尹榮榮 劉 蕾 楊綢綢 王 靜

(*燕山大學信息科學與工程學院 秦皇島 066004)(**燕山大學河北省特種光纖與光纖傳感器重點實驗室 秦皇島 066004)

0 引 言

自由空間光通信(free space optics communication，F(xiàn)SOC)是指利用紅外至紫外波段的光載波，在無波導傳輸媒介中傳輸信息的技術。FSOC系統(tǒng)具有通信速率高、保密性好、非授權頻譜等優(yōu)點[1，2]。但是，大氣湍流、大氣損耗以及發(fā)射機接收機之間的對準誤差均會影響接收的光信號，進而大幅降低了FSOC系統(tǒng)的通信性能。

為了提高FSOC系統(tǒng)的通信性能，文獻[3]分析了實際發(fā)射功率和信號衰減對接收光功率的影響。文獻[4]研究了在大氣湍流及瞄準誤差聯(lián)合效應下，改變通信系統(tǒng)參數(shù)，通信性能的變化情況。文獻[5]考慮接收光功率、相應的電能、質(zhì)量因數(shù)等參數(shù)，對降雨環(huán)境下自由空間光學鏈路的性能進行了分析。文獻[6]將多輸入多輸出方式與全光中繼方式結(jié)合，提出了一種全光協(xié)作的系統(tǒng)結(jié)構。文獻[7]將多增益組合器方法引入到分集組合中，在不需要先驗信道信息和自適應增益調(diào)整的方式下，能保證提供接近最優(yōu)的性能。文獻[8]也通過中繼方式將長鏈路分成短鏈路，提出了最優(yōu)中繼節(jié)點位置。文獻[9]則對三跳中繼的全光自由空間光鏈路進行實驗，驗證了較高信噪比下湍流變強時三跳中繼能夠提高系統(tǒng)性能。上述FSOC系統(tǒng)和鏈路傳輸方式的研究成果可以有效提高通信鏈路的性能，但組網(wǎng)時除了考慮通信鏈路的性能，還需要兼顧網(wǎng)絡整體的性能。

目前對無線光網(wǎng)絡的組網(wǎng)研究，主要針對節(jié)點間連接和網(wǎng)絡能量方面。文獻[10]提出了增大各節(jié)點相鄰鏈路之間的最小角度的方法，為自由空間光(free space optics，F(xiàn)SO)網(wǎng)絡提供了更高的連通性。文獻[11]統(tǒng)一了每個節(jié)點度的邊界，創(chuàng)建了一個具有強連接性和短直徑的拓撲。文獻[12]對光通信系統(tǒng)中的衰減系數(shù)進行了監(jiān)測，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡估計鏈路衰減，提出了一種啟發(fā)式的路由集生成算法。文獻[13]通過最短路徑多跳方式與基站(base station，BS)通信，尋求傳感器間更均勻的能量負載分布。文獻[14]考慮了網(wǎng)絡能量因素，為了提高節(jié)點生存時間，改進了分層網(wǎng)絡路由，提出了光學高效能量多路徑路由算法。然而文獻[10-14]均單一考慮節(jié)點間連通或網(wǎng)絡能量，不能保證網(wǎng)絡長時間的可靠工作。

針對上述問題，本文考慮中斷概率和接收光信號強度這2種性能指標建立鏈路可靠性模型，對直傳鏈路和中繼鏈路2種方式進行對比分析，確定選擇直傳或中繼通信方式的距離閾值。在此基礎上，選擇全向天線提高網(wǎng)絡連通性，同時考慮網(wǎng)絡能耗提出基于光學中繼的能耗均衡路由算法(a routing algorithm with balanced energy consumption by optical relay mode，BEC-ORM)。通過與其他算法仿真對比可知，該算法提升了網(wǎng)絡可靠性和能耗均衡性，驗證了BEC-ORM算法的有效性。

1 鏈路可靠性建模

FSOC系統(tǒng)的可靠性與自由空間光在大氣中傳播特性緊密相關。因此從復合信道模型入手，求取鏈路接收的光信號強度和中斷概率，進而考慮鏈路的接收光信號強度和中斷概率建立鏈路可靠性模型，得出網(wǎng)絡選擇直傳和中繼方式的通信依據(jù)。

