專利名稱：一種無線Mesh網(wǎng)中多SIP服務(wù)器布局方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與IP語音(VoIP)技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一 種無線Mesh網(wǎng)中多SIP服務(wù)器布局方法，具體說涉及如何在無線網(wǎng)狀網(wǎng)(Wireless Mesh Network, WMN)中提供高可靠性的、基于會(huì)話發(fā)起協(xié)議Session Initiation Protocol，MP)的語音呼叫接入服務(wù)，設(shè)計(jì)了如何在網(wǎng)絡(luò)中選取合適的節(jié)點(diǎn)布設(shè)SIP服務(wù)器，以及 網(wǎng)絡(luò)中每臺(tái)無線路由器上的SIP代理如何選取到服務(wù)器的路徑等方法。
背景技術(shù)：
無線Mesh網(wǎng)絡(luò)綜合了無線局域網(wǎng)和移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)。WMN與SIP結(jié)合 應(yīng)用，可以為某個(gè)單位或部門提供快捷、靈活，并且具有高性價(jià)比的語音通信服務(wù)。特 別是在特殊環(huán)境和應(yīng)急救援的通信應(yīng)用中，有很好的市場(chǎng)前景。
Raheleh B.Dilmaghanitl' 2’ 3’ 41開發(fā)了 一個(gè)混合式WMN測(cè)試平臺(tái)用于危機(jī)發(fā)生時(shí)的醫(yī)療反應(yīng)演習(xí)，并分析了產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)瓶頸、導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通信阻塞的原因；Abdulrahman Yaralit51分析了用于應(yīng)急和公共安全通信的技術(shù)需求和背景，指出了 WMN的技術(shù)影響。 Asad Amir Pirzada[6]指出當(dāng)前的Ad-hoc路由協(xié)議不適用于混合式WMN，無法建立穩(wěn)定、 高吞吐量的路徑；Muddesar Iqbalm提出了用于應(yīng)急通信的多播雙無線電的WMN的設(shè)計(jì) 與實(shí)現(xiàn)方法。
針對(duì)SIP與無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的應(yīng)用，Sebastian Fudickarm提出了一種用于移動(dòng)Adhoc網(wǎng)絡(luò)的SIP覆蓋網(wǎng)，關(guān)注于注冊(cè)和定位服務(wù)的可用性，并設(shè)法減小消息傳輸?shù)呢?fù)載。 Nilanjan Banerjeepi提出了兩種在Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中建立^tP會(huì)話的解決方案1)松耦合方 案，SIP終端發(fā)現(xiàn)過程和路由過程分離；幻緊耦合方案，采用完全分布式的、基于聚類 的路由協(xié)議，生成一個(gè)能高效路由的虛擬拓?fù)洌⑴c終端發(fā)現(xiàn)過程結(jié)合起來。Marcel Cavalcantit101研究了在連通到hitemet的MANET中使用標(biāo)準(zhǔn)SIP服務(wù)的問題，分析了 SIP 服務(wù)擴(kuò)展性的受限問題，并提出了一種替代方案。B0Rang[11]研究了用于在WMN中提 供IP網(wǎng)無線語音服務(wù)的會(huì)話發(fā)起協(xié)議6IP)，指出了相關(guān)的技術(shù)問題(呼叫建立時(shí)延、帶 寬預(yù)測(cè)和預(yù)留、呼叫準(zhǔn)入控制)，提出了一個(gè)改進(jìn)的SIP代理服務(wù)器的設(shè)計(jì)方案。
上述工作主要是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)、信道質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)容量、路由、多播、信令 呼叫等方面開展研究和創(chuàng)新，針對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性和自組織性方面的研究很少，沒 有專門的設(shè)計(jì)方案。
目前，針對(duì)SIP服務(wù)系統(tǒng)可靠性的研究大多集中于將SIP與P2P技術(shù)結(jié)合應(yīng)用。 文獻(xiàn)[12]提出了一種在SIP基礎(chǔ)上引入P2P簇狀網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，作為在MANET上實(shí)現(xiàn)VoIP通 信系統(tǒng)的方案，分析了主要操作機(jī)制，采用了將CPU、內(nèi)存、帶寬最多者作為超級(jí)節(jié)點(diǎn) 的策略。文獻(xiàn)[13]中采用基于P2P的方法來進(jìn)行SIP注冊(cè)和資源定位，設(shè)計(jì)思想是盡可 能采用標(biāo)準(zhǔn)的^tP消息實(shí)現(xiàn)P2P的所有操作，介紹了系統(tǒng)主要操作(注冊(cè)、刪除等)模塊 的設(shè)計(jì)和測(cè)試。文獻(xiàn)[14]基于JXTA平臺(tái)和SIP協(xié)議棧，開發(fā)了一個(gè)支持VoIP會(huì)話控制 的通信系統(tǒng)，主要特點(diǎn)是運(yùn)用P2P發(fā)布和定位機(jī)制來代替集中式SIP的注冊(cè)和查詢過程。文獻(xiàn)[15]和[16]構(gòu)建了一個(gè)基于^tP信令和P2P架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)電話系統(tǒng)，通過把P2P技術(shù) 引入到SIP網(wǎng)絡(luò)電話中來解決集中式SIP系統(tǒng)的單點(diǎn)失效和性能瓶頸問題。文獻(xiàn)[17]討 論了較大規(guī)模的P2P SIP網(wǎng)絡(luò)中，終端在多個(gè)P2P覆蓋區(qū)域之間移動(dòng)時(shí)的切換問題。文 獻(xiàn)[18]利用P2P技術(shù)解決多個(gè)SIP服務(wù)器之間協(xié)同工作的問題。
由于受衰落、干擾、多徑效應(yīng)、阻隔等影響，無線鏈路常常會(huì)發(fā)生臨時(shí)性的通 信質(zhì)量下降或中斷故障，這種現(xiàn)象有時(shí)持續(xù)時(shí)間較短(幾十秒)，有時(shí)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)(幾 分鐘 幾十分鐘)，使鏈路斷裂、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖?。一旦出現(xiàn)這種情況，就會(huì)造成部分用戶 無法登錄SIP服務(wù)器，而不能建立通信聯(lián)系。其原因之一是用戶終端去往SIP服務(wù)器的 路徑上有某條無線鏈路故障，導(dǎo)致無法建立呼叫連接。雖然自適應(yīng)路由算法可以找到新 的路徑，但在路由算法收斂之前，仍會(huì)導(dǎo)致SIP服務(wù)器不可達(dá)，在有線網(wǎng)絡(luò)中也存在同樣 的問題。原因之二是出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)分割后，如果分割區(qū)域不包含SIP服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，則整個(gè) 分割區(qū)域無法工作。
針對(duì)這個(gè)問題，一個(gè)容易想到的方法是將一個(gè)精簡(jiǎn)了的SIP系統(tǒng)配置在網(wǎng)絡(luò)的所 有節(jié)點(diǎn)中，構(gòu)成全分布式的SIP體系。但是，Simone Leggio等人_的研究表明，全分 布的SIP體系需要大量廣播用戶注冊(cè)信息，網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗很大，只適用于很小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)
[l]Dilmaghani Raheleh B., Rao Ramesh R.Hybrid wireless mesh network with application to emergency scenarios[J].Journal of Software, 2008, 3(2) 52—60.
[2]Dilmaghani Raheleh B., Rao Ramesh R.A reliable wireless mesh infrastructure deployment at crisis site[C],Proceedings of the IEEE International Performance, Computing, and Communications Conference, 2007, 579-581.
[3]Dilmaghani Raheleh B., Rao Ramesh R.On designing communication networks for emergency situations[C] .Proceedings of International Symposium on Technology and Society, 2006.
[4]Dilmaghani Raheleh B., Rao Ramesh R.Hybrid wireless mesh network deployment A communication test bed for disaster scenarios[C],Proceedings of the 1st ACM International Workshop on Wireless Network Testbeds， Experimental Evaluation and Characterization, 2006, 90.
[5]Yarali Abdulrahman, AhsantBabak, Rahman Saifur.Wireless mesh networking A key solution for emergency & rural applications[C] .Proceedings of the 2nd International Conference on Advances in Mesh Networks，2009, 143—149.
[6]Pirzada Asad Amir, Portmann Marius，Wishart Ryan, et al.SafeMesh A wireless mesh network routing protocol for incident area communications[J] .Pervasive and Mobile Computing, 2009，5(2) 201-221.
[7]Iqbal Muddesar, Wang, Xingheng, Wertheim, David, et al.SwanMesh A multicast enabled dual-radio wireless mesh network for emergency and disaster recovery services[J],Journal of Communications, 2009, 4(5) 298—306.
[8]Fudickar Sebastian, Rebensburg Klaus, Schnor Bettina.MANETSip-Adependable SIP overlay network for MANET including presentity service[C],Proceedings of the 5th International Conference on Networking and Services，2009, 314-319.
[9]Banerjee Nilanjan, Acharya Arup, Das Sajal K.Enabling SIP-based sessions in ad hoc networks[J].Wireless Networks, 2007，13(4) 461-479.
[10]De Castro Marcel Cavalcanti, Kassler Andreas J..Challenges of SIP in internet connected MANETs[C],Proceedings of 2nd International Symposium on Wireless Pervasive Computing, 2007，447-452.
[ll]Rong Bo, QianYi, Chen, Hsiao-Hwa.An enhanced SIP proxy server for wireless VoIP in wireless mesh networks[J].IEEE Communications Magazine, 2008, 46(1) 108-113.
