一种绿色路由单步选择方法

摘要

本发明涉及一种绿色路由单步选择方法，属于计算机网络领域。其操作步骤为：①获取节点vi的协作节点集合H(vi)；②获取协作节点集合H(vi)中所有节点的当前寿命；③从协作节点集合H(vi)中依次选取1个或2个寿命最大的节点作为中继节点vj，进行数据传输；④计算协作节点集合H(vi)中各节点的剩余能量；⑤在步骤④操作的基础上，将步骤③指定的下一跳节点作为源节点，回到步骤一，开始下一轮的路由选择及数据传输，直到数据传输到目的节点。本发明提供的方法，与已有的路由选择算法相比，具有以下优点：①避免了网络中单一节点因频繁参与协作路由而耗尽能量；②提升了网络整体的生存时间。

主权项

1.一种绿色路由单步选择方法，用于从无线网络中的源节点v_i向其下一跳节点v_j发送数据时的路由单步选择，其特征在于：其操作过程为：步骤一、获取节点v_i的协作节点集合H(v_i)；其操作步骤包括第1.1步至第1.7步；具体为：第1.1步：令协作节点集合H(v_i)初始状态为空集；用N(v_i)表示节点v_i的所有一跳邻居(v_i,v_i+1)节点集合，用v_k表示集合N(v_i)中的元素，即v_k∈N(v_i)；集合N(v_i)由第1.2步计算得到；第1.2步：获取集合N(v_i)：令N(v_i)初始状态下包含除节点v_i外的所有节点；依次考察N(v_i)中的每一个节点v_k，如果节点v_i与节点v_k之间的距离d(v_i,v_k)＞D(v_i)或d(v_k,v_j)＞D(v_k)，则将节点v_k从集合N(v_i)删除；否则，将节点v_k保留；其中，为节点间最大直接通信距离，P_max(v_i)为每个节点的最大发射功率，α为传输路径损耗指数，一般取2~4；τ为v_i与v_k之间成功通信时所需的最低信噪比S表示信号功率，N表示噪声功率；第1.3步：对经过第1.2步的操作后剩余的节点按照与节点v_i的距离d(v_i,v_k)从小到大对节点v_k重新排序，并从前至后依次编码为V₁,V₂,...V_m，即距离v_i最远的点为V_m，m为经过第1.2步的操作后集合N(v_i)的大小；第1.4步：按照公式（1）依次计算从节点v_i到节点V_p传输数据所需要的能量，用符号P(v_i,V_p)表示，并找到其最大值1≤p≤m；P(v_i,V_p)=(d(v_i,V_p))^α·τ                                      （1）其中，参数α、τ意义同第1.2步；第1.5步：按照公式（2）更新各节点能量；$\left\{\begin{array}{c}{E}_{t+1}\left(v_i\right)=E_t\left(v_i\right)-P(v_i,V_p)\\ E_{t+1}\left(V_p\right)=E_t\left(V_p\right)\end{array}\right.---\left(2\right)$其中，E_t(v_i)表示节点v_i的当前能量，其初始值由人为给定；E_t+1(v_i)表示节点v_i的剩余能量，E_t(V_p)表示节点V_p的当前能量，E_t+1(V_p)表示节点V_p的剩余能量；第1.6步：按照剩余能量大小降序排列集合N(v_i)中的各节点，并从前至后依次编码为V₁′,V₂′,...V_m′；从节点集合{V₁′,V₂′,...V_m′}中依次选择k＝1,2,3，...个节点进行协作通信，直至k个节点的能量满足公式（3）；$\underset{q=1}{\overset{k}{\Sigma }}{E}_{t+1}\left(V_q^{\prime }\right)·{\left(d(V_q^{\prime },v_p)\right)}^{-\alpha }\ge \tau ---\left(3\right)$第1.7步：令E_s为各协作节点能量之和，如公式（4）所示：$E_s=\frac{\underset{q=1}{\overset{k}{\Sigma }}{E}_{t+1}\left(v_q^{\prime }\right)·{\left(d(v_q^{\prime },v_p)\right)}^{-\alpha }-\tau }{\underset{q=1}{\overset{k}{\Sigma }}{\left(d(v_q^{\prime },v_p)\right)}^{-\alpha }},---\left(4\right)$若E_t+1-E_s+P_max(v_i)＜(d(v_i,v_p))^α·τ，则{V′₁,V′₂,...V′_k}为协作通信节点集合H(v_i)；否则，采用直接传输方式通信，协作通信节点集合为{v_i}；步骤二、获取协作节点集合H(v_i)中所有节点的当前寿命；在步骤一操作的基础上，获取协作节点集合H(v_i)中所有节点的当前寿命，其操作步骤包括第2.1步至第2.4步；具体为：第2.1步：协作节点集合H(v_i)中各节点V_p在初始时刻的能量为步骤O中给定的初始能量值，用符号E₀(V_p)表示；第2.2步：在n个节点构成的网络中，可形成n(n-1)条不同的通信路径；经过节点v_i及其协作节点之间链路传输数据的总路径数用φ_i表示，φ_i通过公式（5）计算得到；${\phi }_i=\underset{p=1}{\overset{\left|H\left(v_i\right)\right|}{\Sigma }}{\beta }_{\mathrm{ip}}---\left(5\right)$其中，β_ip表示包含节点v_i和其协作节点集合H(v_i)中第p个节点的路径数；第2.3步：通过公式（6）计算协作节点集合H(v_i)中各节点的一次传输数据所需的平均能量，用符号E_p(V_p)表示；$E_p\left(V_p\right)=\underset{{\phi }_{\mathrm{ik}}}{\Sigma }P(v_i,V_p)·{\beta }_{\mathrm{ik}}/n(n-1)---\left(6\right)$第2.4步：计算协作节点集合H(v_i)中各节点的当前寿命L_t(V_p)，如公式（7）所示；$L_t\left(V_p\right)=\frac{E_t\left(V_p\right)}{E_p\left(V_p\right)}---\left(7\right)$步骤三、在步骤二操作的基础上，从协作节点集合H(v_i)中依次选取1个或2个寿命最大的节点作为中继节点，用v_j表示，进行数据传输；步骤四、在步骤三操作的基础上，计算协作节点集合H(v_i)中各节点的剩余能量，其操作步骤包括第4.1步至第4.4步；具体为：第4.1步：通过公式（8）计算协作节点集合H(v_i)中各节点V_p的剩余能量，用符号E_t+1(V_p)表示；$\left\{\begin{array}{cc}{E}_{t+1}\left(V_p\right)=E_t\left(V_p\right)-P_{\max }(v_i,V_p),& V_p\in H\left(v_i\right)\\ E_{t+1}\left(V_p\right)=E_t\left(V_p\right),& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.---\left(8\right)$第4.2步：对节点V_p进行以下处理：如果E_t+1(V_p)≤0，将该节点V_p从协作节点集合H(v_i)中删除；否则，保留该节点；步骤五、在步骤四操作的基础上，将步骤三指定的下一跳节点作为源节点，回到步骤一，开始下一轮的路由选择及数据传输，直到数据传输到目的节点。