1.1 信道模型

因為大氣因素對FSOC影響嚴重，同時光發(fā)射機和光接收機的對準也影響接收光信號強度，所以考慮大氣湍流、大氣損耗和瞄準誤差這3種因素計算FSOC的通信損耗，建立包含大氣湍流、大氣損耗和瞄準誤差的復合衰落信道模型，信道衰弱h可以表示為[5]

h=hlhahp

(1)

式(1)中，hl代表大氣損耗，ha代表大氣湍流造成的損耗，hp代表瞄準誤差造成的損耗。

大氣損耗hl主要包含大氣的吸收和散射，表達式為

hl(z)=exp(-σ(λ)z)

(2)

式(2)中，z為通信距離，σ為大氣衰落系數(shù)，λ為波長。

對于大氣湍流造成的損耗ha，根據(jù)Gamma-Gamma湍流模型，ha概率密度函數(shù)為[5]

(3)

瞄準誤差損耗hp，其概率密度函數(shù)為

(4)

由式(1)～式(4)知，h概率密度函數(shù)式如下[1]：

(5)

將式(2)、式(3)和式(4)代入式(5)可得：

(6)

fh(h)=C1hC2

(7)

式中，

分析式(7)可知，C1是關于鏈路通信距離z有關的函數(shù)，因此隨著距離z的變化，信道衰弱h概率密度發(fā)生變化。

1.2 可靠性模型

通過上述獲得的信道衰弱概率密度函數(shù)(式(7))，首先計算通信鏈路的中斷概率和接收光信號強度，然后根據(jù)接收光信號和中斷概率建立鏈路的可靠性模型，在此基礎上分析隨著距離z的變化，直傳和中繼的鏈路可靠性變化情況，以獲取選擇直傳或中繼方式的距離閾值zth。

1.2.1 鏈路接收端接收的光信號

在FSOC系統(tǒng)中，設發(fā)射光信號為ys，平均值為m1，若2節(jié)點直接通信，直傳鏈路接收的光信號yD為

yD=h×ys+n0

(8)

其中n0為節(jié)點噪聲。

若2節(jié)點通過中繼方式進行通信，設中繼節(jié)點在源節(jié)點和目的節(jié)點連線的中點處，那么中繼節(jié)點接收的光信號為yR，平均值為mR。

yR=h×ys+n0

(9)

其中繼鏈路接收的光信號為

yDR=h×(G×yR+nA)+n0

(10)

1.2.2 中斷概率

在FSOC系統(tǒng)中，當鏈路的容量不能滿足要求的傳輸速度時，鏈路就會發(fā)生中斷。而鏈路的容量和信噪比成正比關系，若給定信噪比閾值，當鏈路的信噪比低于該閾值時，鏈路發(fā)生中斷，即每一條鏈路的中斷概率可以記為

po=pr(γ≤γth)

(11)

直傳鏈路時，信噪比和中斷概率分別為

γ=h×m1

(12)

(13)

中繼鏈路時，2條短鏈路的信噪比和鏈路中斷概率分別為

γ1=m1h,γ2=m2h

(14)

prout=Pr(γ1≤γth)+Pr(γ2≤γth)

(15)

從式(8)～式(15)可以看出，直傳鏈路和中繼鏈路的接收光信號和鏈路中斷概率都和信道衰弱h有關，由于信道衰弱h隨著距離z的變化而變化(式(7))，可知直傳鏈路和中繼鏈路的接收光信號和中斷概率均隨著距離z的變化而變化。

1.2.3 可靠性模型

在發(fā)射光信號不變的情況下，鏈路接收的光信號越多，代表鏈路通信越好，而中斷概率越小，則代表鏈路存在的可能性越大。為此，接收光信號越多，中斷概率越小，鏈路的通信可靠性就越高。根據(jù)上述中斷概率和接收光信號，建立網(wǎng)絡可靠性模型F，即為鏈路接收光信號和中斷概率的比值，那么直傳鏈路的可靠性FD可直接表示為

(16)

其中，信道衰弱h和大氣損耗hl都是關于距離z的函數(shù)。直傳鏈路時，隨著距離z變大，接收光信號越來越少，中斷概率變大，所以距離z越大，直傳鏈路可靠性越小，最終不再滿足通信要求。此時，需要加入中繼節(jié)點，把長鏈路變?yōu)槎替溌?，中繼鏈路的可靠性則可以表示為

(17)

