[發明專利]一種基于增加傳輸距離和重傳的能量優先路由方法

在審

• 申請號: 201710987933.8
• 申請日: 2017-10-21
• 公開（公告）號: CN107920379A
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 張蕾;王志銳
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W40/12;H04W40/24
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 李林娟

技術領域

本發明涉及無線網絡領域，尤其涉及一種基于增加傳輸距離和重傳的能量優先路由方法。

背景技術

近年來，在無線技術上的發展使得構造ad-hoc(無中心的自組織網絡)網絡變得可行，并可用于傳感器網絡進行周圍環境條件的檢測和監控。在無線傳感器網絡中，由于每個節點的能量供應是有限的，怎樣讓節點按某路徑發送消息并最大化系統生存期是一個重要的問題。有兩種方式解決這個問題。一種是在每一個路由任務中最小化絕對能量消耗；另一種是盡可能將流量均勻的分布在各節點中，來平衡在選擇路由路徑時的能量消耗。多數情況下，由于更高的能量利用率，第二種方法更可取。實現這個策略最好的算法之一是MREP(Maximum Residual Energy Path，最大剩余能量路徑)。

在無線傳感器網絡路由協議設計方面，以前是使用UDG(unit disk graph，單位圓盤圖)通訊模型。在此模型中，兩個節點可以在傳輸半徑R(R表示在最大傳輸能量下，一次傳輸成功率為100％的最大傳輸距離)內正確傳輸消息，如果兩個節點距離大于R，則此對節點間不能進行信息傳輸。

然而，這種簡化的模型不能夠準確的模擬現實情況中無線傳感網絡的物理層工作情況。但是LNS(Log-Normal Shadowing，對數正態分布陰影)模型可以很好地模擬現實情況。在此模型中，傳輸距離R范圍內，消息可以一次性準確的傳輸；超出這個距離，消息只能以小于1.0的概率成功傳輸，而且距離越大，傳輸成功概率越小。顯然，在UDG模型中，只有傳輸成功率為1.0的距離才會被作為有效的傳輸距離。

發明內容

本發明提供了一種基于增加傳輸距離和重傳的能量優先路由方法，本發明通過MREPE、AMREP算法獲取帶寬值，將最大剩余能量問題轉化為瓶頸問題，并且采用改進的迪杰斯特拉算法獲得最小成本路徑，詳見下文描述：

一種基于增加傳輸距離和重傳的能量優先路由方法，所述能量優先路由方法包括以下步驟：

獲取由傳感器節點作為頂點、傳感器路徑作為頂點間的有向邊、源節點和終止節點組成的有向圖；每個頂點有初始能量，每條邊與傳輸成本相關聯，采用能量消耗模型表示兩個節點間的距離消耗的能量值；

定義數據包能夠傳輸的最大傳輸距離和最大重傳次數；

結合MREPE、AMREP算法獲取相鄰節點間距離d≤R，以及R＜d≤d_max時的帶寬值，并通過改進迪杰斯特拉算法進行最大剩余能量路徑的尋找。

所述每條邊與傳輸成本相關聯具體為：

其中，傳輸成本為S_e(S_p,q)，S_e表示沿邊e從p到q傳輸一個包消耗的節點能量。

所述能量消耗模型具體為：

e＝0.1*d²

其中，d表示節點間的傳輸距離。

其中，結合MREPE和改進迪杰斯特拉算法，獲取相鄰節點間距離d≤R，以及R＜d≤d_max時的帶寬值，并尋找最大剩余能量路徑具體為：

在MREPE算法中，根據傳輸成功率和傳輸距離的關系計算最大傳輸距離；

對于n，如果相鄰節點間距離滿足d≤R，n＝1，則消耗發送節點的能量為E(d)，此時帶寬b(x_i,x_i+1)＝E(x_i)-E(d)；并通過改進迪杰斯特拉算法進行最大剩余能量路徑的尋找；

當R＜d≤d_max時，根據傳輸成功率和節點間距離的關系計算傳輸一次的成功率，再計算出傳輸次數，此時帶寬b(x_i,x_i+1)＝E(x_i)-nE(R)，并通過改進迪杰斯特拉算法進行最大剩余能量路徑的尋找。

其中，結合AMREP算法和改進迪杰斯特拉算法，獲取相鄰節點間距離d≤R，以及R＜d≤d_max時的帶寬值，并尋找最大剩余能量路徑具體為：

在AMREP算法中，首先執行相鄰節點間距離滿足d≤R的情況：n＝1，則消耗發送節點的能量為E(d)，此時帶寬b(x_i,x_i+1)＝E(x_i)-E(d)；通過改進迪杰斯特拉算法進行最大剩余能量路徑的尋找；