專利名稱：基于吞吐量性能的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的路由方法，具體地說，涉及的是一種基 于吞吐量性能的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方法。
背景技術(shù)：
無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種在無線接入、市政管理、災(zāi)難救助、安全監(jiān)控、工業(yè) 管理、物流協(xié)作等領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛的技術(shù)，其路由方法的設(shè)計(jì)直接影響到無 線Mesh網(wǎng)絡(luò)的性能和效率。因?yàn)闊o線Mesh網(wǎng)絡(luò)有自組織、自恢復(fù)、自適應(yīng)的性 能要求，和可移動(dòng)、環(huán)境多變的背景特征，所以無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的路由方法必須 一方面照顧到網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，保證數(shù)據(jù)通信的暢通與高效，另一方面必須能夠進(jìn) 行快速收斂，以保證在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑霈F(xiàn)變化的時(shí)候，能夠最大限度的維持通信的正 常進(jìn)行。 一個(gè)高效準(zhǔn)確、高穩(wěn)定性的路由方法是構(gòu)建實(shí)用化的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的 基礎(chǔ)。而要在這兩個(gè)互相影響和制約的特性中找到平衡點(diǎn)，是非常困難的。
無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是無線adhoc網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，而基于無線adhoc網(wǎng)絡(luò)的路由解 決策略層出不窮，可分為主動(dòng)路由、被動(dòng)路由和混合式路由三類。主動(dòng)路由釆用 與傳統(tǒng)路由協(xié)議相似的策略來維護(hù)路由表，比如Murthy和 J. J. Garcia-Luna-Aceves所提出的WRP就是由每個(gè)節(jié)點(diǎn)周期性的廣播路由信息 分組，交換路由信息來完成主動(dòng)的路由發(fā)現(xiàn)工作的。但是在這種情況下，節(jié)點(diǎn)必 須主動(dòng)的去維護(hù)所有去往全網(wǎng)的路由，而且路由信息數(shù)據(jù)的周期性廣播也占用了 一定的數(shù)據(jù)帶寬，更重要的是，雖然獲得了穩(wěn)定性，但幾乎完全舍棄了系統(tǒng)對(duì)快 速收斂的要求。被動(dòng)路由根據(jù)需要獲取路由信息，C.E. Perkins和E. M. Royer 提出了 AODV協(xié)議就是按需路由的典型代表，它只在源節(jié)點(diǎn)有分組要發(fā)出，但是 沒有通往目的節(jié)點(diǎn)的路由信息時(shí)，才通過主動(dòng)?xùn)嗽兊姆绞饺カ@取路由，路由表是 按需建立的。但因?yàn)槁酚尚畔⒃诔霈F(xiàn)需求后才進(jìn)行收斂，就導(dǎo)致了數(shù)據(jù)包發(fā)送前 的巨大時(shí)延，影響了網(wǎng)絡(luò)工作的效率。混合式路由通過結(jié)合上述兩種路由策略來 實(shí)現(xiàn)，在小區(qū)域內(nèi)使用主動(dòng)路由策略，保證數(shù)據(jù)高效的傳輸，在區(qū)域間使用被動(dòng)路由策略，來減小路由表的規(guī)模開銷。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請(qǐng)?zhí)枮?00610145606. X的專利 "中繼系統(tǒng)中的自適應(yīng)路由信息廣播與路由方法"也是一種擁有自適應(yīng)特性的路 由方法。該專利闡述了一種用于中繼系統(tǒng)中的自適應(yīng)路由信息廣播與路由方法。 其技術(shù)特點(diǎn)為，采用基于跳數(shù)的路由生成方法，采用最大跳數(shù)作為路由生成的約 束條件，采用兩個(gè)系統(tǒng)負(fù)荷門限將整個(gè)系統(tǒng)負(fù)荷的可能劃分為三個(gè)不同的檔次， 針對(duì)不同檔次采用不同的路由信息格式。該方法采用了主動(dòng)路由策略，為了減少 主動(dòng)路由策略帶來的系統(tǒng)開銷，采用了分級(jí)的路由信息格式，這是對(duì)主動(dòng)路由策 略的優(yōu)化。采用最大跳數(shù)作為路由生成的約束條件使得路由環(huán)路出現(xiàn)的可能大大 降低。但是該路由方法是基于跳數(shù)進(jìn)行路由選擇的，首先這就無法體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜 多變的特性，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)效率的下降。同時(shí)，基于最大跳數(shù)的約束條件會(huì)直接導(dǎo) 致在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模改變時(shí)，系統(tǒng)無法針對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀況進(jìn)行最大跳數(shù)這個(gè)參數(shù)的自適應(yīng)， 最終導(dǎo)致系統(tǒng)紊亂。