信息通信专业资料 Multipath Minimum Energy Routing in Ad Hoc Network

1、文章一Multipath Minimum Energy Routing in Ad Hoc NetworkAd Hoc网络如何达到节能目的是一个重要问题，本文在网络层设计了一种多信道最小能量路由算法（MultipathMinimum Energy Routing mechanism，简称MMER）。将Ad Hoc网络看成是一系列的节点和链路，链路由一个能量代价函数相联系。我们研究如何利用多信道分流流量来使链路的能量代价总合最小。假设Ad Hoc网络有N个节点和L条链路组成。网络中有W对源-目标节点对，记为：1,2,W。每一对w=(s,d)，Pw为该对的通道集合，rw为源到目的节点的数据包传送速

2、率，Xwp为Pw中一条信道p的传送速率，有链路Lij上的传送速率是所有使用这一信道的源-目的节点对在上面传送速率总合：每条链路都有个能连代价函数，表示从节点i到j的数据流量导致的能量损耗，它包括了发送能量、接受能量和数据链路层控制能量。总的能量损耗为我们的目标是依赖于MAC层协议，不同的MAC层协议会由于不同的控制报文和转发机制导致不同的能量损耗。例如在802.11网络中，RTS、CTS、ACK报文会消耗相当一部分能量。我们主要研究基于802.11的网络之中的能量损耗。下面介绍802.11的能量损耗模型，尤其要提到分布式协调函数（Distributed Coordination Functio

3、n，简称DCF）。基于DCF有两种访问方法：一种叫基本访问方法，另一种叫RTS/CTS访问方法。基本访问方法只有数据帧和ACK帧，会产生“隐藏终端问题”，为此我们用RTS/CTS访问方法。这种方法在传输庞大数据帧前优先使用小的RTS、CTS帧。RTS/CTS访问方法首先由发送方监听信道，如果信道空闲，就发送RTS报文，否则就触发滞后计时器等到信道空闲。接收方在收到RTS后发送CTS，发送方在收到CTS后立刻传输数据帧。如果在一段时间内没有收到CTS，发送方会重发RTS。收到数据帧后，接收方会回复ACK帧，如果发送方没有收到ACK帧，会重复执行以上步骤。有两种原因导致报文丢失。一种是信道错误从而

4、影响所有报文，另一种是报文之间发生碰撞。RTS的顺利传输能保证后续的CTS、数据帧、ACK都顺利传输。具体过程如Fig.1所示状态S0表示发送方发送RTS，Prc表示RTS碰撞的概率，S1表示没有发生RTS碰撞，Pre表示导致信道错误的RTS错误概率，S2表示接收方顺利接收到RTS并发送CTS，Pce表示CTS错误概率，S3表示发送方顺利接收CTS并发送数据帧，Pde是数据帧错误概率，S4表示接收方顺利接收数据帧并发送ACK，Pae表示ACK错误概率，S5表示发送方顺利接收到ACK。在下面的分析中，我们将RTS、CTS、DATA、ACK包含物理层帧头的帧大小称为Nr、Nc、Nd、Na，设发送1

5、bit的能量损耗为Et，接收1bit的能量损耗为Er。发送一个报文的能量和的均值为接收一个报文的能量和的均值为一个报文传输的总的能量就是设比特错误率（BER）为p0，则一个N bit的报文错误概率为BER可以通过网络的SNR很容易得到，从而很容易得到RTS、CTS、DATA、ACK的错误概率。对于Prc，当若干冲突通信报文在RTS+DATA时间段到达节点j，会发生碰撞。N个这样的报文到达的概率是没有一个到达的概率是所以因此从节点i到节点j传输一个报文的总能量损耗是链路能量代价函数为下面是具体的MMER流量分配算法。是连续的凸函数，有可以证明对于所有节点对w和所有信道当且仅当相等并且最小时，速率

6、向量x是最佳的。解决问题的一种标准技术是梯度投射算法。向量x在梯度相反的地方被迭代修正，以适应最佳化的问题。迭代修正公式为是一个正向尺寸，向量向可用空间的投射。这种修正直到所有正向传输信道流量相等且最小。这种算法的一个特征是流量分配只需由一对接点来决定而不需要考虑其他节点。其中，为了实现迭代，我们计算考虑Fig.2中的信道p，每个节点发送Xwp给下一跳节点。设定其中表示除了Xwp外的冲突通信流量，最后两条链路不会影响Xwp的自冲突。因为，有将（23）、（24）代入（21），可以得到下面是实验部分。固定模式的仿真实验，如图Fig.3所示仿真持续80s，在10s一个速率为160kbps的CBR连接

