專利名稱：一種基于能量控制的manet路由選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域的路由選擇方法，特別是一種基于能量控制的MANET(Mobile Ad hoc Network)路由選擇方法，通過(guò)控制移動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)射功率來(lái)選擇路由的方法。
背景技術(shù)：
隨著信息時(shí)代的到來(lái)與發(fā)展，移動(dòng)通信越來(lái)越受到人們的青睞，并成為了社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要因素。移動(dòng)通信網(wǎng)可以分為兩大類(lèi)有基站支持的和沒(méi)有基站支持的。
在現(xiàn)實(shí)中廣泛存在的，有著固定基站的移動(dòng)通信基干網(wǎng)現(xiàn)已被世界上廣為應(yīng)用，如現(xiàn)有的GSM(Global System Mobile Communication)、CDMA(Code Division Multiple Access)等網(wǎng)絡(luò)。但上述這些網(wǎng)絡(luò)僅適應(yīng)于已有基干網(wǎng)的區(qū)域，對(duì)于原本不存在基干網(wǎng)的區(qū)域或基干網(wǎng)已被破壞的區(qū)域，例如在大海上、沙漠中，以及被地震破壞的城市，戰(zhàn)場(chǎng)等特殊場(chǎng)所，上述移動(dòng)通信網(wǎng)就不能滿足要求。在某些緊急情況下，需要臨時(shí)、快速地建立一個(gè)新的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，以便實(shí)現(xiàn)信息的傳送。為了滿足這種要求，作為移動(dòng)通信的另一種特殊形式——移動(dòng)自組網(wǎng)(Mobile Ad hocNetwork，MANET)也就應(yīng)運(yùn)而生了。
移動(dòng)自組網(wǎng)是由一系列帶有無(wú)線收發(fā)裝置的動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)所形成的一個(gè)多跳臨時(shí)性自治系統(tǒng)。在該網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)同時(shí)具備主機(jī)和路由器兩種功能。對(duì)于任意時(shí)刻，任一節(jié)點(diǎn)可以向任意方向以任意速度運(yùn)動(dòng)，即網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是自主的。因此，不同時(shí)刻的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也將不斷變化。當(dāng)兩個(gè)通信方在彼此的傳輸范圍內(nèi)時(shí)，移動(dòng)自組網(wǎng)中的兩個(gè)通信設(shè)備之間可以直接進(jìn)行無(wú)線通信，并且所有設(shè)備均可漫游。而當(dāng)兩個(gè)通訊方不在彼此的傳輸范圍內(nèi)時(shí)，該網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)通信設(shè)備之間進(jìn)行無(wú)線通信必須經(jīng)過(guò)其它中間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。因此移動(dòng)自組網(wǎng)通常是一個(gè)多跳無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。
由于節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通信覆蓋范圍有限，兩個(gè)無(wú)法直接通信的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以借助其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。與其他移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)相比，它不需要固定基站支持，具有網(wǎng)絡(luò)自組性、動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、存在單向的無(wú)線信道等特點(diǎn)。因此，MANET網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)臨時(shí)組網(wǎng)的方式在惡劣環(huán)境中支持移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖像和圖形等業(yè)務(wù)的無(wú)線傳輸，應(yīng)用范圍可以覆蓋工業(yè)、商業(yè)、醫(yī)療、家庭、辦公環(huán)境、軍事等各種場(chǎng)合，所有行業(yè)幾乎無(wú)所不在其中，尤其在未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上，MANET網(wǎng)絡(luò)對(duì)于高技術(shù)武器裝備、集中指揮、協(xié)同作戰(zhàn)和提高作戰(zhàn)機(jī)動(dòng)性等具有非常重要的意義。
MANET的工作環(huán)境與其他現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)相比有諸多不同，因此具有以下網(wǎng)絡(luò)特性(1)易于建網(wǎng)。由于移動(dòng)自組網(wǎng)不需要固定的基干網(wǎng)設(shè)施，當(dāng)有建網(wǎng)需要時(shí)僅需將一系列帶有收發(fā)裝置的節(jié)點(diǎn)主機(jī)置于某一特定區(qū)域，這些節(jié)點(diǎn)主機(jī)就能形成一個(gè)移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)。
(2)頑存性強(qiáng)。因?yàn)橐苿?dòng)自組網(wǎng)無(wú)集中控制管理中心，故當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，并不會(huì)使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。
