[发明专利]一种低能耗的机会路由候选中继选择算法

说明书

本发明涉及一种低能耗的机会路由候选中继选择算法，针对无线传感器网络的特殊性，在形式化的无线多跳网络模型下，从概率的角度精确地分析并形式化节点利用无线信道广播特性成功发送数据包到候选中继集的能耗代价，以及由候选中继集转发数据包到目标节点的能耗代价；然后依据上述能耗代价公式从避免数据重传和降低节点间通信所带来额外能耗两个方面，进一步优化候选中继集；最后从网络能耗、端到端传输时延两方面分析本算法性能。本发明为设计低能耗的无线传感器网络的机会路由算法提供一定参考价值和理论依据。

技术领域

本发明属于传感器网络通信技术领域，尤其是一种低能耗的机会路由候选中继选择算法(Energy-efficient opportunity routing candidate relay selectionalgorithm，EEOR)。

背景技术

机会路由(Opportunistic Routing，OR)是一种利用无线信道的广播特性来提高无线多跳网络性能的新路由模式，近年来受到广泛的关注。与传统路由不同，机会路由利用无线信道的广播特性，在每一跳转发数据分组时不预先指定下一跳节点，而是利用多个备选的邻居节点进行数据转发，减少了传统路由策略中对固定转发节点的依赖性，减少了无线链路的不可靠性对数据传输造成的影响，从而提高了无线链路的吞吐率、可靠性和端到端延迟等多方面的性能。

ExOR是最早提出并实现的OR算法，是以端到端路径的ETX值作为候选中继优先级度量参数，并采用定时协作机制避免数据重传的OR算法。源节点向目标节点发送数据时，当前节点从其邻居节点中选择到目标节点路径的ETX小于自身的节点作为候选中继，并根据ETX的大小设置优先级，距离目标节点越近，优先级越高。在机会路由机制中，任意一对节点间可能存在多条可传输数据包的路径，仅根据单条路径的ETX值确定数据转发路由是不准确的。OAPF提出了度量节点间任意路径期望传输次数的加权平均参数EAX，它是对单条路径度量参数ETX在机会路由框架下的拓展。该算法根据EAX设计了候选中继选择方法和中继优先级划分方法。OAPF不事先确定候选中继的数量，而是在迭代计算过程中逐渐增加候选中继的数量，直到加入新的中继计算所得EAX值的增加量小于预设阈值。LCOR是以EAX作为度量参数计算机会路由最小代价的分布式算法，其主要目标就是寻找最优化的候选中继集以及确定候选中继的优先次序。该方法相对于单纯以最短路径ETX为测度的方式具有明显优势。当节点的势很大时，计算量比较大。

机会路由中的候选中继选择算法是实现机会路由算法的关键问题。在无线多跳网络中，现有的机会路由候选中继选择算法研究中，常利用到目标节点的路径代价度量指标：期望传输次数(Expected Transmission Count，ETX)、ETX的加权平均值(Expected any-path Transmission，EAX)等来选取候选中继节点以及确定其优先级别，并通过协调机制选取有效节点转发数据。为了满足以节能为首要目标的无线传感器网络，必须设计低能耗的选中继选择算法，在充分发挥机会路由的优势下，保证数据可靠有效地从源节点传输到目标节点，同时极大地降低网络能耗。

发明内容

本发明的目的在于克服现有机会路由中非低能耗的候选中继选择算法的不足，根据无线传感器网络的特点、权衡网络能耗和路由性能综合使用EAX、链路能耗E_link和中继节点剩余能量E_relay作为度量参数设计低能耗的候选中继选择算法。通过对该算法性能大量的仿真，并同机会路由ExOR、SOAR、OAPF和LCOR的候选中继选择算法进行比较，结果表明使用本算法的机会路由使无线传感器网络能耗低，生命周期更长。本发明为设计低能耗的机会路由算法提供了重要的参考价值。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种低能耗的机会路由候选中继选择算法，候选中继选择的任务在一定程度上分为两个部分：候选中继排序和候选中继过滤。包括以下步骤：

步骤1：无线传感器网络模型形式化。