[12]俞凡，基于SIP的VoIP系統(tǒng)在MANET中的應(yīng)用研究，電力系統(tǒng)通信，2007年第觀卷第172期，41 44頁。
[13]白羽、洪飛，基于P2P SIP協(xié)議的即時(shí)通信系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2009年 第2期，14 17頁。
[14]吳中賢、周江等，P2P-SIP設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，電信科學(xué)，2009年第10A期，184 187 頁。
[15]李廣華、汪陳伍，基于P2P-SIP網(wǎng)絡(luò)電話的研究，西安郵電學(xué)院學(xué)報(bào)，2010 年第15卷第1期，127 1 頁。
[16]王南、陸建德，基于Kademlia算法的P2P ^tP系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)，微計(jì)算機(jī) 信息，2010年第沈卷第4-3期，122 IM頁。
[17]劉天成、陶軍等，基于分層P2P SIP的移動(dòng)終端跨域切換方案，計(jì)算機(jī)科 學(xué)，2009年第36卷第11期，47 51頁。
[18]沈國(guó)慶、李小明等，SIP多域系統(tǒng)及其呼叫路由查詢研究，軍事技術(shù)通信， 2010年第31卷第1期，36 42頁。
[19]Simone Leggio, Jukka Manner, et al.Session Initiation Protocol Deployment in Ad-Hoc Networks a Decentralized Approach.Processed in 2nd International Workshops on Wireless Ad-hoc Networks (IWWAN)，London, May, 2005.發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種無線Mesh網(wǎng)中多SIP服務(wù) 器布局方法，以解決無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，無線鏈路的不穩(wěn)定性對(duì)基于MP的語音呼叫服務(wù) 帶來的負(fù)面影響。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中無線鏈路的通信質(zhì)量測(cè)量步驟該步驟采用主動(dòng)發(fā)送單播數(shù) 據(jù)包探測(cè)或利用實(shí)際通信數(shù)據(jù)包探測(cè)的方式，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有無線鏈路的通信質(zhì)量進(jìn)行測(cè) 量；并通過統(tǒng)計(jì)分析，獲取長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的鏈路質(zhì)量指標(biāo)，基于指標(biāo)數(shù)據(jù)來設(shè)計(jì)服務(wù)器布設(shè) 方案，所述鏈路質(zhì)量指標(biāo)為包交付率PDR ；
服務(wù)器布設(shè)步驟該步驟針對(duì)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，用最小割集的方法描述可 能出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)分割，對(duì)網(wǎng)絡(luò)按照分割域(子圖)進(jìn)行劃分；在劃分得到的每個(gè)子網(wǎng)中，選擇可靠度最高的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)作為本子網(wǎng)內(nèi)的SIP服務(wù)器布設(shè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)分割區(qū)域(子網(wǎng))內(nèi) 至少布設(shè)一個(gè)服務(wù)器；
呼叫路由選擇步驟該步驟針對(duì)^tP呼叫連接建立過程，基于通信可靠度計(jì)算 模型，分別設(shè)計(jì)以呼叫速度為優(yōu)化目標(biāo)的先應(yīng)式路由選擇方案和以呼叫成功率為優(yōu)化目 標(biāo)的先應(yīng)式路由選擇方案，所述以呼叫速度為優(yōu)化目標(biāo)的先應(yīng)式路由選擇方案提供在規(guī) 定的呼叫嘗試次數(shù)內(nèi)盡快實(shí)現(xiàn)接入的服務(wù)，并且具有負(fù)載均衡作用；所述以呼叫成功率 為優(yōu)化目標(biāo)的先應(yīng)式路由選擇方案提供在規(guī)定的呼叫嘗試次數(shù)內(nèi)確?？梢越尤氲姆?wù)。
所述無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中無線鏈路的通信質(zhì)量測(cè)量步驟包括以下子步驟
對(duì)給定的某條無線鏈路i，將測(cè)量的總時(shí)間長(zhǎng)度T劃分為N個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙為 一個(gè)檢測(cè)周期；
設(shè)Ry為第i條鏈路上第j個(gè)檢測(cè)周期測(cè)得的包交付率PDR，計(jì)算j周期內(nèi)包交付 率的平均值E (Ry)和包交付率的方差D (Ry)；
對(duì)比(管理人員)預(yù)先設(shè)定的包交付率平均值閾值Eth和方差閾值Dth，若E(Rlj) >Eth，且D(Ru)<Dth，則此周期鏈路質(zhì)量被認(rèn)為是好的；
對(duì)第i條鏈路生成鏈路狀態(tài)的布爾型N元組A1= {%} = {au，al2, ...alN},如果 周期j時(shí)該鏈路是好的，則 =1，否則 =0。
所述服務(wù)器布設(shè)步驟進(jìn)一步包括以下步驟
基于網(wǎng)絡(luò)分割概率的網(wǎng)絡(luò)劃分步驟基于獲得到的鏈路狀態(tài)N元組計(jì)算各個(gè)割 集使網(wǎng)絡(luò)分割的概率，并依據(jù)此概率值的高低對(duì)邊割集排序；設(shè)計(jì)在給定最小網(wǎng)絡(luò)分割 概率閾值的條件下，基于遍歷最小割集的圖分割方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行劃分，使劃分得到的子 網(wǎng)能夠體現(xiàn)最可能出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)分割情況；
基于通信可靠度的節(jié)點(diǎn)選取步驟在分割出的各個(gè)子網(wǎng)中，依次將子網(wǎng)中的一 個(gè)或幾個(gè)節(jié)點(diǎn)組作為布設(shè)候選節(jié)點(diǎn)；基于之前得到的鏈路狀態(tài)N元組，選用非環(huán)路路徑 來計(jì)算所有其它節(jié)點(diǎn)到候選節(jié)點(diǎn)的通信可靠度；選擇可靠度最高的候選節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)組作 為該子網(wǎng)的布設(shè)節(jié)點(diǎn)，安裝MP服務(wù)器系統(tǒng)。
所述服務(wù)器布設(shè)步驟采用基于網(wǎng)絡(luò)分割概率的網(wǎng)絡(luò)劃分，其中給定最小網(wǎng)絡(luò)分 割概率的網(wǎng)絡(luò)劃分計(jì)算包括以下步驟
①基于網(wǎng)絡(luò)中有向邊對(duì)應(yīng)的狀態(tài)N元組，求出網(wǎng)絡(luò)兩兩節(jié)點(diǎn)之間的邊割集其網(wǎng)絡(luò)分割概率PI(EC1),選擇分割概率高于規(guī)定閾值Pe的邊割集，按概率從高到低排列 邊割集的選用順序，組成邊割集數(shù)組EdgeCut ；
②初始化一個(gè)子網(wǎng)數(shù)組SubNet為頂點(diǎn)集V ；
③如果還有邊割集未進(jìn)行嘗試，選擇EdgeCut中的一個(gè)元素EC;否則，輸出得 到的子網(wǎng)SubNet和所需的Server數(shù)目，終止；
④如果還有子網(wǎng)未進(jìn)行嘗試，選擇SubNet中的一個(gè)元素SN1;否則，轉(zhuǎn)至步驟 ③；
⑤用ECs對(duì)SN1進(jìn)行子網(wǎng)劃分，如果新得到的兩個(gè)子網(wǎng)SNjn SNb中的節(jié)點(diǎn)數(shù)不 小于MinSize，且SNa和SNb中至少有一個(gè)端連通分量，則將SNa和SNb添加都到一個(gè)臨 時(shí)子網(wǎng)集NewSubNet中，否則將SN1添加到NewSubNet中，并轉(zhuǎn)至步驟④；
⑥整理NewSubNet中各個(gè)子網(wǎng)，標(biāo)識(shí)是否為主連通子網(wǎng)或端連通子網(wǎng)，將所有的主連通子網(wǎng)合并為一個(gè)；
⑦檢查NewSubNet中各個(gè)子網(wǎng)，如果每個(gè)子網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目在[MinSize， 2*MtaSize]之間，則所有的子網(wǎng)不可再分，MteSize為子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)下限值；
⑧依據(jù)NewSubNet中各個(gè)子網(wǎng)，令Num1為第i個(gè)子網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)，計(jì)算整個(gè)網(wǎng)fJijiyi絡(luò)所需服務(wù)器數(shù)目Num，Num = Y —，Madize為子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)上限值；MaxSize
⑨將NewSubNet賦給SubNet，將NewSubNet清空，如果所有的子網(wǎng)不可再分，則輸出SubNet和所需的Server數(shù)目，算法終止；否則，轉(zhuǎn)至步驟③。
所述服務(wù)器布設(shè)步驟中基于通信可靠度的節(jié)點(diǎn)選擇方法包括以下步驟
①對(duì)劃分出的子網(wǎng)S，根據(jù)子網(wǎng)中候選節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)SK，其所有可能的節(jié)點(diǎn)組合 有cSNumSK個(gè)，取出這些組合，所述SK至少為1;
②對(duì)每個(gè)組合中的節(jié)點(diǎn)集T1,求不在T1中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)Vp到T1中每個(gè)節(jié)點(diǎn)Vq的路 徑集合，基于上述的狀態(tài)N元組，求路徑集合的有效概率；
③對(duì)S-T1中的節(jié)點(diǎn)Vp，計(jì)算其到T1中的節(jié)點(diǎn)的1次2-終端可靠度的最大值，記 為 Rel1、，Τ)；
④若S-T1中還有節(jié)點(diǎn)未輪到，則對(duì)此節(jié)點(diǎn)進(jìn)行步驟③，否則，累加得到S-T1中 所有節(jié)點(diǎn)到T1的1次2-終端可靠度的最大值的總和Σ Rel1Ov :)；；7=1
⑤若有候選節(jié)點(diǎn)組合未輪到，則對(duì)此組合進(jìn)行步驟②，否則，完成了所有組合 的可靠度計(jì)算，比較各個(gè)可靠度總和Σ Rel1Ov :)，選擇最大的總和所對(duì)應(yīng)的T1集作為S；7=1子網(wǎng)的布設(shè)節(jié)點(diǎn)；
