[发明专利]考虑能量均衡的能量优化路由选择算法

说明书

技术领域

本发明涉及通过获得最优路径的能量消耗降低方法，属于信息和通信技术领域。 

背景技术

随着信息和通信技术（ICT）的不断发展和完善，服务要求的爆炸式增长，信息和通信技术正在发挥越来越重要的作用。有报告指出，无线网络，有线网络和局域网络的能量消耗占据了全球30%以上的电子能量消耗,并且这个比例在未来将会快速增加。因此无线通信的能耗效率问题正逐步的受到大家关注。信息和通信技术的一个重要发展方向是无线通信的节能。一方面，无线通信网络的续航能力已经成为了衡量网络好坏的一个重要标准。另一方面，电池技术的发展速度大大的慢于能量消耗的增长速度，所以无线通信的节能更为重要。因此，提升能量效率是未来无线通信设计的一个重要发展趋势。 

过去几十年中，人们更多的在努力提升网络吞吐率。不同的网络配置已经被研究用来提高区域谱效率，例如蜂窝网络中基站数目的优化和在中继系统中中继节点的放置。很多的资源分配方法已经也被提出来保证每位用户的服务质量，和利用多用户差异来保证不同的用户之间的公平性。很多先进的通信技术，例如正交频分复用、多输入多输出技术和中继传输已经被在无线网络中被开发来提供高的谱效率。然而，过高的网络吞吐率通常会导致大量的能量消耗，这对于能量感知网络和能量有限设备来说是无法承受的。寻求如何降低能量消耗同时又满足吞吐率要求的网络和设备是一个急需解决的问题。 

协同传输技术是现代无线传感网络中最常见的技术。网络节点间相互协作，将信息发送到目的节点。这样做可以降低节点负担，同时提升传输效率。但是同时也带来了一些难以避免的问题。例如，某些节点处于关键位置，即多条传输路径都会选取同一个节点作为中继节点。因此会造成网络节点的工作量不平衡，导致个别节点过早衰竭，影响整体的网络传输效率。 

目前，无线网络的能耗优化方法有很多，其中以AODV(Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing)（按需距离矢量路由协议）及其衍生算法较为常见。在传统的AODV算法上，研究人员又对其进行变形和优化，使之针对不同的网络结构和协议能够发挥更大的功效。AODVjr和EA-AODV(Energy Aware-Ad hoc  on-demand distance vector routing)（节能高效按需距离矢量路由协议）是两个典型的AODV优化算法。 

AODV（按需距离矢量路由协议）是一种反应式的路由协议，换句话说，只有当向目的节点发送数据包时，源节点才在网络中发起路由查找过程，找出相应的路由。普通的网络路由协议是先验式的，也就是说他们对路由的查找是不依赖于传输路径上的节点是否有数据请求，而是每一个节点维护一张包含所有节点信息的路由表。节点通过周期性的交换路由信息来不断更新自身的路由表，以此来及时的反应网络拓扑结构变化，用以维护及时、一致的路由信息。在AODV算法中，由于整个网络是静止的，所以只有当一个网络节点需要建立链接时才会广播连接请求。其他的AODV节点转发此请求消息，记录源节点和回到源节点的临时路由。当接收连接请求的节点知道到达目的节点路由是，就会直接吧路由信息按照先前的记录回到源节点的临时路由发回源节点。如果网络断掉，源节点重新发起路由查找过程。AODV算法主要是通过降低节点的路由查找次数，以降低节点的工作时间达到的节能目的。 

ZigBee网状的网络拓扑结构通常采用AODVjr算法，AODVjr算法是AODV算法的简化版本，其具有AODV算法的主要功能，考虑到ZigBee协议的需要，对AODV算法进行了一些裁剪。为了减少ZigBee网络的控制开销，简化路由发现过程，AODVjr算法没有使用AODV算法中使用的目的节点序号，为了在网络中无环路，AODVjr算法规定一致的目的节点路由的中继节点不能回复路由请求，只能由目的节点回复路由请求。AODVjr算法的路由表不存在AODV算法中的先去节点列表，这样降低了路由表的复杂度。且路由请求信息的格式被大大简化，仅仅包含一个不可达目的节点地址。 

EA-AODV算法是在AODV算法上的一大改进。加入了对节点剩余能量的衡量，以此来避免节点的工作量不平衡问题。避免使用能量较小的节点，从而延长低剩余能量节点的生存时间。记录节点剩余能量的百分比，将剩余能量参数加入到路由选择标准中，避免了多个路由路径中选择同一节点的情况发生。 

但是，由于AODV算法对于节点选取是选取最先答复的节点，因此可能会陷入局部最优。因此，能够克服此问题的方案，就变得有必要了。