摘要：本文建議了一種計算能量有效路由的新量度，提出了OLSR協議中選擇能量有效路由的新機制，主要設計目標是延長低電節點壽命的同時盡量降低數據分組的傳輸能耗。使用NS2仿真器將它們與OLSR及MMBCR協議進行了比較，說明新機制可以提供更好性能。

1 引言

設計能量有效的路由協議是自組網中一個非常重要的研究領域。自組網中的移動節點一 般依賴電池供電，移動設備可攜帶的電池不可能過大，造成電池提供的電能非常有限；在法 律強制行動、搶險救災或軍事作戰行動這樣的重要環境中，充電或更換電池常常是不可能的； 自組網中即使主機自己不通信，仍然需要頻繁地轉發其它節點的數據分組，從而使自己的電 池能量下降；因此，節省自組網中移動節點的能量，延長節點的工作時間，維護網絡連通性 就成為自組網技術研究中的一個熱點。

圍繞能量有效路由協議的研究已經取得了許多進展，主要的研究方向是通信狀態的能量 有效與空閑狀態的能量有效。節點通信狀態消耗的能量，包括數據的發送與接收必須消耗的 能量和路由發現與維護所消耗的能量。

節省通信能量主要圍繞兩種思路展開：一是尋找源節 點到目的節點消耗能量最少的路由，代表性協議有MTPR、PARO、COMPOW 等。二是盡 量避開低電節點參與路由，從而減少低電節點的能耗，避免低電節點因斷電退出網絡而造成 網絡分割，代表性協議主要有MMBCR、MDR、LEAR、EDDSR 等。還有一些協議如 CMMBCR、CMDR 等探討以上兩種思路的綜合實現。 先應式路由協議的路由信息總是保持最新可用，端到端延遲小，這些突出優點特別適合 于野戰環境、法律強制行動或搶險救災中大量節點短時間內相互通信的情況，先應式路由協 議OLSR 的MPR 選擇機制大幅度地降低了路由的建立與維護開銷，為建立能量有效路由打 下了良好基礎。但先應式路由協議總是建立并維護著到達網絡中所有可達目的節點的路由信 息，在數據流量分布不均衡時，先應式路由協議比起反應式路由來，由于大量地路由發現與 維護開銷，先天地較為浪費能量。

目前研究節省通信能量消耗的許多工作都是基于反應式路 由協議（DSR、AODV 等）進行的，而基于先應式路由協議的能量有效研究則較為少見。鑒 于以上情況，本工作以OLSR 作為基礎協議探討能量有效路由方案。

本文建議了一種計算能量有效路由的新量度――路徑瓶頸能量相對最大條件下取路徑 跳數最小者。基于這種新量度，提出了OLSR 協議中選擇能量有效路由的新機制，主要設計 目標是延長低電節點壽命的同時盡量降低數據分組傳輸的能量消耗。在NS-2 環境中將這些新的路由機制與OLSR 及MMBCR 進行了仿真比較，結果表明新機制可以提供更好的性能。

2 延長低電節點壽命的幾種能量有效路由方案

MMBCR 把節點的電池剩余能量作為路由選擇的量度，電量充足的節點比起低電節點來 更多地參與數據轉發。MMBCR 選擇所有可能路由中瓶頸能量最大的路由。

MDR 利用節點剩余能量和經過該節點的數據流量預測節點壽命，壽命長的節點比起壽 命短的節點來更多地參與數據轉發。MDR 選擇所有可能路由中壽命最長的路由。 MMBCR 和MDR 都可以延長低電節點的壽命，但不能保證降低網絡的傳輸總耗能。

CMMBCR/CMDR 將MTPR 與MMBCR/MDR 相結合，若某路由上所有節點的能量充足/壽 命足夠長時，使用MTPR 機制；如果所有路由上都有節點處于低電狀態/壽命太短時，就采 用MMBCR/MDR，謀求盡量降低網絡總耗能并盡量延長低電節點壽命。

3 基于 OLSR 的能量有效路由新方案

延長低電節點壽命的路由機制MMBCR、MDR 在路由發現時為了避開低電節點，不同 程度增加了源節點到目的節點的路徑跳數。

數據傳輸消耗能量與路徑長度緊密有關，數據包 被轉發次數越多，消耗的能量就越多；頻繁地發現并維護路由，不僅降低網絡的性能，而且 增加能量的消耗，跳數增加所帶來的額外能耗是不可忽視的沉重代價！ 為此，本文建議了計算能量有效路由的一種新量度――路徑瓶頸剩余能量相對最大條件 下跳數最少量度。基于這種新量度提出了基于OLSR 的能量有效路由新方案，謀求延長低電 節點壽命的同時盡量降低數據分組的傳輸能耗。

能量模型：[2]基于[1]的工作定義了IEEE 802.11 網絡接口卡（NIC）的能量開銷模型， 主機發送、接收或丟棄分組時網絡接口消耗的能量可以用線性等式描述：E＝m×p＋n，其 中p 是按字節計算的分組大小，m，n 是經過實驗確定的常數，n 代表發送或接收每分組的 固定開銷。根據[1][2]，節點在一個時間區間消耗的能量可以用下式計算：有

如果節點進入網絡時的初始能量為E0，那么經過一段時間后節點的剩余能量就是E0–e。 節點剩余能量參數的交換與維護：為了在節點維護并在網絡中分布節點的剩余能量信 息，需對OLSR 數據結構及功能進行擴展，擴展時盡量縮小規模以降低控制開銷。具體做法 是：每個節點記錄自己發送、接收的分組數與字節數量，廣播HELLO 時計算自己的剩余能 量E0–e；在廣播的HELLO 消息中增加節點的剩余能量信息、鄰居的剩余能量信息；MPR 節點在TC 消息中廣播MPR selector 的剩余能量信息，節點收到TC 消息后在拓撲表記錄網 絡部分拓撲的能量信息，并據此計算并維護路由。

MPR 算法：采用OLSR 原始協議的MPR 算法。

能量有效的擴展最短路徑算法：OLSR 使用“最少跳數路徑算法”計算路由表。本文對 最短路徑算法進行了能量量度擴展，節點計算路由時，對所有可能的跳數H，如果存在到達 目的節點D 的H 跳路由，那么在所有可能的H 跳路由中，將瓶頸能量最大的那條路由記錄 到路由表中。最短路徑擴展算法產生的路由表，記錄了到達所有可達目的節點的所有可能跳 數的瓶頸能量最大的路徑，對于一個可達目的節點來說，可以經不同跳數的路徑到達，但是 在相同跳數的路徑中，只保留了瓶頸能量最大的那一條。