CN101170560A

CN101170560A - 一种自组织网络中的广播协议

Info

Publication number: CN101170560A
Application number: CNA2007101707842A
Authority: CN
Inventors: 孙未未; 陈炜于; 鲁仲阳; 覃泳睿; 张卓瑶
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2027-11-22
Also published as: CN101170560B

Abstract

本发明属于网络广播协议技术领域，具体涉及一种自组织网络中的广播协议。该广播协议是对原来AHBP广播协议的改进。改进之处主要是AHBP中BRG集合的选择方法。改进后的选择方法包括：在邻居节点中，选择唯一的与两跳节点相连的跳节点作为转发节点，在一跳节点中；选择优先中级比较高的节点，优选级的选择由剩余能量和节点度数来确定；通过优选级选择方式选取转发节点，直到将所有两跳出范围内的节点全部覆盖为止。本发明方法通过平衡节点间能量来延长网络的生命周期，同时保持AHBP原有的数据包的高表达性。

Description

一种自组织网络中的广播协议

技术领域

本发明属于网络广播协议技术领域，具体涉及一种自组织网络中的广播协议。

背景技术

在自组织网络中，所谓的广播就是把数据包从源节点广播到所有的节点，最简单的广播算法是泛洪技术(flooding)，接收数据包的节点都要广播数据包，这样就能把数据包广播到全网络。由于每个节点都要广播数据包，容易导致广播风暴的出现。因此，在泛洪的基础上，为了减少广播风暴的产生，提出了不少了改进方法。现行的研究主要采用基于邻居节点方法，在基于邻居节点方法中，必须要知道自己周围的节点分布情况，大多数方法会通过广播hello message数据包来获得2跳的邻居节点信息。广播可以采取两种方法，一是主动式的数据广播，二是被动式的数据广播。被动式的数据广播中，节点是否发送数据包由上一级节点指定。在近年来的研究中，很多的被动式数据广播方法出现，应用最多、比较典型的是AHBP(An Efficient Broadcast Protocol for Mobile Ad Hoc Networks，一种高效的移动自组织网络广播协议)，在AHBP中，侧重于选择节点度数大的节点作为优先考虑的BRG(在自组织网络中，收到数据包，并且再次广播数据包的节点)，这种BRG的选择方式可以降低网络的发包的数目，从而降低网络中数据包冗余程度。AHBP通常应用在半静态的网络中，而在半静态网络中，节点相对位置变化不大，因此，已经被选择作为BRG的节点仍然有最大的可能在下一轮中又被选中，所以对整个网络来说，BRG就会出现电能耗尽的情况。综合以上的情况分析，AHBP虽然在半静态网络中网络性能和广播效果非常不错，但是最先出现电能耗尽的广播节点也比较早，导致整个网络的生命周期较短。因此亟需要对此协议进行改进，以延长网络生命周期。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可延长网络的生命周期的AHBP广播协议，以解决采用AHBP广播协议的网络的生命周期较短的技术问题。

本发明提出的广播协议，是对原AHBP的一种改进。本发明协议通过平衡节点间的能量来延长网络的生命周期，同时保持AHBP原有的数据包的高可达性，具体是通过改进AHBP中BRG集合的选择方法来实现的。

本发明协议在BRG集合的选择上，基于以下三点原则：

(1)BRG的选择要做到能保证每一个节点要么是BRG，要么是BRG的一跳节点，这样就能保证了数据包能到达所有的节点。

(2)BRG的数量越小越好，这样就能尽可能地减少总的能量的消耗，减轻网络的负担。

(3)能量越小的节点成为BRG的可能性越小，这样就可以尽可能的平衡节点能量消耗，延迟失效节点出现的时间。

本发明的广播协议，包括2跳邻居节点信息维护、节点数据包处理和BRG集合的选择三个部分。

根据上述原则，改进后的BRG选择的步骤如下：

(1)在邻居节点中，选择唯一的与两跳节点相连的一跳节点作为转发节点。

(2)在一跳节点中，选择优先级比较高的节点，这个优先级的选择由剩余能量和节点度数来决定，具体为：当节点剩余能量在原先能量的50％以上的时候，优先级＝节点度数×N，10＜＝N＝，N的具体数根据不同的情况而定，一般来说，N≤100，剩余能量在原先能量的50％以下10％以上的时候，优先级＝节点度数×M，2＜＝M＜N；剩余能量在10％以下，优先级＝节点度数；

(3)通过这种优先级选择方式选取转发节点，直到将所有两跳范围内的节点全部覆盖为止。

其余部分与原AHBP协议相同。

将实验模拟得到的数据绘制成三幅图(见说明书附图)，通过附图可以很清楚地验证本发明与背景技术相比在优化网络生命周期上性能的提高。

本发明协议称为自组织网络中的广播协议，记为AHBP-LTA(AHBP Life Time Aware)。

附图说明

图1显示了在节点数为50，网络冗余程度最大为3的时候两种策略的对比，AHBP和AHBP-LTA在生命周期上的区别。

图2显示的是节点数为80，网络冗余程度最大为3的时候两种策略的对比，AHBP和HBP-LTA在生命周期上的区别。

图3显示了节点数为50，网络冗余程度最大为8的时候两种策略的对比，AHBP和HBP-LTA在生命周期上的区别。

具体实施方式

本发明进行BRG的选择的具体算法步骤如下：

假定V为发送的节点，U为接收的节点，BRG(U)表示U的BRG集合，P为该数据包走过的路由节点集合，AE表示节点的总能量，RE表示节点的剩余能量，DN表示节点度数，PN表示节点优先级。

