專利名稱：無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的跨層路由優(yōu)化的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(WMN :Wireless Mesh Network)，尤其涉及一種無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)的跨層路由優(yōu)化的方法及裝置。
背景技術(shù)：
由于更低的成本、靈活的配置以及增強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和網(wǎng)絡(luò)容量，使得無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(WMN :Wireless Mesh Network)技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，其優(yōu)異的性能受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的青睞，已經(jīng)成為下一代無線網(wǎng)絡(luò)中涌現(xiàn)出來的一種非常具有應(yīng)用前景的新型無線組網(wǎng)技術(shù)。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)主要由Mesh終端和Mesh路由器組成。其中，各個(gè)Mesh路由器構(gòu)成了無線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)和骨干網(wǎng)絡(luò)，并與有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)組網(wǎng)，一起為Mesh終端提供多跳無線互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)連接。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)使用分層的協(xié)議模型，不同協(xié)議層之間彼此透明。協(xié)議開發(fā)和實(shí)現(xiàn)是一個(gè)簡單而又可升級的過程。但是，由于無線網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，分層協(xié)議設(shè)計(jì)的方法并不一定非常適合無線網(wǎng)絡(luò)。例如，無線環(huán)境下的物理信道是變化的，容量和誤比特率等都是不斷變化的。采用優(yōu)化的調(diào)制編碼方案和差錯(cuò)控制方案可以改進(jìn)物理信道的性能，但還是不能像更高層所期望的一樣保證穩(wěn)定的容量、低丟包率與可靠的連接性。因此，在無線網(wǎng)絡(luò)中， 高層協(xié)議必然會(huì)受到物理信道不穩(wěn)定的影響。為了更進(jìn)一步提高無線網(wǎng)絡(luò)的性能，MAC(媒體接入控制，Media Access Control)、路由及傳輸協(xié)議必須要和物理層一起工作。此外， MAC、路由和傳輸協(xié)議也需要互相合作，這些交互需要在不同層協(xié)議之間的跨層設(shè)計(jì)。通過利用物理層、MAC層、路由層等協(xié)議層之間的聯(lián)合設(shè)計(jì)是無線多媒體業(yè)務(wù)QoS(服務(wù)質(zhì)量， Quality of Service)要求的一種行之有效的方法?，F(xiàn)有技術(shù)中，0LSR(最優(yōu)鏈路狀態(tài)路由，Optimized Link State Routing)路由協(xié)議是一種基于多點(diǎn)中繼的表驅(qū)動(dòng)路由協(xié)議。每個(gè)節(jié)點(diǎn)使用一個(gè)或多個(gè)路由表來維護(hù)全網(wǎng)拓?fù)?，并通過周期性地廣播拓?fù)湫畔肀３致酚杀硇畔⑴c網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓g的一致性，節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)分組時(shí)只要到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由存在，就能夠立即得到到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由信息，因此具有時(shí)延小的特點(diǎn)。OLSR協(xié)議的優(yōu)化技術(shù)是采用了多點(diǎn)中繼MPR(Multip0int Relay)提供一種選擇性洪泛機(jī)制，減少同一區(qū)域內(nèi)的相同路由控制分組的重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)來降低網(wǎng)絡(luò)中廣播分組的數(shù)量。只有被選做多點(diǎn)中繼MPR的節(jié)點(diǎn)才會(huì)產(chǎn)生鏈路狀態(tài)信息以及轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息，減少了網(wǎng)絡(luò)中控制消息的數(shù)量，降低了控制分組的廣播所帶來的重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)開銷。