所有子網(wǎng)選出的節(jié)點(diǎn)組^匯總，組成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中布設(shè)的SIP服務(wù)器的節(jié)點(diǎn)集Τ。
所述呼叫路由選擇步驟進(jìn)一步分為基于速度的呼叫路由選擇方法、基于成功 率的呼叫路由選擇方法；
所述基于速度的呼叫路由選擇方法為所有非服務(wù)器節(jié)點(diǎn)j，根據(jù)設(shè)定的呼叫嘗 試次數(shù)n，在通往服務(wù)器集T的所有路徑中，選擇可靠度最高的η條路徑，依次作為節(jié)點(diǎn) j呼叫連接建立用的傳輸路徑，以盡快通過一條路徑建立呼叫連接；
所述基于成功率的呼叫路由選擇方法為對(duì)所有非服務(wù)器節(jié)點(diǎn)j，根據(jù)設(shè)定的呼 叫嘗試次數(shù)n，在通往服務(wù)器集T的所有路徑中，選擇η條組合后整體可靠度最高的路 徑，依次作為節(jié)點(diǎn)j呼叫連接建立用的傳輸路徑，以確保在η次嘗試中成功建立呼叫連 接。
所述呼叫路由選擇步驟中基于速度的呼叫路由選擇方法包括以下步驟
①對(duì)非服務(wù)器節(jié)點(diǎn)j，其到達(dá)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)集T的所有可能路徑放入Ph，T)集， 計(jì)算集中每個(gè)路徑P1的可靠度，確定規(guī)定的呼叫嘗試次數(shù)η ；
②當(dāng)η= 1時(shí)，輸出的結(jié)果路徑集Τ)中僅有一條路徑。在Ph，Τ)的 所有路徑中，選擇具有最高可靠度的路徑Ρ1，有:Ps1W，Τ) = {P1}；
③當(dāng)η = 2時(shí)，對(duì)Ph，Τ)中除P1之外的每條路徑Ρ1，計(jì)算當(dāng)P1失效時(shí)P1有效 的條件概率，即PrpP')，選擇具有最高概率值的路徑Ρ2，有Ps2W，Τ) = {P1, P2}；
④在取得^T1W，Τ)之后，對(duì)Ph，Τ)中除Ρ1，P2,…，Plri之外的每條路徑9P1,計(jì)算當(dāng)P1，P2,…，Plri失效時(shí)P1有效的條件概率，即Prf 1P2...戶“-1P)，選擇具有最高 概率的路徑Pn，W Ps11 (Sj, T) = {P1, P2,…，PnI,至此路集構(gòu)建完畢。
所述呼叫路由選擇步驟中基于成功率的呼叫路由選擇方法包括以下步驟
①對(duì)非服務(wù)器節(jié)點(diǎn)j，其到達(dá)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)集T的所有可能路徑放入Ph，T)集， 計(jì)算集中每個(gè)路徑P1的可靠度，確定規(guī)定的呼叫嘗試次數(shù)η ；
②令M為Ph，Τ)中的路徑數(shù)，求得含η條路徑的各個(gè)組合，組合的總數(shù)為廣 η
③對(duì)組合Ct，隨機(jī)安排其中η條路徑的順序，用Ct中的η條路徑，而不是P^， Τ)中的所有路徑計(jì)算η次I-K終端可靠度；
④選擇具有最高可靠度的組合，即為所選路集，其中的路徑能取得η次嘗試內(nèi) 的最高連接成功率；
⑤基于路徑可靠度安排這些路徑的使用順序首先具有最高可靠度的路徑被選 為第一路徑Ρ1，之后在第m次排序中，對(duì)剩余未排序的η-m+l條路徑中的每條路徑P1，計(jì)算當(dāng)前選中的路徑都失效時(shí)，P1有效的概率，即條件概率Prtpf...^^/)，取出具有最高概率的路徑Pm排在第m位，以該方法安排η條路徑的順序，路集的求取過程結(jié)束。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果
1)本發(fā)明通過對(duì)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中可能出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)分割狀態(tài)的分析，預(yù)先在分割 區(qū)域內(nèi)最可靠的節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)組布設(shè)至少一個(gè)SIP服務(wù)器；同時(shí)，為所有路由器都確定一 組高可靠度的、通往多個(gè)SIP服務(wù)器的呼叫信令傳輸路徑。這樣，盡可能地克服了因無線 鏈路經(jīng)常出現(xiàn)的臨時(shí)性故障對(duì)網(wǎng)絡(luò)語音通信產(chǎn)生的負(fù)面影響，即使出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分割狀況， 也仍可以保證每個(gè)分割區(qū)域內(nèi)的語音通信服務(wù)，避免了由于某些分割區(qū)域內(nèi)無SIP服務(wù)器 而造成的大面積語音通信中斷現(xiàn)象。
2)本發(fā)明中多臺(tái)服務(wù)器的布設(shè)只涉及到少數(shù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，SIP服務(wù)器中注冊(cè)信息 的同步不需要進(jìn)行全網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)散，對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的影響也較小，發(fā)明方案實(shí)施的可行性強(qiáng)。 另外，在每個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)上安裝SIP代理負(fù)責(zé)與用戶終端的呼叫連接，再通過增加代理的 功能來實(shí)現(xiàn)可靠路徑選擇以及路徑切換。這樣就最大限度地保證了對(duì)已有SIP語音終端 設(shè)備的兼容性，任何支持WiFi和MP的手機(jī)都可以直接在其中使用。


圖1是本發(fā)明中用以對(duì)網(wǎng)絡(luò)分割情況進(jìn)行描述介紹的示例圖。
圖2是本發(fā)明中給定網(wǎng)絡(luò)分割概率閾值條件下的網(wǎng)絡(luò)劃分方法流程圖。
圖3是本發(fā)明中子網(wǎng)內(nèi)服務(wù)器選擇方法流程圖。
圖4是本發(fā)明中基于速度優(yōu)先的呼叫路徑集求解方法流程圖。
圖5是本發(fā)明中基于成功率優(yōu)先的呼叫路徑集求解方法流程圖。
具體實(shí)施方式
前人對(duì)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)、信道質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)容量、路由、多播、信令呼 叫等方面進(jìn)行了很多研究，但目前在該研究領(lǐng)域還存在很多問題。
在無線Mesh網(wǎng)的理論研究與工程實(shí)踐中，一個(gè)必須面對(duì)的問題就是無線鏈路的穩(wěn)定性問題。無線通信過程容易受到信號(hào)衰落、信道干擾、噪聲強(qiáng)度、通信距離、天氣 條件及地形環(huán)境等因素的影響，會(huì)出現(xiàn)難以預(yù)料的無線鏈路時(shí)斷時(shí)續(xù)的現(xiàn)象。時(shí)常性的 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兏踔辆W(wǎng)絡(luò)被分割成多個(gè)獨(dú)立子網(wǎng)的情況，嚴(yán)重地影響了無線通信系統(tǒng)的 穩(wěn)定性與可靠性。在臨時(shí)性架設(shè)的應(yīng)急通信環(huán)境中，這種影響可能更加嚴(yán)重。因此，隨 著人們對(duì)無線通信技術(shù)需求的日益增加，無線網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性和穩(wěn)定性保障已經(jīng)成為 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、規(guī)劃和建設(shè)階段中必須重點(diǎn)加以解決的問題。
目前，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和鏈路失效故障主要是通過監(jiān)測(cè)和分析隨機(jī)失效現(xiàn)象，在 組網(wǎng)設(shè)計(jì)和建設(shè)過程中采取相應(yīng)的冗余技術(shù)和措施來提供滿足一定要求的可靠性保證。 無線Mesh網(wǎng)的網(wǎng)狀組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，具備了冗余容錯(cuò)的先決條件。但至今為止，基于無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)和SIP架構(gòu)的無線語音通信系統(tǒng)都是采用單一 SIP服務(wù)器方式，一些關(guān)于P2P 與SIP結(jié)合的研究主要是解決用戶量大所帶來的服務(wù)器性能瓶頸問題，不能解決網(wǎng)絡(luò)分割 問題。
基于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)和^tP的語音通信系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分割或鏈路失效，被 分割區(qū)域的用戶就無法登錄SIP服務(wù)器，導(dǎo)致大面積的通信中斷。因此，本發(fā)明提出在 無線Mesh網(wǎng)中布設(shè)多個(gè)SIP服務(wù)器的措施，即使發(fā)生網(wǎng)絡(luò)分割也盡可能保證每個(gè)分割區(qū) 域至少有一個(gè)SIP服務(wù)器提供子網(wǎng)內(nèi)的語音通信服務(wù)，從而達(dá)到提升網(wǎng)絡(luò)整體可靠性的目 的。
在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，任意一個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)上都可以布設(shè)SIP服務(wù)器，但選擇哪 些節(jié)點(diǎn)來布設(shè)SIP服務(wù)器能夠提供最好的可靠性保證，以及路由器選擇怎樣的服務(wù)器訪 問路徑會(huì)具有最佳的容錯(cuò)效果，目前還沒有有效的方案。本發(fā)明就是要解決這方面的問 題。
下面介紹在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，禾Ij用多SIP服務(wù)器提供高可靠性保證服務(wù)需要解 決的問題、相關(guān)的理論基礎(chǔ)和具體的方法步驟，以具體實(shí)施范例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn) 一步說明。
1、無線鏈路質(zhì)量的測(cè)量與狀態(tài)分析
由于各種衰落效應(yīng)，無線鏈路時(shí)常斷裂，使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浒l(fā)生隨機(jī)的變化，會(huì)對(duì) 消息的傳輸造成嚴(yán)重的影響。準(zhǔn)確的測(cè)量與分析網(wǎng)絡(luò)兩點(diǎn)間的鏈路質(zhì)量和狀態(tài)，對(duì)網(wǎng)絡(luò) 服務(wù)的部署和路由選擇具有很重要的意義，即通過各條鏈路斷裂的概率以及時(shí)間分布規(guī) 律，為之后的服務(wù)器布設(shè)和路由選擇提供依據(jù)。
目前，進(jìn)行無線鏈路通信質(zhì)量測(cè)量的方法主要為基于IEEE 802.11無線網(wǎng)卡 和MadWifi驅(qū)動(dòng)，操作系統(tǒng)為L(zhǎng)imix，可采用主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)包或被動(dòng)監(jiān)聽數(shù)據(jù)包的方式獲 得無線信號(hào)，數(shù)據(jù)包可以是單播，也可以是廣播，采集幾十個(gè)小時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)的無線信 號(hào)，獲取其中的鏈路質(zhì)量指標(biāo)。