7、从节点0到1，均匀的从(0,2,4,1)和(0,3,5,1)通过，在20s时一个80kbps的CBR从节点6到节点2，导致0-2和2-6信道的互相干扰，从而在节点2处有许多碰撞发生，0-2和2-6信道的能量损耗增加，必须将一些流量转移到链路(0,3,5,1)上。Fig.4显示了在节点0处的调整情况。调整在34s时完成，传输变得稳定。移动情况下的仿真试验。假设存在30个可移动的节点，分布在1000m*1000m的空间，设定节点最快移动速度为2m/s，仿真结果从30次实验的均值得到，每次运行超过500s。我们得到Fig.5。文章二AN ENERGY AWARE ROUTING ALGORITHM

8、FOR AD HOC AND SENSORNETWORKS: CONCEPT AND PERFORMANCEAna M. Bernardos, Paula Tarrío and José R. CasarETSI Telecomunicación, Universidad Politécnica de MadridCiudad Universitaria, 28040Madrid, Spain.abernardosgrpss.ssr.upm.es这里讨论了一种区域路由通信方案，用于Ad Hoc传感器网络，可以使得节点的能量损耗均值最优化，该算法基于以下事

9、实：每个节点有一个两跳范围的临近节点列表，两个触发式目标引导一个简单地分布式推理机制。由于在网络中最耗能量的是节点传送数据时的能量消耗，因此必须使得节点发送或接收的状态时间最少。这种算法使用TDMA通信机制。首先设想一个网络，给定它的拓扑结构。有以下假设：每个节点可以唯一确定，并且可以和临近节点建立直接连接的链路；在一个给定的节点对中，每个节点可以是源节点、目的节点或者是中间节点；没有中心控制机制或者关于网络结构以及其他节点位置的先验信息；存在一个发现邻居节点的阶段，在该阶段中，邻居节点允许一个时隙的通信，该过程是分布式的；在发现阶段之后，每个节点只能在T个时隙之后才能与邻居节点通信，从而保持

10、每个节点尽可能处于空闲状态中，这样每个节点只在T时间的一小步份时间内进行传送，如图Fig1所示的例子。W、Y、Z是节点X的邻居节点；所有传感器是理想的同步的；有些节点是可移动的，因此任何路由都可能会改变，这意味着当某节点药通信时必须进行路由发现，后面会假设报文随着路由发现过程发送。我们并不是试图寻找最佳的路由，而是在可能的路由中寻找次佳的路由，保证该路由在最少的时间里可以进行更多的多跳通信。下面是算法的描述：这个算法考虑了多方面的因素制约，包括邻居节点和邻居的邻居节点。当一个节点要发送数据，首先查找自己的联系表，如果没有找到，让自己的路由器进行路由发现，算法分为两个阶段。1） 初始化阶段。邻居

11、发现过程：每个节点在一个时隙内寻找自己的邻居节点。也可能交换一些例如电池能量等级之类的信息。例如Fig2所示，A的邻居节点是B、C、D。路由表修订过程：每个节点广播自己的一跳联系表，该过程结束时，每个节点拥有一个两跳范围节点的联系表。可以参看Fig3。2） 路由阶段。在这个阶段算法必须在源节点确定两件事：决定发送数据的邻居节点路由器群和最佳的两跳路由到达可能的节点。接下去的过程分为三个步骤：a) 除去冗余，对可能的路由器进行评估。首先查询节点搜索自己的存储器检查是否曾发送过相同的数据，以避免重复的传送。如果没有发过，他会遵循某些原则向自己的联系表中的节点的某些节点发送数据。如果目的节点在表中，丢弃其他的节点；否则，会丢弃以下可能的节点：数据曾经到过的节点、邻居节点、当前节点知道曾经查询过的节点、当前节点的假设链路上节点的邻居节点。b) 对可能的路径进行评估。选定以下可能的路径：到达可能节点或目的节点最小时延的路径；如果可以从假设链路到达可能节点或者目的节点，当前节点通过比较得出最佳路径。c) 发送数据给可能节点或目的节点。最后是仿真实验和性