OLSR路由協(xié)議的問題在于，在多點(diǎn)中繼MPR選擇和路由計(jì)算的過程中，僅依靠節(jié)點(diǎn)覆蓋度作為Mra節(jié)點(diǎn)的選取原則、沒有考慮到節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)移動(dòng)性引起路徑中存在鏈路不穩(wěn)定性等因素以及未考慮節(jié)點(diǎn)的處理負(fù)荷，網(wǎng)絡(luò)擁塞狀態(tài)以及無線鏈路的帶寬、時(shí)延等性能參數(shù)導(dǎo)致MPR集的節(jié)點(diǎn)選擇不準(zhǔn)確，造成網(wǎng)絡(luò)擁塞，影響網(wǎng)絡(luò)性能?，F(xiàn)有技術(shù)中，Performance-DSR (P-DSR)跨層路由協(xié)議是根據(jù)鏈路狀態(tài)和節(jié)點(diǎn)發(fā)送緩存的狀態(tài)信息對DSR(動(dòng)態(tài)源路由協(xié)議，Dynamic Source Routing)進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)而提出。P-DSR協(xié)議通過RPV(路由性能值，Route Performance Value)路由機(jī)制來考慮節(jié)點(diǎn)間無線鏈路狀態(tài)對路由性能的影響，即鏈路的中斷概率，同時(shí)又考慮了節(jié)點(diǎn)本身狀態(tài)對路由性能的影響，即節(jié)點(diǎn)發(fā)送緩存溢出的概率，以此構(gòu)建路由性能值RPV作為路由選擇的標(biāo)準(zhǔn)，避免業(yè)務(wù)過于集中造成網(wǎng)絡(luò)性能的下降。P-DSR路由協(xié)議適應(yīng)節(jié)點(diǎn)高速運(yùn)動(dòng)的場景，而在節(jié)點(diǎn)低速移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)中，由于中斷概率和發(fā)送緩存不能很好的反映路徑的實(shí)時(shí)狀態(tài)以及網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀況，未對信道的狀態(tài)進(jìn)行區(qū)分對待，導(dǎo)致路由更新不準(zhǔn)確，性能較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的跨層路由優(yōu)化的方法及裝置，解決目前跨層路由時(shí)存在的因無法獲得更準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)而造成的路由更新不準(zhǔn)確及路由性能較差的問題。為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于信道狀態(tài)的跨層路由優(yōu)化的方法，包括步驟1 根據(jù)無線鏈路的傳輸效率參數(shù)估計(jì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的信道狀態(tài)，在判斷信道狀態(tài)為傳輸性能差時(shí)，根據(jù)分組成功率、剩余負(fù)載率判斷出當(dāng)前丟包的原因，根據(jù)所述丟包原因調(diào)整最大重傳次數(shù)；步驟2:根據(jù)無線鏈路的傳輸效率參數(shù)獲得整條路徑的傳輸效率Ρ ρ，獲取除去源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)后的路徑的剩余負(fù)載率L_P，計(jì)算路徑有效帶寬nB(c)，利用路徑的傳輸效率Ρ ρ，路徑的剩余負(fù)載率L_P，路徑有效帶寬nB(C)，構(gòu)建路由決策函數(shù)，利用所述路由決策函數(shù)執(zhí)行路由發(fā)現(xiàn)、路由維護(hù)操作，選擇出源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的最佳分組傳輸路徑。所述根據(jù)無線鏈路的傳輸效率參數(shù)估計(jì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的信道狀態(tài)的步驟中所述無線鏈路的傳輸效率參數(shù)是廣播路由表的周期T內(nèi)，從節(jié)點(diǎn)a到節(jié)點(diǎn)b的數(shù)據(jù)幀的傳輸成功效率利用指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均算法(EWMA)進(jìn)行平滑處理后的參數(shù)；當(dāng)所述無線鏈路的傳輸效率參數(shù)小于第一閾值Threshold1時(shí)，判定信道狀態(tài)為傳輸性能差。所述根據(jù)分組成功率、剩余負(fù)載率判斷出當(dāng)前丟包的原因的步驟中所述剩余負(fù)載率是廣播路由表的周期T內(nèi)，路徑源節(jié)點(diǎn)的剩余負(fù)載利用
指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均算法(EWMA)進(jìn)行平滑處理后的剩余負(fù)載率口。；利用路徑分組成功率PSRa, b和剩余負(fù)載率Gfl構(gòu)建用于區(qū)分無線信道狀態(tài)類型的代價(jià)函數(shù)為
_7] COSTab(PSRab,TJisa) = βχPSRab ^)xL_resa,0 < β 彡 1 ；當(dāng)代價(jià)函數(shù)COST的統(tǒng)計(jì)值小于第二閾值Threshold2時(shí)，可判定當(dāng)前丟包的原因?yàn)檩^嚴(yán)重的分組沖突造成的碰撞丟包；當(dāng)代價(jià)函數(shù)COST的統(tǒng)計(jì)值大于第二閾值Threshold2時(shí)，可判定當(dāng)前丟包的原因?yàn)闊o線鏈路較高的隨機(jī)差錯(cuò)率；其中β 為加權(quán)因子，O < Threshold2 < 1。所述根據(jù)所述丟包原因調(diào)整最大重傳次數(shù)的步驟中所述丟包的原因?yàn)檩^嚴(yán)重的分組沖突造成的碰撞丟包時(shí)，降低最大重傳次數(shù)Cmax ；所述丟包的原因?yàn)闊o線鏈路較高的隨機(jī)差錯(cuò)率時(shí)，增加最大重傳次數(shù)Cmax。所述最大重傳次數(shù)Cmax的調(diào)整范圍為