可用的四種主要的鏈路質(zhì)量的測(cè)度指標(biāo)為接收信號(hào)強(qiáng)度指數(shù)(Received Signal Strength Indication, RSSI)、信號(hào)與噪聲強(qiáng)度之比(Signa卜to-Noise Ratio，SNR)、包交付 率 CPacket-Delivery Ratio，PDR)、誤比特率(Bit-Error Rate，BER)。相關(guān)研究工作通過不同環(huán)境、不同速率、不同數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度條件下的實(shí)測(cè)，得到的主要結(jié)論有1)通信距離 的長(zhǎng)短不是鏈路質(zhì)量的有效影響因素；WRS^[與數(shù)據(jù)通信時(shí)實(shí)際的鏈路質(zhì)量的相關(guān)度是 有限的，無法準(zhǔn)確體現(xiàn)鏈路被干擾的程度，但RS^[仍然是一種有用的參考指標(biāo)；3)SNR難以精確的計(jì)算，在具有較嚴(yán)重的多徑衰落時(shí)，該指標(biāo)的鏈路質(zhì)量評(píng)價(jià)效果不理想；4) PDR對(duì)鏈路質(zhì)量的測(cè)度取決于數(shù)據(jù)包大小、所選的傳輸速率，但PDR是很容易測(cè)得的， 可以比較方便地用它來近似體現(xiàn)鏈路的質(zhì)量，使用很普遍；OBER能從更細(xì)的粒度上準(zhǔn) 確的反映鏈路質(zhì)量，但BER須在物理層進(jìn)行測(cè)量得到，難以和上層具體的數(shù)據(jù)包通信過 程建立準(zhǔn)確的映射。
綜合來看，在本發(fā)明實(shí)施中，我們采用PDR作為鏈路評(píng)估指標(biāo)。因?yàn)?，零星?丟包是一個(gè)隨機(jī)事件，而連續(xù)的數(shù)據(jù)包丟失必定與信道質(zhì)量的下降相關(guān)性很大，其概率 分布會(huì)隨衰落持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短而發(fā)生顯著改變，能有效的表征鏈路質(zhì)量。
由于無線鏈路具有小尺度衰落效應(yīng)，在短時(shí)間內(nèi)可能發(fā)生鏈路質(zhì)量的突變。因 此，需要從較細(xì)的時(shí)間粒度上分析無線鏈路的狀態(tài)，并獲得較長(zhǎng)時(shí)間段(如M小時(shí))內(nèi) 無線鏈路在短暫時(shí)刻上的狀態(tài)數(shù)據(jù)集合，才具有分析意義。
本發(fā)明采用的方案是設(shè)網(wǎng)絡(luò)中鏈路數(shù)目為|E|，進(jìn)行無線鏈路質(zhì)量測(cè)量的總時(shí) 間長(zhǎng)度為T (大約為幾十個(gè)小時(shí))，將T劃分為N個(gè)time slot，每個(gè)slot的時(shí)間長(zhǎng)度為I0 (大 約為幾秒)，代表短期無線鏈路的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)時(shí)段，其中包含若干個(gè)測(cè)得的鏈路質(zhì)量指標(biāo)數(shù) 據(jù)。計(jì)算在D'%，時(shí)段內(nèi)，鏈路L1的質(zhì)量測(cè)度指標(biāo)(PDR)的數(shù)學(xué)期望EOl1P和 方差D (Rij)，這樣得到所有鏈路的|Ε|*Ν個(gè)短期質(zhì)量指標(biāo)的數(shù)字特征。
對(duì)間*Ν組指標(biāo)數(shù)據(jù)(Ε (Rij)和D (Rlj))，分別計(jì)算總體的數(shù)學(xué)期望E (R)和方差 D(R),并參照此確定數(shù)學(xué)期望的閾值Eth和方差的閾值Dth，若E(Ry)大于Eth，且D(Ry) 小于Dth，則此鏈路L1在對(duì)應(yīng)的時(shí)段j內(nèi)被認(rèn)為是質(zhì)量好的，沒有失效，否則，此鏈路被 認(rèn)為是失效的。將具體的質(zhì)量指標(biāo)統(tǒng)計(jì)值轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的布爾類型數(shù)據(jù)，對(duì)每條鏈路L1 生成鏈路狀態(tài)N元組A1 = {au，al2, ...alN}，如果對(duì)應(yīng)第j個(gè)time slot時(shí)鏈路質(zhì)量被認(rèn)為 是好的，則％ = 1，否則 =0，該數(shù)組作為后面網(wǎng)絡(luò)部署與路由選擇等工作中鏈路選 擇的依據(jù)。對(duì)單條鏈路L1而言，在整個(gè)測(cè)量時(shí)間段內(nèi)的鏈路平均失效概率可表示為1 NPr(Z1) = I--Xay 。N j=\
2、WMN中多SIP服務(wù)器的位置選擇技術(shù)
每條鏈路的可靠度互不相同，在任意時(shí)候，由鏈路的斷裂都可能造成網(wǎng)絡(luò)分割 為多個(gè)子網(wǎng)。給定具體物理環(huán)境下的WMN，存在多種SIP服務(wù)器的布設(shè)方案，需要基于 有效的理論方法選擇最佳的SIP服務(wù)器布設(shè)位置，將多個(gè)服務(wù)器放在合適的MR節(jié)點(diǎn)上， 應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)出現(xiàn)的分割不連通情況，使各個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)在任何時(shí)候能在自己所在的 子網(wǎng)中，獲得最高的連通到某個(gè)SIP服務(wù)器的幾率。
目前服務(wù)器選擇的方法有基于布設(shè)代價(jià)(服務(wù)器數(shù)目)、基于節(jié)點(diǎn)能力(連通 度數(shù))、基于傳輸時(shí)延(路由跳數(shù))、基于帶寬和負(fù)載(吞吐量)、以及以上優(yōu)化目標(biāo)的復(fù) 合選擇方法。尚無將WMN環(huán)境中鏈路失效問題作為一個(gè)主要指標(biāo)展開的研究。
本發(fā)明中服務(wù)器布設(shè)位置的選擇方法包括
·在不同條件無線鏈路構(gòu)成的WMN中，基于最小割集對(duì)網(wǎng)絡(luò)分割狀態(tài)描述。
·在給定最小網(wǎng)絡(luò)分割概率條件下，基于遍歷最小割集的網(wǎng)絡(luò)劃分方法，使劃 分得到的子網(wǎng)盡可能地代表出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)分裂情況，即每個(gè)子網(wǎng)具有較高的連通性，而子 網(wǎng)間的鏈路為具有較低穩(wěn)定度的邊割集。
·在劃分得到的各個(gè)子網(wǎng)中，依據(jù)鏈路的穩(wěn)定性，基于圖連通性理論和2-終端 可靠度計(jì)算方法，在各個(gè)子網(wǎng)內(nèi)選擇最佳的節(jié)點(diǎn)作為該子網(wǎng)中的SIP服務(wù)器布設(shè)點(diǎn)，使得 該服務(wù)器能為該區(qū)域提供最大的服務(wù)可靠度。
2.1基于網(wǎng)絡(luò)分割概率的網(wǎng)絡(luò)劃分
(1)理論基礎(chǔ)
基于圖論和可靠性理論，由路由器構(gòu)成的WMN骨干網(wǎng)可以描述為一個(gè)有向圖 G (V, E)，其中V代表由無線Mesh網(wǎng)路由器MR構(gòu)成的頂點(diǎn)集，E代表由MR間的無線 鏈路所構(gòu)成的邊集。給定頂點(diǎn)a和b，有向邊a_b和b_a可能具有不同的鏈路失效概率。 采用了邊失效模型，假設(shè)頂點(diǎn)都是可靠的，而邊具有預(yù)知的失效概率。
本發(fā)明中的子網(wǎng)分割方法基于圖分割理論，目標(biāo)描述為給定一個(gè)加權(quán)無向圖 G (V, E)，其中每個(gè)頂點(diǎn)和邊都有權(quán)值，2-way圖分割問題將頂點(diǎn)集V分成2個(gè)不相交 的子集，每個(gè)子集具有大約相同的頂點(diǎn)總權(quán)值(作為均衡的約束)，并最小化不同子集所 相交的邊(如割邊)的總權(quán)值。
這里子網(wǎng)劃分的依據(jù)為作為割集的邊的失效概率，如果一條邊失效概率大，則 網(wǎng)絡(luò)容易從此處分割開。選出最可能出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分割的邊割集，同時(shí)需要考慮負(fù)載均衡的 要求，因?yàn)閮H依據(jù)邊割集的網(wǎng)絡(luò)分割概率進(jìn)行劃分，容易出現(xiàn)不理想的網(wǎng)絡(luò)分割，所得 的子網(wǎng)可能過大或過小，甚至僅含一個(gè)節(jié)點(diǎn)。
相關(guān)的概念如下
[定義1]外向邊割集。給定有向圖G中的連通點(diǎn)集S，從S到V-S的有向邊形 成一個(gè)外向邊割集合丨ei，e2,…，es},記為S的外向邊割集ECq⑶。
在時(shí)段j如果外向邊割集{e1; e1 …，失效，則S被分割開來，邊割集中的 各條外向邊ei都同時(shí)失效。這要求相關(guān)鏈路在時(shí)段j的狀態(tài)N元組中，每個(gè)元素須為0，艮口 ali = a2j = ... = asj = 0, αΧ] λa2j λa3j λΛ λaS] = 1。
在整個(gè)鏈路質(zhì)量測(cè)量時(shí)間段T內(nèi)(含N個(gè)時(shí)隙)，外向邊割集中的邊都失效使得 網(wǎng)絡(luò)發(fā)生分割的統(tǒng)計(jì)概率為，PI 0{S)=、輛A^Hj ΛΛ八巧。
該概率值等于長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)簇的各條外向割邊同時(shí)失效、該簇成為向外不連通子圖 的概率，體現(xiàn)了簇內(nèi)的節(jié)點(diǎn)訪問簇外的服務(wù)器的可靠程度。
[定義2]內(nèi)向邊割集。給定有向圖G中的連通點(diǎn)集S，從V-S到S的有向邊形 成一個(gè)內(nèi)向邊割集合丨e/，e2’，…，e/ },記為S的內(nèi)向邊割集EC1(S)。
在時(shí)段j如果內(nèi)向邊割集{e/，e/，…，et' }失效，則S被分割開來，邊割 集中的各條內(nèi)向邊e/都同時(shí)失效。這要求相關(guān)鏈路在時(shí)段j的狀態(tài)N元組中，每個(gè)元 素須為 0，艮口 ay = a2j = ... = asj = 0, αΧ] λα2] λa3j λΛ λaS] = 1。
在整個(gè)鏈路質(zhì)量測(cè)量時(shí)間段T內(nèi)(含N個(gè)時(shí)隙)，內(nèi)向邊割集中的邊都失效使得 網(wǎng)絡(luò)發(fā)生分割的統(tǒng)計(jì)概率為，A⑶=八巧。
該概率值等于長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)簇的各條內(nèi)向割邊同時(shí)失效、該簇成為向內(nèi)不連通子圖 的概率，體現(xiàn)了簇外的節(jié)點(diǎn)訪問簇內(nèi)的服務(wù)器的可靠程度。
如果一條邊的失效概率較低，那么包含這條邊的邊割集使得網(wǎng)絡(luò)發(fā)生分割的概13率就較低，因此可以設(shè)定一個(gè)邊失效概率閾值Pi"th，在分析時(shí)僅僅考慮失效概率高于閾值 的邊及其構(gòu)成的割集，即產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)分割的概率較高的邊割集。如果內(nèi)向邊割集或外向邊 割集中的邊全部失效，則連通點(diǎn)集S與V-S不連通，出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)分割，此邊割集的網(wǎng)絡(luò) 分割概率為，