當加入中繼節(jié)點時，在短距離通信時，鏈路中斷概率變化小，因為中繼節(jié)點放大轉(zhuǎn)發(fā)噪聲的影響，接收光信號受影響大，所以中繼鏈路可靠性小，而當距離一定大時，中繼節(jié)點放大引入的噪聲影響對鏈路影響較小，并且中繼節(jié)點補償了信道衰減，增大了鏈路接收光信號強度并且降低了中斷概率，提高了鏈路可靠性。

1.2.4 距離閾值確定

從上述網(wǎng)絡可靠性模型分析中可知，直傳鏈路和中繼鏈路的可靠性均隨著通信距離的變化而變化，為此，根據(jù)通信距離d選擇合適的通信方式(直傳或中繼)，可達到提升網(wǎng)絡可靠性的目的，結(jié)合式(16)和式(17)可得鏈路可靠性模型：

F=max(FD，F(xiàn)R)

(18)

距離變化時，由直傳鏈路和中繼鏈路可靠性的分析可得，當距離z較小時，F(xiàn)D大于FR，隨著距離z增大，F(xiàn)D與FR差距逐漸減小，并逐漸小于FR。所以，網(wǎng)絡存在距離閾值zth：當2節(jié)點距離小于距離閾值zth時，F(xiàn)D≥FR，選擇直傳鏈路的方式通信；2節(jié)點距離大于距離閾值zth時，F(xiàn)D

2 光學中繼的能耗均衡路由算法BEC-ORM

在上述鏈路的可靠性模型的基礎上，同時考慮網(wǎng)絡能量，提出基于光學中繼的能耗均衡路由算法(BEC-ORM)，該算法包含簇頭選舉、簇建立和簇頭間通信3個部分。

2.1 簇頭選舉

為了使網(wǎng)絡所有節(jié)點的能耗更均衡，簇頭選舉考慮節(jié)點的剩余能量，此過程主要包含光通信能量模型建立、節(jié)點能耗分析和簇頭選舉。

2.1.1 能量模型

FSOC系統(tǒng)中，節(jié)點間采用FSO進行通信，此時能量的消耗不僅與節(jié)點之間的距離有關，同時還與光學天線的激光掃描角度有關，如式(19)所示：

ETX(l,z,φ)=EPX(l,z,φ)+ETX_PE(l)

(19)

其中，EPX(l,z,φ)表示選用全向智能天線發(fā)送lbit數(shù)據(jù)所需要消耗的能量，ETX_PE(l) 表示對lbit數(shù)據(jù)的光信號進行處理元器件所消耗的能量。EPX(l,z,φ)和ETX_PE(l)的具體表達式分別如下：

EPX(l,z,φ)=lεφz2

(20)

ETX_PE(l)=lETX_PE

(21)

其中，ε表示自由空間光波的能量系數(shù)，ETX_PE表示傳輸單位比特數(shù)據(jù)光電子元器件消耗的能量。將式(20)和式(21)代入式(19)可得：

ETX(l,z,φ)=lεφz2+lETX_PE

(22)

而在光學接收端，接收單位比特數(shù)據(jù)所需要消耗的能量是ERX，則接收lbit數(shù)據(jù)需要消耗的能量為

ER=lERX

(23)

2.1.2 節(jié)點能耗

結(jié)合式(22)和式(23)，可以計算出每一輪數(shù)據(jù)傳輸完成時節(jié)點的總能量消耗，每一輪數(shù)據(jù)傳輸時，設簇內(nèi)節(jié)點均發(fā)送1 bit數(shù)據(jù)且節(jié)點個數(shù)為n’，簇頭節(jié)點接收其簇內(nèi)節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，需將數(shù)據(jù)融合后發(fā)送給基站或其他節(jié)點，當簇頭和其他節(jié)點通信距離適合中繼通信時，尋找簇內(nèi)節(jié)點充當中繼節(jié)點，由上述可知每一輪的節(jié)點能量消耗ECH可表示為

ECH=

(24)

其中EDA為融合單位比特數(shù)據(jù)消耗的能量。節(jié)點的初始能量為Etotal，每一輪數(shù)據(jù)傳輸后，根據(jù)節(jié)點能耗節(jié)點ECH，計算剩余能量Eresidual。

2.1.3 簇頭選舉

為了防止網(wǎng)絡中節(jié)點因為通信距離過長而過早死亡，簇頭選舉時需考慮節(jié)點剩余能量[15]。通過上述節(jié)點能量消耗模型，得出每一輪各個節(jié)點的剩余能量，則選舉公式如下：

(25)

