移动Ad Hoc网络中基于节点成功广播率和能量均衡的广播方法技术

本发明专利技术公开了一种移动Ad Hoc网络中基于节点成功广播率和能量均衡的广播方法，本发明专利技术根据节点的成功广播率和剩余能量来决定广播转发概率。节点的成功广播率越高，说明节点转发广播分组的可靠性越高，因此给这样的节点赋予较高的转发概率，能减少碰撞，提高可靠性，并能抑制广播风暴。同时本发明专利技术中，若节点的剩余能量越多，则节点的转发概率越大，将剩余能量作为决定转发概率的因素，能均衡网络节点能量消耗，延长网络生存时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线通信
，具体涉及一种能够有效抑制广播风暴、提高广播的可靠性、均衡网络中节点的能量、具有较高的到达率和较低时延的移动Ad Hoc网络中基于节点成功广播率和能量均衡的广播方法。
技术介绍
移动Ad Hoc网络是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的多跳的临时性自治系统，又称移动多跳网络、移动自组织网络。网络中节点兼具路由和报文转发功能，且地位平等可任意移动，无需设置中心控制节点。当通信的源节点和目的节点不在彼此的通信范围内时，报文需经过多跳才能到达目的地完成通信。由于移动Ad Hoc网络自身的特性，故与传统网络(如，蜂窝移动通信系统、无线局域网等)中的广播相比，移动Ad Hoc网络更易发生广播风暴及信息碰撞问题。在网络中，当节点进行广播发送分组时，若不采取抑制广播风暴的措施，节点将第一次收到的广播分组都广播出去，可能会在邻节点处发生碰撞，导致邻节点无法接收到信息，影响广播发送或者转发的成功率，即节点的成功广播率，也就是广播的可靠性。而对于各种典型的广播风暴抑制方法和不可靠方法，如基于概率方法、基于邻居信息方法、基于洪泛的可靠广播方法、基于最小生成树方法等，有些方法太复杂，难以得到实际应用，或者是到达率不够高，也就意味着可靠性不够高。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是为了克服移动Ad Hoc网络中现有广播技术可靠性差的不足，提供一种能够有效抑制广播风暴、提高广播可靠性、均衡网络中节点的能量消耗的移动Ad Hoc网络中基于节点成功广播率和能量均衡的广播方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种移动Ad Hoc网络中基于节点成功广播率和能量均衡的广播方法，包括如下步骤：(1-1)源节点发送广播分组将移动Ad Hoc网络中任一节点i作为产生广播分组的源节点，源节点i首先向节点的无线覆盖范围内的所有邻节点发送广播分组，然后节点i更新剩余能量Ei、已发广播分组数Mi，并采用出错重发的机制，等待广播分组传输完毕后，节点i计算并更新其节点成功广播率Ri；(1-2)节点h收到来自邻节点k发送的广播分组时，按以下步骤工作：(1-2-1)节点h首先判断该分组是否发生错误，若发生了错误，则直接丢弃该分组，更新剩余能量；(1-2-2)否则，根据分组中的源节点地址和序列号判断是否第一次收到该广播分组；若不是第一次收到该分组，且有该分组已广播的记录，但没有该分组已成功广播的记录，则在节点已成功广播分组的表格中记录下该分组的源节点地址和分组序列号，并将节点h记录的 已成功广播分组数Sh增加1，丢弃该分组，更新剩余能量；(1-2-3)若不是第一次收到该分组，且有该分组已广播的记录，也有该分组已成功广播的记录，则直接丢弃该分组，更新剩余能量；(1-2-4)若不是第一次收到该分组，且无该分组已广播的记录，直接丢弃该分组，更新剩余能量；(1-2-5)若节点h是第一次接收该分组，则在当前节点中保存该分组的源节点地址和分组序列号；并计算节点转发概率，节点h以Ph的概率来转发这个广播分组，等待广播分组传输完毕后，节点h计算并更新其节点成功广播率Rh；(1-3)网络中所有节点反复交替执行步骤(1-1)至(1-2)，直至所有节点停止广播该广播分组。