功率控制下基于能耗最小的Adhoc网络路由选择算法概要Word文档下载推荐.docx
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在两个节点之间交互这四个信号时,都以恒定的最大功率发射信号,即使两个节点距离很近也是如此,这样就带来了极大的能量浪费。
而Ad
hoc网络的节点一般都是电池供电的,能量有限。
如
果将功率控制机制引入到MAC协议上,节点之间
发射信号的功率随两个节点之间的距离不同而不同,按需采用相应的功率,这样就可以有效地节省节点的能量,从而延长节点的工作时间[6]。
Adhoc网络MAC层采用功率控制,有以下两
个前提条件:
（1一个节点可以选择以多大的功率发射分组,这需要物理层来提供支持。
（2在接收到一个分组后,物理层可以向MAC
收稿日期:
2005-10-18
基金项目:
国家自然科学基金项目（60372101
功率控制下基于能耗最小的Adhoc网络路由选择算法
李
新1
孙丹丹2
苗建松1
周立刚1
丁
炜1
（1北京邮电大学宽带通信网络实验室,北京100876
（2北京邮电大学电子工程学院,北京100876
摘
要:
在节点MAC层发射功率可控情况下,提出了一种基于路径能量消耗最小的路由路径选择算法。
该算法
根据链路的能量消耗情况来进行路由路径选择,达到节约网络能量的目的。
仿真表明,该算法可以动态调整网络路由路径,从而使所选路径的能量消耗达到最小。
关键词:
Adhoc,路由路径,功率控制,能量消耗中图分类号:
TP393
文献标识码:
A
文章编号:
1000-7180（200612-0001-03
APathSelectedAlgorithmBasedontheMinimizationof
EnergyConsumedUnderPowerControlledinMANET
LIXin1,SUNDan-dan2,MIAOJian-song1,ZHOULi-gang1,DINGWei1
（1BroadbandCommunicationNetworksLab,BeijingUniversityofPostsandTelecommunications,Beijing100876
（2SchoolofElectronicEngineering,BeijingUniversityofPostsandTelecommunications,Beijing100876
Abstract:
Undertheemissionpowerofnodebeingcontrollable,aroutingpathselectedalgorithmbasedontheminimiza-
tionofenergyconsumedisproposed.Thealgorithmisbasedonenergyconsumedinselectingroute.Thisalgorithmcanmaketheenergyconsumedofroutingpathtobetheminimum.SimulationdemonstratedthatthealgorithmcoulddynamicadjusttheroutethatcanachievetheaimoftheminimizationofenergyconsumedofroutingpathinAdhocnetworks.Keywords:
Adhoc,Routingpath,Powercontrolled,Energyconsumed
1
微电子学与计算机2006年第23卷第12期
层报告该分组是以多大的功率被接收的。
在Adhoc网络中,节点通过无线信道通信。
当发送节点向接收节点发送信号时,接收节点是否能正确接收到信息取决于接收节点接收到的信号强度。
对于某一发射功率,接收方的信号强度与传输过程中的信道衰减有关。
在开放的环境中,可以忽
略多经衰落和障碍物阻挡,根据文献,发送方和接收方的信号强度可以用公式（1来描述。
Pt是发送功率,Gt和Gr是双方天线的增益,ht和hr各自天线的高度,d是它们之间的距离。
Pr=PtGtGr
h2
th2rd
（1
虽然Adhoc网络中的节点都是移动的,但在发送一个分组这一个非常短的时间内,可将d看作常数,这在实际应用中是成立的。
设源节点以功率Pt向目的节点发送分组,则目的节点收到的分组工率为Pr,若源节点以功率Pthreshold向目的节点发送分组,使目的节点收到的分组功率为Ps,由公式（1可以得到:
Ps=PthresholdGtGr
h2th2
rd
4
（2
式中Ps为接收机的灵敏度,根据式（1和式（2,可以得到:
Pthreshold=
PPr
（3
这样,知道了Pr,Pt和Ps以后,就可以计算出
Pthreshold,用此功率发送分组正好可以保证接收机正确
接收的需要。
在采用功率控制的Adhoc网络MAC层协议执行时,源节点向目的节点以恒定功率发送RTS分组,在分组中携带发送此分组的功率信息,目的节点收到RTS分组后,根据式（3就可以计算出源节点将以多大的功率发送数据分组,并在以恒定功率回应的CTS分组中通知源节点,这样源节点就可以用该功率发送数据分组DATA,当目的节点接收完数据后,以恒定功率会应ACK给源节点。
在这里
RTS,CTS和ACK都以恒定功率发送是为了解决隐终端和暴露终端问题,而DATA分组以可变功率发
送是为了尽可能减小系统能量消耗。
3基于能量最小的路由选择算法
图1为Adhoc网络从s源节点到目的节点d
具有M条路经的简单结构图[8]。
从图1可以看出,源目节点间有M条路经,依次为R1,…,Rm,n1,…,nk为某一条路经Ri上的节点。
Pi,j表示节点ni和nj之间保持通信所需的功率。
分组x从ni传送到nk所需要的能量可以表示为:
Ei=k-1
j=1
!
