移动中继系统中基于能量采集的机会式转发方法
【专利摘要】本发明公开了一种移动中继系统的基于能量采集的机会式转发方法。它的步骤为：采用两跳转发方法，源节点可以复制消息给中继节点，中继节点将消息转发给目的节点。当源节点检测到中继节点进入到最大发射半径内时，以一定的判断准则选择是否转发消息拷贝。其中在该判断准则设计中，考虑中继节点的移动速度以及源节点的能量采集速率，通过比较源节点与中继节点之间期望的相遇速率以及源节点的能量采集速率，从而做出最大化消息在时延要求内成功到达目的节点的概率的转发决策。本发明可用于具有移动中继，允许的时延较长的无线网络中，节点间通信的转发方法。
【专利说明】移动中继系统中基于能量采集的机会式转发方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信领域，具体涉及移动中继系统中基于能量采集的机会式转发方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着绿色环保成为人们共识，国家提出关于节能减排的要求和具体指标，虽然与煤炭、钢铁、有色、建筑、运输等行业相比，通信行业并不是能耗排放问题最突出的行业，但是，通信企业的能源消耗也不低，另外降低辐射和通信干扰也比较迫切。对于运营商来说，通信行业整体仍处于快速发展阶段，新兴市场用户的增加以及发达市场对带宽需求的提升必然带来网络的扩容。网上运行设备容量的增大导致了能耗需求也不断扩大，能源单价上涨及运营总能耗的上升给运营商带来了长期的财务压力。由于能量采集技术能够通过可再生的能量为通信设备和网络补充能量，因此能量采集技术被看成是一种实现绿色通信的有效途径。具有能量采集能力的通信终端可以从周围的环境中收集能量，比如通过机械振动、太阳能、风能、热电发电机甚至是将周围的无线电转变为能量。在最近的研究中能量采集技术受到了越来越多的关注。
[0003]Ad hoc网络是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的一个多跳临时性自治系统，移动终端具有路由功能，可以通过无线连接构成任意的网络拓扑，这种网络可以独立工作，也可以与Internet或蜂窝无线网络连接。在后一种情况中，Ad hoc网络通常是以末端子网的形式接入现有网络。在Ad hoc网络中，节点间的路由通常由多个网段(跳)组成，由于终端的无线传输范围有限，两个无法直接通信的终端节点往往要通过多个中继节点的转发来实现通信。所以，它又被称为多跳无线网、自组织网络、无固定设施的网络或对等网络。Ad hoc网络同时具备移动通信和计算机网络的特点，可以看作是一种特殊类型的移动计算机通信网络。
[0004]如果网络中的节点是快速移动且时常无连接，那么在任意的源点和目的节点之间保持端到端的通信路径是不现实的，因此，依赖于端到端路径的传统Ad hoc路由协议可能无法工作。为此，研究者提出了一种称为“存储——携带——转发”的路由协议来提供通信，这种协议利用概率连接性和节点移动性来发送信息。当节点无法直接转发消息给下一跳节点时，它会在缓冲区存储消息，沿着运动轨迹携带消息，将消息转发给另一个合适的节点，直到目的节点最终收到消息。由于移动节点的不确定性，任意两个节点之间的连接是随机的，所以源节点在进行路由选择时通常采用多拷贝转发的方法，即将消息分组复制成多个相同的拷贝，分配给相遇的不同节点进行转发，以此来提高消息的到达率。最典型的多拷贝分组转发方法是 A.Vahdat 和 D.Becker 在《Epidemic Routing for Partially ConnectedAd Hoc Networks》一文中提出的,在Epidemic中，节点将消息分组复制给任何相遇到的还没有拷贝的节点，直到消息的最大时延容忍为止。尽管这种基于洪泛的策略能够实现很高的分组到达概率，但是它会浪费很多的能量，同时对于大型网络表现出差的延展性。因此，更多的研究开始关注于机会式转发方法。这种转发机制以一定的概率来转发分组消息，试图在减少分组拷贝数目的同时保持较高的到达率。目前有很多关于机会式转发的方法，但是已有的方法并没有同时利用能量采集技术以及网络中节点的移动特性。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术的不足，本发明的目的提供一种移动中继系统中基于能量采集的机会式转发方法。
[0006]移动中继系统中基于能量采集的机会式转发方法，步骤如下:
[0007]1)源节点以时隙长为U的时间间隔从时刻h = O开始进行检测，查看是否有中继节点进入最大发射半径R内，并与进入最大发射半径内的中继节点一一建立通信联系，也称为源节点与中继节点相遇；时刻tk表示源节点与中继节点在第k次相遇的时刻，k为自然数；源节点一直检测到收到目的节点已成功接收到消息的反馈信息，如果没有收到目的节点已成功接收到消息的反馈信息则一直检测到预先设置的消息的最大时延容忍T ；