其中，r代表當前輪數(shù)，P為簇頭百分比，G是在r前1 /P輪中沒有擔任過簇頭的節(jié)點的集合，Eresidual為節(jié)點的剩余能量，Etotal為節(jié)點的初始能量。

根據(jù)式(25)，節(jié)點首先生成隨機數(shù)，如果小于預先設置的閾值T(n)，則成為臨時簇頭,節(jié)點成為臨時簇頭后，以R為半徑廣播Be-Head消息(簇頭廣播半徑R的選擇和簇頭比例有關)。臨時簇頭如果沒有收到其他簇頭的Be-Head消息，則作為簇頭進行通信；如果收到其他簇頭的Be-Head消息，比較剩余能量，若剩余能量高于其他簇頭節(jié)點，則成為簇頭，否則為普通節(jié)點。

2.2 簇建立

在簇頭選舉完成后，簇頭廣播Be-Head消息，普通節(jié)點選擇最近的簇頭，并發(fā)送Join-Cluster消息，與該簇頭進行通信。

2.3 簇頭間通信

(1) 簇頭向基站發(fā)送Route Request(RREQ)消息，RREQ包含簇頭節(jié)點地址、基站地址、首跳節(jié)點地址、跳數(shù)和路由記錄。

(2) RREQ消息經(jīng)中間簇頭節(jié)點多次轉(zhuǎn)發(fā)到達基站，中間節(jié)點收到RREQ包時，讀取RREQ包的路由信息，建立到簇頭節(jié)點的反向路由，并產(chǎn)生應答包Route Reply(RREP)，RREQ對應的RREP包經(jīng)多次轉(zhuǎn)發(fā)更新也到達基站。

(3) 基站收到簇頭節(jié)點經(jīng)過多條路徑傳送的RREQ包，根據(jù)RREQ中的全路由信息，選擇總跳數(shù)最小的RREQ包，沿著反向路由返回其RREP包(如果有多個跳數(shù)最小RREQ包,則選擇最先到達的RREQ包)。

(4) 簇頭節(jié)點根據(jù)收到基站返回的RREP包，建立正向路由，并插入路由表。簇頭節(jié)點計算其路由表第一跳的距離z，并比較距離z與距離閾值zth。

1) 若z≤zth時，簇頭間通信路徑不變，采取直傳通信；

2) 若z>zth時，簇頭根據(jù)與其一跳通信簇頭的ID，計算2點中點坐標，以中點為圓心，尋找距離圓心距離最短的簇內(nèi)節(jié)點，設為oi，將oi加入路由表，2通信簇頭經(jīng)過節(jié)點oi，采取中繼通信。

算法流程如圖1所示。

圖1 算法流程圖

BEC-ORM算法依據(jù)剩余能量選取簇頭，有利于均衡自由空間光網(wǎng)絡的能耗；利用接收光信號和中斷概率建立的可靠性模型控制簇頭之間以及簇頭和基站之間的通信距離，有利于提高自由空間光網(wǎng)絡的可靠性。

3 仿真分析

為了驗證BEC-ORM算法的有效性，將OBE-ORM算法與光學高效能量多路徑路由算法(optical efficient energy multi-path routing protocol，OEEMRP)[14]和簇頭半徑自適應層次型路由算法(cluster-head range adaptive adjustment clustering routing，CRACR)[16]進行仿真比較。仿真實驗主要包括2個方面：一方面對OBE-ORM算法中直傳鏈路和中繼鏈路的可靠性變化進行分析，驗證并求解距離閾值zth，并分析該算法在不同簇頭比例下的網(wǎng)絡能耗，確定算法的最佳簇頭比例；另一方面對比分析OBE-ORM算法、CRACR算法和OEEMRP算法在網(wǎng)絡可靠性、能耗均衡性能的變化情況。仿真實驗中節(jié)點隨機分布在100m×100m的方形監(jiān)測區(qū)域，sink節(jié)點能量不限且位于監(jiān)測區(qū)域外(50m,125m)，每一次仿真結(jié)果均為50次實驗的平均效果圖，具體實驗環(huán)境參數(shù)如表1所示。

表1 仿真參數(shù)

3.1 距離閾值

BEC-ORM算法的簇頭間通信存在直傳和中繼2種方式。根據(jù)直傳鏈路和中繼鏈路可靠性的理論分析可知，存在距離閾值zth，在2簇頭間距離小于距離閾值zth時，直傳鏈路優(yōu)于中繼鏈路；在2簇頭間距離大于距離閾值zth時，中繼鏈路優(yōu)于直傳鏈路。根據(jù)式(16)和式(17)，對直傳和中繼鏈路隨著距離變化，可靠性變化情況進行仿真驗證，得出距離閾值zth。圖2給出了隨著距離z的變化，直傳鏈路和中繼鏈路的可靠性變化情況。

