專利名稱：一種基于自組織網(wǎng)按需距離矢量協(xié)議的路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及節(jié)能技術(shù)，特別是涉及一種基于自組織網(wǎng)按需距離矢量協(xié)議的路由方法。
背景技術(shù)：
Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是由一組無線移動用戶終端組成的臨時(shí)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其以組網(wǎng)靈活、覆蓋范圍廣、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)間短、節(jié)點(diǎn)廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)滿足某些特定需求，如，軍事通信、 救援通信、野外臨時(shí)通信等。但是，由于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要依賴電池供能，而Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)能源有限，因此，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)能問題成為了一個(gè)亟待解決的關(guān)鍵問題。目前，采用低功耗硬件設(shè)備降低Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)能量消耗，如，低功耗CMOS器件、低功耗顯示技術(shù)、低功耗的1/0設(shè)備、CPU應(yīng)用改進(jìn)等，已取得較大成果；但由于硬件設(shè)備所固有的技術(shù)瓶頸，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)無法通過硬件設(shè)備的改進(jìn)進(jìn)一步節(jié)能降耗?；谏鲜鲈?，通過改進(jìn)協(xié)議提高能量利用率、延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間已成為近年來的研究熱點(diǎn)。協(xié)議改進(jìn)涉及網(wǎng)絡(luò)各個(gè)層次。在物理層，通過硬件技術(shù)與調(diào)制/解調(diào)方式、 編/解碼和信號壓縮方式相結(jié)合的方法；或者通過節(jié)點(diǎn)間距離、移動趨勢，根據(jù)信道特性自適應(yīng)分配發(fā)射功率的方法，提高節(jié)點(diǎn)能量的利用率。在MAC層，通過不同信道接入方式或者節(jié)點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換來減少能耗，如，可實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的協(xié)議IEEE802. 11、通過請求發(fā)送/允許發(fā)送RTS/CTS (Request to Sent/Clear to Send)消息確定節(jié)點(diǎn)睡眠時(shí)間的帶信令的功率感知多址接入?yún)f(xié)議 PAMAS (Power-Aware Multiple Access protocol with Signaling)。 LLC層通過差錯(cuò)控制、流量控制、幀同步等實(shí)現(xiàn)節(jié)能，如，減少重傳次數(shù)的自適應(yīng)差錯(cuò)控制自動請求重傳機(jī)制。網(wǎng)絡(luò)層通過功率消耗、節(jié)點(diǎn)剩余能量或組合因素等實(shí)現(xiàn)節(jié)能。在傳輸層， 通過減少端到端的重傳，以減少時(shí)延、增加網(wǎng)絡(luò)吞吐量，提高能量效率。應(yīng)用層根據(jù)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前能量狀況、無線鏈路狀況，確定壓縮編碼方法或者對業(yè)務(wù)進(jìn)行取舍，減少能量消耗。由此可見，在現(xiàn)有技術(shù)中，上述各種節(jié)能技術(shù)均起到了一定的節(jié)能作用；但是，由于這些節(jié)能技術(shù)均針對Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)局部進(jìn)行改進(jìn)，節(jié)能效果有限、網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間較短，因而網(wǎng)絡(luò)整體性能較差。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種節(jié)能效果較好、網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間較強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)整體性能較好的基于自組織網(wǎng)按需距離矢量協(xié)議的路由方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為—種基于自組織網(wǎng)按需距離矢量協(xié)議的路由方法，包括如下步驟步驟A、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)由源節(jié)點(diǎn)S至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D有至少一條路徑Lm，路徑Lm由相互鏈接的傳輸節(jié)點(diǎn)Nnm組成，路由跳數(shù)為凡 = + 1;目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D根據(jù)路徑1^上的路由跳數(shù)凡 及路徑Lm上各傳輸節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層從物理層、MAC層提取的傳輸節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率、傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量，獲取路徑路由度量Costm ；其中，m、η均為自然數(shù)；