(3)移動(dòng)方便。移動(dòng)自組網(wǎng)僅由一些充當(dāng)主機(jī)與路由器的節(jié)點(diǎn)組成，無(wú)固定基本設(shè)施，網(wǎng)絡(luò)搬遷變得異常方便。
(4)生存時(shí)間短。移動(dòng)自組網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)一般是由有限能源驅(qū)動(dòng)的，例如電池；因此存在著能源耗盡而造成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中斷的可能性。
(5)可能存在單向通信。
與單跳的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不同，自組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間是通過(guò)多跳數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，需要路由協(xié)議進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)決策。無(wú)線信道變化的不規(guī)則性、節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)、加入、退出等也會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化。路由協(xié)議的作用就是在這種環(huán)境中，監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，交換路由信息，定位目的節(jié)點(diǎn)位置，產(chǎn)生、維護(hù)和選擇路由，并根據(jù)選擇的路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，提供網(wǎng)絡(luò)的連通性。它是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)互相通信的基礎(chǔ)，因此成為當(dāng)前自組網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中的研究熱點(diǎn)。由于MANET路由協(xié)議主要應(yīng)用在以小電池組為能量來(lái)源得到移動(dòng)設(shè)備上，能量消耗也是MANET路由協(xié)議性能分析的一個(gè)非常重要的方面。如何有效地減少電池能量消耗，延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間成為路由協(xié)議性能評(píng)價(jià)中的一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。
延長(zhǎng)MANET的生存時(shí)間可通過(guò)降低移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率來(lái)達(dá)到有效地節(jié)省能量的目的。MANET中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通常是以最大的發(fā)射功率來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的。發(fā)射功率越大覆蓋的范圍越廣，信息的復(fù)制就越多，造成的能量消耗也就越大，因此可以想到降低節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率。在MANET中，兩個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)要建立通信，必須先找到一條通信路徑。源節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)中廣播一個(gè)路由請(qǐng)求，請(qǐng)求一條通向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的通信路徑。路由請(qǐng)求由網(wǎng)絡(luò)中的媒介節(jié)點(diǎn)(非目標(biāo)節(jié)點(diǎn))通過(guò)廣播轉(zhuǎn)發(fā)，直到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收到路由請(qǐng)求。路由請(qǐng)求在傳遞的過(guò)程中記錄下所經(jīng)過(guò)的媒介節(jié)點(diǎn)順序，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)將該記錄以應(yīng)答請(qǐng)求的方式傳回源節(jié)點(diǎn)。這樣，源節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間就建立起一條通信路徑。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)會(huì)造成已建立的通信路徑斷裂，這時(shí)源節(jié)點(diǎn)需要重新發(fā)起路由請(qǐng)求來(lái)建立新的通信路徑。通過(guò)降低移動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)射的功率，可以有效地降低由于廣播所帶來(lái)的信息復(fù)制，從而節(jié)省能量延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種將移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)射功率與路由選擇結(jié)合起來(lái)，旨在為延長(zhǎng)MANET(Mobile Ad hoc Network)生存時(shí)間的基于能量控制的MANET路由選擇方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明引入能量參數(shù)對(duì)MANET中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的路由進(jìn)行選擇，綜合考慮了鏈路和路徑兩個(gè)方面的因素，討論了一種可行的路由選擇代價(jià)函數(shù)模型，即基于發(fā)射功率控制的代價(jià)函數(shù)，并提出了一種基于能量控制的MANET路由選擇方法。