從圖2中可以看出，直傳鏈路和中繼鏈路的可靠性都是隨著距離變大先增大后減小，直傳鏈路的可靠性最高值大于中繼鏈路，并且它們在z=0.3 km處相交。在小于0.3 km距離時，直傳鏈路可靠性要好于中繼鏈路，在大于0.3 km距離時，中繼鏈路可靠性則好于直傳鏈路。這是因為通信鏈路受大氣等影響，隨著距離的增大，鏈路中斷概率會逐漸增大，同時接收光信號也會減少。當傳輸距離較小時，加入中繼節(jié)點，會引入背景噪聲和放大自發(fā)輻射噪聲，這些噪聲對鏈路的影響較大；當傳輸距離較大時，加入中繼節(jié)點，長鏈路變短鏈路，接收光信號經(jīng)放大轉(zhuǎn)發(fā)變多，同時中繼節(jié)點引入的這些噪聲對性能的影響被抵消。故根據(jù)仿真結(jié)果可知，存在距離閾值zth=0.3 km，當距離z在(0,zth)范圍內(nèi)采取直傳鏈路進行通信，而在(zth,z)范圍內(nèi)采取中繼鏈路進行通信。由圖2還可以看出，直傳鏈路的可靠性在zth之后依然快速下降且在0.4 km后衰減變緩，為此設定節(jié)點最大通信范圍zmax=0.4 km，同時在100 m×100 m的仿真區(qū)域內(nèi)，為了較好地驗證直傳與中繼傳輸差異，本文將節(jié)點距離閾值zth和最大通信范圍zmax均進行了縮小處理，即zth=30 m，zmax=40 m。

圖2 直傳鏈路和中繼鏈路可靠性對比圖

3.2 最優(yōu)簇頭比例

分簇結(jié)構中簇頭個數(shù)的多少，會影響網(wǎng)絡的能耗，從而影響網(wǎng)絡生命周期。根據(jù)BEC-ORM算法的節(jié)點能量消耗模型(式(24))計算節(jié)點的剩余能量，將每個節(jié)點剩余能量相加得出網(wǎng)絡的總剩余能量，網(wǎng)絡總剩余能量在一定程度上能夠反映網(wǎng)絡的生命周期。鑒于分簇算法中，簇頭比例p最優(yōu)為3%～6%[17]，但BEC-ORM算法在3%的簇頭比例下，簇頭個數(shù)太少，構建的網(wǎng)絡會尋找很多的簇內(nèi)節(jié)點進行中繼，使得網(wǎng)絡能耗過大，所以下面仿真分析在4%、5%和6% 3種簇頭比例下，BEC-ORM算法在20輪內(nèi)的網(wǎng)絡總剩余能量情況，結(jié)果如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡剩余能量對比圖

從圖3中可以看出，隨著輪數(shù)的增加，在4%、5%和6% 3種簇頭比例下，網(wǎng)絡總剩余能量均減少，并且簇頭比例越大，網(wǎng)絡總剩余能量越多。這是因為簇頭比例較小時，BEC-ORM算法為了保證可靠性，引入較多中繼節(jié)點，增大了網(wǎng)絡能耗，隨著簇頭比例的增多，該算法簇頭間通信距離在較遠時加入中繼節(jié)點減小通信距離，并且引入較少中繼，這樣就很大地減少了網(wǎng)絡能耗。所以BEC-ORM算法簇頭比例選擇p=6%時網(wǎng)絡總剩余能量達到最優(yōu)。

3.3 可靠性

下面對BEC-ORM算法、CRACR算法和OEEMRP算法進行可靠性對比。圖4給出了3種算法構建的網(wǎng)絡中簇頭間和簇頭到基站的通信鏈路的平均可靠性情況。

由圖4可知，BEC-ORM算法的網(wǎng)絡可靠性最優(yōu)，OEEMRP算法次之，CRACR算法最低。這是因為自由空間光通信受大氣、對準誤差等影響，隨著距離變大，通信鏈路很容易中斷，并且接收的光信號減弱，鏈路的可靠性從而降低。而OEEMRP算法和BEC-ORM算法都引入了中繼方式將長鏈路變?yōu)槎替溌吠ㄐ?，削弱了大氣等因素的影響；但CRACR算法采用基站直接通信，受大氣等影響嚴重。對比OEEMRP算法，BEC-ORM算法考慮了中斷概率和接收光信號2個方面，控制簇頭間和基站通信距離，進一步提高了網(wǎng)絡可靠性。

