重點(diǎn)研究基于節(jié)能要求兼低延時效應(yīng)的AODV路由協(xié)議的改進(jìn)。節(jié)能以延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作時間，降低延時效應(yīng)來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性，這是評價一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的兩個重要指標(biāo)。在總結(jié)國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，提出了更適用于低速運(yùn)動的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的低延時節(jié)能的路由改進(jìn)策略，包括在低于能量閾值時的動態(tài)功率調(diào)整、能量意識的路由選擇、廣播控制、被動路由更新和CMMBCR的引入。節(jié)能策略更是引入了位置信息和網(wǎng)絡(luò)平均能量的概念，而且更適用于項目的實際情況(低速運(yùn)動網(wǎng)絡(luò))。在用NS-2工具對該低延時節(jié)能策略進(jìn)行仿真測試后，得出在最佳情況下網(wǎng)絡(luò)傳輸延時和網(wǎng)路壽命兩項指標(biāo)都能得到大幅度的改進(jìn)。

0 引言
    隨著移動計算平臺和小型無線設(shè)備的普及，Ad Hoc無線網(wǎng)絡(luò)因其無物理位置限制而且能隨時隨地自組網(wǎng)絡(luò)而得到越來越多的關(guān)注。智能雷場作為此項研究的應(yīng)用平臺，Ad Hoc更是顯示出其特有的優(yōu)勢。實際戰(zhàn)爭環(huán)境中的雷場因其地理環(huán)境的多變性和不確定性，所以對無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的自組性提出了很高的要求，又由于無線通信結(jié)點(diǎn)自身攜帶的電池供電能力有限，因此，在保證結(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)通信及時性和可靠性的基礎(chǔ)上，高效地管理能量，延長結(jié)點(diǎn)及整個網(wǎng)絡(luò)的工作時間。
    AODV是在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中較常用的一種通信傳輸協(xié)議。在硬件或軟件設(shè)計上，前人已經(jīng)提出了很多適用于AODV的節(jié)能方法，像AODVjr，AOD Vsimpli-fied，自適應(yīng)AODV，適用于低速運(yùn)動網(wǎng)絡(luò)的低功耗AODV協(xié)議等，但是這里發(fā)現(xiàn)前人的這些改進(jìn)算法在智能雷場環(huán)境中，表現(xiàn)效果并不是很理想，因為低能耗往往是以犧牲網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸率和提高數(shù)據(jù)傳輸延時為代價的，雖然延長了整個智能雷場的網(wǎng)絡(luò)工作時間，但是數(shù)據(jù)傳輸延時過久，在實際工作中是非常危險的。
    在本文中，提出了一種新的自動調(diào)節(jié)的能量控制協(xié)議。為了在保持結(jié)點(diǎn)響應(yīng)速度的基礎(chǔ)上，延長智能雷場網(wǎng)絡(luò)的工作時間，根據(jù)結(jié)點(diǎn)電池的剩余能量，結(jié)點(diǎn)會根據(jù)具體情況調(diào)節(jié)自身的傳輸協(xié)議。在能量充足時，會以減小數(shù)據(jù)傳輸延時為重點(diǎn)，保證雷場工作的高反應(yīng)性；在低能量狀態(tài)時，會轉(zhuǎn)換到能量保護(hù)狀態(tài)，用蟻群節(jié)能算法來延長網(wǎng)絡(luò)的工作時間。

1 低速運(yùn)動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的AODV改進(jìn)協(xié)議
1．1 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境
    在假定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，50 m×50 m的正方形場地內(nèi)有20～30個結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)間的普遍距離是10～20m。由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境空間的可擴(kuò)展性，用IEEE 802．15．4標(biāo)準(zhǔn)作為物理層和MAC層協(xié)議。IEEE 802．15．4的信號發(fā)射的能量模型采用了Chipeon CC2420，其默認(rèn)發(fā)射頻率為2．4 GHz。在NS-2的Two-ray-ground傳播模型中，CC2420最大的傳輸距離為17 m。網(wǎng)絡(luò)中的每個結(jié)點(diǎn)都知道自己的位置和剩余能量。
    AODV是最基本的路由協(xié)議架構(gòu)，即適合低速運(yùn)動網(wǎng)絡(luò)的按需分配路由協(xié)議。在此基礎(chǔ)上，加入了CMMBCR(條件性電池能量大小調(diào)節(jié)協(xié)議)算法來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的智能調(diào)節(jié)，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)擁有充足能量時，提高網(wǎng)絡(luò)的處理速度以減小數(shù)據(jù)傳輸時延，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝�性；在網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的能量不足時，啟用能量保護(hù)方案，通過修改廣播控制和路由選擇算法以延長網(wǎng)絡(luò)的工作壽命。
1．2 網(wǎng)絡(luò)平均能量的估計和自適應(yīng)路由
    這里AODV算法旨在延長網(wǎng)絡(luò)的工作時間，即網(wǎng)絡(luò)中第一個因為電池能量耗盡而停止工作的結(jié)點(diǎn)的時間。為了達(dá)到這個目的，提出了兩種改進(jìn)措施：首先，應(yīng)該不選擇那些剩余能量遠(yuǎn)小于網(wǎng)絡(luò)平均能量的結(jié)點(diǎn)，其次，在新的路由代價評價函數(shù)中，把跳數(shù)、剩余能量還有能量消耗等三個因素都考慮進(jìn)去，這樣有助于選擇一條能耗相對最小的路由。
1．2．1 新的路由代價評價函數(shù)
    
    式中Pt_consumei是結(jié)點(diǎn)i到它的下一跳結(jié)點(diǎn)傳送信息所需要消耗的能量；Ei是結(jié)點(diǎn)i的剩余能量；E是網(wǎng)絡(luò)的平均剩余能量；α是調(diào)節(jié)剩余能量的權(quán)重系數(shù)；ηi是結(jié)點(diǎn)熱噪聲；G是整條路由代價評價。式(1)是計算結(jié)點(diǎn)i到它的下一跳結(jié)點(diǎn)的連接功率消耗，整條路由的消耗如式(2)所示，源結(jié)點(diǎn)會選擇G值較小的路由。需要特別注意的是，Pt_consumei不同于Pt。它表示的是收發(fā)模塊內(nèi)部實際能量的消耗，而Pt是發(fā)射出去的電磁波的能量。在式(2)中，考慮了三個因素：傳輸所需能量、結(jié)點(diǎn)剩余能量、跳數(shù)。

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