[发明专利]具有能量有效和编码感知的无线网络路由协议的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及网络编码与路由协议的设计，可用于能量受限的无线网络中移动节点根据路径的能量水平和编码机会来选择最优路径进行通信。

背景技术

2000年，德国数学家Ahlswede等人提出了网络编码的思想，打破了原有的存储转发机制中节点一次只能转发一个数据包的限制，允许中间节点对来自不同链路的数据包进行编码组合后再发送，从而减少了传输次数，提高了网络吞吐量。同时网络编码被证明可以使网络达到传输上限。网络编码一经提出便引起了国际学术界的广泛关注，其理论和应用已成为通信领域研究的新热点。

2005年，Katti等人提出的COPE协议是第一个将网络编码应用到实际网络中的编码协议，实验结果证明，此编码协议显著地提高了网络吞吐量。然而在COPE协议中路由与网络编码是相互独立进行，也就是说这种完全机会式的路由-编码技术在选择路径时并没有考虑潜在的编码机会，这使得网络不能完全获得编码的增益。2007年以来，学术界开始讨论具有编码意识(coding-aware)的路由机制，即在寻找路由时充分考虑编码机会，尽可能选择编码机会多的路径作为最佳传输路径。在众多的编码感知的路由协议中最具代表性的协议是DCAR路由机制，见文献“Jilin Le，John C.S.Lui，Dah Ming Chiu，DCAR：distributed coding-aware routing in wireless networks.The 28th International Conference onDistributed Computing Systems(ICDCS 2008)，pp.462-469，2008.”。DCAR能找出源和目的节点间的潜在路径并能找出这些路径上的所有潜在的网络编码机会，并且定义了新的编码感知度量CRM，用于衡量某条路径上期望的传输次数。然而检测整条路径上所有潜在的网络编码机会并不一定能够带来好的增益，在网络节点移动快，网络负载增大时，会造成编码数据包的丢失和重传，造成网络拥塞，进而引起吞吐量的下降。然而其它编码感知的路由协议仅仅检测出一跳范围内的编码机会，限制了编码增益。因此合理寻找潜在的编码机会，充分利用编码增益是设计编码感知路由协议的关键。

同时现有的编码感知路由协议都没有考虑能量有限的问题。在无线网络中节点多采用电池供电，许多场景中电池能量的补充或电池的更换是很困难的甚至是不可能的，因此节点的能量供应受到限制。然而现有的编码感知的路由协议在选择路径时并没有考虑节点的能耗问题，使得一些节点较其他节点更多的参与通信，很快耗尽了能量，进而缩短了网络生存期。因此制定一种能量有效的路由协议，延长网络生存期变得十分重要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种具有能量有效和编码感知的无线网络路由协议的设计方法，以检测出更多合理的编码机会，且在有效地考虑节点的剩余能量下，延长了网络生存期。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案包括如下步骤：

(1)路由判据设计步骤：

(1a)在源节点和目的节点之间的任意一条路径中选择节点剩余能量值中的最小值作为该条路径的剩余能量值，则路径l的剩余能量值为：A为路径l上的节点集合，|A|为节点的个数，E_l(n_i)是路径l上节点n_i的剩余能量值；

(1b)检测源节点到目的节点之间的任意一条路径上节点两跳邻居范围内的潜在编码机会，用一个编码增益函数来衡量路径l上获得的编码增益，其中NC_l(n_i)为路径l上节点n_i的编码增益函数，k为节点n_i中可以编码的原始数据包的个数；

(1c)根据(1a)和(1b)得到一种新的具有能量有效和编码感知的路由判据：H(l)为路径l的跳数，L为源节点到目的节点之间的路径集合，NC(l)为路径l上的编码增益函数，IE(l)为路径l中节点的初始能量值，E(l)为路径l的剩余能量值，α为调整系数，取值范围为：0≤α≤1；

(2)路径发现步骤：

(2a)源节点向邻居节点广播路径请求数据包RREQ，该RREQ包在AODV路由协议中RREQ包的基础上增加了Path_addr区域，用来存放路径信息即路径上节点的IP地址；