基于能量感知和位置预测的olsr路由方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于移动自组织网络技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于能量感知和 位置预测的0LSR路由方法。
【背景技术】
[0002] 移动自组织网络（MANET)是一种用于连接移动设备的无线网络，网络中的设备都 可能独立的向任何方向自由移动，因此会频繁的改变与其他设备之间的连接。持续地为每 个设备保持建立正确路由所需的信息是MANET的主要挑战。相较于现有的一些有中心结构 网络来说，MANET具有更低的建设成本和更大的普及空间。
[0003]OLSR(OptimizedLinkStateRouting优化链路状态路由协议）是一种主要用于 MANET网络的路由协议。它对经典链路状态算法进行优化，使其符合MANET的要求。优化链 路状态路由协议（0LSR)的关键是使用了多点中继（MPR)技术，最小化洪范网络中的控制信 息。0LSR共有3种消息用于网络维护，分别是你好（HELLO)消息，拓扑控制（TC)消息和多 接口声明（MID)消息。
[0004] HELLO消息包含了发送节点所有邻居节点的地址和它们之间的链路状态，且不会 被任何节点转发，用于邻居发现和MPR计算。每个节点周期性发送HELLO消息，节点接收到 HELLO消息后，将HELLO发送者填充到链路集和1跳邻居集，将HELLO包含的节点地址和链 路状态保存到2跳邻居集。接下来节点从它的1跳对称邻居节点中选出部分节点作为MPR， 使该节点能通过这些MPR节点覆盖它的所有2跳邻居节点。节点通过HELLO消息获得1跳 和2跳节点的链路状态。
[0005]TC(TopologyControl)消息包含了消息序列号ANSN，发送者自身和它所有MPR选 择者的地址，只被转发者的MPR转发，用于洪范链路状态和计算路由。每个MPR节点周期性 发送TC消息，节点接收到TC消息后，将TC包含的地址和TC发送者地址填充到拓扑集。节 点可以获得它的所有两跳节点的链路状态。节点通过TC消息获得2跳以上节点的链路状 〇
[0006] MID (Multiple Interface Declaration)消息包含了主地址和其它参与OLSR的接 口地址，只被转发者的MPR转发，用于计算路由表。当某个物理节点包含多个参与0LSR的 接口时，它必须周期性发送MID消息。节点通过MID消息获得多接口信息。
[0007] 当0LSR节点接收到以上3种消息之一，并按照流程填充完相应的数据库后，使用 最短跳数优先的原则计算出整个网络的路由表。
[0008] 标准的0LSR路由协议在计算路由时，只通过路径跳数来选择路由，但是在实际环 境中，还存在其他的影响因素，例如节点距离、节点运动情况，需要对这些因素进行考虑，从 而提尚选择的路由质量。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于能量感知和位置预测的 OLSR路由方法，接收节点根据接收信号的能量得到发送接收的相对距离，进行位置预测，作 为路由选择的依据，从而提高分组到达率。
[0010] 为实现上述发明目的，本发明基于能量感知和位置预测的0LSR路由方法，包括以 下步骤：
[0011] S1 :接收节点存储最近三次从发送节点接收的HELLO消息的功率PH、Prt、Prt，以及 这三次HELLO消息的接收时刻ti、t2、t3, 12> 13;存储发送节点在时刻t挪12之间的 距离D12，设置D12的初始值为0 ;每当接收节点接收到来自发送节点的新的HELLO消息，则 采用步骤S2至S6的方法进行一次发送节点的位置预测；
[0012] S2 :计算发送节点在三个历史位置到接收节点的距离山，i= 1，2, 3 ;
[0013]S3 :根据三个历史位置信息进行位置预测，具体方法为：
[0014] 当k= (1^-1:2)/(1:2-1:3) = 1，根据以下公式求解得到发送节点在时刻1:3和12之间 的距离m:
[0015] 2m2 =d32+d12-2d22
[0016] 然后根据以下公式求解得到发送节点在预测位置与接收节点的距离dP1:
[0017]
[0018] 其中，j= ，tp表示对发送节点的预测时亥I」，n表示发送节点在时 刻1:2和t:之间的距离，n=m;
[0019] 当k= (1^-1:2)/(1:2-1:3)乒1，根据以下公式求解得到m:
[0020]
[0021] 如果m只有单一解，则m为此单一解，如果m有两个解，则令m等于更接近D12的那 一个解，然后根据以下公式求解得到dP1:
[0022]
[0023] 其中，j= (tp-tJ/Uft；；)，n=km;
[0024] S4 :更新D12=km;
[0025] S5 :根据两个历史位置信息进行位置预测，具体方法为根据以下公式求解得到发 送节点在预测位置与接收节点的距离dra:
[0026]
