量不会集中在初始路由中的节点上，通过发送端簇内节点的协作，发送端能量能由多个节点共同承担，使网络能量消耗更加平衡，有助于提高网络的生存时间。

4.具体实施方法举例

为了进一步说明本发明的实施方法，下面给出一个实施范例。此示例仅表示对本发明的原理性说明，不代表本发明的任何限制。

基于上述实施流程，步骤(2)与步骤(3)中分别包含的节点加入簇的要求和簇头选择数据包发送节点的要求可以根据节点的位置、剩余能量等进行具体设计，下面提供一种设计方案。

(1)加入簇的要求设计：

以节点i加入簇ck为例，节点i需要满足以下条件：

·节点i与簇头vi之间的距离小于vk的成簇范围rk,与分别表示vk-1与vk、vk与vk+1之间的距离；

·节点i有足够的能量来完成包传输，即：ei表示节点i的剩余能量，er与et则分别表示单次接收与发送消耗的能量，与分别表示从簇头节点vk-1到节点i与从节点i到簇ck+1成功发送数据包x的期望发送次数。为从簇头节点vk-1到节点i的数据传输丢包率；为从节点i到簇ck+1的数据传输丢包率，即为从节点i到簇ck+1中每个节点的丢包率乘积。

满足上述两个条件的节点i将计算代价指标τi，并将其上传给簇头vk；簇头vk将收到的τ排序，根据预设定的簇大小，选择具有较小τ的节点加入ck。

其中，令nk+1表示ck+1中的节点数量，

(2)簇间协作传输方案设计：

在簇间协作传输过程中，簇头节点vk将组织簇ck内收到数据包的节点为集合令与节点i∈ck+1之间的信道系数向量为假设发送端数据发送总功率固定为pt，则发送端beamforming向量w设计为：

其中，表示复共轭转置操作。若vk+1收到数据包，则ck不再发送数据；否则，ck将持续重传。可见，发送簇的协作方案着重想要让接收端簇头成功收到数据包，可以看作是对初始路径上数据传输的加强。同时，发送端beamforming设计使发送端的能量消耗分散在簇内节点上而不是集中在发送端簇头，能有效减小网络中节点能量的差异性；另一方面，发送分集带来的增益能显著提高接收端簇头的成功接收概率。

5.附图说明

(1)图2-1为adhoc网络中路由建立过程示意图。

(2)图3-1为基于簇的协作包基本设计流程示意图。

(3)图3-2为簇的形成过程示意图。

(4)图3-3为簇到簇协作数据包传输流程示意图。