在移动Ad Hoc网络中，要想实现可靠广播，必须同时解决信息冗余带来的广播风暴问题，以及碰撞带来的不可靠广播问题，同时节点的剩余能量均衡对于网络寿命至关重要。本专利技术根据节点的成功广播率和剩余能量来决定广播转发概率，节点的成功广播率越高，说明节点转发出广播分组的可靠性越高，能减少碰撞，提高可靠性，并能抑制广播风暴，同时由于将剩余能量作为决定转发概率的因素，能均衡网络节点能量消耗，提高网络寿命。作为优选，步骤(1-1)包括如下步骤：设定Mi为节点i发出广播分组的总数，Si为节点i发出的广播分组被邻节点成功转发的总数，Mi和Si的初始值均为0；(2-1)节点i发送广播分组后，则保存该分组，更新节点剩余能 量Ei，将节点i发出广播分组总数Mi增加1；(2-2)若Si＝0时，则设置成功广播率Ri＝A；否则保持不变；(2-3)节点i预设一个广播应答时间Tack，当节点i将广播分组发送后的Tack时间内收到了来自邻节点转发的相同的广播分组，则节点i认为该广播分组发送成功且已被其邻节点正确接收，使Si增加1；Tack计时到，节点i仍然没有收到来自邻节点转发的相同的广播分组，则节点i重新按步骤(2-1)、(2-2)、(2-3)发送该广播分组，第二次发送完毕后不再设置应答时间Tack，也不再等待邻节点转发相同的广播分组，同时将缓存中的分组去掉。作为优选，所述计算节点转发概率包括如下步骤：首先，利用公式计算节点权重函数值Uh，其中，Eh为节点h的剩余能量；Rh为节点h的成功广播率，且0≤Rh≤1；α为加权系数；然后，节点h利用权重函数和节点转发概率的关系式确定节点转发概率Ph，Ph最大值为1。作为优选，所述节点i更新剩余能量Ei包括以下步骤：假设节点i初始能量为Ei＝Emax；若节点i发送一个广播分组，所消耗的能量为Esc＝PsTp，则使Ei减少Esc；若节点i接收一个广播分组，所消耗的能量为Ere＝PrTp，则使Ei减少Ere；其中，Emax为节点i的初始能量值；Ps为发射机的发射功率；Pr为接收机的接收功率；Tp为发送或接收一个广播分组所需时间。作为优选，计算节点成功广播率包括以下步骤：节点i利用公式计算节点成功广播率Ri；Ri的初始值为A，0＜A＜1。作为优选，节点h以Ph的概率来转发广播分组包括如下步骤：首先产生一个位于[0，1]之间的随机数RNh；若RNh＞Ph，节点h直接丢弃该广播分组，更新剩余能量；否则，节点h随机延迟一段时间，然后再转发广播分组。为了避免几个节点同时发出去的广播分组在同一个邻节点处发生碰撞，提高了广播可靠性。本专利技术为了减少广播时延，选择的推迟时间只有0，τ，2τ和3τ；其中τ设定为处理并发送一个广播分组所需时间，节点h在这四个时间中随机地选取一个作为转发时延。等待延迟时间到，节点立即发送该广播分组，更新当前节点剩余能量Eh和已发出的广播分组数Mh。作为优选，网络中的节点全部采用全向天线的模式；网络中的各个节点均处于同一平面上，且各节点地位平等；网络中的各个节点采用分布式的结构；网络中的各个节点均在彼此的通信范围内时，各个节点均采用双向通信链路；网络中的各个节点的发射功率均相同，发射消息所覆盖的范围是半径为R的圆。作为优选，所述广播分组包括源节点IP地址、广播分组的序列 号、发送节点的IP地址和数据区。本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术具有较高的到达率。网络中的中继节点接收广播分组后，根据自身以往的成功广播率和当前的剩余能量确定转发概率，使得成功广播率高的节点和剩余能量较多的节点获得较高的转发概率，这样可以尽量提高广播成功率，减少广播信息冗余，减少碰撞，提高到达率。同时，本专利技术中，源节点发送广播分组后，设置超时重传机制，只要收到一次下一跳中继节点转发的广播分组，表示发送成功，停止超时重传计时器。这样既避免了形成广播应答风暴，又在很大程度上弥补了源节点第一轮发送就丢包所导致的无法广播的问题，进一步提高了广播到达率。