而且，僅使用系統(tǒng)的兩個(gè)門限負(fù)荷作為自適應(yīng)的條件太過簡 單，無法對(duì)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性做出恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于吞吐量性能的無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方法，解決因?qū)﹄[藏節(jié)點(diǎn)的考慮不足導(dǎo)致的性能下降，通 過對(duì)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)鏈路上不同類型數(shù)據(jù)包丟包率的探査，同時(shí)基于隱藏 節(jié)點(diǎn)的相關(guān)處理，來完成對(duì)吞吐量性能的估算，并以此得到一個(gè)有代表性的 Metric值，最終獲得任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間通過多跳通信的最佳路由，以使網(wǎng)絡(luò)在整 體性能上達(dá)到最優(yōu)。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括如下步驟
第一步，每個(gè)無線Mesh節(jié)點(diǎn)會(huì)以設(shè)定的時(shí)間間隔發(fā)送探針包，同時(shí)接受其
他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的探針包，并將所接收到探針包的發(fā)送節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為鄰居。
第二步，根據(jù)第一步中所使用的探針包的發(fā)送頻率和一段時(shí)間內(nèi)收到鄰居節(jié)
點(diǎn)的探針包個(gè)數(shù)，由探針包的丟失率來計(jì)算兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的鏈路質(zhì)量，這些由探 針包獲得的鏈路質(zhì)量信息將被放在本地發(fā)出的探針包中一起發(fā)送出去。
第三步，根據(jù)第一步和第二步所描述的探針包發(fā)送機(jī)制，本地收到的其他節(jié) 點(diǎn)的探針包信息，以及從其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來的探針包中所攜帶的本地發(fā)出的探針包的 信息，計(jì)算出一個(gè)鏈路質(zhì)量metric (度量值)值，并生成一個(gè)鏈路質(zhì)量數(shù)據(jù)庫記錄鏈路質(zhì)量信息。同時(shí)無線Mesh節(jié)點(diǎn)根據(jù)信道中信號(hào)占用的百分比來確定一 個(gè)權(quán)值，并將這個(gè)權(quán)值計(jì)入鏈路metric計(jì)算，以確保隱藏節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信不會(huì) 對(duì)基于吞吐量性能選擇的路由產(chǎn)生不可知的影響。第四步，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要與其他節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，它將發(fā)送出一條路由請(qǐng)求，每 個(gè)節(jié)點(diǎn)都將對(duì)這個(gè)路由請(qǐng)求進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，直到找到目的節(jié)點(diǎn)為止。根據(jù)第三步所述 的鏈路質(zhì)量數(shù)據(jù)庫，每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)路由請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)都會(huì)將本節(jié)點(diǎn)與上一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)此請(qǐng)求 節(jié)點(diǎn)的鏈路質(zhì)量metric計(jì)入請(qǐng)求中，因此通過不同路徑到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由將 會(huì)因?yàn)闁嗽冞^程中代表鏈路質(zhì)量的metric值的不同而產(chǎn)生區(qū)別，這就是選擇最 佳路由的依據(jù)。最佳路由被選擇出來后，所有路由上的節(jié)點(diǎn)都會(huì)在有效期內(nèi)緩存 此條路由。路由數(shù)據(jù)經(jīng)過了有效期后，將被刪除，系統(tǒng)如有需要將會(huì)重復(fù)上述步 驟來重新獲取路由。第五步，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)通告自己的存在，以使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)都能 夠擁有一條或多條默認(rèn)路由。而每個(gè)節(jié)點(diǎn)也會(huì)根據(jù)第四步所述的方法，通過計(jì)算 整個(gè)路由上metric值的和，去選擇一條最優(yōu)的到達(dá)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的路由。所述的探針包是這樣一種數(shù)據(jù)幀，它包含有本節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)編號(hào)、節(jié)點(diǎn)類型、 節(jié)點(diǎn)信噪比等物理信息，同時(shí)包含了本節(jié)點(diǎn)探針包的設(shè)定信息(包括發(fā)送時(shí)延、 發(fā)送間隔、發(fā)送數(shù)量)和本節(jié)點(diǎn)所接收到的鄰居節(jié)點(diǎn)探針包的接收率。所以探針 包不但能夠作為Hello包聲明自己的存在，也能夠作為鏈路維持的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同 時(shí)還可以使每個(gè)節(jié)點(diǎn)獲知自己發(fā)送的探針包在其他節(jié)點(diǎn)的接收率，使得每個(gè)節(jié)點(diǎn) 都能雙向的了解鏈路質(zhì)量信息。