步驟B、根據(jù)自組織網(wǎng)按需距離矢量路由協(xié)議，源節(jié)點(diǎn)S通過廣播向相鄰傳輸節(jié)點(diǎn) Nffll發(fā)送增加能量條目的路由請求RREQ，傳輸節(jié)點(diǎn)Nml向相鄰傳輸節(jié)點(diǎn)Nm2轉(zhuǎn)發(fā)所述增加能量條目的路由請求RREQ，...，傳輸節(jié)點(diǎn)Nmk向相鄰傳輸節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)所述增加能量條目的路由請求RREQ，傳輸節(jié)點(diǎn)Nnm向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D轉(zhuǎn)發(fā)所述增加能量條目的路由請求RREQ ；能量條目格式為[&，ULmkr, cosU;其中，^ 為路徑Lm上第k個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)的傳輸節(jié)點(diǎn)功耗，為路徑Lm上所有傳輸節(jié)點(diǎn)功耗之和，PLfflax為所有路徑上各路徑傳輸節(jié)點(diǎn)總功耗的最大值，為路徑Lm上各傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量，k= 1,2,...,η；步驟C、目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D收到各路徑Lm傳輸?shù)乃鲈黾幽芰織l目的路由請求RREQ后， 判斷各傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量等級當(dāng)傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量等級為非危險(xiǎn)等級時(shí)，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D存儲能量條目后，執(zhí)行步驟D ；當(dāng)傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量等級為危險(xiǎn)等級時(shí)，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D禁止傳輸節(jié)點(diǎn)/Nmn服務(wù)；步驟D、目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D將路由度量COStm最小的路徑作為數(shù)據(jù)傳輸路徑，由該數(shù)據(jù)傳輸路徑向源節(jié)點(diǎn)S發(fā)送增加路由度量Costm的路由應(yīng)答RREP，建立路由。綜上所述，本發(fā)明所述基于自組織網(wǎng)按需距離矢量協(xié)議的路由方法根據(jù)跨層獲取的能量、功率等信息獲得的傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量和路由度量，當(dāng)傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量等級為危險(xiǎn)等級時(shí)，禁止傳輸節(jié)點(diǎn)服務(wù)；當(dāng)傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量等級為正常級或警告級時(shí)，將最小路由度量所屬路徑作為數(shù)據(jù)傳輸路徑，向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送增加路由度量的路由應(yīng)答RREP，建立路由。 因此，本發(fā)明路由方法避開剩余能量低的傳輸節(jié)點(diǎn)，即，避免一些關(guān)鍵傳輸節(jié)點(diǎn)由于過度使用而過早死亡，并通過剩余能量高的傳輸節(jié)點(diǎn)建立數(shù)據(jù)傳輸路徑，減少了 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中能量低的傳輸節(jié)點(diǎn)的能量消耗，延長了 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間并改善了 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的連通度，因此，本發(fā)明提升了 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的整體性能。


圖1為本發(fā)明所述基于自組織網(wǎng)按需距離矢量協(xié)議的路由方法的流程示意圖。圖2為本發(fā)明中加權(quán)系數(shù)α、β、Y的確定方法的流程示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)局部組成結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。圖1為本發(fā)明所述基于自組織網(wǎng)按需距離矢量協(xié)議的路由方法的流程示意圖。如圖1所示，本發(fā)明所述基于自組織網(wǎng)按需距離矢量協(xié)議的路由方法包括如下步驟步驟A、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)由源節(jié)點(diǎn)S至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D有至少一條路徑Lm，路徑Lm由相互鏈接的傳輸節(jié)點(diǎn)Nnm組成，路由跳數(shù)為凡 = + 1;目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D根據(jù)路徑1^上的路由跳數(shù)凡 及路徑Lm上各傳輸節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層從物理層、MAC層提取的傳輸節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率、傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量，獲取路徑路由度量Costm ；其中，m、η均為自然數(shù)。實(shí)際應(yīng)用中，各路徑Lm上的傳輸節(jié)點(diǎn)數(shù)可以不同。路由跳數(shù)Him由目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D從網(wǎng)絡(luò)層提取得到。