另外，本专利技术中采用了分时转发机制，减少了信息碰撞本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种移动Ad Hoc网络中基于节点成功广播率和能量均衡的广播方法，其特征是，包括如下步骤：(1‑1)源节点发送广播分组将移动Ad Hoc网络中任一节点i作为产生广播分组的源节点，源节点i首先向节点的无线覆盖范围内的所有邻节点发送广播分组，然后节点i更新剩余能量Ei、已发广播分组数Mi，并采用出错重发的机制，等待广播分组传输完毕后，节点i计算并更新其节点成功广播率Ri；(1‑2)节点h收到来自邻节点k发送的广播分组时，按以下步骤工作：(1‑2‑1)节点h首先判断该分组是否发生错误，若发生了错误，则直接丢弃该分组，更新剩余能量；(1‑2‑2)否则，根据分组中的源节点地址和序列号判断是否第一次收到该广播分组；若不是第一次收到该分组，且有该分组已广播的记录，但没有该分组已成功广播的记录，则在节点已成功广播分组的表格中记录下该分组的源节点地址和分组序列号，并将节点h记录的已成功广播分组数Sh增加1，丢弃该分组，更新剩余能量；(1‑2‑3)若不是第一次收到该分组，且有该分组已广播的记录，也有该分组已成功广播的记录，则直接丢弃该分组，更新剩余能量；(1‑2‑4)若不是第一次收到该分组，且无该分组已广播的记录，直接丢弃该分组，更新剩余能量；(1‑2‑5)若节点h是第一次接收该分组，则在当前节点中保存该分组的源节点地址和分组序列号；并计算节点转发概率，节点h以Ph的概率来转发这个广播分组，等待广播分组传输完毕后，节点h计算并更新其节点成功广播率Rh；(1‑3)网络中所有节点反复交替执行步骤(1‑1)至(1‑2)，直至所有节点停止广播该广播分组。...

【技术特征摘要】
1.一种移动Ad Hoc网络中基于节点成功广播率和能量均衡的广播方法，其特征是，包括如下步骤：(1-1)源节点发送广播分组将移动Ad Hoc网络中任一节点i作为产生广播分组的源节点，源节点i首先向节点的无线覆盖范围内的所有邻节点发送广播分组，然后节点i更新剩余能量Ei、已发广播分组数Mi，并采用出错重发的机制，等待广播分组传输完毕后，节点i计算并更新其节点成功广播率Ri；(1-2)节点h收到来自邻节点k发送的广播分组时，按以下步骤工作：(1-2-1)节点h首先判断该分组是否发生错误，若发生了错误，则直接丢弃该分组，更新剩余能量；(1-2-2)否则，根据分组中的源节点地址和序列号判断是否第一次收到该广播分组；若不是第一次收到该分组，且有该分组已广播的记录，但没有该分组已成功广播的记录，则在节点已成功广播分组的表格中记录下该分组的源节点地址和分组序列号，并将节点h记录的已成功广播分组数Sh增加1，丢弃该分组，更新剩余能量；(1-2-3)若不是第一次收到该分组，且有该分组已广播的记录，也有该分组已成功广播的记录，则直接丢弃该分组，更新剩余能量；(1-2-4)若不是第一次收到该分组，且无该分组已广播的记录，直接丢弃该分组，更新剩余能量；(1-2-5)若节点h是第一次接收该分组，则在当前节点中保存该
\t分组的源节点地址和分组序列号；并计算节点转发概率，节点h以Ph的概率来转发这个广播分组，等待广播分组传输完毕后，节点h计算并更新其节点成功广播率Rh；(1-3)网络中所有节点反复交替执行步骤(1-1)至(1-2)，直至所有节点停止广播该广播分组。2.根据权利要求1所述的移动Ad Hoc网络中基于节点成功广播率和能量均衡的广播方法，其特征是，步骤(1-1)包括如下步骤：设定Mi为节点i发出广播分组的总数，Si为节点i发出的广播分组被邻节点成功转发的总数，Mi和Si的初始值均为0；(2-1)节点i发送广播分组后，则保存该分组，更新节点剩余能量Ei，将节点i发出广播分组总数Mi增加1；(2-2)若Si＝0时，则设置成功广播率Ri＝A；否则保持不变；(2-3)节点i预设一个广播应答时间Tack，当节点i将广播分组发送后的Tack时间内收到了来自邻节点转发的相同的广播分组，则节点i认为该广播分组发送成功且已被其邻节点正确接收，使Si增加1；Tack计时到，节点i仍然没有收到来自邻节点转发的相...

【专利技术属性】
技术研发人员：余燕平，王鹭，刘克艳，俞艳，严正卿，李龙，雷金英，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33