根據(jù)探針包，系統(tǒng)將維護(hù)一張鄰居表來表示所有 的鄰居節(jié)點(diǎn)，并為每個(gè)鄰居建立一張?zhí)结樞畔⒈?記錄每個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)的相關(guān)探針 包發(fā)送和接受統(tǒng)計(jì)信息)。所述的探針包的發(fā)送頻率，是指認(rèn)為設(shè)定的在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)送探針包的個(gè) 數(shù)。這個(gè)設(shè)定將隨探針包發(fā)送出去，以使得鄰居節(jié)點(diǎn)可以在這個(gè)設(shè)定的時(shí)間長度 內(nèi)，通過對(duì)所接受到的探針包數(shù)量的統(tǒng)計(jì)，得到探針報(bào)的丟包率。這個(gè)丟包率將 被記錄在探針信息表中，同時(shí)將被隨著之后的探針包發(fā)送出去。所述的鏈路質(zhì)量metric值，是對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況下，對(duì)固定數(shù)據(jù)包的傳輸時(shí) 間的一個(gè)估計(jì)值。任意兩個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)間，都會(huì)實(shí)時(shí)維護(hù)這樣一個(gè)metric值，根 據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況對(duì)這個(gè)值進(jìn)行重新收斂和計(jì)算，以保證鏈路的暢通。這個(gè)值主要受到 三個(gè)因素的影響，鏈路所使用的數(shù)據(jù)傳輸速率，鏈路數(shù)據(jù)傳輸?shù)膩G包率，和鏈路被隱藏節(jié)點(diǎn)占用的情況。根據(jù)鏈路所使用的數(shù)據(jù)傳輸速率，可以計(jì)算得到數(shù)據(jù)包 發(fā)送的時(shí)間m，根據(jù)丟包率，可以計(jì)算出數(shù)據(jù)重傳的次數(shù)和所需要的退避時(shí)間k， 根據(jù)鏈路占用情況，可以算出權(quán)值s，加上鏈路固定的時(shí)間片占用p，可以得到 估計(jì)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，也就是metric值t= (m+k) *s+p。
所述的發(fā)送路由請(qǐng)求是指當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要將數(shù)據(jù)包傳輸給另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，但是在路 由表中沒有到達(dá)目的地的路由信息的時(shí)候，節(jié)點(diǎn)會(huì)向外洪泛一個(gè)路由請(qǐng)求，即向 周圍的所有鄰居節(jié)點(diǎn)詢問到達(dá)目的地的路由信息。收到請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)如果知道到達(dá) 目的節(jié)點(diǎn)的信息，就會(huì)將數(shù)據(jù)傳回，如果不知道，就會(huì)將這個(gè)請(qǐng)求繼續(xù)發(fā)送，并 將自己放入到這個(gè)請(qǐng)求包的源路由隊(duì)列中，使得之后的節(jié)點(diǎn)能夠知道這個(gè)數(shù)據(jù)包 經(jīng)過了哪些節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)也根據(jù)之前的數(shù)據(jù)，獲知了自己到達(dá)源節(jié)點(diǎn)的 最優(yōu)路徑。
所述的洪泛是指某一個(gè)節(jié)點(diǎn)向周圍廣播發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，所有能收到這個(gè)數(shù) 據(jù)包的節(jié)點(diǎn)，向自己的周圍廣播發(fā)送相同的數(shù)據(jù)包，直到網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)都最 終收到這個(gè)數(shù)據(jù)包。
所述的源路由隊(duì)列是指路由請(qǐng)求經(jīng)過的每個(gè)節(jié)點(diǎn)將自己添加到路由請(qǐng)求中 的特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后所產(chǎn)生的隊(duì)列。路由請(qǐng)求會(huì)通過多跳源路由到達(dá)所請(qǐng)求的目標(biāo) 節(jié)點(diǎn)，之后路由請(qǐng)求被回傳給源節(jié)點(diǎn)，源節(jié)點(diǎn)也會(huì)受到多個(gè)返回包，源節(jié)點(diǎn)會(huì)根 據(jù)所收到的源路由隊(duì)列的相關(guān)metric值，計(jì)算出最優(yōu)的路由。同時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn) 也會(huì)根據(jù)這些路由請(qǐng)求的數(shù)據(jù)，獲知了自己到源和目的節(jié)點(diǎn)的情況。也就是說， 路徑上的所有節(jié)點(diǎn)，都獲知了這條最優(yōu)路由。
所述的所有節(jié)點(diǎn)緩存路由是指為了減少系統(tǒng)的開銷，每一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)路由請(qǐng)求的 節(jié)點(diǎn)都將把這條路由上的相關(guān)節(jié)點(diǎn)計(jì)入路由表中，在路由沒有失效前，系統(tǒng)如有 通信需要，可以直接使用這條緩存在路由表中的路由，減少路由查詢的開銷。
