摘要：本文建议了一种计算能量有效路由的新量度，提出了OLSR协议中选择能量有效路由的新机制，主要设计目标是延长低电节点寿命的同时尽量降低数据分组的传输能耗。使用NS2仿真器将它们与OLSR及MMBCR协议进行了比较，说明新机制可以提供更好性能。
1 引言
设计能量有效的路由协议是自组网中一个非常重要的研究领域。自组网中的移动节点一 般依赖电池供电，移动设备可携带的电池不可能过大，造成电池提供的电能非常有限；在法 律强制行动、抢险救灾或军事作战行动这样的重要环境中，充电或更换电池常常是不可能的； 自组网中即使主机自己不通信，仍然需要频繁地转发其它节点的数据分组，从而使自己的电 池能量下降；因此，节省自组网中移动节点的能量，延长节点的工作时间，维护网络连通性 就成为自组网技术研究中的一个热点。
围绕能量有效路由协议的研究已经取得了许多进展，主要的研究方向是通信状态的能量 有效与空闲状态的能量有效。节点通信状态消耗的能量，包括数据的发送与接收必须消耗的 能量和路由发现与维护所消耗的能量。
节省通信能量主要围绕两种思路展开：一是寻找源节 点到目的节点消耗能量最少的路由，代表性协议有MTPR、PARO、COMPOW 等。二是尽 量避开低电节点参与路由，从而减少低电节点的能耗，避免低电节点因断电退出网络而造成 网络分割，代表性协议主要有MMBCR、MDR、LEAR、EDDSR 等。还有一些协议如 CMMBCR、CMDR 等探讨以上两种思路的综合实现。 先应式路由协议的路由信息总是保持最新可用，端到端延迟小，这些突出优点特别适合 于野战环境、法律强制行动或抢险救灾中大量节点短时间内相互通信的情况，先应式路由协 议OLSR 的MPR 选择机制大幅度地降低了路由的建立与维护开销，为建立能量有效路由打 下了良好基础。但先应式路由协议总是建立并维护着到达网络中所有可达目的节点的路由信 息，在数据流量分布不均衡时，先应式路由协议比起反应式路由来，由于大量地路由发现与 维护开销，先天地较为浪费能量。
目前研究节省通信能量消耗的许多工作都是基于反应式路 由协议（DSR、AODV 等）进行的，而基于先应式路由协议的能量有效研究则较为少见。鉴 于以上情况，本工作以OLSR 作为基础协议探讨能量有效路由方案。
本文建议了一种计算能量有效路由的新量度――路径瓶颈能量相对最大条件下取路径 跳数最小者。基于这种新量度，提出了OLSR 协议中选择能量有效路由的新机制，主要设计 目标是延长低电节点寿命的同时尽量降低数据分组传输的能量消耗。在NS-2 环境中将这些新的路由机制与OLSR 及MMBCR 进行了仿真比较，结果表明新机制可以提供更好的性能。
2 延长低电节点寿命的几种能量有效路由方案
MMBCR 把节点的电池剩余能量作为路由选择的量度，电量充足的节点比起低电节点来 更多地参与数据转发。MMBCR 选择所有可能路由中瓶颈能量最大的路由。
MDR 利用节点剩余能量和经过该节点的数据流量预测节点寿命，寿命长的节点比起寿 命短的节点来更多地参与数据转发。MDR 选择所有可能路由中寿命最长的路由。 MMBCR 和MDR 都可以延长低电节点的寿命，但不能保证降低网络的传输总耗能。
CMMBCR/CMDR 将MTPR 与MMBCR/MDR 相结合，若某路由上所有节点的能量充足/寿 命足够长时，使用MTPR 机制；如果所有路由上都有节点处于低电状态/寿命太短时，就采 用MMBCR/MDR，谋求尽量降低网络总耗能并尽量延长低电节点寿命。
3 基于 OLSR 的能量有效路由新方案
延长低电节点寿命的路由机制MMBCR、MDR 在路由发现时为了避开低电节点，不同 程度增加了源节点到目的节点的路径跳数。
数据传输消耗能量与路径长度紧密有关，数据包 被转发次数越多，消耗的能量就越多；频繁地发现并维护路由，不仅降低网络的性能，而且 增加能量的消耗，跳数增加所带来的额外能耗是不可忽视的沉重代价！ 为此，本文建议了计算能量有效路由的一种新量度――路径瓶颈剩余能量相对最大条件 下跳数最少量度。基于这种新量度提出了基于OLSR 的能量有效路由新方案，谋求延长低电 节点寿命的同时尽量降低数据分组的传输能耗。
能量模型：[2]基于[1]的工作定义了IEEE 802.11 网络接口卡（NIC）的能量开销模型， 主机发送、接收或丢弃分组时网络接口消耗的能量可以用线性等式描述：E＝m×p＋n，其 中p 是按字节计算的分组大小，m，n 是经过实验确定的常数，n 代表发送或接收每分组的 固定开销。根据[1][2]，节点在一个时间区间消耗的能量可以用下式计算：有
如果节点进入网络时的初始能量为E0，那么经过一段时间后节点的剩余能量就是E0–e。 节点剩余能量参数的交换与维护：为了在节点维护并在网络中分布节点的剩余能量信 息，需对OLSR 数据结构及功能进行扩展，扩展时尽量缩小规模以降低控制开销。具体做法 是：每个节点记录自己发送、接收的分组数与字节数量，广播HELLO 时计算自己的剩余能 量E0–e；在广播的HELLO 消息中增加节点的剩余能量信息、邻居的剩余能量信息；MPR 节点在TC 消息中广播MPR selector 的剩余能量信息，节点收到TC 消息后在拓扑表记录网 络部分拓扑的能量信息，并据此计算并维护路由。
MPR 算法：采用OLSR 原始协议的MPR 算法。
能量有效的扩展最短路径算法：OLSR 使用“最少跳数路径算法”计算路由表。本文对 最短路径算法进行了能量量度扩展，节点计算路由时，对所有可能的跳数H，如果存在到达 目的节点D 的H 跳路由，那么在所有可能的H 跳路由中，将瓶颈能量最大的那条路由记录 到路由表中。最短路径扩展算法产生的路由表，记录了到达所有可达目的节点的所有可能跳 数的瓶颈能量最大的路径，对于一个可达目的节点来说，可以经不同跳数的路径到达，但是 在相同跳数的路径中，只保留了瓶颈能量最大的那一条。