本發(fā)明的具體步驟是第一步驟選擇路由選擇代價(jià)函數(shù)模型為PTX＝PTX-PRX+SR+PThresh(1)其中PTX是節(jié)點(diǎn)發(fā)射數(shù)據(jù)包時(shí)所使用的功率、PRX是節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)包時(shí)所使用的功率、SR是正確接收數(shù)據(jù)包所需要的最小功率、PThresh是考慮到信道和干擾的波動(dòng)而增加的冗余；第二步驟通信路徑的選擇方法當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)間需要通信時(shí)，源節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由請(qǐng)求給目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，路由請(qǐng)求沿途記錄下媒介節(jié)點(diǎn)的順序以及每條鏈路傳送數(shù)據(jù)所用的功率水平PTX，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在接收到路由請(qǐng)求后，拷貝記錄到應(yīng)答請(qǐng)求中返回給源節(jié)點(diǎn)，源節(jié)點(diǎn)從接收到的j條應(yīng)答請(qǐng)求記錄中，根據(jù)Enj=ΣiEnji,min{Enj}---(2)]]>選擇傳輸能量總和最小的路徑作為通信路徑，同時(shí)保存其余的應(yīng)答請(qǐng)求記錄；第三步驟通信路徑的保持方法當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)間已建立的通信路徑斷裂時(shí)，源節(jié)點(diǎn)從其余的應(yīng)答請(qǐng)求記錄中，根據(jù)(2)式選擇傳輸能量總和最小的路徑作為通信路徑，若該次選擇仍不能建立通信，則源節(jié)點(diǎn)重新發(fā)起路由請(qǐng)求。
仿真結(jié)果表明，本發(fā)明能夠?yàn)橐苿?dòng)節(jié)點(diǎn)間建立一條能量消耗最小的通信路徑，有效地延長(zhǎng)了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)以及MANET(Mobile Ad hoc Network)的生存時(shí)間。


附圖為本發(fā)明路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但該實(shí)施例不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
1.路由選擇代價(jià)函數(shù)模型。
假設(shè)PTX是節(jié)點(diǎn)發(fā)射數(shù)據(jù)包時(shí)所使用的功率；PRX是節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)包時(shí)所使用的功率；SR是正確接收數(shù)據(jù)包所需要的最小功率；PThresh是考慮到信道和干擾的波動(dòng)而增加的冗余。則路由選擇代價(jià)函數(shù)為PTX＝PTX-PRX+SR+PThresh在PTX和PRX都了解的情況下，節(jié)點(diǎn)就能估計(jì)鏈路的衰減。特別是，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)從它的鄰節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，信道衰減可以很簡(jiǎn)單的計(jì)算為PTX-PRX。
2.通信路徑的選擇方法。
引入代價(jià)函數(shù)之后，本發(fā)明就要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠在適當(dāng)?shù)陌袷接蛑杏涗洶l(fā)射功率PTX。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)需要一條通向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的路徑時(shí)，它就啟動(dòng)路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程。以給定的PTXMAX作為發(fā)射功率廣播路由請(qǐng)求。當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到路由請(qǐng)求時(shí)，它按照以下步驟處理路由請(qǐng)求，如圖1
A.啟動(dòng)路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程。
B.以最大發(fā)射功率PTXMAX廣播路由請(qǐng)求包。
C.如果該請(qǐng)求包較早之前已被節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，則刪除請(qǐng)求包。
D.否則，如果請(qǐng)求包中包含節(jié)點(diǎn)地址，刪除請(qǐng)求包。
E.否則，根據(jù)(1)式計(jì)算PTX，添加到請(qǐng)求包；以PTXMAX作為發(fā)射功率繼續(xù)廣播請(qǐng)求包。
F.否則，如果節(jié)點(diǎn)是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)(1)式計(jì)算PTX，添加到請(qǐng)求包。
G.拷貝請(qǐng)求包中的路徑記錄和PTX記錄到應(yīng)答包，返回給源節(jié)點(diǎn)。
H.如果源節(jié)點(diǎn)沒(méi)有接收到j(luò)條路徑應(yīng)答，則繼續(xù)接收，并置計(jì)數(shù)器加1。
I.當(dāng)源節(jié)點(diǎn)接收到j(luò)條路徑的應(yīng)答后，根據(jù)(2)式Enj=ΣiEnji,min(Enj)]]>計(jì)算每條路徑的能量耗費(fèi)總和，選取傳輸能量總和最小的路徑作為數(shù)據(jù)傳輸路徑。
J.結(jié)束路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程。
每一個(gè)請(qǐng)求包都具有唯一的id號(hào)，在網(wǎng)絡(luò)中不斷地轉(zhuǎn)播直到被目標(biāo)節(jié)點(diǎn)接收。
3.通信路徑的保持方法。