所述路由經(jīng)過了有效期是指為了防止網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)變化后，系統(tǒng)依然使用之前緩 存的最佳路由，系統(tǒng)將會(huì)在有效期結(jié)束后，將緩存的路由從路由表中刪除，當(dāng)有 新的通信需要時(shí)，系統(tǒng)將重新發(fā)起路由査詢請(qǐng)求。
所述的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)主動(dòng)通告網(wǎng)絡(luò)是指網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)會(huì)向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有的節(jié)點(diǎn)通告自 己的存在。因?yàn)闊o線Mesh網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)接入網(wǎng)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)附近將會(huì)有最大的吞吐 量。所以，主動(dòng)維持網(wǎng)關(guān)路由能夠極大地優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。
本發(fā)明是一種兼顧了主動(dòng)路由記錄和被動(dòng)路由發(fā)現(xiàn)優(yōu)點(diǎn)的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由方法。在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，因?yàn)槌隹诘南鄬?duì)固定性和鏈路本身的動(dòng)態(tài)特性， 這樣的方法在能夠很好的適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)的變化的同時(shí)，也能夠做到最大限度的 降低路由廣播和收斂對(duì)吞吐量的影響，同時(shí)也將隱藏節(jié)點(diǎn)對(duì)鏈路的影響考慮在 內(nèi)，非常適合于在目前這種空間電磁波狀況復(fù)雜的情況下使用。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例鏈路狀態(tài)廣播示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例路由狀態(tài)査詢示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實(shí)施例。本發(fā)明中，每一個(gè)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過向外廣播探針包以及接收其鄰居 節(jié)點(diǎn)發(fā)送的探針包，并根據(jù)探針包的丟包率來維護(hù)一個(gè)鏈路質(zhì)量數(shù)據(jù)庫，通過引 入隱藏節(jié)點(diǎn)對(duì)吞吐量占用的權(quán)值以及相關(guān)計(jì)算，數(shù)據(jù)庫記錄了此節(jié)點(diǎn)與其鄰居節(jié) 點(diǎn)的之間的鏈路質(zhì)量信息，用一個(gè)metric值來表示。這個(gè)metric值之后被用于 計(jì)算每一條特定路由的質(zhì)量。路由請(qǐng)求將根據(jù)需求洪泛至整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，擁有最佳 metric值的路由最后將被作為最佳路由由每一個(gè)節(jié)點(diǎn)記錄。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過廣播 網(wǎng)關(guān)信息，維持網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)在整個(gè)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的可知和可達(dá)，即所有節(jié)點(diǎn)對(duì) 于出口路由的主動(dòng)追蹤。如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例鏈路狀態(tài)廣播圖。圖中，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)向周 圍所有的節(jié)點(diǎn)廣播探針包，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都將通過記錄鄰居節(jié)點(diǎn)的探針包信息來獲取 每一條鏈路的狀態(tài)信息，并根據(jù)相關(guān)的狀態(tài)信息計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)的metric值。由于 探針包不斷的發(fā)送接收，鏈路狀態(tài)信息也在不斷的調(diào)整，因此metric值會(huì)發(fā)生 動(dòng)態(tài)變化。如圖2所示，為本發(fā)明實(shí)施例鏈路狀態(tài)廣播圖。圖中，當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要得知到達(dá) 目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的路由信息而路由節(jié)點(diǎn)又不在當(dāng)前已知的路由表中時(shí)，節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)起一次 路由查詢，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)向周圍所有的鄰居轉(zhuǎn)發(fā)這樣的路由査詢信息，直到到達(dá) 目的地。