PI (EC1) = max (PI0 (EC1), P^ (EC1))。
[定義3]主連通子網(wǎng)。在由失效概率高于閾值Pi"th的邊所構(gòu)成的割集集合中，如 果將點(diǎn)集S從G中分割開來需要多個(gè)割集，則該點(diǎn)集及點(diǎn)集內(nèi)節(jié)點(diǎn)的所有邊構(gòu)成主連通 子網(wǎng)。
[定義4]端連通子網(wǎng)。在由失效概率高于閾值Pi"th的邊所構(gòu)成的割集集合中，如 果將點(diǎn)集S從G中分割開來只需要一個(gè)割集，則該點(diǎn)集及點(diǎn)集內(nèi)節(jié)點(diǎn)的所有邊構(gòu)成端連 通子網(wǎng)。
(2)實(shí)現(xiàn)過程
給定一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分割概率閾值PIth,對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的所有邊割，取其中網(wǎng)絡(luò)分割概率高 于PIthW邊割，由這些邊割集將網(wǎng)絡(luò)分為若干個(gè)子網(wǎng)。閾值PIth的選擇應(yīng)該使得所選的邊 割的網(wǎng)絡(luò)分割概率接近，而不是相差過大。參照附圖1所示，邊e1; e2, ...e7的有效概率 不同，所得到的邊割集的網(wǎng)絡(luò)分割概率也會(huì)有很大的不同，如果他，e3丨和{e5，e6丨的聯(lián) 合失效概率要遠(yuǎn)大于{e4}，那么網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傾向于分為三個(gè)子集{Vl，v2}> {v3, v4}> {v5, v6},如果他，e3}> {e5, e6}>他}的失效概率接近，那么網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傾向于分為四個(gè)子集 {Vl，Vl}、{v3}> {v4}> {v5, v6}?？紤]到這種情況，對(duì)理論上可能出現(xiàn)的各個(gè)邊割集， 基于各邊的有效概率計(jì)算理論上的網(wǎng)絡(luò)分割概率，依分割概率值從高到低對(duì)邊割集進(jìn)行 排序，再選擇合適的閾值，使得所選的邊割集的網(wǎng)絡(luò)分割概率值基本接近，以體現(xiàn)相稱 的網(wǎng)絡(luò)劃分。
給定最小網(wǎng)絡(luò)分割概率的網(wǎng)絡(luò)劃分方法所采取的分簇目標(biāo)和原則是給定圖 G (V, E)和所選邊割集的網(wǎng)絡(luò)分割概率閾值PIth,將網(wǎng)絡(luò)分為K個(gè)子網(wǎng)，使得V = {Q U C2 U ACK}, C1 η Cj = Φ , K<L,每個(gè)子網(wǎng)之間的邊割集EC1優(yōu)先由網(wǎng)絡(luò)分割概 率最大的邊割集構(gòu)成，得到1個(gè)主連通子網(wǎng)和K-I個(gè)端連通子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)中布設(shè)至少一 個(gè)服務(wù)器，且滿足負(fù)載約束條件每個(gè)子網(wǎng)中所含的節(jié)點(diǎn)數(shù)Num1不小于MinSize，且依 據(jù)各個(gè)子網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)分配合適的服務(wù)器數(shù)目，滿足每個(gè)服務(wù)器最多為MaxSize個(gè)節(jié)點(diǎn) 提供服務(wù)，達(dá)到合理的負(fù)載分布。
將設(shè)計(jì)問題表示為ILP模型如下
OBJECTIVES
max(EPI(EC1))——選擇網(wǎng)絡(luò)分割概率最大的邊割集，體現(xiàn)最可能出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)分 割
max(K)——找出盡可能多的端連通子網(wǎng)，即分割不連通的可能情況
CONSTRAINTS
MinSize^Num1——每個(gè)子網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)不能小于一個(gè)下限
PI(EC1) >PIth——用于網(wǎng)絡(luò)分割的邊割集的分割概率不能低于閾值PIthJslutfi
K1= ——^--每個(gè)子網(wǎng)中服務(wù)器的數(shù)目不應(yīng)小于一個(gè)下限14
κ = EK1—網(wǎng)絡(luò)中服務(wù)器總數(shù)為各子網(wǎng)服務(wù)器數(shù)目之和。
算法流程圖見附圖2，具體描述為
Input 網(wǎng)絡(luò)分割概率閾值Pe，每個(gè)子網(wǎng)所含的最小節(jié)點(diǎn)數(shù)MinSize，各條有向邊 的狀態(tài)N元組，一個(gè)服務(wù)器所能服務(wù)的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)MaxSize
Output 各個(gè)子網(wǎng)，服務(wù)器總數(shù)。
步驟
Stepl基于網(wǎng)絡(luò)中有向邊對(duì)應(yīng)的狀態(tài)N元組，求出網(wǎng)絡(luò)兩兩節(jié)點(diǎn)之間的邊割集EC1 及其網(wǎng)絡(luò)分割概率PI(EC1)15選擇分割概率高于Pe的邊割，按概率從高到低設(shè)置邊割集 的選用順序，組成EdgeCut數(shù)組。
Step2初始化子網(wǎng)數(shù)組SubNet為頂點(diǎn)集V。
Step3如果還有邊割集未進(jìn)行嘗試，選擇EdgeCut中的一個(gè)元素ECs (即當(dāng)前分割 概率最高的邊割)；否則，輸出SubNet和所用Server數(shù)目，終止。
Step4如果還有子網(wǎng)未進(jìn)行嘗試，選擇SubNet中的一個(gè)元素SN1;否則，轉(zhuǎn)至 3)。
Step5用ECs對(duì)3風(fēng)進(jìn)行子網(wǎng)劃分。如果所得的兩個(gè)子網(wǎng)SNjP SNb中的節(jié)點(diǎn)數(shù)不 小于MinSze，且SNa和SNb中至少有一個(gè)端連通分量，則將SNa和SNb添加到NewSubNet 中，否則將SN1添加到NewSubNet中，并轉(zhuǎn)至4)。這種處理方式使得滿足條件的子網(wǎng)被 盡可能的找出。
Step6整理NewSubNet中各個(gè)子網(wǎng)，標(biāo)識(shí)是否為主連通子網(wǎng)或端連通子網(wǎng)，將所 有的主連通子網(wǎng)合并為一個(gè)。
Step7檢查NewSubNet中各個(gè)子網(wǎng)，如果每個(gè)子網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目在[MteSize， 2*MinSize)之間，則所有的子網(wǎng)不可分。
Step8依據(jù)NewSubNet中各個(gè)子網(wǎng)，令Num1為第i個(gè)子網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)，計(jì)算整fJijiyi個(gè)網(wǎng)絡(luò)所需服務(wù)器數(shù)目Num，為Μ = Σ。MaxSize
Step9將NewSubNet賦給SubNet，將NewSubNet清空，如果所有的子網(wǎng)不可再 分，則輸出SubNet和所用Server數(shù)目，算法終止；否則，轉(zhuǎn)至3)。
2.2基于通信可靠度的布設(shè)點(diǎn)選擇方法
(1)理論基礎(chǔ)
選擇子網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)(組)作為服務(wù)器候選節(jié)點(diǎn)，計(jì)算評(píng)估子網(wǎng)中其它節(jié)點(diǎn)向此節(jié) 點(diǎn)(組)通信的可靠度，選擇具有最高可靠度的作為服務(wù)器。
所需注意的是可靠度的計(jì)算方法。節(jié)點(diǎn)傳統(tǒng)的可靠度計(jì)算方法基于所有可能的 路徑考慮連通的“可能性”，而沒有考慮連通的“時(shí)效性”，如果經(jīng)過很多條路由的嘗 試最終成功，也認(rèn)為兩點(diǎn)之間是可靠的。當(dāng)圖中存在環(huán)路時(shí)，兩點(diǎn)間的路徑數(shù)目會(huì)迅速 增加，甚至呈指數(shù)規(guī)律增加。在理論上，對(duì)于處在環(huán)路上的節(jié)點(diǎn)，用傳統(tǒng)的可靠度計(jì)算 方法能得到一個(gè)很接近1的可靠度，可能與仿真和實(shí)測(cè)的結(jié)果相差很遠(yuǎn)，不具有參考意 義。目前對(duì)有線網(wǎng)和WMN中通信可靠度的研究都是基于所有的路徑計(jì)算可靠度。而 ^tP呼叫服務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求高，用戶期望盡快呼叫成功建立連接，最多進(jìn)行若干次撥號(hào) 呼叫，否則就可能放棄呼叫連接而采用其它的通信方式，故這里應(yīng)采用有限個(gè)數(shù)的路徑15進(jìn)行可靠度計(jì)算。
[定義5]1次2-終端可靠度Rel1 (s，T)。給定從源點(diǎn)s到匯點(diǎn)集合T的所有路 徑，選擇可靠度最高的一條路徑用于通信，該路徑的可靠度即為1次2-終端可靠度，體 現(xiàn)首次嘗試即可連接成功到某一個(gè)匯點(diǎn)的概率。
[定義6]路徑的可靠度:Pr(P)。給定路徑P所含的鏈路L1, L2,…，Ls的鏈路 狀態(tài)N元組，在時(shí)段j內(nèi)路徑P是否有效取決于各條鏈路的狀態(tài)，計(jì)算依據(jù)為Ρη(Ρ) =Λ % Λ ... Λ aSJ,路徑P的可靠度則可表示為，卩艫)=+|巧仍)。
選出具有最高可靠度的一條路徑，其可靠度值即為從節(jié)點(diǎn)Vp到Vq的1次2-終 端可靠度Rel1、，vq),求出節(jié)點(diǎn)vp到T的1次2-終端可靠度為，Rel1、，Τ)= max(Rel1Ovp, vq)), vq e Τ。
(2)實(shí)現(xiàn)過程
令子網(wǎng)S中，服務(wù)器集合T中的元素?cái)?shù)目為SK，T的選擇問題用ILP模型表示 如下
OBJECTIVES\S-T\
Max( Σ Rel1(V^r))一對(duì)S-T，最大化其中的節(jié)點(diǎn)到T的1次2_終端可靠度總和P=I
CONSTRAINTS
vp e S-T, vq e τ—計(jì)算從子網(wǎng)中非候選服務(wù)器集合到候選服務(wù)器集合的可靠 度
|T| = SK——候選服務(wù)器集合的大小
服務(wù)器選擇算法見附圖3，具體描述為
Input 含SNum個(gè)節(jié)點(diǎn)的子網(wǎng)S，服務(wù)器數(shù)目SK，各有向邊的狀態(tài)N元組。
Output 所選的SK個(gè)節(jié)點(diǎn)。
步驟
Stepl候選服務(wù)器節(jié)點(diǎn)組合有CSNumSK個(gè)，取出這些組合。
Step2對(duì)每個(gè)組合中的節(jié)點(diǎn)集T1,求S-T1中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)Vp到T1中每個(gè)節(jié)點(diǎn)Vq的 路徑集合，基于各邊的狀態(tài)N元組，求各路徑的可靠度。
Step3對(duì)S-T1中的節(jié)點(diǎn)vp，求其到Ti中的節(jié)點(diǎn)的1次2-終端可靠度的最大值， 記為 Rel1 (vp，Τ) ο
