一種多傳感器網(wǎng)絡均衡負載及能量的方法

一種多傳感器網(wǎng)絡均衡負載及能量的方法

0adhoc路由協(xié)議網(wǎng)絡協(xié)議中的特定程序ad-key網(wǎng)絡是基于無線設備開發(fā)的一個沒有中心和自給自足的網(wǎng)絡。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡相比在它的網(wǎng)絡中所有節(jié)點的地位是平等的,沒有設置中心控制節(jié)點,因此具有很強的抗毀性。在移動Adhoc網(wǎng)絡中網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)是高度變化的。移動Adhoc網(wǎng)絡中節(jié)點不僅需要完成普通節(jié)點所要完成的任務,還需具有報文轉(zhuǎn)發(fā)能力。由于無線節(jié)點的傳輸距離是有限的,當通信的源節(jié)點和目的節(jié)點間的距離超出通信范圍時,它們之間的通信就必須通過中間節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)報文。而且由于移動節(jié)點的傳輸能力及所儲藏的能量是有限的,因此,動態(tài)無線網(wǎng)絡中路由的建立、維護和選擇以及網(wǎng)絡可靠性和效率的提高、無線資源利用率的提高成為Adhoc網(wǎng)絡面臨的一個重要問題。對Adhoc路由協(xié)議可大致分為先驗式(proactive)和反應式(reactive)2類,也可稱為表驅(qū)動(table-driven)和按需驅(qū)動(on-demand)。表驅(qū)動路由協(xié)議主要特點是這類協(xié)議要求每個節(jié)點維護一個或多個路由信息,并在網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時及時更新。按需驅(qū)動路由協(xié)議的主要特點是它只有在源節(jié)點需要時才進行路由的發(fā)現(xiàn)過程,路由一經(jīng)建立,就會對其進行維護直至目的節(jié)點無法經(jīng)由任何路徑到達或該路徑不再被需要。本文將要改進的AODV路由協(xié)議就是一種按需驅(qū)動的路由協(xié)議。1方法3:不沖突的多路連接由于Adhoc網(wǎng)絡中帶寬及能量資源是非常有限的,這就要求路由協(xié)議充分考慮擁塞控制及能量均衡。目前在控制網(wǎng)絡擁塞方面提出了許多方案。如多路徑方案,它通過節(jié)點維護多條路徑信息,把網(wǎng)絡中的流量分配到不同的路徑上,從而控制網(wǎng)絡的擁塞。但是使用這種方法,將在維護不同路徑的過程中付出額外的路由代價。同時多路徑方案只有在多條路徑不相交的情況下才是有效的,然而不相交的多條路徑的獲得在MANET中一直是一個難題。在網(wǎng)絡節(jié)能方面,移動Adhoc網(wǎng)絡主要有2種方法:①使發(fā)送每個數(shù)據(jù)包耗費的能量最小。它主要是利用了無線通信傳輸?shù)奶攸c,采用距離短小、功率的多跳路由取代距離較大、消耗功率較大但跳數(shù)較少的路由。這種方法的主要缺點是沒有充分考慮網(wǎng)絡負載的不平衡,這使得某些處于有利地位的關鍵節(jié)點能量頻繁參加路由而導致能量過早耗盡,從而減少了整個網(wǎng)絡的生命周期;②均衡各個節(jié)點的能量消耗,在選擇路由時考慮網(wǎng)絡節(jié)點剩余能量,選擇路由時避免使用能量不足的節(jié)點,從而均衡整個網(wǎng)絡的能量花費,延長整個網(wǎng)絡的生命周期。2中間節(jié)點生成路由通過對現(xiàn)行的路由改進方法分析,本文提出一種中間節(jié)點均衡Adhoc網(wǎng)絡中流量和能量使用的方法。首先,節(jié)點通過對其緩存隊列中的數(shù)據(jù)信息將節(jié)點的擁塞狀態(tài)分為3種狀態(tài):normal、congestion及danger。與此同時通過分析節(jié)點剩余能量的多少,將節(jié)點能量狀態(tài)也劃分為3個等級:normal、warning及danger。