圖4 可靠性對比圖

3.4 能耗均衡

對BEC-ORM算法、CRACR算法和OEEMRP算法進行能耗均衡性對比，通過對比死亡節(jié)點分布和運行時間增加時每輪能耗變化情況，驗證BEC-ORM算法能耗均衡性。

3.4.1 死亡節(jié)點分布

死亡節(jié)點的分布越均勻，網(wǎng)絡能耗則越均衡。因此對BEC-ORM算法、CRACR算法和OEEMRP算法死亡節(jié)點數(shù)約為總節(jié)點數(shù)50%時的分布進行對比，圖5給出了3種算法構建的網(wǎng)絡中死亡節(jié)點分布情況。這里死亡節(jié)點是節(jié)點剩余能量為0的節(jié)點，其中o代表正常工作節(jié)點，×代表死亡節(jié)點。

從圖5可知，BEC-ORM算法的死亡節(jié)點分布最均勻，OEEMRP算法死亡節(jié)點分布均勻程度次之，CRACR算法死亡節(jié)點分布最不均勻。這是因為OEEMRP算法和BEC-ORM算法都引入了多跳通信，但CRACR算法采用直接基站通信，距離基站遠的節(jié)點能耗過大，節(jié)點過快死亡，從而死亡節(jié)點分布最不均勻。對比OEEMRP算法，BEC-ORM算法考慮中斷概率和接收光信號2個方面，控制簇頭間和基站通信距離，并且簇頭選舉時考慮節(jié)點剩余能量，能耗更均衡，進而死亡節(jié)點分布最均勻。

(a) OEEMRP算法

(b) CRACR算法

(c) OBE-ORM算法

3.4.2 網(wǎng)絡每輪能量總消耗

對BEC-ORM算法、CRACR算法和OEEMRP算法進行每輪能耗變化對比，網(wǎng)絡能耗越小越均衡，網(wǎng)絡生命周期則越長。圖6給出了3種算法構建的網(wǎng)絡中在20輪內(nèi)每輪能耗的變化情況。

圖6 每輪能量消耗對比圖

從圖6可知，隨著輪數(shù)的增加，3種算法每輪的能耗都有增大趨勢。在0～7輪，BEC-ORM算法算法和OEEMRP算法能耗相近，CRACR算法能耗變化較大，從第8輪開始，BEC-ORM算法每輪能耗變化最小，OEEMRP算法次之，CRACR算法每輪能耗變化最大。這主要是因為網(wǎng)絡拓撲影響網(wǎng)絡的每輪能耗及能耗均衡性，BEC-ORM算法和OEEMRP算法的簇頭都通過中繼方式，經(jīng)多跳傳輸數(shù)據(jù)給基站，對于離基站遠的簇頭，縮短了通信距離，減少了它們的能耗，與距離基站近的簇的能耗差距變小，進而平衡了全網(wǎng)的能量，而CRACR算法采用簇頭直接與基站通信的方式，距離基站較遠的簇頭消耗過大，增加了每輪網(wǎng)絡能耗，同時網(wǎng)絡能耗均衡也越差。對比OEEMRP算法，BEC-ORM算法簇頭選舉考慮了節(jié)點能量和簇頭間距，控制了簇頭個數(shù)變化和分布，根據(jù)可靠性模型，控制了通信距離，進一步減少了網(wǎng)絡能耗，提高了網(wǎng)絡能耗均衡性。

4 結(jié) 論

對于自由空間光網(wǎng)絡，鏈路可靠性和網(wǎng)絡能耗均衡性是其工作的重要前提。本文通過中斷概率和接收光信號強度2個方面構建網(wǎng)絡可靠性模型，再結(jié)合多跳通信和簇頭選舉方式減少和均衡網(wǎng)絡能耗，提出光學中繼的能耗均衡路由算法(BEC-ORM)。通過與其他算法的可靠性、死亡節(jié)點分布和每輪能量消耗的對比仿真，驗證了BEC-ORM算法構建的自由空間光網(wǎng)絡具有可靠性高、能耗少且能耗更均衡的特點。