步驟B、根據(jù)自組織網(wǎng)按需距離矢量路由協(xié)議AODV(Ad hoc On-demand DistantVector)，源節(jié)點(diǎn)S通過廣播向相鄰傳輸節(jié)點(diǎn)Nml發(fā)送增加能量條目的路由請求RREQ，傳輸節(jié)點(diǎn)Hnl向相鄰傳輸節(jié)點(diǎn)Nm2轉(zhuǎn)發(fā)增加能量條目的路由請求RREQ，依次地，傳輸節(jié)點(diǎn)Nmk 向相鄰傳輸節(jié)點(diǎn)Nm(k+1)轉(zhuǎn)發(fā)增加能量條目的路由請求RREQ，傳輸節(jié)點(diǎn)Nnm向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D 轉(zhuǎn)發(fā)增加能量條目的路由請求RREQ;能量條目格式為朽max，Ehmkr, Cosim];其中， Plm = ^nmk，^Lzf為路徑Lm上第k個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)的傳輸節(jié)點(diǎn)功耗，&為路徑Lm上所有傳輸節(jié)點(diǎn)功耗之和，PLfflax為所有路徑上各路徑傳輸節(jié)點(diǎn)總功耗中的最大值，^^^ 為路徑Lm上各傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量，k = 1，2，. . .，η。步驟C、目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D收到各路徑Lm傳輸?shù)脑黾幽芰織l目的路由請求RREQ后，判斷各傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量等級當(dāng)傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量等級為非危險(xiǎn)等級時(shí)，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D存儲能量條目后，執(zhí)行步驟D ；當(dāng)傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量等級為危險(xiǎn)等級時(shí)，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D禁止傳輸節(jié)點(diǎn) Nnm服務(wù)。步驟D、目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D將路由度量Costm最小的路徑作為數(shù)據(jù)傳輸路徑，由該數(shù)據(jù)傳輸路徑向源節(jié)點(diǎn)S發(fā)送增加路由度量Costm的路由應(yīng)答RREP，建立路由?？傊?，本發(fā)明所述基于自組織網(wǎng)按需距離矢量協(xié)議的路由方法中，傳輸節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層從物理層、MAC層提取傳輸節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率、傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量，實(shí)現(xiàn)跨層提取信息，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層路由跳數(shù)與提取信息獲得各路徑路由度量；基于AODV(Ad hoc On-demand D istant Vector)，源節(jié)點(diǎn)通過各條路徑向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送增加能量條目的路由請求RREQ ；目標(biāo)節(jié)點(diǎn)收到各增加能量條目的路由請求RREQ后，判斷各傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量等級，當(dāng)傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量等級為危險(xiǎn)等級時(shí)，禁止傳輸節(jié)點(diǎn)服務(wù)；當(dāng)傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量等級為非危險(xiǎn)等級時(shí)，將路由度量最小的路徑作為數(shù)據(jù)傳輸路徑，向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送增加路由度量的路由應(yīng)答 RREP，建立路由。本發(fā)明根據(jù)跨層獲取的能量、功率等信息獲得的傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量和路由度量，避開剩余能量低的傳輸節(jié)點(diǎn)，即，避免一些關(guān)鍵傳輸節(jié)點(diǎn)由于過度使用而過早死亡， 并通過剩余能量高的傳輸節(jié)點(diǎn)建立數(shù)據(jù)傳輸路徑，減少了 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中能量低的傳輸節(jié)點(diǎn)的能量消耗，延長了 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間并改善了 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的連通度，因此，本發(fā)明提升了 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的整體性能。本發(fā)明中，基于自組織網(wǎng)按需距離矢量協(xié)議路由方法實(shí)質(zhì)上是對路由能耗、網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間和路由跳數(shù)進(jìn)行綜合處理，減少Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中能量低的傳輸節(jié)點(diǎn)的能耗，延長了 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間并改善了 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)連通度，提升了 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的整體性能。實(shí)際應(yīng)用中，假設(shè)路徑Lm上傳輸節(jié)點(diǎn)Nmk所傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分組比特長度為1，則