Step4若S-T1中還有節(jié)點(diǎn)未輪到，則對(duì)此節(jié)點(diǎn)進(jìn)行步驟3)，否則，累加得到S-T1 中所有節(jié)點(diǎn)到T1的1次2-終端可靠度的最大值的總和Σ Rel1Ov ;)。；7=1
Step5若有候選服務(wù)器節(jié)點(diǎn)組合未輪到，則對(duì)此組合進(jìn)行步驟2)，否則，完成了 所有組合的可靠度計(jì)算，比較各個(gè)可靠度總和Σ Rel1Ov ;)，選擇最大的總和所對(duì)應(yīng)的T1；7=1作為SIP服務(wù)器集合。
3、接入路由器^tP呼叫連接的路由選擇技術(shù)
WMN是無線多跳通信網(wǎng)絡(luò)，從源點(diǎn)到匯點(diǎn)的路徑有很多種選擇，路徑經(jīng)過的 每個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)的通信接口數(shù)(連通度數(shù))、用戶訪問頻率不同，每條鏈路的可靠度也不同，使得這些路徑的通信可靠度和通信時(shí)延彼此不同。針對(duì)有限嘗試次數(shù)的通信連接呼 叫，需要選擇最佳的路徑和路徑選用順序，提供從路由器節(jié)點(diǎn)到最近的SIP服務(wù)器的高可 靠性、高實(shí)時(shí)性的無線連接。
傳統(tǒng)的路由選擇的策略有多種，其中基于最小跳數(shù)的策略被無線多跳網(wǎng)絡(luò)中大 多數(shù)路由協(xié)議(如AODV、DSR、DSDV)所采用。它的缺點(diǎn)在于該指標(biāo)將網(wǎng)絡(luò)中的所 有鏈路視為等同，并未考慮鏈路負(fù)載、容量和鏈路受到的干擾。路徑的期望傳輸次數(shù) (ETX)作為另外一個(gè)常見的選路指標(biāo)，定義為成功用某條路徑傳送一個(gè)數(shù)據(jù)包所需的次 數(shù)。此外，還有很多路由指標(biāo)是基于ETX改進(jìn)得到的，如ETT (Expected Transmission Time)、WCETT(加權(quán)的ETT)等。其優(yōu)點(diǎn)在于EXT基于傳輸成功率，能體現(xiàn)鏈路質(zhì)量， 其缺點(diǎn)在于(1)數(shù)據(jù)包的傳輸成功率需要在TCP/IP協(xié)議棧的MAC層或更高層測(cè)量， 取決于數(shù)據(jù)包的大小和發(fā)送速率，故該指標(biāo)不夠客觀；( 該指標(biāo)未考慮鏈路的負(fù)載， 所產(chǎn)生的路由可能穿過負(fù)載較重的節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)致資源使用不均衡。
以上的指標(biāo)中，跳數(shù)和RTT側(cè)重于體現(xiàn)路由的時(shí)效性，而ETX側(cè)重于體現(xiàn)路由 轉(zhuǎn)發(fā)的成功率，且代表的是鏈路兩個(gè)方向上的效果，無法體現(xiàn)鏈路的單向性。實(shí)時(shí)通信 信令轉(zhuǎn)發(fā)的關(guān)鍵指標(biāo)包括消息的傳送成功率和傳送速度，因?yàn)樾帕钕?shù)據(jù)包較小、占 用帶寬少，因此不必考慮負(fù)載均衡和吞吐量等因素，而需將不可靠無線環(huán)境的路徑的可 靠度作為主要的路由選擇指標(biāo)，該指標(biāo)與ETX —樣能體現(xiàn)整個(gè)路由轉(zhuǎn)發(fā)過程的成功率， 但通過在更細(xì)的時(shí)間粒度上分析鏈路狀態(tài)，能體現(xiàn)在短期內(nèi)路徑正常工作的概率。
本發(fā)明中，每臺(tái)路由器到對(duì)應(yīng)SIP服務(wù)器的路由選擇技術(shù)包括
基于可靠度理論，開發(fā)一種新的、源點(diǎn)到多個(gè)匯點(diǎn)之一 (one-to- ‘a(chǎn)ny-in-many，)的通信可靠度計(jì)算模型。
對(duì)各節(jié)點(diǎn)而言，所選的服務(wù)器包括一個(gè)本地子網(wǎng)內(nèi)的首選服務(wù)器，和多個(gè)本 地及外地子網(wǎng)中的備份服務(wù)器。針對(duì)有限嘗試次數(shù)的實(shí)時(shí)^tP呼叫連接請(qǐng)求建立過程， 基于新的可靠度計(jì)算模型，設(shè)計(jì)分別最大化呼叫成功率和呼叫速度的先應(yīng)式路由選擇方 案，用于高效的將信令消息從最初的路由器節(jié)點(diǎn)發(fā)送到多個(gè)分布的服務(wù)器中的任意一 個(gè)。
(1)理論基礎(chǔ)
在K個(gè)MR節(jié)點(diǎn)上將布設(shè)服務(wù)器，用來提供容錯(cuò)冗余和高性能。只要將信令消 息轉(zhuǎn)發(fā)到其中任意一個(gè)服務(wù)器，即代表消息轉(zhuǎn)發(fā)成功。傳統(tǒng)的2-終端可靠度Rel2 (s，t) 模型描述的是一點(diǎn)s對(duì)一點(diǎn)t(0ne-to-0ne)的通信可靠度，而K終端可靠度RelK(s，Τ)描 述的是一點(diǎn)s到含K個(gè)點(diǎn)的集合T中的每一點(diǎn)tjone-to-many)的通信可靠度，這些模型 無法描述向多服務(wù)器中任意一個(gè)的通信模式(one-to- ‘a(chǎn)ny-in-many’)。對(duì)應(yīng)的通信可 靠度應(yīng)描述如下。
[定義7]1/K連接路集SPh，Τ)。表示為從4到所有匯點(diǎn)集合T的最小路集， 即從4到、的所有最小路集的并集，其中的各條路徑中的節(jié)點(diǎn)不應(yīng)含T中的頂點(diǎn)，只有路 徑的終點(diǎn)才可以是T中的頂點(diǎn)。
令MidNode(P)表示路徑P中不含終點(diǎn)的所有其它頂點(diǎn)的集合，各對(duì)源點(diǎn)-匯 點(diǎn)之間的路集的并集共含N條路徑，表示為U SPh，0 = {Pi; P2, P3, ...ΡΝ},則 SP(Sj, Τ)可以表示為U SPh，t)中，路徑中間點(diǎn)不含T中頂點(diǎn)的路徑巧的并集，有ST(SjJ) = ^iPl]s.t. MidNodeif1、γλΤ = 么N °
[定義8]1/K終端可靠度Rel1/Kh，T)。基于SPh，T)，源點(diǎn)^能連接到T的 概率，即連接任意一個(gè)而不是每一個(gè)匯點(diǎn)的概率。
此可靠度可以由不交和法6DP)求出令巧(丨=1，2，…，N)為SPh，T)中 的一條最小路徑，A1G=I, 2，…，N)為P1中所有邊都正常的事件，則1/K終端可靠度 用不交和表示為，
Rel1^(5,Γ) = ^(A1 u A2 uA ^jAn)
= FriAl) + Pr(Z1^2) +A Pr^1 Z2A An^An) °
計(jì)算Rel1/Kh，T)所用的路集比計(jì)算RelK(V Τ)所用的路集所含路徑要少些， 比計(jì)算單個(gè)Rel2^，t)所用的路徑要多，但不同于RelKh，T)求連通概率的交集的思 想，Rel1/K(Sj, T)只需要計(jì)算達(dá)到至少一個(gè)匯點(diǎn)的概率，采用的是求連通概率的并集的思 想，故 Rel1/Kh，T)要高于 RelKh，T)，也高于任一個(gè) Rel2 ( ，t)。
針對(duì)有限次數(shù)的通信嘗試，相關(guān)的可靠度定義如下
[定義9]n次1/K終端可靠度Rel1/Knh，T)由含η條路徑構(gòu)成的連接路集所計(jì) 算得到的1/Κ終端可靠度。
此可靠度定義中，η條路徑對(duì)應(yīng)于η次通信嘗試，每次嘗試選擇一條路徑發(fā)送信 令消息。η條路徑的選擇方案有很多種，如何選擇最佳的路徑及路徑選用順序，是一個(gè)關(guān) 鍵的問題。
定理1 給出 了 Relvic1 (Sj, Τ)的下界。
[定理1]對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)&和t1;找到Ph，t)中具有最高可靠度的一條路徑，基 于此路徑計(jì)算所得的2-終端可靠度記為ReI2Vv I)，則11^^( ，T)大于等于任意的 Rel21 ( , t,), t, e T,即 MaxCRel21 ( ，、))SRelvic1 ( ，T)，當(dāng) K = 1 時(shí)，等號(hào)成立。
證當(dāng)K=I時(shí)，T = ^}，Rel21 (sJ t)和Relvic1 (S」，Τ)的匯點(diǎn)與路徑都分別相同，故等號(hào)成立。
當(dāng)K > 1時(shí)，假定Rel21 (Sj, tq)是所有2-終端可靠度Rel21 (Sj, t)中最高的， 從^到、的路集P^ g，計(jì)算Rel21W, t)的唯一一條路徑為[Ρ1],。從α到丁的I-K 連接路集為 ，T) = P(sJ I1) U P(Sj, t2) U …U P(Sj, tq) U …U P(Sj, tK)，假定 計(jì)算Relg1^，Τ)的唯一一條路徑為[Ρ、，該路徑為Ph，Τ)中可靠度最高的。因 為 P(Sj,g [ P(SjJ)i,路徑可靠度Pr ([Ρ1],) ([P1P,有 Max (Rel21 (Sj，t,)) ^Rell7K1 (Sj, Τ)。
定理2給出了 Rel1/Knh，T)的上界。
[定理2]Rel1/Knh，T)<Rel1/K(Sj,Τ),當(dāng)P^，Τ)中的路徑數(shù)目不大于η時(shí)，等號(hào)成立。
證計(jì)算Rel1/Knh，T)需要P^，T)中的η條路徑，而計(jì)算Rel1/Kh，T)需要 P(Sj, Τ)中的全部路徑。由于有更多的路徑提供建立連接的路由選擇，Rel1/Kh，T)大 于等于Rel1/Knh，Τ), Pn(SjJ) c P(Sj5T)t^Ph, Τ)中的路徑數(shù)目不超過η時(shí)，有Ρ、,， Τ) =P(sj; Τ),等號(hào)成立。
傳統(tǒng)的SIP服務(wù)在路徑的選擇順序上要么沒有做出規(guī)定，要么基于最短路徑，而 沒有考慮路徑可靠度的不同。SIP呼叫服務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求高，用戶期望盡快呼叫成功建 立連接，最多進(jìn)行若干次撥號(hào)呼叫，否則就可能放棄呼叫連接而采用其它的通信方式， 因此，在呼叫路徑的選擇上，應(yīng)優(yōu)先選則可靠度高的路徑。
改進(jìn)原有的考慮所有路由的可靠度計(jì)算方法，提出針對(duì)實(shí)時(shí)性SIP服務(wù)呼叫建立 的基本思想為采用多個(gè)服務(wù)器提供容錯(cuò)冗余，考慮計(jì)算可靠度所采用的路徑數(shù)目(對(duì) 應(yīng)呼叫次數(shù))和路徑可靠度(對(duì)應(yīng)單次呼叫成功率)這兩個(gè)因素，選擇滿足一定條件的路 徑集合，而非全部路徑來計(jì)算可靠度，并對(duì)路徑的選擇順序依據(jù)可靠度進(jìn)行排序。
(2)實(shí)現(xiàn)過程
對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算其到網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)SIP服務(wù)器的有效路徑和路徑可靠度，基于 I-K終端可靠度計(jì)算方法，選擇最佳的幾條路徑并排序，分別為第一路由、第二路由、 第三路由、…，對(duì)應(yīng)的路由終點(diǎn)分別為首先服務(wù)器和多個(gè)備份服務(wù)器，當(dāng)用前一個(gè)路由 嘗試呼叫不成功時(shí)，就使用當(dāng)前的路由，這樣構(gòu)建呼叫路集，使得該節(jié)點(diǎn)能獲得網(wǎng)絡(luò)中 的SIP服務(wù)的概率達(dá)到最高。