所有形成環(huán)的路由查詢轉(zhuǎn)發(fā)都會(huì)被丟棄，同時(shí)，在經(jīng)過一定的時(shí)間后， 這條路由査詢的請(qǐng)求也會(huì)被丟棄，以防止這個(gè)路由査詢占用太多的吞吐量資源。 每一個(gè)中間節(jié)點(diǎn)都會(huì)將自己添加到路由查詢包的源路由隊(duì)列中，目的節(jié)點(diǎn)在收到査詢路由的請(qǐng)求后，將整個(gè)包發(fā)回給源節(jié)點(diǎn)，源節(jié)點(diǎn)通過對(duì)多個(gè)包中的metric 信息的計(jì)算來最終獲得最優(yōu)路徑。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)一旦確定自己可以與Internet進(jìn)行通信，也就是確定自己是整個(gè) 網(wǎng)絡(luò)的gateway的時(shí)候，需要向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)宣布這個(gè)消息。這個(gè)過程與路由信息的 查詢相類似，但是因?yàn)榫W(wǎng)關(guān)只需要宣布自己的身份，不需要用戶的回饋，因此這 個(gè)過程是單向的。而且是每隔一個(gè)特定時(shí)間就會(huì)不斷進(jìn)行的。因?yàn)檫@樣才能保證 不在某些網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)失效的情況下，依然有節(jié)點(diǎn)選擇使用這個(gè)網(wǎng)關(guān)路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 發(fā)。以下給出本發(fā)明具體應(yīng)用實(shí)施例的描述以一座五層住宅為例，假設(shè)只有三樓和五樓擁有通向Internet的有線網(wǎng)絡(luò) 接口，需要對(duì)所有樓層進(jìn)行無線接入網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。在每一個(gè)樓層均放置一個(gè)節(jié)點(diǎn)， 假設(shè)二樓四樓由于家具較多，需要放置兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。首先當(dāng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)開啟后，它們會(huì)在每10秒時(shí)間內(nèi)發(fā)送100個(gè)探針包(這個(gè) 可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整)，同時(shí)接受其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的探針包，并將所接收到探針 包的發(fā)送節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為鄰居。這時(shí)，每個(gè)樓層的無線Mesh節(jié)點(diǎn)都能夠發(fā)現(xiàn)本樓層 以及上下相鄰樓層的無線Mesh節(jié)點(diǎn)，并會(huì)將他們標(biāo)示為鄰居。接著，根據(jù)100個(gè)探針包收到的比率，可以計(jì)算得到本節(jié)點(diǎn)與其鄰居節(jié)點(diǎn)的 鏈路質(zhì)量數(shù)據(jù)。同時(shí)，這個(gè)數(shù)據(jù)庫中的信息將會(huì)被放在之后的探針包中，實(shí)時(shí)的 發(fā)布出去。之后，根據(jù)本地接收的鄰居探針包的情況，和鄰居探針包中所包含的本地探 針包在鄰居節(jié)點(diǎn)的情況，計(jì)算出和鄰居節(jié)點(diǎn)之間的鏈路metric (躍點(diǎn)值)。之后， 根據(jù)鏈路占用情況，會(huì)將一個(gè)權(quán)值加入到metric中，得到最終的鏈路質(zhì)量 metric,這些鏈路質(zhì)量metric將會(huì)被記錄在鏈路質(zhì)量數(shù)據(jù)庫中。通過這些步驟， 每個(gè)節(jié)點(diǎn)將會(huì)動(dòng)態(tài)的維護(hù)一個(gè)本地節(jié)點(diǎn)和鄰居節(jié)點(diǎn)之間的鏈路質(zhì)量數(shù)據(jù)庫。這個(gè) 庫中的文件將會(huì)根據(jù)環(huán)境的變化而實(shí)時(shí)更新。然后，當(dāng)一樓的節(jié)點(diǎn)希望發(fā)送數(shù)據(jù)包發(fā)送到三樓的節(jié)點(diǎn)時(shí)， 一樓節(jié)點(diǎn)將發(fā)送 一個(gè)路由請(qǐng)求，這個(gè)請(qǐng)求被發(fā)送到二樓的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后發(fā)送到三樓的節(jié)點(diǎn)。這 時(shí)， 一樓的節(jié)點(diǎn)將會(huì)得到兩個(gè)回復(fù)，分別通過二樓的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)到達(dá)三樓的節(jié)點(diǎn)。 里面分別包含了其鏈路的metric。 一樓的節(jié)點(diǎn)將根據(jù)metric值的和，選擇二樓 的某個(gè)結(jié)點(diǎn)提供的路由，將數(shù)據(jù)發(fā)送到三樓的節(jié)點(diǎn)。這個(gè)路由信息會(huì)在節(jié)點(diǎn)中緩存，但會(huì)在到期后刪除。防止二樓的那個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)突然毀壞，或由于某些原因不 可用。這時(shí)， 一樓的節(jié)點(diǎn)將會(huì)通過重新發(fā)送路由請(qǐng)求，而使用二樓的另一個(gè)節(jié)點(diǎn) 來完成信息轉(zhuǎn)發(fā)工作。