Pj,j+1×
tj,j+1
（4
由公式（2,可以得到:
tj,j+1=k-1
Ps×
d4j,j+1
GtGrhrht
×
tj,j+1（5
其中dj,
j+1
为节点nj和nj+1之间的距离,tj,
为
节点nj和nj+1之间通信的时间。
我们设计路由选择算法的目标是使网络能量消耗达到最小,在这里就是在M条路经路径中选择一条Ei最小的路径作为我们选择的路由路径,即分组x所选择的路由路径为:
R=Ri|Ei=minEj,j∈1…#$
M%&
（6
算法描述
在本文提出的基于分组能量消耗最小的路由路经选择算法执行时,只要建立合理的分组能耗的数学方程,如式（5所示,就可以进行基于分组能量消耗乘积最小的路由路经选择了。
但是式（5受环影响较大,与实际数值有一定偏差。
因此在实际网络中,仅根据式（5来进行路由选择是不精确的,式（5仅可用于从理论上分析路由选择问题,本文提出了可用于实际网络中路由路经选择算法,将分组能量消耗作为直接目标。
鉴于路径的分组能量消耗是实际可测的,我们使用类似于IGMP的PING功能测量路径的分组能量消耗,并将所测的数值作为路由路经选择的依据。
算法的执行步骤描述如下:
（1根据文献[4]中的方法,在源节点和目的节点间探测多条不交叉的路由路径。
（2启动能量检测分组。
源节点沿各条已知路由路径发送检测分组。
当检测分组到达目的节点时,按原路径回传检测分组。
各监测分组沿原路径回传时,依次记录在各节点间传输此分组所需的功率,当检测分组到达源节点时,源节点据可以根据
2
2006年第23卷第12期微电子学与计算机
检测分组中携带的功率信息,在已知的多条路径中
选择一条能量消耗最小的路径作为最终选择的路
由路径。
（3延迟一个测量间隔后,重复执行第（2步。
根据上面的分析,我们选择路由路径时以能量
消耗作为衡量标准,选择能量消耗最小的路径作为
路由路径,从而使网络的能量消耗达到最小,节约
了网络能量消耗。
5仿真分析
为了进一步验证本文算法的有效性,我们通过仿真进行验证分析。
源目节点间的路径有3条。
在各路径跳数不同情况下,我们对各路径能量消耗作了仿真。
第一种情况为N
=7,N2=6,N3=8;
第二种情
况为N
=17,N2=20,N3=23。
各路径上的节点在保证路径不断的情况下随机移动。
各路径上的分组能量消耗我们作了归一化处理。
图2和图3为我们在路径跳数不同情况下对各路径的能量消耗的仿真曲线。
从这两张图中,首先我们可以看出,由于对节点间的数据DATA分组采用控率控制机制,因此与没有采用功率控制情况下的能量消耗相比,每条路上的能量消耗只是无功率控制机制情况下的20%到50%左右,节省了大量的能源。
其次我们可以看出,由于各条路径的节点在保证路径不断的情况下作随机运动,因此各路径上的节点间的距离也发生随机改变,故各路径上的能量消耗也发生随机的变化。
能量消耗变化情况如图2和图3中标记为“*”“+”和“x”的曲线所示。
从图2和图3中可以看出,各路径上的能量消耗大小情况经常发生变化。
本文提出的算法选择路由路径的标准是能量消耗最小。
在算法执行时,周期比较各路径上的能量消耗情况,从中找出一条能量消耗最小的路径作为最终的路由路径。
由于各路径上的能量大小关系随着节点的移动经常发生变化,因此我们选择的路由路径也随着各路径的能量消耗变化而变化。
从实验结果可以看出,我们选择的路由路径上的能量消耗一直是最小的,达到了节约能耗的目的,优化了网络性能。
6结束语
本文针对Adhoc网络在已知条路由路径情况下,如何进行路由选择问题,提出了在节点发射功率可控条件下,基于能量消耗最小的路由选择算法。
仿真表明,本文算法在路由路径选择时,可以使所选路由路径上能量消耗达到最小。
参考文献:
[1]蒋毅,史浩山.一种新的移动Adhoc网络的安全路由策略[J].微电子学与计算机,2005,22（4:
30￣32
[2]杨宗凯,赵大胜,王玉明,程文青,何建华.传感器网络虚拟骨干网构造算法及时钟同步应用[J].微电子学与计算机,2005,22（8:
10￣13
[3]RFC3561.Adhocondemanddistancevector（AODVrouting.July2003
[4]宁录游,张中兆,张乃通.采用功率控制的自组网MACA协议[J].高技术通讯,2002,10
[5]RapportT.Wirelesscommunication:
principlesandprac-tice[M].NewJersey,1996
[6]邵旭,丁炜.基于流量总时延最小的并行LSP自适应流量分配[J].电子学报,2003,31（1:
4￣7
作者简介:
李新男,（1977-,博士研究生。
研究方向为宽带通信网、自组织网络。
孙丹丹女,（1978-,博士研究生。
苗建松男,（1978-,博士,讲师。
周立刚男,（1977-,博士研究生。
研究方向为宽带通信网、空时编码。
丁炜男,（1935-,教授,博士生导师。
研究方向为宽带网络、交换技术
。
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