基于可靠性的自由空间光网络路由算法

发布时间：2021-07-17 15:36

　　自由空间光（FSO）网络容易受天气等因素影响造成网络中断。为了提高光网络可靠性,同时均衡网络能耗,延长网络生命周期,首先综合考虑接收光信号强度和中断概率建立可靠性模型,利用可靠性模型对直传和中继链路方式进行对比分析,获取选择直传和中继方式的距离阈值。然后针对网络能耗均衡问题,考虑节点能量进行簇头选举,提出光学中继的能耗均衡路由算法（BEC-ORM）。最后利用Matlab仿真平台求取了BEC-ORM算法选择通信方式的距离阈值,以及最佳的簇头比例。同其他算法对比分析,结果表明该算法能有效提高自由空间光网络的可靠性和能耗均衡性。 

【文章来源】：高技术通讯. 2020,30(05)北大核心

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

直传链路和中继链路可靠性对比图

分簇结构中簇头个数的多少,会影响网络的能耗,从而影响网络生命周期。根据BEC-ORM算法的节点能量消耗模型(式(24))计算节点的剩余能量,将每个节点剩余能量相加得出网络的总剩余能量,网络总剩余能量在一定程度上能够反映网络的生命周期。鉴于分簇算法中,簇头比例p最优为3%～6%[17],但BEC-ORM算法在3%的簇头比例下,簇头个数太少,构建的网络会寻找很多的簇内节点进行中继,使得网络能耗过大,所以下面仿真分析在4%、5%和6% 3种簇头比例下,BEC-ORM算法在20轮内的网络总剩余能量情况,结果如图3所示。从图3中可以看出,随着轮数的增加,在4%、5%和6% 3种簇头比例下,网络总剩余能量均减少,并且簇头比例越大,网络总剩余能量越多。这是因为簇头比例较小时,BEC-ORM算法为了保证可靠性,引入较多中继节点,增大了网络能耗,随着簇头比例的增多,该算法簇头间通信距离在较远时加入中继节点减小通信距离,并且引入较少中继,这样就很大地减少了网络能耗。所以BEC-ORM算法簇头比例选择p=6%时网络总剩余能量达到最优。

由图4可知,BEC-ORM算法的网络可靠性最优,OEEMRP算法次之,CRACR算法最低。这是因为自由空间光通信受大气、对准误差等影响,随着距离变大,通信链路很容易中断,并且接收的光信号减弱,链路的可靠性从而降低。而OEEMRP算法和BEC-ORM算法都引入了中继方式将长链路变为短链路通信,削弱了大气等因素的影响;但CRACR算法采用基站直接通信,受大气等影响严重。对比OEEMRP算法, BEC-ORM算法考虑了中断概率和接收光信号2个方面,控制簇头间和基站通信距离,进一步提高了网络可靠性。3.4 能耗均衡

【参考文献】：
期刊论文
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[2]基于距离分区的多级异构无线传感器网络成簇算法[J]. 钟达夫,薛晶晶,何锋,唐懿芳,赵仕俊.  高技术通讯. 2017(06)
[3]全光双跳自由空间光通信系统的性能研究[J]. 韩立强,游雅晖.  激光与光电子学进展. 2016(05)
[4]无线传感器网络簇头半径自适应调节路由算法[J]. 石为人,柏荡,高鹏,石欣.  仪器仪表学报. 2012(08)



本文编号：3288453