由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的固有特性，和有線網(wǎng)絡(luò)相比具有更低的穩(wěn)定性，所以很多無(wú)線網(wǎng)絡(luò)利用MAC(Medium Access Control)層的逐跳確認(rèn)來(lái)提供早期的偵測(cè)和重傳丟失或者被破壞的數(shù)據(jù)包。在這些網(wǎng)絡(luò)中，很容易提供路由維護(hù)；因?yàn)閭鬏敂?shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)能決定是否路徑上的一跳仍然可用。如果MAC(Medium Access Control)層反映傳輸問(wèn)題不能修復(fù)，那么節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送路徑錯(cuò)誤包。源節(jié)點(diǎn)嘗試從其余的應(yīng)答請(qǐng)求記錄中，根據(jù)(2)式選擇傳輸能量總和最小的路徑作為通信路徑。若該次路徑選擇仍不能建立通信，則源節(jié)點(diǎn)重新發(fā)起路由請(qǐng)求。
本說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種基于能量控制的MANET路由選擇方法，其具體步驟是第一步驟選擇路由代價(jià)函數(shù)模型為PTX＝PTX-PRX+SR+PThresh(1)其中PTX是節(jié)點(diǎn)發(fā)射數(shù)據(jù)包時(shí)所使用的功率、PRX是節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)包時(shí)所使用的功率、SR是正確接收數(shù)據(jù)包所需要的最小功率、PThresh是考慮到信道和干擾的波動(dòng)而增加的冗余；第二步驟選擇通信路徑的方法當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)間需要通信時(shí)，源節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由請(qǐng)求給目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，路由請(qǐng)求沿途記錄下媒介節(jié)點(diǎn)的順序以及每條鏈路傳送數(shù)據(jù)所用的功率水平PTX，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在接收到路由請(qǐng)求后，拷貝記錄到應(yīng)答請(qǐng)求中返回給源節(jié)點(diǎn)，源節(jié)點(diǎn)從接收到的j條應(yīng)答請(qǐng)求記錄中，根據(jù)Enj=ΣiEnji,min{Enj}----(2)]]>選擇傳輸能量總和最小的路徑作為通信路徑，同時(shí)保存其余的應(yīng)答請(qǐng)求記錄；第三步驟保持通信路徑的方法當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)間已建立的通信路徑斷裂時(shí)，源節(jié)點(diǎn)從其余的應(yīng)答請(qǐng)求記錄中，根據(jù)(2)式選擇傳輸能量總和最小的路徑作為通信路徑，若該次選擇仍不能建立通信，則源節(jié)點(diǎn)重新發(fā)起路由請(qǐng)求。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于能量控制的MANET路由選擇方法，其特征在于引入代價(jià)函數(shù)之后，該方法就要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠在適當(dāng)?shù)陌袷接蛑杏涗洶l(fā)射功率PTX，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)需要一條通向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的路徑時(shí)，該方法就啟動(dòng)路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程，以給定的PTXMAX作為發(fā)射功率廣播路由請(qǐng)求，當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到路由請(qǐng)求時(shí)，該方法按照以下步驟處理路由請(qǐng)求A.啟動(dòng)路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程；B.以最大發(fā)射功率PTXMAX廣播路由請(qǐng)求包；C.如果該請(qǐng)求包較早之前已被節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，則刪除請(qǐng)求包；D.否則，如果請(qǐng)求包中包含節(jié)點(diǎn)地址，刪除請(qǐng)求包；E.否則，根據(jù)(1)式計(jì)算PTX，添加到請(qǐng)求包；以PTXMAX作為發(fā)射功率繼續(xù)廣播請(qǐng)求包；F.否則，如果節(jié)點(diǎn)是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)(1)式計(jì)算PTX，添加到請(qǐng)求包；G.拷貝請(qǐng)求包中的路徑記錄和PTX記錄到應(yīng)答包，返回給源節(jié)點(diǎn)；H.如果源節(jié)點(diǎn)沒(méi)有接收到j(luò)條路徑應(yīng)答，則繼續(xù)接收，并置計(jì)數(shù)器加1；I.當(dāng)源節(jié)點(diǎn)接收到j(luò)條路徑的應(yīng)答后，根據(jù)(2)式計(jì)算每條路徑的能量耗費(fèi)總和，選取傳輸能量總和最小的路徑作為數(shù)據(jù)傳輸路徑；J.結(jié)束路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于能量控制的MANET路由選擇方法，其具體步驟是1、選擇路由代價(jià)函數(shù)模型p
文檔編號(hào)H04L12/28GK1777139SQ20051001992
公開(kāi)日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2005年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月30日
發(fā)明者李臘元, 李春林, 黃偉 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)