，所述調(diào)整范圍的上限Cth是由傳輸效率參數(shù)、分組成功率和剩余負(fù)載率共同計(jì)算確定。所述根據(jù)無線鏈路的傳輸效率參數(shù)獲得整條路徑的傳輸效率PTCp的步驟中，所述 PTEp表示為PTEp= Π ΡΤ^Λ )
V(a,b)epath所述無線鏈路的傳輸效率參數(shù)是廣播路由表的周期T內(nèi)，從節(jié)點(diǎn)a到節(jié)點(diǎn)b的數(shù)據(jù)幀的傳輸成功效率利用指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均算法(EWMA)進(jìn)行平滑處理后的參數(shù)， V( ,6)為多跳連接路徑中的其中一條從節(jié)點(diǎn)a到節(jié)點(diǎn)b的鏈路。所述路徑的剩余負(fù)載率L_P表示為L = min(Z- _ resa)
_P αΦΞ, _所述II^fl表示路徑源節(jié)點(diǎn)的剩余負(fù)載率！^⑶^利用指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均算法 (EWMA)進(jìn)行平滑處理后的剩余負(fù)載率。所述路由決策函數(shù)的構(gòu)建定義如下 F
權(quán)利要求
1.一種基于信道狀態(tài)的跨層路由優(yōu)化的方法，包括步驟1 根據(jù)無線鏈路的傳輸效率參數(shù)估計(jì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的信道狀態(tài)，在判斷信道狀態(tài)為傳輸性能差時(shí)，根據(jù)分組成功率、剩余負(fù)載率判斷出當(dāng)前丟包的原因，根據(jù)所述丟包原因調(diào)整最大重傳次數(shù)；步驟2 根據(jù)無線鏈路的傳輸效率參數(shù)獲得整條路徑的傳輸效率Ρ ρ，獲取除去源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)后的路徑的剩余負(fù)載率L_P，計(jì)算路徑有效帶寬ηB (c)，利用路徑的傳輸效率 Ρ Ρ，路徑的剩余負(fù)載率L_P，路徑有效帶寬nB(c)，構(gòu)建路由決策函數(shù)，利用所述路由決策函數(shù)執(zhí)行路由發(fā)現(xiàn)、路由維護(hù)操作，選擇出源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的最佳分組傳輸路徑。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)無線鏈路的傳輸效率參數(shù)估計(jì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的信道狀態(tài)的步驟中所述無線鏈路的傳輸效率參數(shù)是廣播路由表的周期T內(nèi)，從節(jié)點(diǎn)a到節(jié)點(diǎn)b的數(shù)據(jù)幀的傳輸成功效率利用指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均算法(EWMA)進(jìn)行平滑處理后的參數(shù)；當(dāng)所述無線鏈路的傳輸效率參數(shù)小于第一閾值Threshold1時(shí)，判定信道狀態(tài)為傳輸性能差。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)分組成功率、剩余負(fù)載率判斷出當(dāng)前丟包的原因的步驟中所述剩余負(fù)載率是廣播路由表的周期T內(nèi)，路徑源節(jié)點(diǎn)的剩余負(fù)載率L_reiia利用指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均算法(EWMA)進(jìn)行平滑處理后的剩余負(fù)載率O^0;利用路徑分組成功率PSRa, b和剩余負(fù)載率口。構(gòu)建用于區(qū)分無線信道狀態(tài)類型的代價(jià)函數(shù)為
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述丟包原因調(diào)整最大重傳次數(shù)的步驟中所述丟包的原因?yàn)檩^嚴(yán)重的分組沖突造成的碰撞丟包時(shí)，降低最大重傳次數(shù)Cmax ；所述丟包的原因?yàn)闊o線鏈路較高的隨機(jī)差錯(cuò)率時(shí)，增加最大重傳次數(shù)Cmax。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述最大重傳次數(shù)Cmax的調(diào)整范圍為
，所述調(diào)整范圍的上限Cth是由傳輸效率參數(shù)、分組成功率和剩余負(fù)載率共同計(jì)算確定。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)無線鏈路的傳輸效率參數(shù)獲得整條路徑的傳輸效率PTCp的步驟中，所述PTCp表示為
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 所述路徑的剩余負(fù)載率L_P表示為
