[发明专利]基于能量均衡的无人装备集群AODV路由方法

权利要求书

1.基于能量均衡的无人装备集群AODV路由方法，其特征在于，包括：

建立单个无人装备的网络通信交互能量模型，获取单个无人装备的剩余能量；

通过路径中所有无人装备的剩余能量之和来作为选择路径的依据，修改传输过程中的数据包，将所述剩余能量代入数据包的标志位；

根据所述标志位选择数据传输路径；

建立单个无人装备的网络通信交互能量模型，具体为：在无人装备集群网络中，各个无人装备的能耗包括内核耗能和通信耗能，所述内核耗能是无人装备维持自身移动、存活以及完成其他任务的耗能；所述通信耗能是无人装备之间互相传输数据所消耗的能量，其包括发送数据耗能和接收数据耗能；

所述发送数据耗能和接收数据耗能获得的方式为：

先获取节点的发射功率：

其中，P_r为接收到的信号功率，P_t为发射功率，G_t为发射天线增益，G_r为接收天线增益，λ为波长，L为与传播无关的损耗，d为发射端与接收端的距离；

若常量均用c表示，则发射功率公式变为P_t＝cd²，其中

再获取发送数据耗能：由能量与功率关系W＝P_tt得，无人装备发送数据的功耗为W＝cd²t，传输时间t由发送速率和缓存长度计算得知，其计算公式为其中，q_s为缓存区待发数据长度，v为设定的发送数据的速率，为常量，理想耗能为W＝cd²q_s；

最后获取接收数据耗能：所述接收数据耗能与所接收的数据长度和无人装备发送数据的电路功率设置有关，即W_r＝q_rE_elec，其中，q_r为待发数据长度，E_elec为发送每比特数据电路消耗的能量，为常量；

所述内核耗能为维持无人装备个体运行不断消耗的，内核能耗W_k为：

W_k＝P_kt (2)

其中，P_k为无人装备机体耗能功率，t为无人装备的工作时长；

获取单个无人装备的剩余能量为W_surplus＝W_full-W，其中W_full满电的电量，W为总耗能，所述总耗能＝内核耗能+通信耗能，公式为：

W＝P_kt+cd²q_s+q_rE_elec (3)

故W_surplus＝W_full-[W＝P_kt+cd²q_s+q_rE_elec] (4)。

2.根据权利要求1所述基于能量均衡的无人装备集群AODV路由方法，其特征在于，在无人装备集群网络中，各个无人装备之间通信满足下列条件：

a)通信链路均为双向；

b)每个无人装备的发射功率能进行动态调节；

c)每个无人装备均由电池供能，总能量有限且相同；

d)每个无人装备都配有GPS/北斗定位模块。

3.根据权利要求2所述基于能量均衡的无人装备集群AODV路由方法，其特征在于，通过路径中所有无人装备的剩余能量之和来作为选择路径的依据，修改传输过程中的数据包，将所述剩余能量代入数据包的标志位；具体为：

路由发现过程中，在RREQ包中加入两个8Bit的新字段，用于存放路径中所有节点的剩余能量之和以及缓冲区数据长度；

路由维护过程中，在Hello数据包中加入1Bit的能量标志位，若节点剩余能量E_s小于电池自身容量的一定比例，则将标志位置0；

在路由表中加入一个8Bit的新字段，用于记录某一传输路径中所有节点的剩余能量之和，以此作为路由选择的判据。

4.根据权利要求1所述基于能量均衡的无人装备集群AODV路由方法，其特征在于，所述根据所述标志位选择数据传输路径，具体包括：

a)路由发现的步骤：某个无人装备需要向另一无人装备发送数据时，首先查找当前维护的路由表，如果存在能使用的有效路径，则选择该路径进行数据传输，若未找到能到达目的无人装备的有效路径，则开始路由发现，具体过程如下：

源无人装备向邻居节点广播RREQ报文；

当某无人装备接受到RREQ报文时，首先检测报文中的序号，看自身是否接受过此报文；若接收过，则丢弃此报文；若未接收过，则判断自身是否是目的节点；

若自身是需接受数据的无人装备，则跳至步骤并将RREQ包的传播路径更新至自身路由表中，记录RREQ包中的剩余能量标志位至自身路由表，以此作为选择路径凭据；

若自身不是需接受数据的无人装备，首先查询自身路由表中是否存在能到达需接受数据的无人装备的传输路径，若存在，则跳至步骤若不存在，则先提取所需要的参数，之后代入网络通信交互能量模型中，将计算结果加入RREQ包中的剩余能量标志位，并将自身链路层的缓冲区数据长度写入相应的标志位，根据自身的剩余能量以一定概率转发此报文至周边节点；

重复步骤直至需接受数据的无人装备接收到此报文；

需接受数据的无人装备按照RREQ包的传输路径回复RREP包，并将RREQ包的传播路径更新至自身路由表中，并更新剩余能量标志位，反应整个数据传输路径的剩余能量情况；

源无人装备接收到RREP包，建立起数据传输的路径，并将该路径维护至自身路由表中；

若存在多跳路径，则选择路径中所有节点的剩余能量之和最高的路径进行传输；

b)路由维护的步骤：EAODV协议中，各无人装备在没有数据传输任务时周期广播Hello报文，相邻无人装备根据在规定时间内能否接收到Hello报文判断数据传输路径是否存在，Hello报文只广播给相邻无人装备，跳数为1，无人装备每隔周期时间更新相邻无人装备信息，具体过程如下：

各无人装备根据其相邻无人装备所发送的Hello数据包中的能量标识位来得知相邻无人装备能量剩余情况，并向相邻无人装备通知自身剩余能量情况；

当某个无人装备的剩余能量比较充足时，无人装备向相邻无人装备发送Hello数据包中的能量标识位置1，显示自身的剩余能量充沛，能完成数据传输任务；

当某个无人装备的剩余能量低到某个阈值时，将自身所发送Hello数据包中的能量标识位置0，通知相邻无人装备自身剩余能量已无法完成数据传输任务；

某个无人装备接收到的Hello数据包中的能量标识位为1时，此路径能正常完成数据传输任务；若某个无人装备没有在规定时间内收到相邻无人装备发送来的Hello数据包，则启动路由恢复过程，修复路由；

某个无人装备接收到的Hello数据包中的能量标识位为0，则判定此无人装备剩余能量过低不允许被继续作为中继节点使用，则直接跳过路由恢复过程，启动中断更新策略重新发现路由。