[0008]2)在时刻tk，源节点检测到m个中继节点进入最大发射半径R内，m为自然数，并与之一一建立通信联系；源节点计算每个中继节点与目的节点的相遇速率λ iD，l^i^m为自然数，D表示目的节点；源节点找出与目的节点具有最大相遇速率的中继节点i ;
[0009]3)源节点预测转发消息拷贝给与目的节点具有最大相遇速率的中继节点i后，距离下一次与中继节点相遇的平均时间间隔τ (Fk);源节点根据自己的能量采集速率σ，如果σ.τ (Fk) ^ 1，表示源节点在下一次与中继节点相遇之前能够采集到超过一个单位的能量完成下一次消息的转发，因此源节点在时刻tk转发消息拷贝给与目的节点具有最大相遇速率的中继节点i ;
[0010]4)如果σ.τ (Fk) < 1，表示源节点在下一次与中继节点相遇之前采集到的能量不超过一个单位，那么源节点预测在接下来的M -1次与中继节点相遇都转发消息拷贝，但
是在第M次与中继节点相遇没有足够能量转发消息拷贝的时刻G+m;如果
【权利要求】
1.一种移动中继系统的基于能量采集的机会式转发方法，其特征在于，步骤如下: 1)源节点以时隙长为U的时间间隔从时刻h= O开始进行检测，查看是否有中继节点进入最大发射半径R内，并与进入最大发射半径内的中继节点一一建立通信联系，也称为源节点与中继节点相遇；时刻tk表示源节点与中继节点在第k次相遇的时刻，k为自然数；源节点一直检测到收到目的节点已成功接收到消息的反馈信息，如果没有收到目的节点已成功接收到消息的反馈信息则一直检测到预先设置的消息的最大时延容忍T ； 2)在时刻tk，源节点检测到m个中继节点进入最大发射半径R内，m为自然数，并与之一一建立通信联系；源节点计算每个中继节点与目的节点的相遇速率AiD，l < i Sm为自然数，D表示目的节点；源节点找出与目的节点具有最大相遇速率的中继节点i ; 3)源节点预测转发消息拷贝给与目的节点具有最大相遇速率的中继节点i后，距离下一次与中继节点相遇的平均时间间隔τ (Fk);源节点根据自己的能量采集速率σ，如果σ.τ (Fk) ^ I,表示源节点在下一次与中继节点相遇之前能够采集到超过一个单位的能量完成下一次消息的转发，因此源节点在时刻tk转发消息拷贝给与目的节点具有最大相遇速率的中继节点i ; 4)如果σ.τ (Fk) < 1，表示源节点在下一次与中继节点相遇之前采集到的能量不超过一个单位，那么源节点预测在接下来的M -1次与中继节点相遇都转发消息拷贝，但是在第M次与中继节点相遇没有足够能量转发消息拷贝的时刻如果G+Λ? ^ T，表示这个时刻已经超过了消息的最大时延容忍T，因此源节点在时刻tk转发消息拷贝给与目的节点具有最大相遇速率的中继节点i ; 5)如果<7%那么源节点比较是在当前时刻消耗一个单位的能量转发消息拷贝对消息成功到达目的节点的期望概率增益大，还是保留这个单位的能量在时刻转发消息拷贝对消息成功到达目的节点的期望概率增益大；如果当前时刻转发消息拷贝获得的增益大，那么源节点在当前时刻转发分组，反之，如果在时刻转发消息拷贝获得的增益大，那么源节点在当前时刻不转发分组拷贝给与目的节点具有最大相遇速率的中继节点io
2.根据权利要求1所述的基于能量采集的机会式转发方法，其特征在于，所述的步骤3)中源节点预测转发消息拷贝给与目的节点具有最大相遇速率的中继节点i后，在状态Fk下的平均转移时间τ (Fk)的方法为: 若在时刻tk，网络中携带有消息拷贝的中继节点的个数为Fk，由于节点之间的相遇过程服从独立的泊松计数过程，因此节点之间的相遇时间间隔服从指数分布，源节点距离下一次与中继节点相遇的平均时间间隔为
3.根据权利要求1所述的基于能量采集的机会式转发方法，其特征在于，所述的步骤4)中源节点预测在接下来的M-1次与中继节点相遇都转发消息拷贝，但是在第M次与中继节点相遇没有足够能量转发消息拷贝的时刻G+m的方法为:若在时刻tk，源节点电池中可用的电量为Ek，源节点预测在接下来的M -1次与中继节点相遇都转发消息拷贝，但是在第M次与中继节点相遇没有足够能量转发消息拷贝，整数M的计算公式如下
4.根据权利要求1所述的基于能量采集的机会式转发方法，其特征在于，所述的步骤5)中源节点比较是在当前时刻消耗一个单位的能量转发消息拷贝对消息成功到达目的节点的期望概率增益大，还是保留这个单位的能量在时刻G+m转发消息拷贝对消息成功到达目的节点的期望概率增益大的方法为: 若S(tk)是源节点在时刻tk预测消息能够成功到达消息的概率，则源节点在时刻tk+1预测消息能够成功到达的概率为S
【文档编号】H04W40/10GK103686921SQ201310644092
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月3日 优先权日:2013年12月3日
【发明者】卢玥, 王玮, 陈林, 张朝阳, 黄爱苹 申请人:浙江大学