信令消息從無線Mesh網(wǎng)用戶終端MC發(fā)向相鄰的一個(gè)MR，MR選擇一條路 由將信令發(fā)向?qū)?yīng)的服務(wù)器，而從源點(diǎn)MR到K個(gè)服務(wù)器匯點(diǎn)有多條路徑，通常傾向選 擇具有最短跳數(shù)的路徑。實(shí)時(shí)通信對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格，用戶希望盡快建立連接，而應(yīng)急通 信的數(shù)據(jù)量可能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)爆炸性增長(zhǎng)，往往一次通信嘗試難以成功建立連接，因此 通信方式為如果用一條路徑嘗試信令轉(zhuǎn)發(fā)失敗，會(huì)在此次嘗試超時(shí)后，立即用一條新 的路徑再次向新路徑對(duì)應(yīng)的服務(wù)器嘗試通信，直到服務(wù)器在嘗試超時(shí)時(shí)間內(nèi)成功返回消 息，或是達(dá)到最大嘗試次數(shù)放棄通信。但是現(xiàn)有的方案要么沒有考慮路徑在可靠度上的 差異，要么僅僅優(yōu)先選擇跳數(shù)小的路徑，而沒有優(yōu)先考慮可靠度的高低。
因此研究的關(guān)鍵問題是基于新的可靠度模型，選擇滿足性能要求(如最快的 轉(zhuǎn)發(fā)速度、最高的轉(zhuǎn)發(fā)成功率)的η個(gè)路徑，并安排這些路徑的使用順序，用于每次轉(zhuǎn)發(fā) 嘗試ο
用于優(yōu)化消息轉(zhuǎn)發(fā)速度的路由選擇方案——η次速度優(yōu)先I-K連接路集IV“， Τ)。
這種路集針對(duì)消息轉(zhuǎn)發(fā)速度進(jìn)行了優(yōu)化，力圖盡快的成功轉(zhuǎn)發(fā)信令消息?；?Psn (Sj, Τ)，每次嘗試中，當(dāng)前具有最高可靠度的可用路徑被選中用于消息轉(zhuǎn)發(fā)。求此路 集的具體方法為
stepl對(duì)P (Sj，T)中的每個(gè)路徑P1求路徑可靠度。
Step2當(dāng)n=l時(shí)，Psn^，T)中僅有一條路徑。在P^，T)的所有路徑中，選擇具有最高可靠度的路徑P1，有:Ps1W，T) = {P1} O
step3當(dāng)η = 2時(shí)，對(duì)P^，Τ)中除P1之外的每條路徑Ρ1，計(jì)算當(dāng)P1失效時(shí)P1 有效的條件概率，即PrpP')，選擇具有最高概率值的路徑Ρ2，有Ps2W，Τ) = {P1, P2}。
step4類似的，在取得^T1W，T)之后，對(duì)Ph，T)中除P1，P2,…，Plri之外 的每條路徑P1，計(jì)算當(dāng)P1，P2,…，Plri失效時(shí)P1有效的條件概率，即Pr^^L^Fi)，選 擇具有最高概率的路徑Pn，有IV“，T) = {P1, P2,…，P"},至此路集構(gòu)建完畢。
用于優(yōu)化消息轉(zhuǎn)發(fā)成功率的路由選擇方案——η次效果優(yōu)先I-K連接路集PEn(sj, τ)ο
這種路集針對(duì)η次嘗試內(nèi)的總轉(zhuǎn)發(fā)成功率進(jìn)行了優(yōu)化。路集中的第一路徑不一 定提供最高的可靠度。求此路集的具體方法為
stepl對(duì)P (Sj, Τ)中的每個(gè)路徑P1求路徑可靠度。
Step2令M為Ph，T)中的路徑數(shù)，取得含η條路徑的各個(gè)組合，組合的總數(shù)為C η
step3對(duì)組合Ct，隨機(jī)安排其中η條路徑的順序，用Ct中的η條路徑，而不是 P(Sj, Τ)中的所有路徑計(jì)算η次I-K終端可靠度。
Step4選擇具有最高可靠度的組合，即為所選路集，其中的路徑能取得η次嘗試 內(nèi)的最高連接成功率。
step5最后基于路徑可靠度安排這些路徑的使用順序。首先具有最高可靠度的路 徑被選為第一路徑P1。之后在第m次排序中，對(duì)剩余未排序的η-m+l條路徑中的每條路 徑P1，計(jì)算當(dāng)之前選中的路徑都失效時(shí)，P1有效的概率，即條件概率Prtpf...^^/)，取 出具有最高概率的路徑Pm排在第m位。以這種方法安排η條路徑的順序，路集的求取 過程結(jié)束。
基于以上不同優(yōu)化目標(biāo)所對(duì)應(yīng)的路集，給出不同的可靠度模型，分別為
[Rel1/Kn(Sj, T)]s: $用Psnh，T)在最多η次嘗試內(nèi)連接到T的概率。
[Rel1/Kn(Sj, Τ)]Ε: 4用PEnh，T)在最多η次嘗試內(nèi)連接到T的概率。
當(dāng)η=1時(shí)，Ps1Gj, T) = Pe1 (Sj, Τ),故[Rel*1^ T)]s = [Rell7K ( , T)]E。 當(dāng)η>1時(shí)，IV(V Τ)中第一路徑的可靠度大于等于PEnh，T)中第一路徑的可靠度， 即[Pr(P1)L > [Pr(P1)L
可以認(rèn)為IV(V Τ)在首次嘗試的轉(zhuǎn)發(fā)成功率指標(biāo)上占優(yōu)，因?yàn)镮V“，Τ)中的 第一路徑在Ρ“，Τ)的所有路徑中具有最高的可靠度，且在每次嘗試中選擇當(dāng)前可用的 最可靠路由，以盡快的實(shí)現(xiàn)信令成功轉(zhuǎn)發(fā)。而ΡΕη“，Τ)在η次嘗試內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)成功率這個(gè) 指標(biāo)上占優(yōu)，因?yàn)棣宝ウ恰?，?中的η條路徑提供了最高的總體路徑可靠度。采用條件概 率進(jìn)行選路，因此，當(dāng)前路徑之前的失效路徑的影響被考慮在內(nèi)，所得的路徑盡可能的 含有不相交的邊。
隨著最大嘗試次數(shù)的增加，總呼叫成功率會(huì)提升，但是呼叫時(shí)延會(huì)增加，需要 在網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量不佳時(shí)仔細(xì)的權(quán)衡最大呼叫嘗試次數(shù)，以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)性能指標(biāo)的折中。
四、總結(jié)
本發(fā)明提供的方法的目標(biāo)為一是盡可能使得在發(fā)生網(wǎng)絡(luò)分割時(shí)，每個(gè)分割區(qū) 域內(nèi)都有SIP服務(wù)器提供呼叫接入服務(wù)，從而確保各個(gè)區(qū)域內(nèi)的語音通信功能仍能正常使 用；二是為每個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)上的SIP代理選取一組通往SIP服務(wù)器的可靠路徑，既可以克 服無線鏈路和服務(wù)器的單點(diǎn)故障影響，同時(shí)又將訪問負(fù)載分布在了所有選出的服務(wù)器節(jié)；卜.O
在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，我們主要是通過將多個(gè)SIP服務(wù)器安置在合適位置的節(jié)點(diǎn) 處來應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)分割的影響，通過增加每個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)上SIP代理的功能來解決可靠路徑選 擇以及路徑切換的問題。我們的實(shí)現(xiàn)方案不涉及用戶終端設(shè)備，這主要是為了最大限度 地保證對(duì)已有終端設(shè)備的兼容性，任何支持WiFi和^tP的手機(jī)都可以直接在其中使用。
以上實(shí)施范例僅供說明本發(fā)明之用，而非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技 術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變換或變型。因此， 所有等同的技術(shù)方案，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種無線Mesh網(wǎng)中多SIP服務(wù)器布局方法，其特征在于，包括以下步驟無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中無線鏈路的通信質(zhì)量測(cè)量步驟該步驟采用主動(dòng)發(fā)送單播數(shù)據(jù)包探 測(cè)或利用實(shí)際通信數(shù)據(jù)包探測(cè)的方式，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有無線鏈路的通信質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量；并 通過統(tǒng)計(jì)分析，獲取長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的鏈路質(zhì)量指標(biāo)，基于指標(biāo)數(shù)據(jù)來設(shè)計(jì)服務(wù)器布設(shè)方案， 所述鏈路質(zhì)量指標(biāo)為包交付率PDR ；服務(wù)器布設(shè)步驟該步驟針對(duì)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，用最小割集的方法描述可能出 現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)分割，對(duì)網(wǎng)絡(luò)按照分割域(子圖)進(jìn)行劃分；在劃分得到的每個(gè)子網(wǎng)中，選擇可 靠度最高的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)作為本子網(wǎng)內(nèi)的SIP服務(wù)器布設(shè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)分割區(qū)域(子網(wǎng))內(nèi)至少 布設(shè)一個(gè)服務(wù)器；呼叫路由選擇步驟該步驟針對(duì)SIP呼叫連接建立過程，基于通信可靠度計(jì)算模 型，分別設(shè)計(jì)以呼叫速度為優(yōu)化目標(biāo)的先應(yīng)式路由選擇方案和以呼叫成功率為優(yōu)化目標(biāo) 的先應(yīng)式路由選擇方案，所述以呼叫速度為優(yōu)化目標(biāo)的先應(yīng)式路由選擇方案提供在規(guī)定 的呼叫嘗試次數(shù)內(nèi)盡快實(shí)現(xiàn)接入的服務(wù)，并且具有負(fù)載均衡作用；所述以呼叫成功率為 優(yōu)化目標(biāo)的先應(yīng)式路由選擇方案提供在規(guī)定的呼叫嘗試次數(shù)內(nèi)確?？梢越尤氲姆?wù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線Mesh網(wǎng)中多SIP服務(wù)器布局方法，其特征在于 所述無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中無線鏈路的通信質(zhì)量測(cè)量步驟包括以下子步驟對(duì)給定的某條無線鏈路i，將測(cè)量的總時(shí)間長(zhǎng)度T劃分為N個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙為一個(gè) 檢測(cè)周期；設(shè)Rij為第i條鏈路上第j個(gè)檢測(cè)周期測(cè)得的包交付率PDR，計(jì)算j周期內(nèi)包交付率的 平均值E (Rij)和包交付率的方差D (Ry)；對(duì)比(管理人員)預(yù)先設(shè)定的包交付率平均值閾值Eth和方差閾值Dth，若E(Ry) > Eth,且D(Ry)<Dth，則此周期鏈路質(zhì)量被認(rèn)為是好的；對(duì)第i條鏈路生成鏈路狀態(tài)的布爾型N元組A1 = {%} = {au，al2, ...alN},如果周期 j時(shí)該鏈路是好的，則ay = 1，否則ay = O。