最后，三樓和五樓的節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)本地是通向Internet的網(wǎng)關(guān)，他們會(huì)向全網(wǎng) 廣播這一信息。同時(shí)主動(dòng)的在所有節(jié)點(diǎn)中緩存一條通向外網(wǎng)的路由。這條路由也 是動(dòng)態(tài)和自適應(yīng)的。因此， 一樓節(jié)點(diǎn)將會(huì)收到三樓和五樓節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)關(guān)通告，然后 根據(jù)metric選擇通過三樓的節(jié)點(diǎn)訪問Internet。當(dāng)三樓的Internet鏈路突然 中斷時(shí)， 一樓節(jié)點(diǎn)將僅收到五樓節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)關(guān)信息廣播，并重新維護(hù)一條通向五樓 網(wǎng)關(guān)的路由，保證用戶的使用。本實(shí)施例可以解決因?qū)﹄[藏節(jié)點(diǎn)的考慮不足導(dǎo)致的性能下降，使網(wǎng)絡(luò)在整體 性能上達(dá)到最優(yōu)。
權(quán)利要求
1.一種基于吞吐量性能的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方法，其特征在于，包括如下步驟第一步，每個(gè)無線Mesh節(jié)點(diǎn)會(huì)以設(shè)定的時(shí)間間隔發(fā)送探針包，同時(shí)接受其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的探針包，并將所接收到探針包的發(fā)送節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為鄰居；第二步，根據(jù)第一步中所使用的探針包的發(fā)送頻率和一段時(shí)間內(nèi)收到鄰居節(jié)點(diǎn)的探針包個(gè)數(shù)，由探針包的丟失率來計(jì)算兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的鏈路質(zhì)量，這些由探針包獲得的鏈路質(zhì)量信息將被放在本地發(fā)出的探針包中一起發(fā)送出去；第三步，根據(jù)第一步和第二步所描述的探針包發(fā)送機(jī)制，本地將接受到其他節(jié)點(diǎn)所發(fā)出的探針包的信息，以及從對(duì)方發(fā)來的探針包中所攜帶的本地發(fā)出的探針包的信息，計(jì)算出一個(gè)鏈路質(zhì)量metric值，并生成一個(gè)鏈路質(zhì)量數(shù)據(jù)庫記錄鏈路質(zhì)量信息，同時(shí)無線Mesh節(jié)點(diǎn)根據(jù)信道中信號(hào)占用的百分比來確定一個(gè)權(quán)值，并將這個(gè)權(quán)值計(jì)入鏈路metric計(jì)算，以確保隱藏節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信不會(huì)對(duì)基于吞吐量性能選擇的路由產(chǎn)生不可知的影響；第四步，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)需要與其他節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，它將發(fā)送出一條路由請(qǐng)求，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都將對(duì)這個(gè)路由請(qǐng)求進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，直到找到目的節(jié)點(diǎn)為止，根據(jù)第三步所述的鏈路質(zhì)量數(shù)據(jù)庫，每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)路由請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)都會(huì)將本節(jié)點(diǎn)與上一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)此請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)的鏈路質(zhì)量metric計(jì)入請(qǐng)求中，因此通過不同路徑到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由將會(huì)因?yàn)椴樵冞^程中代表鏈路質(zhì)量的metric值而產(chǎn)生區(qū)別，這就是選擇最佳路由的依據(jù)，最佳路由被選擇出來后，所有路由上的節(jié)點(diǎn)都會(huì)在有效期內(nèi)緩存此條路由，路由經(jīng)過了有效期后將被刪除，系統(tǒng)如有需要將會(huì)重復(fù)上述步驟來重新獲取路由；第五步，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)主動(dòng)通告網(wǎng)絡(luò)自己的存在，以使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)都能夠擁有一條或多條默認(rèn)路由，而每個(gè)節(jié)點(diǎn)也會(huì)根據(jù)第四步所述的方法，通過計(jì)算整個(gè)路由上metric值的和，去選擇一條最優(yōu)的到達(dá)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的路由。