摘要：簡要介紹了ad hoc網路的定義、結構、典型路由協議。傳統ad hoc網路路由協議以最少跳數作為路由選擇的標準，導致部分節點過早死亡，通過建立數學模型並結合路由協議的實際特點，提出了一種基於能量平衡的路由協議策略，並在理論上進行了正確性證明。
關鍵詞：ad hoc網路；路由協議；能量有效；ebr
0引言ad hoc網路中各節點處於平等的地位，不必專門設定居於中心地位的控制節點，節點不僅可以實現普通移動終端功能，還可完成報文**的工作。相對於普通流動網路，ad hoc網路具有無中心、 自組織、多跳路由、動態拓撲等特點。這些特點使得ad hoc網路在整體網路的結構規劃、組織形式和對協議進行的設計等方面與移動通訊網路存在著顯著區別。
1ad hoc無線網路結構
平面結構ad hoc無線網路的拓撲結構可分為兩種：對等式平面結構和分級結構。在對等式結構中，網路中各節點所處的地位都是同乙個等級，具有同等的地位，承擔同等的任務，獲得同樣的系統資源；而在分級結構中簇以子網的形式而組成整個網路，單個簇頭節點和多個簇成員構成了簇結構，將多個簇頭按照需求組織起來又可形成高一級網路，以此類推各級別的網路都能夠以簇的結構和組織形式組成更高階別的網路。
簇中的簇頭和簇成員根據實際任務的環境需求進行動態變化以便於自動組合構成網路。分級結構依據實際的硬體選擇情況，還可形成單頻和多頻的分級區分。單頻分級中由於只使用乙個頻率，因此所有節點使用同一頻率進行通訊；而多頻分級中，由於使用多個頻率，因此兩級網路結構中處於低階地位網路所涉及的通訊範圍較小，而處於高階地位的網路所涉及的通訊範圍較大，簇成員之間使用相同頻率相互通訊，而簇頭節點則用另外的頻率與簇成員進行通訊，簇頭之間的通訊則是選擇其它的頻率進行相互通訊，如圖1所示。
2ad hoc無線網路路由協議
ad hoc網路路由協議可分為兩類：基於拓撲路由和基於位置輔助路由。基於拓撲的路由協議利用網路鏈路資訊完成資料報的**。
根據獲得路由資訊的時機，可將基於拓撲的路由協議細分為表驅動式、反應式以及混合式路由協議。
2.1表驅動路由協議
表驅動路由協議規定處於網路中的每個節點都需要自身構建並維護到達網路中其它節點的動態路由表，同時在整個工作過程中關注網路拓撲的變化以便動態更新路由表資訊，以達到準確反映網路拓撲結構的目的。常用的表驅動路由協議如下：
（1）dsdv（destination sequenced distance vector）協議。為防止網路中迴路的產生，在選擇路由時將構成鏈路的目標節點進行順序編號以標定路由資訊的產生順序，並通過調節路由中各節點承載資訊的穩定時間（settingtime）來降低甚至消除不穩定路由資訊的廣播，減少路由表的反覆波動，提高路由的穩定性以及相同序列號路由的重複傳播次數。
（2）cgsr（clusterhead gateway switch routing）協議。首先，通過群首選擇演算法選擇合適的節點作為群首節點；然後，通過群首節點對網路中的一組節點和網關節點進行控制，網關節點作為兩個群首之間的節點，可以完成通道接入並分配路由和頻寬的任務。
2.2反應式路由協議
反應式路由協議要求查詢相關路由資訊的觸發條件是在網路根據實際情況產生需求時才進行的操作，未產生需求時則不必耗費網路開銷維護路由資訊。反應式路由協議由於占用網路資源較少，因此在實際應用中更適合於ad hoc無線網路的應用；在實際應用中由於資料報文經常出現較長的傳送延遲，因此在實時性環境操作方面其效能存在一定的欠缺。常用的反應式路由協議有以下幾種：
（1）dsr（dynamic source routing）協議是一種基於源路由的反應式路由協議。dsr主要包括兩個過程：路由發現和路由維護。
路由發現是指當源節點與目的節點欲建立路由並進行資料的傳輸時，使用快取機制先在快取裡存放的路由表中查詢，若快取中已存在需要的有效路由，則直接使用該有效路由，從而減少了啟動路由建立所需耗費的系統資源。