输入给定路由表中每个节点的标识符以及所有两跳范围内节点的剩余能量。

1.初始化：Hop1表示发送节点的一跳邻居节点，Hop2表示发送节点两跳范围内除去属于Hop1的所有邻居节点，同时令BRG(U)为空集。

2.如果有一个节点x属于P集合，并且x出现在Hop1或Hop2中，那么将x从Hop1或Hop2中删除，并且将V从Hop2中删除。

3.对Hop2中的每个节点y，计算与它直接相连的同时属于Hop1中节点的个数N，选取N＝1的这个节点y，将与这个节点相连的Hop1中的节点选取作为BRG(U)，同时将这个节点从Hop1和Hop2中删除。

4.对Hop1中的每个节点按照以下的原则来计算优先级：

如果(RE＞50％×AE)，则PN＝10×DN；

如果(RE＜10％×AE)，则PN＝DN；

如果(10％×AE＜＝RE＜＝50％×AE)，则PN＝5×DN。

5.选取具有最大的优先级的节点放入BRG(U)中，作为下一个BRG。

6.将这个节点从Hop1中删除，同时将它的邻居节点从Hop2中删除。

7.若Hop2不为空，转到第3步继续执行。

下面通过实验模拟来验证同背景技术相比，本发明延长网络生命周期。

首先介绍本实验的实验环境：本实验采取的是C++环境下的模拟实验，具体的节点是随机分布在350×350m²的平坦矩形区域内。网络的收发模型是采用了相对距离的概念，相对距离是两个节点的欧拉距离。距发送节点的距离在传输范围内的节点才能收到数据包，不在范围内的节点不能收到数据包。

每一个移动节点有一个位置和自身的能量，可以在平坦的矩形区域上随机移动。每个节点随机选定目的地，它的移动速度不能超过某个范围。当它到达目的地后，它会随机等待一段时间，再选择一个目的地和速度。节点一些常量设置如下：节电的总能量为100，每次广播能量消耗为10，广播半径为100，移动的最大速度为5m/s。

Hello message主要通过在一定时间间隔后要重新计算节点间的相对距离，然后得到每一个节点的两跳的邻节点表。网络的包的冗余程度是由一个随机变量控制，我们在实验中采用了3和8的冗余程度，即在每一轮上，随机选取0-3或者0-8间数目的节点产生新的数据包。

通过实验模拟得到的数据，可以绘制成三幅图，以下就是对于这三幅图的分析。

图1显示了在节点数为50，网络冗余程度最大为3时候两种策略的对比，AHBP和AHBP-LTA在生命周期上的区别，在本图中我们可以看出，AHBP-LTA出现节点失效的时间比AHBP晚，但是在失效节点出现一段时间后，AHBP-LTA出现实效节点的速度开始比AHBP快，在时间18的时候两种方法失效的节点数达到了一样。从中可以看出AHBP-LTA在第一个节点失效时候性能比AHBP要好，但在50％时候(失效节点在25附近)两种方法基本没什么区别。

图2显示的是节点数为80，网络冗余程度最大为3时候两种策略的对比，AHBP和HBP-LTA在生命周期上的区别，如图2，我们可以看到第一个节点失效的时间比节点数在50的时候推迟了一个时间单位，说明随着节点密度的增加，可选择的路径的增多，第一个节点的实效时间会有所推迟，而总体的趋势和50时候有点相像。和图1进行比较，第一个节点失效在AHBP里节点密度大，它的节点开始出现的早了，而在AHBP-LTA中几乎没什么区别，这说明节点密度的增加对AHBP-LTA影响不如AHBP来得那么大，说明AHBP-LTA的生命周期的性能有一定的可适性。

图3显示了节点数为50，网络冗余程度最大为8时候两种策略的对比。如图3所示，失效节点数出现的时间比50节点数冗余程度为3时候要早很多，因为，在每个时间单位，要发送的数据包比冗余为3的时候多得多，节点的能量也就消耗得非常快，出现能量耗尽的节点也就越早。同时在本图中可以看到，当时间点为8的时候，AHBP-LTA出现能量耗尽的节点数目比AHBP要多了，因为AHBP选择出来作为BRG的节点都是最有效的节点，而AHBP-LTA为了考虑到生命周期的问题，有时候选BRG的时候不是最有效的节点，因此它耗费的总能量要比AHBP多，所以到后来的时候能量耗尽的节点数反而比AHBP要多，从图1和本图中得出具体在50％左右，根据网络冗余程度会有一定的偏差。

从以上的几幅图中我们可以看出，网络从出现第一个失效节点后，失效节点数目会迅速的增加，而AHBP-LTA出现第一节点失效比AHBP至少要延迟一个时间单位，延迟的时间随着节点密度的增加有所增加，到失效节点数目到一定程度以后(50％左右)，AHBP-LTA的性能不如AHBP，但是当失效节点的比例达到50％时这个网络已经是不可用的，因此可以得出结论，AHBP-LTA相比于AHBP在优化网络生命周期这一技术问题上性能的确有提高。

Claims

1.一种自组织网络中的广播协议，包括2跳邻居节点信息维护、节点数据包处理和BRG集合的选择三个部分；其特征在于，BRG的选择步骤如下：

(a)在邻居节点中，选择唯一的与两跳节点相连的一跳节点作为转发节点；

(b)在一跳节点中，选择优先级比较高的节点，这个优先级的选择由剩余能量和节点度数来决定，当节点剩余能量在原先能量的50％以上的时候，优先级＝节点度数×N，10＜＝N＝＜100)，剩余能量在原先能量的50％以下10％以上的时候，优先级＝节点度数×M，2＜＝M＜N，剩余能量在10％以下，优先级＝节点度数；

(c)通过优先级选择方式选取转发节点，直到将所有两跳范围内的节点全部覆盖为止。