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于吞吐量性能的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方 法，其特征是，所述的探針包是這樣一種數(shù)據(jù)幀，它包含有本節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)編號(hào)、 節(jié)點(diǎn)類型、節(jié)點(diǎn)信噪比這些物理信息，同時(shí)包含了本節(jié)點(diǎn)探針包的設(shè)定信息和本節(jié)點(diǎn)所接收到的鄰居節(jié)點(diǎn)探針包的接收率，探針包不但能夠作為Hello包聲明自 己的存在，也能夠作為鏈路維持的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時(shí)還使每個(gè)節(jié)點(diǎn)獲知自己發(fā)送的 探針包在其他節(jié)點(diǎn)的接收率，使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能雙向的了解鏈路質(zhì)量信息，根據(jù) 探針包，系統(tǒng)將維護(hù)一張鄰居表來表示所有的鄰居節(jié)點(diǎn)，并為每個(gè)鄰居建立一張 探針信息表，記錄每個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)的相關(guān)探針包發(fā)送和接受統(tǒng)計(jì)信息。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于吞吐量性能的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方 法，其特征是，所述的探針包的發(fā)送頻率，是指認(rèn)為設(shè)定的在一定時(shí)間內(nèi)發(fā)送探 針包的個(gè)數(shù)，這個(gè)設(shè)定將隨探針包發(fā)送出去，以使得鄰居節(jié)點(diǎn)在這個(gè)設(shè)定的時(shí)間 長內(nèi)，通過對(duì)所接受到的探針包數(shù)量的統(tǒng)計(jì)，得到探針報(bào)的丟包率，這個(gè)丟包率 將被記錄在探針信息表中，同時(shí)將被隨著之后的探針包發(fā)送出去。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于吞吐量性能的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方 法，其特征是，所述的鏈路質(zhì)量metric值，是對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況下，對(duì)固定數(shù)據(jù) 包的傳輸時(shí)間的一個(gè)估計(jì)值，任意兩個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)間，都會(huì)實(shí)時(shí)維護(hù)這樣一個(gè) metric值，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況對(duì)這個(gè)值進(jìn)行重新收斂和計(jì)算，以保證鏈路的暢通， 這個(gè)值主要受到鏈路所使用的數(shù)據(jù)傳輸速率、鏈路數(shù)據(jù)傳輸?shù)膩G包率和鏈路被隱 藏節(jié)點(diǎn)占用的情況影響，根據(jù)鏈路所使用的數(shù)據(jù)傳輸速率可計(jì)算得到數(shù)據(jù)包發(fā)送 的時(shí)間m，根據(jù)丟包率可計(jì)算出數(shù)據(jù)重傳的次數(shù)和所需要的退避時(shí)間k，根據(jù)鏈 路占用情況可算出權(quán)值s，加上鏈路固定的時(shí)間片占用P，得到估計(jì)數(shù)據(jù)傳輸時(shí) 間，也就是metric值t=(m+k)*s+p。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于吞吐量性能的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方 法，其特征是，所述的發(fā)送路由請(qǐng)求是指當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要將數(shù)據(jù)包傳輸給另一個(gè)節(jié)點(diǎn)， 但是在路由表中沒有到達(dá)目的地的路由信息的時(shí)候，節(jié)點(diǎn)會(huì)向外洪泛一個(gè)路由請(qǐng) 求，即向周圍的所有鄰居節(jié)點(diǎn)詢問到達(dá)目的地的路由信息，收到請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)如果 知道到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的信息，就會(huì)將數(shù)據(jù)傳回，如果不知道，就會(huì)將這個(gè)請(qǐng)求繼續(xù) 發(fā)送，并將自己放入到這個(gè)請(qǐng)求包的源路由隊(duì)列中，使得之后的節(jié)點(diǎn)能夠知道這 個(gè)數(shù)據(jù)包經(jīng)過了哪些節(jié)點(diǎn)，同時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)也根據(jù)之前的數(shù)據(jù)，獲知了自己到達(dá) 源節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)路徑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于吞吐量性能的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方 法，其特征是，所述的洪泛是指某一個(gè)節(jié)點(diǎn)向周圍廣播發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，所有能 收到這個(gè)數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)，向自己的周圍廣播發(fā)送相同的數(shù)據(jù)包，直到網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)都最終收到這個(gè)數(shù)據(jù)包。