[发明专利]一种基于能量有效性与链路可靠性的按需路由协议算法

说明书

一种基于能量有效性与链路可靠性的按需路由协议算法。该协议定义路由选择度量SC，SC是能量水平，能量流失率，链路质量归一化后的加权和。当一个无线节点需要找到一条有效路径时，它广播的路由请求包(RREQ)包含路径因子(RF)。每个收到RREQ包的无线节点根据本地和跨层信息，确定自己是否有资格成为路由节点，如果没有则丢弃该包；否则将本地SC值乘以并更新路径因子RF，并将该包中的相关信息记录或更新到路由代价表和路由表中，并根据包的ID项确定是否转发该包。目的节点只对具有RF最大值的路径回复路由应答包RREP。该协议在保证路由可靠性的同时，平衡全网的通信负荷与能量，大大延长了全网的工作寿命。

技术领域

本发明涉及的是一种面向Ad Hoc网络的基于能量有效性与链路可靠性的按需路由协议算法。适用于节点电池供电，部署地形环境复杂的无线传感器网络，在保证路由可靠性与稳定性地同时，平衡全网的通信负荷与能量，大大延长了全网的工作寿命。

背景技术

目前，有大量的研究人员专注于无线Ad Hoc网络路由协议的研究。Ad Hoc路由协议按其路由发现驱动模式的不同大致可分为以下三类：(1)表驱动路由协议，(2)按需路由协议，(3)混合式路由协议。

AODV是一种非常著名的按需式路由协议，它被广泛地应用到事件驱动或周期性数据驱动的无线传感器网络监控系统中。原始的AODV协议仅仅基于最小跳数进行路由选择，这将导致某些节点因通信负荷过重而形成热点，不但增大了拥塞发生的概率而且该节点会因能量过度消耗而“早死”，从而影响整个网络的生命周期，该问题在网络通信负荷较高的情况下尤为突出。目前，大量的基于AODV的改进协议采用剩余能量，链路质量，带宽等路由度量来改善AODV的性能，满足其应用需求。可是，单一的路由选择度量机制仍然会造成被选路由上资源的过度消耗。例如，xMBCR协议只考虑节点的剩余能量，这可能导致其在路由发现过程中选择链路质量较差的链路。由此引发的丢包，重传和控制开销会恶化网络的性能，加速该路径上节点的能耗。而在ETX协议中，高链路质量的路由会被频繁地使用，导致这些路由节点寿命的快速下降。

一些AODV的改进协议考虑使用多度量路由选择。例如ETR-AODV协议使用剩余能量和通信负荷作为路由选择度量；PERRA在路由发现过程中考虑链路稳定性和能效。可是这些多度量机制的主要缺陷是，在路径代价的计算过程中，各个度量量的单值信息在转换中丢失了。在路径代价评估完成后，一个单一值用来描述整条路径的代价，因此无法提供某一具体的度量在路径代价中的贡献，这种缺失会隐藏某种度量的重要信息，从而影响正确的路由决策。

发明内容

在分析总结现有无线Ad Hoc网络路由协议的优缺点的基础上，在本发明中，我们提出了一种新颖的基于能量有效性与链路可靠性的按需路由协议算法。该算法基于AODV协议的成熟构架，设计了基于节点能量水平，能量流失率，链路质量的多度量量路由选择机制，在保证路由可靠性与稳定性地同时，平衡全网的通信负荷与能量，大大延长了全网的工作寿命。

为了达到以上的目的，本发明中，选择当前节点的剩余能量ER_c，能量流失率DR_c，链路质量LS_c作为路由选择的度量。该方法包括：

具体地，对ER_c，DR_c，LS_c三个度量量进行归一化；然后将三个单一的路由选择度量合并为一个综合的多度量作为每个节点的路由选择标准。该选择标准由SC表示，如式(1)所示。W_E，W_D，W_L分别表示能量水平，能量流失率，链路稳定率的权重。

路径选择因子(RF)的定义如式(2)所示，它是整条路径上所有节点的SC值的乘积。我们选择RF值最大的路径作为最优路径，如式(3)所示。