MANET网络中一种节约能量的负载平衡路由新增

【文章导读】MA N E T网络 中一种节约能量的负载平衡路 由 余雄伟黄传河周浩张媛媛罗瑛 ( 武 汉 大学计 算机 学 院 ， 武 汉 4 3 0 0 7 9 ) E - ma i l ： y u x w1 9 7 9 1 6 3 c o rn 摘 要 节 约 能 量

MA N E T网络 中一种节约能量的负载平衡路 由 余雄伟黄传河周浩张媛媛罗瑛 ( 武 汉 大学计 算机 学 院 ， 武 汉 4 3 0 0 7 9 ) E - ma i l ： y u x w1 9 7 9 1 6 3 c o rn 摘 要 节 约 能 量 的 负裁 平 衡 路 由( P E L BR) 协 议 是 针 对 无 线 Ad h o c网络 提 出 的 一 种路 由 协 议 。P EL B R 定 义 了一 种 称 为节点活动度的标准， 节点活动度定义 了节点的通信 负载 。 在 P E L B R中， 路由发现 过程 中 目标 节点从候选路径 中寻找 负 裁最 小。

1、 即路 径上 活动度之和最 小的路径 ； 而节点在传送数据 时适 当调 节能量 以保证 网络拓扑 结构 的连接 性 ， 同时节约 电池 能 量 从 而 延 长 节 点 的 工作 时 间 。 关 键 词 无 线 A d h o c网络 能 量调 节 负裁 平 衡 活 动 路 径 文章编号1 0 0 2 8 3 3 1 - ( 2 0 0 5 ) 2 7 0 1 4 1 0 3 文献标 识码 A 中图分类号 m9 3 A P o we r - Ef fi c i e n t Lo a d - Ba l a n c e d Ro u t i n g f 0 r W i r e l e s s Ad Ho c Ne t wo r ks Yu Xi o n g we i Hu a n g Ch u a n h e Zh o u Ha o Zh a n g Yu a n y u a n Lu o Yi n g ( S c h o o l o f Co mp u t e r S c i e n c e 。

2、 Wu h a n Un i v e r s i t y ， Wu h a n 4 3 0 0 7 9) Ab s t r a c t ：T h i s p a p e r p r o p o s e s a n o v e l r e a c t i v e P o we r - E ffic i e n t L o a d - B a l a n c e d Ro u ti n g ( P E L BR)p r o t o c o l f o r wi r e l e s s mo b i l e Ad h o e P EL B R d e f i n e s a me t r i c f o r rou t i n g k n o wn a s t h e d e g r e e o f n o d al a c t i v i ty t h a t d e fi n e s the c o mmu n i c a ti o n - l o a d o f a n o d e 。

3、 I n P EL BR ro u t e d i s c o v e r y t a k e s c h a r g e o f s e a r c h i n g rou t e s a n d t h e n s e l e c t i n g a rou t e t h a t h as t h e l e ast t r a ff i c l o a d a n d a c t i v i ty o f n ode s Wh e n t r ans mi t t i n g ， a n ode a d j u s t s i ts t r a n s m i s s i o n p o w e r t o k e e p the c o n n e c t i v i ty o f the n e t wo r k t o po l o g y and s a v e b a t t e ry powe r t o p r o l o n g t h e n od e s l i f e t i me 。

4、 Ke y w o r d s ：w i r e l e s s A d h o c n e two r k s ， p o w e r a d j u s t m e n t ， l o a d b a l a n c e ， a c t i v e p a t h 1 引言 无线 A d h o c网络没有固定网络设施 。完全由移动 主机 构 成。这 种网络的建立快捷 、 灵活 。 不受有线网络的约束 ， 可广 泛 用于灾难救助 、 偏 远地 区等无法得到有线 网络支持或某些 只是 临时需要通信但建立有线网络代价太大的环 境 具有广泛 的应 用 前景 。 A d h o c网络节点要 与其发射范围外的节点通信 。

5、必须借 助中间节点 的路 由转发 即 A d h o c网络 的节点一方 面可以是 通信的发起或接收者 、 同时 又需要充 当路 由器 、 负责发现 、 维 护 到其他节点的路 由并为其转发数据 。A d h o c网络 的特征可 概 括 如下 【 l J ( 1 ) 动态拓 扑 ： A d h o c网络 中节点的任意移 动 、 电池 耗尽 关机或损毁 、 节点间连接链路 由于信号干扰或传输条件变化 变 得不可用等都会造成网络拓扑的动态变化。 ( 2 ) 多跳通信 ： 受 A d h o c网络信号传输 范围小的 限制 ， 如 果 目标节点不在发起 节点的传输 范围之内则必须进 行多跳通 信。

6、 借助其他节点进行 中继转发 。 ( 3 ) 带宽受限 、 链路容量动态变 化 ： 无线链路的容量 比有线 容量低 ， 且多接人 、 多径衰落 、 信号干扰及噪声又使无线链路 的 容量随时间而动态变化 ， 链路的有效吞吐量 比空 中接 口的最 大 传输容量小得多 。 ( 4 ) 节点 能量受限 ： 移 动节点是依赖 电池正常 的操 作 ， 网络 中的节点要充当其他节点 的路 由器 ， 节点能量耗尽将会改变 网 络 拓扑 。 进 而改变 网络性 能及网络寿命 ， 因而实现节点 的低能 耗 非常重要 。 ( 5 ) 有限的安全性和服务质量 ： 由于 A d h o c网络缺乏 固定 的网络基础设施进 行用户鉴权 和认 证 。