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于吞吐量性能的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方 法，其特征是，所述的源路由隊(duì)列是指路由請(qǐng)求經(jīng)過的每個(gè)節(jié)點(diǎn)將自己添加到路 由請(qǐng)求中的特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后所產(chǎn)生的隊(duì)列，路由請(qǐng)求會(huì)通過多跳源路由到達(dá)所請(qǐng) 求的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，之后路由請(qǐng)求被回傳給源節(jié)點(diǎn)，源節(jié)點(diǎn)也會(huì)受到多個(gè)返回包，源 節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)所收到的源路由隊(duì)列的相關(guān)metric值，計(jì)算出最優(yōu)的路由，同時(shí)， 每個(gè)節(jié)點(diǎn)也會(huì)根據(jù)這些路由請(qǐng)求的數(shù)據(jù)，獲知了自己到源和目的節(jié)點(diǎn)的情況。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于吞吐量性能的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方 法，其特征是，所述的所有節(jié)點(diǎn)緩存路由是指每一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)路由請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)都將把 這條路由上的相關(guān)節(jié)點(diǎn)計(jì)入路由表中，在路由沒有失效前，系統(tǒng)如有通信需要， 直接使用這條緩存在路由表中的路由，減少路由査詢的開銷。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于吞吐量性能的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方 法，其特征是，所述路由經(jīng)過了有效期是指為了防止網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)變化后，系統(tǒng)依然 使用之前緩存的最佳路由，系統(tǒng)將會(huì)在有效期結(jié)束后，從路由表中將緩存的路由 刪除，當(dāng)有新的通信需要時(shí)，系統(tǒng)將重新發(fā)起路由査詢請(qǐng)求。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于吞吐量性能的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方 法，其特征是，所述的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)主動(dòng)通告網(wǎng)絡(luò)是指網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)會(huì)向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有的節(jié) 點(diǎn)通告自己的存在。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于吞吐量性能的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)路由方法，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)通過向外廣播探針包以及接收其鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送的探針包，并根據(jù)探針包的丟包率來維護(hù)一個(gè)鏈路質(zhì)量數(shù)據(jù)庫，通過引入隱藏節(jié)點(diǎn)對(duì)吞吐量占用的權(quán)值以及計(jì)算，數(shù)據(jù)庫記錄此節(jié)點(diǎn)與其鄰居節(jié)點(diǎn)的之間的鏈路質(zhì)量信息，用一個(gè)metric值來表示，該metric值被用于計(jì)算每一條特定路由的質(zhì)量。路由請(qǐng)求將根據(jù)需求洪泛至整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，擁有最佳metric值的路由將被作為最佳路由由每一個(gè)節(jié)點(diǎn)記錄。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過廣播網(wǎng)關(guān)信息，維持網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)在整個(gè)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的可知和可達(dá)，即所有節(jié)點(diǎn)對(duì)于出口路由的主動(dòng)追蹤。本發(fā)明解決了因?qū)﹄[藏節(jié)點(diǎn)的考慮不足導(dǎo)致的性能下降。
文檔編號(hào)H04L12/56GK101296180SQ20081003918
公開日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2008年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月19日
發(fā)明者越 吳, 孔少杰, 孫東來, 帥 張, 平 易 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)