[0027] 其中，j= (tp-tJ/Uft；；)，n=km;
[0028] S6 :计算预测位置到接收节点的预测距离dP:
[0029]
[0030] S7 :在进行0LSR路由选择时，在跳数相同的情况下，选择预测距离dP最小的节点 作为路由的下一跳。
[0031] 本发明基于能量感知和位置预测的0LSR路由方法，首先计算得到发送节点在三 个历史位置到接收节点的距离，然后分别根据三个历史位置信息和两个历史位置信息计算 发送节点在预测位置与接收节点的预测距离，将两种方法得到的预测距离与发送节点最近 一次历史位置到接收节点的距离进行加权平均，得到最终的预测距离。在选择路由时，在跳 数相同的情况下，选择预测距离最小的节点作为路由的下一跳。本发明通过对发送节点与 接收节点的距离进行预测，将节点的运动因素引入路由选择，使得到的路由质量更好，从而 提尚系统的分组到达率。
【附图说明】
[0032] 图1是基于两个发送节点历史位置信息进行位置预测的示意图；
[0033] 图2是基于三个发送节点历史位置信息进行位置预测的示意图；
[0034] 图3是本发明基于能量感知和位置预测的0LSR路由方法的流程图；
[0035] 图4是本发明和传统0LSR路由方法的移动速度-分组到达率曲线图；
[0036] 图5是本发明和传统0LSR路由方法的移动速度-传输时延曲线图。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行描述，以便本领域的技术人员更好地 理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许 会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
[0038] 为了更好地说明本发明的技术方案，首先对本发明的原理与公式推导进行说明。
[0039] 移动预测首先需要知道节点若干个历史位置信息。在0LSR中节点之间会通过定 期交换ffiLLO消息来获取链路状态信息，因此本发明选择通过HELLO消息获取节点的历史 位置信息。在经典的双径传播模型中，发射功率与接收功率之间的关系如下：
[0040]
[0041] 其中，Pt表示发送端的发射功率，P1^表示接收端的接收功率，G4表示发送天线增 益，匕表示接收天线增益，ht表示发送天线高度，表示接收天线高度，D表示发送天线与 接收天线的距离，L表示系统损失。
[0042] 根据公式（1)可以看出，接收功率与距离的4次方成反比。因此在知道接收节点 接收阈值功率的条件下，可以算出节点之间的距离占发送节点传播距离的比例。设PT是接 收天线能够接收的最小信号能量，即最小信号功率，DT是接收天线能够接收的最小信号能 量时发送天线的距离，即发送天线的最大距离。可以得到节点之间的距离D占发送节点传 播距离DT的比例D%D#被用来表示两个节点之间的相对距离。D$的计算公式为：
[0043]
[0044] 当接收节点多次接收到发送节点的消息后，通过记录历史接收消息的功率就可以 计算出发送节点与接收节点的历史位置信息，从而对发送节点的位置进行预测。本发明提 供两种预测方式，分别是基于两个发送节点历史位置信息和基于三个发送节点历史位置信 息。
[0045] 图1是基于两个发送节点历史位置信息进行位置预测的示意图。如图1所示，实 心节点表示接收节点，空心节点表示发送节点，Ai表示发送节点在时刻ti的位置，A2表示 发送节点在时刻t2的位置，其中t 12,山表示发送节点在位置A4寸与接收节点的相对距 离，d2表示发送节点在位置A2时与接收节点的相对距离，n表示位置Ai和位置A2之间的相 对距离，A。表示发送节点在预测时刻tp的预测位置，dP表示发送节点的预测位置与接收节 点的相对距离，P表示预测位置与位置4的相对距离。
[0046] 本发明中假定发送节点是勾速直线运动。由于接收节点可以通过HELLO消息的能 量信号（即功率）得到相对距离山和d2，令j=p/n= (tp-tiVai-tj，因此问题转化为根 据山、(12和j求解dP。因为在仅知道山、(12和j的情况下，dP有多种可能（如图1中的d# d'p)，所以无法计算出dp的长度。但当知道n的长度后就可以计算出dp的长度。在由d2、 dp、n+p围成的三角形和由d2、dpn围成的三角形中分别使用余弦定理，可以得到式（3):
[0047]
[0048]代入j=p/n= (tp-tD/Uft；；)到式⑶可以得到式（4)，通过式⑷可以在知 道d2、山、n、j的条件下，可以计算出dP。
[0049]
[0050] 图2是基于三个发送节点历史位置信息进行位置预测的示意图。如图2所示，心 表示发送节点在时刻h的位置，A2表示发送节点在时刻12的位置，A3表示发送节点在时刻 t3的位置，其中t:> 12> 13,山表示发送节点在位置A:时与接收节点的相对距离，d2表示 发送节点在位置A2时与接收节点的相对距离，d3表示发送节点在位置A3时与接收节点的 相对距离，m表示位置A2和位置A3之间的相对距离，n表示位置Ai和位置A2之间