7、因此其安 全性很难 保 证 。多跳 网络 、 动态拓扑及动态链路容量使 服务 质量的保证变 得 也很 困难 。目前大 多数 A d h o c网络都 只能提供 b e s t e ff o r t 服务 。 2相 关 背景 设计无线 A d h o e网络的一个重要的问题是如何设计有效 的路由协议 以保证两个节点间的高质量通信 。 目前 已经有很多 针对无线 A d h o e网络的协议 ， 这些协议基本上可 以分为两类 ： 表格驱 动( t a b l e d r i v e n ) 的和基于需求 ( o n d e m and ) 的。基于表 格驱动 的路 由协议口 中。

8、 每个节点都维护整 个网络最新的路 由 信息表 ， 即使用 路径之前 就已经计算好 。 这一类协议 ， 虽然到其 他所有节点 的路径都可 以直接从路 由表中获得 ， 但 是会面临信 号拥塞 和能量消耗 问题 。因为无线 A d h o c网络 中网络带宽和 移 动节点的 电池 能量 都是极其 有限的 。而基 于需 求的路 由协 议p 卅 克服 了这些 局限 ， 不是所有节点 都维护路 由信 息表 ， 而是 在 源节点需要发送数据时才建立路 由路径。从 目前来看 ， 无线 A d h o e网络中主要采用基于需 求的路由协议 。 在无线 A d h o e网络路 由协议 中最著名的是动态源路 由 ( D S R) t4 和按需式距离向量( A O D V) 协议翻 。

9、 D S R t4 J 在源节点需要 作者简介 ： 余雄 伟 ( 1 9 7 9 -) ， 男 ， 硕 士 ， 主要 研究方 向为计算 机网络。黄传河 ， 教授 ， 博 士生导师 ， 主要研究方 向为计算机 网络 、 分布并行处 理等 。 周浩 ， 张嫒嫒 ， 罗瑛 ， 硕士研究生。 计算机工程与应用 2 0 0 5 2 7 1 4 1 维普资讯 发送 数据的时候通过源 路 由发现机制 找到从源到 目标 节点 的 路径 。A O D V 四 中源节点只维 护它们需要 的路 由信息表 ， 当某条 路径失效 即 目标节点或某个中间节点不 可到达时 ， 源节点必 须 通过路 由发现机制重新找到到达相应 目标节点的路径 。

10、 同时更 新路 由表 在 D S R和 A O D V协议 中 当无 线 A d h o c网络 中节点的移 动减少时 从数据包 发送 率和和路 由开 销来看 。 网络 的通信 性 能会 提高 但数据包延时反而增 大19 1 ， 这是因为这些 协议 有在大 量路径中重复使用少数相 同节点的趋势 。 从 而导致 媒体接入控 制( MA C ) 层 的拥塞 。 少数 节点承受 负载过重 ， 结果 就是数 据包 延 时增大 。如果考虑到能量消耗 ， 这些节点 的电池 能量 消耗 将 非常大 ， 不仅使节点有效 工作时间缩短 ， 而且 影响 了整个 网络 拓扑结构 的连接性 。实际上 。

11、 现有 的协议 的一个 主要缺 点是在 路由建立 过程 中没有考虑负载平衡。 本文提 出了一种有效的路 由协议 采用 了负载平衡 的概念 ， 同时考虑节 点电池能量 的节 约 ， 即节约能量 的负 载平 衡路 由( P E L B R) 以减 少 网络 拥塞 、 平 衡网络负载并 降低端到端 ( e n d - t o e n d ) 延时 。 3系统 模型 与 问题定 义 对于给定的网络用无向图 G( ， E ) 来表示 。 其 中 为节点 集合 ， E为全部链路 的集合 。同时做如下定义 ： 活动路径 ： 从源节点 s向 目标节点 d发送数据包的路径 。 节点活动度 ： 表示通过节点 的活动路径数 。

12、 负载开销 ： 路径P 上所有节点的节点活动度之和， 即： =A I EI 那么 P E L B R的路 由发现过 程的 目标 就是对于给定的源节 点 s和 目标节点 d 。 s V， d V， s d ， 从 找到的候选路 径集合 P 中 ， 选择具有最小负载开销的路径 P， 使得 ： = mi n C A I k P l iEk 4 PELBR 4 1基本 思想 在 D S R和 A O D V协议 中 ， 当无线 A d h o c网络中节点的移 动减少时 ， 数据包延时反而增大19 1 ， 这是因为这些 协议有 在大量 路径 中重复使用少数相 同节点的趋势 。

13、 从 而导致媒 体接入控制 ( MA C ) 层 的拥 塞 ， 少数节 点承受负 载过 重 ， 结 果就是数据包 延 时增 大。因此 ， P E L B R的基本思想就是记 录每个节点的负载情 况 ， 在路 由选择时通过计算 候选路径上所有节 点的负载开销之 和 ， 从 中选择具有最小负载开销的路径 。 另一方 面 。 在数据发送 过程 中。 P E L B R通过运用发送 能量 调节机制 在保证 网络拓扑 连接性的前提下节约 了节点 电池能量 。 4 2 P E L B R的具体 描述 在 P E L B R协议 中每个节点需要维护 2张表 ： 路 由表 ， 相邻 节 点表 。

14、 ( 1 ) 路由表( R o u t i n g T a b l e ) ： 存储接收到的路 由应答 ( R R E P ) 信息 。每条记录 由目标节 点 I D、 路 由计时器和到 目标节点的路 径三个部分组成 。 ( 2 ) 相邻节点表 ( N e i g h b o r T abl e ) ： 存储本 节点所能 收听到 的节点 的信息 。每条 记录 由相邻节 点 I D和相邻 节点 计时 器 ( Ne i g h bor T i me r ) 组 成 。 l 4 2 2 0 0 5 2 7计算机工程与应用 并且还要维护 3个计时器 ： 路 由计时器 ， 邻接点计时器 。