傳輸節(jié)點(diǎn)Nmk的數(shù)據(jù)接收時(shí)間υ”和數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間州為Tlji(r) = ^、TLmk(s)=
根據(jù)數(shù)據(jù)接收時(shí)間U小數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間U小接收功率^ /^)、發(fā)送功率化小)，得到傳輸節(jié)點(diǎn)能耗民^ = ΚΚ0 + Ρ。ω Ι 、路徑Lm上所有傳輸節(jié)點(diǎn)能耗之和
且滿足^" = "^-;其中，C為電磁波在理想空間的傳播速度，
Lm 一 j^kGLm Lmk ，Lm maxLm maxLm max
為所有路徑上各路徑傳輸節(jié)點(diǎn)總能耗中的最大值。實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)路徑Lm上各傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量^^,，得到傳輸節(jié)點(diǎn)剩余生命期為7^ = 。在p —定的情況下
權(quán)利要求
1.一種基于自組織網(wǎng)按需距離矢量協(xié)議的路由方法，其特征在于，所述路由方法包括如下步驟步驟A、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)由源節(jié)點(diǎn)S至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)D有至少一條路徑Lm，路徑Lm由相互鏈接的傳輸節(jié)點(diǎn)Nnm組成，路由跳數(shù)為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路由節(jié)能方法，其特征在于，步驟A中，所述路由度量Costm具體為cosim-;其中，pLmax為所有路徑上所有傳輸節(jié)點(diǎn)功耗
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路由節(jié)能方法，其特征在于，步驟B中，所述增加能量條目的路由請求RREQ的結(jié)構(gòu)為
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的路由節(jié)能方法，其特征在于，所述傳輸節(jié)點(diǎn)剩余生命期具體為
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的路由節(jié)能方法，其特征在于，步驟C中，所述傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量等級包括正常級、警告級和危險(xiǎn)級當(dāng)I夂> 20%時(shí)，路徑Lm上的傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量級為正常級；當(dāng)
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的路由節(jié)能方法，其特征在于，所述加權(quán)系數(shù)α、β、γ的確定方法包括如下步驟步驟Al、將尺 、Ptax與Etaax、^^min設(shè)置為最高優(yōu)先級，、HLfflax設(shè)置為次優(yōu)先級； 步驟A2、根據(jù)路徑Lm上的傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量級確定加權(quán)系數(shù)α、β、γ 當(dāng)路徑的傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量級為正常級時(shí)，設(shè)置
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于自組織網(wǎng)按需距離矢量協(xié)議的路由方法，包括步驟目標(biāo)節(jié)點(diǎn)根據(jù)路由跳數(shù)及傳輸節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)層從物理層、MAC層提取的傳輸節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率、傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量，獲取路徑路由度量；源節(jié)點(diǎn)向目標(biāo)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)所述增加能量條目的路由請求RREQ；目標(biāo)節(jié)點(diǎn)收到增加能量條目的路由請求RREQ后，判斷各傳輸節(jié)點(diǎn)剩余能量等級；根據(jù)判斷結(jié)果，將路由度量最小的路徑作為數(shù)據(jù)傳輸路徑，由該數(shù)據(jù)傳輸路徑向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送增加路由度量的路由應(yīng)答RREP，建立路由。本發(fā)明具有節(jié)能效果較好、網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間較強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)整體性能較好等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中。
文檔編號H04W40/02GK102271378SQ20111027129
公開日2011年12月7日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者劉玉英, 孫珍, 李世銀, 程德強(qiáng), 肖淑艷 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)