然后以上述對節(jié)點的劃分為依據(jù)對路由協(xié)議進行改進,在路由發(fā)現(xiàn)的過程中,中間節(jié)點在收到路由請求報文后,根據(jù)自身狀態(tài)決定下一步動作。(1)如果節(jié)點的擁塞狀態(tài)或能量級別是在normal時,就允許節(jié)點按照AODV路由協(xié)議的方法處理路由請求。(2)如果節(jié)點的擁塞狀態(tài)是在congestion狀態(tài)時,節(jié)點推遲一個時間delay-time,然后才允許節(jié)點對路由請求報文進行廣播。(3)如果節(jié)點能量狀態(tài)在warning級別時,節(jié)點推遲一個時間delay-time,然后才允許節(jié)點對路由請求報文進行廣播。(4)如果節(jié)點的擁塞狀態(tài)或能量級別在danger時,此時即使節(jié)點有到達目標節(jié)點仍然直接丟棄路由請求報文。不論節(jié)點另一狀態(tài)處于什么級別,只要節(jié)點有一種狀態(tài)處于danger,它就直接丟棄路由請求報文。如果節(jié)點既處于congestion狀態(tài)又處于danger狀態(tài),那么它將等待2個delay-time。最后當源節(jié)點在一段時間后仍沒有發(fā)現(xiàn)有效的路由,那么重新發(fā)起一次路由發(fā)現(xiàn)過程,第2次路由發(fā)現(xiàn)過程將不再對節(jié)點的擁塞狀態(tài)及能量進行區(qū)分,以保證路由的正常建立。通過上述改進,每個節(jié)點根據(jù)自身的狀況有選擇地轉(zhuǎn)發(fā)RREQ報文,以阻止在擁塞狀態(tài)和能量不足的節(jié)點上建立路由,有效地減少了RREQ報文的廣播風暴,同時限制在擁塞和能量不足的節(jié)點上建立路由,并在節(jié)點擁塞、能量情況與路由其他代價之間進行比較,以獲取最佳的路由鏈路。3改進的路由協(xié)議在模擬本文對移動Adhoc網(wǎng)絡路由協(xié)議的分析是通過仿真實現(xiàn)的,實驗環(huán)境是以RedHat9以及NS-2仿真軟件為平臺進行的。對AODV協(xié)議及使用改進的AODV協(xié)議分別在由50個節(jié)點組成的600×600的矩形區(qū)域,按照randomwaypoint運動的網(wǎng)絡在運動停頓時間分別為10s、100s、200s、300s、400s及500s情況下進行模擬,節(jié)點初始能量為350J。然后將兩者進行比較。數(shù)據(jù)包端到端平均延時和仿真中節(jié)點停頓時間的關系,如圖1所示。圖1所示,改進后的端到端延時有所減少。這是由于雖然一方面改進后的路由協(xié)議在進行路由的過程中可能因為節(jié)點的擁塞情況和能量級別而發(fā)生延遲轉(zhuǎn)發(fā)甚至不轉(zhuǎn)發(fā),導致整個端到端延遲的增加,但是另一方面它有效地改善了網(wǎng)絡的擁塞情況,減少了端到端的延時。綜合上述2個方面,在仿真過程中,網(wǎng)絡的整體端到端延時還是有所減少的。成功接收的數(shù)據(jù)包的對比關系如圖2所示。從圖2中可以看出,改進后的AODV協(xié)議有了很大改善。這是由于改進后節(jié)點存活時間要比原先長久,而對比它的平均端到端延遲代價較小,使得發(fā)送成功的數(shù)據(jù)包總數(shù)增加。節(jié)點運動停頓時間為10s時的不同時間存活節(jié)點數(shù)的對比關系,如圖3所示。由圖3可見,改進后的協(xié)議較原協(xié)議在開始及中間時段存活節(jié)點數(shù)更多,但是在模擬后期由于采用均衡的方式,所以所有節(jié)點耗盡能量的時間提前了,但是總體效果還是得到了提高。從以上仿真結(jié)果可以看出,改進后的AODV協(xié)議不僅提高了整個網(wǎng)絡生存周期中節(jié)點成功接收數(shù)據(jù)包的總數(shù),延長了整個網(wǎng)絡的生存周期,而且在一定程度上也減少了網(wǎng)絡的端到端延時,總體上提高了網(wǎng)絡性能。4均衡網(wǎng)絡流量和能量使用的技術本文對AODV路由協(xié)議進行了分析,討論了幾種不同的移動Adhoc網(wǎng)絡中控制擁