（2）aodv（ad hoc ondemand distance vector routing）是另外的一種反應式路由協議。源節點以廣播的形式向相鄰節點發出路由請求分組，相鄰節點收到廣播資訊後將繼續向自身的相鄰節點**此分組廣播，依次遞進直到此分組廣播被傳送到已建立目的節點路由的中間節點或該目的節點本身，此後中間節點或目的節點將沿建立的路由向源節點傳送響應訊息。
3能量有效的ad hoc網路路由協議
3.1ad hoc 無線網路中節點的能量消耗
當前的ad hoc網路路由協議如dsr、aodv、tora等在選擇路由時都是以最短路徑作為選擇依據，基於此種路由選擇的策略在實際使用中可能造成區域性網路的擁塞，從而導致資料傳輸時耗費的時間過多。由於大部分按需路由協議使用快取機制以減少用於建立路由所耗費的系統資源，使得中間節點能夠響應路由請求，在實際應用中部分中間節點反覆被路由發現，使這些節點反覆響應路由，大多數的資料傳輸集中在這些節點上，而其它節點處於長時間的相對空閒狀態，這些都會影響路由協議的效能。因此，提出更有效的路由協議對網路節點能量最大化利用是很重要的。
3.2能量平衡路由協議（ebr）
ebr（energybalanced routing）路由協議採用另外一套方法解決了能量的平衡問題。由各個路由的路徑節點根據自身的能量消耗及電池的實際剩餘能量，通過演算法計算出各路由節點的接入權值，根據得到的權值而確定本地的路由選擇，從而得到相應的延遲時間，延時結束後進行路由**或應答，實現了在保證網路整體能量平衡的前提下提高路由響應速度的目的。這種能量平衡路由協議是根據節點的剩餘能量資訊處理來實現路由選擇和路由維護。
（1）根據節點剩餘能量決定權重ω。所有節點根據預先設計的演算法求出當前權值ω，將權值額大小進行比較後決定各節點相應的延遲時間，並呼叫計時器進行計時，當達到延遲時間後節點將已接收的rreq請求包進行**。依據dsr協議規範，中間節點需要先隨機延長一段服從均勻分布的時間值後才能**rreq請求包，目標節點對rrep的應答也遵循同樣的規範。
本文提出的ebr路由協議針對dsr協議進行改進。當節點剩餘能量為e＼-＼時，權重ω為：
若各個節點的延遲時間過長，則會導致系統耗費過長時間建立整個路由而影響分組傳輸，從而降低整個網路的資料吞吐率，因此協議中延遲常量t的設定不能過長；同時t也不能設定得過短，若設定過短則會降低當前節點實際剩餘能量權重值對節點延遲時間的影響，從而無法區分不同實際剩餘能量的節點，導致在路由選擇時造成錯誤。
（2）對每乙個節點設定剩餘能量閾值。以設定的閾值進行選擇，若該節點實際剩餘能量值大於此閥值時才能進行路由請求**操作，否則該節點將路由請求直接丟棄。各節點接收到rreq請求包後將檢測自身實際剩餘能量是否小於閾值e＼-＼（如20%×e＼-＼）時，若小於閥值則僅當本節點為此rreq請求包的目的節點時才響應此rreq，否則將直接丟棄。
這在移動ad hoc網路中能起到提高網路傳輸速率、減少點與點之間的通訊延遲並延長節點實際工作壽命的作用；但在動態ad hoc網路中，若節點能量較低時，將直接將節點排除在路由建立之外。而當參與建立路由的節點數變少後，則將出現路由中斷的風險，導致路由錯誤無法實現資料通訊，此時只能耗費系統資源重新進行路由選擇。因此，在協議設計時必須綜合考慮網路的吞吐率、掉包率和各節點延遲的總和等效能來設定最優化的剩餘能量閾值。
4結語能量平衡路由協議中設定在整個執行過程中總是將實際剩餘能量較高的節點優先接入路由，而無需在目標節點處選擇最佳路由，從而在整個網路執行過程中平衡各節點的能量消耗，使網路具有更長的生存時間。
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