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 所述路由決策函數(shù)的構(gòu)建定義如下Frouting(ηB(C)，PTEp, L_p) =W1X nB(c) +W2XPTEp+w3Xl_p其中^”㈣”巧均為加權(quán)因子，！^^表示路徑的剩余負(fù)載率，nB(c)為歸一化有效帶寬， 即數(shù)據(jù)流有效帶寬占總帶寬的比例，PTEp為路徑的傳輸效率。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述利用所述路由決策函數(shù)執(zhí)行路由發(fā)現(xiàn)、路由維護(hù)操作，選擇出源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的分組傳輸路徑的步驟中，目的節(jié)點(diǎn)對所有找到的路徑參數(shù)應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析法進(jìn)行優(yōu)化，選擇所述路由決策函數(shù)值最大的一條路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。
10.一種無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的跨層路由優(yōu)化的裝置，包括用于計(jì)算傳輸效率參數(shù)的傳輸效率檢測模塊，用于計(jì)算分組成功率的分組成功率檢測模塊，用于計(jì)算節(jié)點(diǎn)剩余負(fù)載率的剩余負(fù)載率檢測模塊；信道狀態(tài)估計(jì)模塊，用于根據(jù)所述傳輸效率參數(shù)估計(jì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的信道狀態(tài)，用于根據(jù)所述分組成功率、剩余負(fù)載率構(gòu)建用于判斷信道狀態(tài)的代價(jià)函數(shù)，并在判斷信道狀態(tài)差時(shí)根據(jù)所述代價(jià)函數(shù)對信道狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，判斷出丟包原因；最大重傳次數(shù)調(diào)整模塊，用于根據(jù)所述丟包原因調(diào)整增大或降低最大重傳次數(shù)； 路徑剩余負(fù)載率檢測模塊，用于根據(jù)剩余負(fù)載率檢測模塊檢測的節(jié)點(diǎn)剩余負(fù)載率獲取除去源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)后的路徑的剩余負(fù)載率；路徑傳輸效率檢測模塊，用于根據(jù)所述傳輸效率檢測模塊獲得的傳輸效率參數(shù)計(jì)算得到路徑傳輸效率；路徑有效帶寬估計(jì)模塊，用于基于概率統(tǒng)計(jì)的方法估計(jì)出路徑的有效帶寬； 路由決策模塊，用于根據(jù)路徑的傳輸效率，路徑的剩余負(fù)載率，路徑有效帶寬，構(gòu)建路由決策函數(shù)，利用所述路由決策函數(shù)執(zhí)行路由發(fā)現(xiàn)、路由維護(hù)過程，選擇源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的分組傳輸路徑。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述路由決策模塊所述路由決策函數(shù)的構(gòu)建定義如下 Frouting(ηB(C)，PTEp, L_p) =W1X nB(c) +W2XPTEp+w3Xl_p其中^”㈣”巧均為加權(quán)因子，！^^表示路徑的剩余負(fù)載率，nB(c)為歸一化有效帶寬， 即數(shù)據(jù)流有效帶寬占總帶寬的比例，PTEp為路徑的傳輸效率。
12.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述信道狀態(tài)估計(jì)模塊根據(jù)分組成功率、剩余負(fù)載率判斷出當(dāng)前丟包的原因時(shí) 所述剩余負(fù)載率是廣播路由表的周期τ內(nèi)，路徑源節(jié)點(diǎn)的剩余負(fù)載率L_reiia利用指數(shù)加權(quán)移動(dòng)平均算法(EWMA)進(jìn)行平滑處理后的剩余負(fù)載率所述信道狀態(tài)估計(jì)模塊利用路徑分組成功率PSRa, b和剩余負(fù)載率Ga構(gòu)建的用于區(qū)分無線信道狀態(tài)類型的代價(jià)函數(shù)為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于信道狀態(tài)的跨層路由優(yōu)化的方法及裝置，首先，根據(jù)無線鏈路的傳輸效率參數(shù)估計(jì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的信道狀態(tài)，在信道狀態(tài)較差時(shí)，根據(jù)分組成功率、剩余負(fù)載率判斷出當(dāng)前丟包的主要原因，根據(jù)所述丟包原因調(diào)整最大重傳次數(shù)；之后，根據(jù)無線鏈路的傳輸效率參數(shù)獲得整條路徑的傳輸效率PTEP，獲取除去源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)后的路徑的剩余負(fù)載率L_P，計(jì)算路徑有效帶寬ηB(c)，利用路徑的傳輸效率PTEP，路徑的剩余負(fù)載率L_P，路徑有效帶寬ηB(c)，構(gòu)建路由決策函數(shù)，利用所述路由決策函數(shù)執(zhí)行路由發(fā)現(xiàn)、路由維護(hù)操作，選擇出源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的最佳分組傳輸路徑。本發(fā)明，可更加準(zhǔn)確的感知MAC層的路徑質(zhì)量、減少路由誤判次數(shù)。
文檔編號H04W40/12GK102387559SQ20101027738
公開日2012年3月21日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者宋建全, 楊光, 董育寧, 趙海濤 申請人:中興通訊股份有限公司