基于距离能量感知的AOMDV协议研究

(杭州电子科技大学计算机学院，浙江 杭州310018)

0 引 言

近几年来，在Ad Hoc 按需多路径距离向量路由(Ad hoc On-demand Multipath Distance Vector Routing，AOMDV)协议的基础上，通过综合考虑节点的剩余能量和距离感知技术，新设计出大量的路由协议。Qos-AOMDV 主要是依据提高节点能量利用率算法设计出来的[1]。S_EAOMDV算法是根据对原有的AOMDV协议进行分析基础上提出来的[2]。根据节点的剩余能量对链路稳定度的影响，文献[3]设计出了E-AOMDV协议。文献[4]通过引入蚁群优化机制，提出了一种基于预测模式的能量感知数据路由协议。文献[5]通过定时地往路径中发送前向蚂蚁，通过感知路径上剩余能量的大小来进行数据的转发。文献[6]提出了一种基于微控制的实时性的算法。以上提到的协议，都没有从根本上对AOMDV的转发过程做出对应的修改，仅仅只是改变了选择转发路径的条件或者仅仅通过某种感知方法进行随机的发送数据[7-8]。因此本文提出一种新的路由协议(Distance and Energy Perception of AOMDV，DEP-AOMDV)，该协议综合考虑了节点的剩余能量和时延这两个因素。

1 基于AOMDV 改进的能量感知多路径路由协议

AOMDV协议选择最少的跳步数的那条路径来转发数据。但是根据研究结果表明，拥塞少的路径相比跳步数少的路径而言，具有更短的端到端时延。为了尽可能地保持目标连通性，能耗是WSN 路由协议设计中一个至关重要的因素。考虑到此原因，本设计的协议在选择最优路径过程中将会把剩余能量和时延这两个参数作为主要的参考标准。协议主要是针对节点能源的有限性和节点间频繁的中断这些问题而设计的一种多路径路由协议。

1.1 DEP-AOMDV协议报文改进设计

DEP-AOMDV协议在报文设计上有所改动。在原有的RREQ(Router Request)报文的基础上，新添加了两个字段:received time(Tr)和transmission delay(Delay)。Tr 字段表明收到RREQ 报文的时间，Delay表明本节点和上一个节点收到RREQ 包的时延。在原有的RREP(Router Reply)报文的基础上，新添加了一个字段:remaining_energy(Er)，用来标识每个节点的剩余能量。其中修改后RREQ数据包字段格式如下:

RREP 在协议中实际报文结构代码为:

1.2 DEP-AOMDV协议RRER 包预测域判断公式

链路的稳定性与链路中节点间之间的距离与节点间相互剩余的能量有着很大的关系。rpreemptive标识为节点之间可以相互通信的最大范围，Tthreshold则标识为需要做出预测的时间阈值，计算公式为:

在数据传输过程中，当节点发现自己距离能量预测值Tcurrent≤Tthreshold时，将发送RRER(Router Error)包给源节点，预测域pre_value为1。表示该链路即将断裂，其中当前距离能量预测值Tcurrent计算公式为:

1.3 DEP-AOMDV协议RREQ 包处理过程

当中间节点N1收到来自源节点的RREQ 报文，N1会将此时的时间记录到Tr 字段中保存下来，然后将RREQ 报文转发给邻居节点。邻居节点N2收到RREQ时，N2根据此时的时间和RREQ 报文中所记录上个节点(N1)的时间计算出RREQ 报文从N1转发到N2的时间间隔，计算公式为:

时延包括队列时延和传播时延两个部分。中间节点自己会定义一个时延门阈值，如果时延超过这个阈值就表明节点之间不可达，并且该节点不能转发RREQ 报文;否则的话，节点首先将自己收到RREQ 报文的时间记录到Tr 字段中，并且计算出时延值记录到Delay 字段中，并将该RREQ 报文转发出去。计算公式为:

2 实验结果

2.1 仿真环境

实验采用网络模拟器NS2 来模拟验证改进后的路由协议的性能。仿真环境在一个800 m×800 m的平面拓扑中随机形成的传感器网络。节点的传输范围为50 m，节点的初始能量为2J，发送能耗为0.7 W，接受能耗为0.4 W，MAC层采用IEEE802.11 协议，节点队列长度为50个最大包长。

2.2 仿真结果

实验是在NS2仿真平台上完成的。分组投递率与节点最大移动速度关系如图1所示，反映了平均分组投递率这一性能指标，DEP-AOMDV 由于综合考虑的节点能量和跳步数，其投递率在不同的移动速度情况下都比AODV和AOMDV的要高。端到端平均时延与最大移动速度的关系如图2所示，DEPAOMDV 在时延方面都小于AODV和AOMDV。随着节点的运动速度的逐渐增大时，链路的不稳定性变高，引起丢包率提高。平均能量消耗与节点最大移动速度关系如图3所示，反映了路由开销这一性能指标，随着节点移动速度的不断变大，DEP-AOMDV协议的能量消耗都低于AODV和AOMDV，比AOMDV协议效率提高了约5% 10%，比AODV协议效率提高了约12% 17%，并且其递增趋势都明显小于另外两个协议。

图1 分组投递率与节点最大移动速度关系

图2 端到端平均时延与最大速度关系

图3 平均能量消耗与节点最大移动速度关系

3 结束语

通过对原来的AOMDV协议进行分析，本文设计和实现了一种新的路由协议DEP-AOMDV协议，主要综合考虑了节点的路径和时延这两个影响因素。最后通过在NS2 上进行仿真实验，并对得到的实验数据进行分析。从实验数据上来看，在各个性能指标性能上DEP-AOMDV协议都优越于AOMDV和AODV协议。

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