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線Mesh網(wǎng)中多SIP服務(wù)器布局方法，其特征在于 所述服務(wù)器布設(shè)步驟進(jìn)一步包括以下步驟基于網(wǎng)絡(luò)分割概率的網(wǎng)絡(luò)劃分步驟基于獲得到的鏈路狀態(tài)N元組計(jì)算各個(gè)割集使 網(wǎng)絡(luò)分割的概率，并依據(jù)此概率值的高低對(duì)邊割集排序；設(shè)計(jì)在給定最小網(wǎng)絡(luò)分割概率 閾值的條件下，基于遍歷最小割集的圖分割方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行劃分，使劃分得到的子網(wǎng)能 夠體現(xiàn)最可能出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)分割情況；基于通信可靠度的節(jié)點(diǎn)選取步驟在分割出的各個(gè)子網(wǎng)中，依次將子網(wǎng)中的一個(gè)或 幾個(gè)節(jié)點(diǎn)組作為布設(shè)候選節(jié)點(diǎn)；基于之前得到的鏈路狀態(tài)N元組，選用非環(huán)路路徑來計(jì) 算所有其它節(jié)點(diǎn)到候選節(jié)點(diǎn)的通信可靠度；選擇可靠度最高的候選節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)組作為該 子網(wǎng)的布設(shè)節(jié)點(diǎn)，安裝SIP服務(wù)器系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線Mesh網(wǎng)中多SIP服務(wù)器布局方法，其特征在于所述服務(wù)器布設(shè)步驟采用基于網(wǎng)絡(luò)分割概率的網(wǎng)絡(luò)劃分，其中給定最小網(wǎng)絡(luò)分割概 率的網(wǎng)絡(luò)劃分計(jì)算包括以下步驟①基于網(wǎng)絡(luò)中有向邊對(duì)應(yīng)的狀態(tài)N元組，求出網(wǎng)絡(luò)兩兩節(jié)點(diǎn)之間的邊割集EC1及其網(wǎng) 絡(luò)分割概率PI(EC1),選擇分割概率高于規(guī)定閾值Pe的邊割集，按概率從高到低排列邊割集的選用順序，組成邊割集數(shù)組EdgeCut ；②初始化一個(gè)子網(wǎng)數(shù)組SubNet為頂點(diǎn)集V；③如果還有邊割集未進(jìn)行嘗試，選擇EdgeCut中的一個(gè)元素EC;否則，輸出得到的 子網(wǎng)SubNet和所需的Server數(shù)目，終止；④如果還有子網(wǎng)未進(jìn)行嘗試，選擇SubNet中的一個(gè)元素SN1;否則，轉(zhuǎn)至步驟③；⑤用ECJiSN1進(jìn)行子網(wǎng)劃分，如果新得到的兩個(gè)子網(wǎng)SNjn SNb中的節(jié)點(diǎn)數(shù)不小于 MinSize,且SNa和SNb中至少有一個(gè)端連通分量，則將SNa和SNb添加都到一個(gè)臨時(shí)子 網(wǎng)集NewSubNet中，否則將SN1添加到NewSubNet中，并轉(zhuǎn)至步驟④；⑥整理NewSubNet中各個(gè)子網(wǎng)，標(biāo)識(shí)是否為主連通子網(wǎng)或端連通子網(wǎng)，將所有的主 連通子網(wǎng)合并為一個(gè)；⑦檢查NewSubNet中各個(gè)子網(wǎng)，如果每個(gè)子網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目在[MinSize，2*MinSize] 之間，則所有的子網(wǎng)不可再分，MinSize為子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)下限值；⑧依據(jù)NewSubNet中各個(gè)子網(wǎng)，令Num1為第i個(gè)子網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)，計(jì)算整個(gè)網(wǎng)絡(luò)所fJijiyi需服務(wù)器數(shù)目Num，Num = Y —，MaxSize為子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)上限值；MaxSize⑨將NewSubNet賦給SubNet，將NewSubNet清空，如果所有的子網(wǎng)不可再分，則輸出SubNet和所需的Server數(shù)目，算法終止；否則，轉(zhuǎn)至步驟③。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線Mesh網(wǎng)中多SIP服務(wù)器布局方法，其特征在于 所述服務(wù)器布設(shè)步驟中基于通信可靠度的節(jié)點(diǎn)選擇方法包括以下步驟①對(duì)劃分出的子網(wǎng)S，根據(jù)子網(wǎng)中候選節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)SK，其所有可能的節(jié)點(diǎn)組合有 CSNumSK個(gè)，取出這些組合，所述SK至少為1;②對(duì)每個(gè)組合中的節(jié)點(diǎn)集T1,求不在T1中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)Vp到T1中每個(gè)節(jié)點(diǎn)Vq的路徑集 合，基于上述的狀態(tài)N元組，求路徑集合的有效概率；③對(duì)S-T1中的節(jié)點(diǎn)Vp，計(jì)算其到T1中的節(jié)點(diǎn)的1次2-終端可靠度的最大值，記為 RelHv T)；④若S-T1中還有節(jié)點(diǎn)未輪到，則對(duì)此節(jié)點(diǎn)進(jìn)行步驟③，否則，累加得到S-T1中所有 節(jié)點(diǎn)到T1的1次2-終端可靠度的最大值的總和Σ Rel1Ov :)；；7=1⑤若有候選節(jié)點(diǎn)組合未輪到，則對(duì)此組合進(jìn)行步驟②，否則，完成了所有組合的可Κ.Ι ,靠度計(jì)算，比較各個(gè)可靠度總和Σ Rel1Ov :)，選擇最大的總和所對(duì)應(yīng)的T1集作為S子網(wǎng)；7=1的布設(shè)節(jié)點(diǎn)；所有子網(wǎng)選出的節(jié)點(diǎn)組TjC總，組成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中布設(shè)的SIP服務(wù)器的節(jié)點(diǎn)集Τ。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線Mesh網(wǎng)中多SIP服務(wù)器布局方法，其特征在于 所述呼叫路由選擇步驟進(jìn)一步分為基于速度的呼叫路由選擇方法、基于成功率的呼叫路由選擇方法；所述基于速度的呼叫路由選擇方法為所有非服務(wù)器節(jié)點(diǎn)j，根據(jù)設(shè)定的呼叫嘗試次 數(shù)n，在通往服務(wù)器集T的所有路徑中，選擇可靠度最高的η條路徑，依次作為節(jié)點(diǎn)j呼 叫連接建立用的傳輸路徑，以盡快通過一條路徑建立呼叫連接；所述基于成功率的呼叫路由選擇方法為對(duì)所有非服務(wù)器節(jié)點(diǎn)j，根據(jù)設(shè)定的呼叫嘗試次數(shù)n，在通往服務(wù)器集T的所有路徑中，選擇η條組合后整體可靠度最高的路徑，依 次作為節(jié)點(diǎn)j呼叫連接建立用的傳輸路徑，以確保在η次嘗試中成功建立呼叫連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無線Mesh網(wǎng)中多SIP服務(wù)器布局方法，其特征在于 所述呼叫路由選擇步驟中基于速度的呼叫路由選擇方法包括以下步驟①對(duì)非服務(wù)器節(jié)點(diǎn)j，其到達(dá)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)集T的所有可能路徑放入Pτ)集，計(jì)算 集中每個(gè)路徑P1的可靠度，確定規(guī)定的呼叫嘗試次數(shù)η;②當(dāng)η=1時(shí)，輸出的結(jié)果路徑集Ps11 (S” Τ)中僅有一條路徑。在P(V Τ)的所有 路徑中，選擇具有最高可靠度的路徑Ρ1，有^1“，Τ) = {P1}；③當(dāng)η= 2時(shí)，對(duì)P(V Τ)中除P1之外的每條路徑P1，計(jì)算當(dāng)P1失效時(shí)P1有效的條 件概率，即Prf—)，選擇具有最高概率值的路徑Ρ2，有？/“，Τ) = {P1, P2}；④在取得ΡΓ1^，Τ)之后，對(duì)P(VΤ)中除P1，P2,…，Plri之外的每條路徑Ρ1， 計(jì)算當(dāng)Ρ1，P2,…，Pn-1失效時(shí)P1有效的條件概率，即Pr^7^1..Pp)，選擇具有最高概 率的路徑Pn，有Psn(V Τ) = {P1, P2,…，Ρη},至此路集構(gòu)建完畢。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無線Mesh網(wǎng)中多SIP服務(wù)器布局方法，其特征在于 所述呼叫路由選擇步驟中基于成功率的呼叫路由選擇方法包括以下步驟①對(duì)非服務(wù)器節(jié)點(diǎn)j，其到達(dá)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)集T的所有可能路徑放入PΤ)集，計(jì)算 集中每個(gè)路徑P1的可靠度，確定規(guī)定的呼叫嘗試次數(shù)η;②令M為P(VΤ)中的路徑數(shù)，求得含η條路徑的各個(gè)組合，組合的總數(shù)為CMn;③對(duì)組合Ct，隨機(jī)安排其中η條路徑的順序，用Ct中的η條路徑，而不是Τ) 中的所有路徑計(jì)算η次I-K終端可靠度；④選擇具有最高可靠度的組合，即為所選路集，其中的路徑能取得η次嘗試內(nèi)的最 高連接成功率；⑤基于路徑可靠度安排這些路徑的使用順序首先具有最高可靠度的路徑被選為第 一路徑Ρ1，之后在第m次排序中，對(duì)剩余未排序的η-m+l條路徑中的每條路徑P1，計(jì)算當(dāng)前選中的路徑都失效時(shí)，P1有效的概率，即條件概率Prtpf...^^/)，取出具有最高概率的路SPm排在第m位，以該方法安排η條路徑的順序，路集的求取過程結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與IP語音技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無線Mesh網(wǎng)中多SIP服務(wù)器布局方法。本發(fā)明包括無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中無線鏈路的通信質(zhì)量測(cè)量步驟、SIP服務(wù)器布設(shè)步驟、路由器訪問SIP服務(wù)器的路由選擇步驟。其主要優(yōu)點(diǎn)一是盡可能使得在發(fā)生網(wǎng)絡(luò)分割時(shí)，每個(gè)分割區(qū)域內(nèi)都有SIP服務(wù)器提供呼叫接入服務(wù)，從而確保各個(gè)區(qū)域內(nèi)的語音通信功能仍能正常使用；二是為每個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)上的SIP代理選取一組通往布設(shè)在不同位置的SIP服務(wù)器的可靠路徑，既可以克服無線鏈路和服務(wù)器的單點(diǎn)故障影響，同時(shí)又將訪問負(fù)載分布在了所有選出的服務(wù)器節(jié)點(diǎn)上。本發(fā)明解決了無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，無線鏈路的不穩(wěn)定性對(duì)基于SIP的語音呼叫服務(wù)帶來的負(fù)面影響。
文檔編號(hào)H04W80/10GK102026203SQ20101059278
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者吳靜, 張洋, 李文翔, 郭成城 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)