專利名稱：：AdHoc網(wǎng)絡(luò)中鏈路穩(wěn)定性預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)(MANET)領(lǐng)域，具體涉及到對(duì)鏈路穩(wěn)定性的AdHoc網(wǎng)絡(luò)中鏈路穩(wěn)定性預(yù)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
：移動(dòng)AdHoc網(wǎng)絡(luò)是一種動(dòng)態(tài)可重構(gòu)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)充當(dāng)主機(jī)和路由器。作為主機(jī)，節(jié)點(diǎn)需要運(yùn)行其自身的應(yīng)用；作為路由器，節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)根據(jù)特定路由協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。AdHoc網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于災(zāi)害救援(如地震、火災(zāi))以及分布式協(xié)同運(yùn)算等場(chǎng)口o在實(shí)際應(yīng)用中，由于一個(gè)節(jié)點(diǎn)經(jīng)常需要向多個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送相同的數(shù)據(jù)，因此組播路由協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生。然而，由于移動(dòng)adhoc網(wǎng)絡(luò)具有諸如節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)移動(dòng)、有限的資源、不可靠的信道等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的組播協(xié)議并不能很好地適應(yīng)于MANET網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)移動(dòng)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，增加了重新路由的頻率，進(jìn)而影響了網(wǎng)絡(luò)性能。因此，需要一種對(duì)鏈路穩(wěn)定性的評(píng)估方法，并以此為評(píng)估指標(biāo)，在路由選路之時(shí)避開(kāi)不穩(wěn)定的鏈路，這無(wú)疑會(huì)極大地提高網(wǎng)絡(luò)的整體性能。目前在adhoc領(lǐng)域中對(duì)鏈路穩(wěn)定性的研究并不多，大部分研究假定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是常量，僅僅對(duì)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性進(jìn)行研究，如借助GPS對(duì)節(jié)點(diǎn)的位置及速度向量進(jìn)行量化、利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)行為建模并預(yù)測(cè)節(jié)點(diǎn)下一時(shí)刻的移動(dòng)行為等。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，并不是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有GPS模塊，而且GPS模塊在室內(nèi)環(huán)境中有很大的誤差，而統(tǒng)計(jì)學(xué)方法基于概率論對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行建模，有一定的局限性而且準(zhǔn)確性有待商榷。另外，在現(xiàn)有的研究中，無(wú)一例外，均是站在檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的角度，對(duì)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)與被測(cè)節(jié)點(diǎn)之間的鏈路進(jìn)行評(píng)估，并沒(méi)有站在被測(cè)節(jié)點(diǎn)的角度對(duì)其所處的鏈路環(huán)境進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)估，因此現(xiàn)有的鏈路穩(wěn)定性預(yù)測(cè)方法具有很大的局限性，效果并不理想。相應(yīng)的，以鏈路穩(wěn)定性作為路由標(biāo)準(zhǔn)的組播路由協(xié)議并不能很好地適應(yīng)高移動(dòng)性、高干擾等不穩(wěn)定環(huán)境，因此，需要一種更合理的鏈路穩(wěn)定性評(píng)估方法以及相應(yīng)的組播路由協(xié)議來(lái)解決以上問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種AdHoc網(wǎng)絡(luò)中鏈路穩(wěn)定性預(yù)測(cè)方法，以解決adhoc網(wǎng)絡(luò)中因節(jié)點(diǎn)移動(dòng)而導(dǎo)致的鏈路頻繁斷路、路由不穩(wěn)定的問(wèn)題，提高網(wǎng)絡(luò)的性能(如增加包的投遞率、減小端對(duì)端延時(shí)等)以適應(yīng)聞移動(dòng)性環(huán)境。為此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種AdHoc網(wǎng)絡(luò)中鏈路穩(wěn)定性預(yù)測(cè)方法，它通過(guò)對(duì)連續(xù)接收的信號(hào)強(qiáng)度取樣，以現(xiàn)實(shí)地逼近網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)環(huán)境，針對(duì)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)與被測(cè)節(jié)點(diǎn)，分別評(píng)估其所處環(huán)境的各條鏈路的穩(wěn)定性狀況，綜合考慮檢測(cè)節(jié)點(diǎn)與被測(cè)節(jié)點(diǎn)對(duì)，計(jì)算綜合穩(wěn)定性值，并以此作為穩(wěn)定性組播路由協(xié)議的選路標(biāo)準(zhǔn)，具體步驟為第一步，對(duì)鏈路直接穩(wěn)定性評(píng)估節(jié)點(diǎn)通過(guò)定時(shí)發(fā)送hello消息來(lái)維持鄰居關(guān)系，當(dāng)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)收到其鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送的hello消息時(shí)，檢測(cè)節(jié)點(diǎn)為每一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)即被測(cè)節(jié)點(diǎn)維持一個(gè)接收信號(hào)強(qiáng)度即接收功率列表；第二步，鏈路間接穩(wěn)定性評(píng)估被測(cè)節(jié)點(diǎn)采用與第一步同樣的方法對(duì)其鄰居節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估；由于該穩(wěn)定性旨在對(duì)被測(cè)節(jié)點(diǎn)所處環(huán)境進(jìn)行評(píng)估，因此剔除移動(dòng)性特別高的節(jié)點(diǎn)之后，對(duì)其他節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定性取均值，均值越低，則被測(cè)節(jié)點(diǎn)所處的環(huán)境越穩(wěn)定，反之，環(huán)境越不穩(wěn)定；第三步，鏈路綜合穩(wěn)定性評(píng)估，即將鏈路的直接與間接穩(wěn)定性評(píng)估值采用加權(quán)求和的方法綜合計(jì)算；第四步，基于穩(wěn)定性的組播路由協(xié)議，基于穩(wěn)定性的組播路由協(xié)議以穩(wěn)定性作為選路標(biāo)準(zhǔn)。所述第一步中鏈路直接穩(wěn)定性評(píng)估值根據(jù)Friis自由空間傳播模型，接收功率Pkx與發(fā)送功率的比值Ptx與傳輸距離R的平方成反比，即權(quán)利要求1.ー種AdHoc網(wǎng)絡(luò)中鏈路穩(wěn)定性預(yù)測(cè)方法，它通過(guò)對(duì)連續(xù)接收的信號(hào)強(qiáng)度取樣，以現(xiàn)實(shí)地逼近網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)環(huán)境，針對(duì)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)與被測(cè)節(jié)點(diǎn)，分別評(píng)估其所處環(huán)境的各條鏈路的穩(wěn)定性狀況，綜合考慮檢測(cè)節(jié)點(diǎn)與被測(cè)節(jié)點(diǎn)對(duì)，計(jì)算綜合穩(wěn)定性值，并以此作為穩(wěn)定性組播路由協(xié)議的選路標(biāo)準(zhǔn)，其特征是，具體步驟為第一歩，對(duì)鏈路直接穩(wěn)定性評(píng)估節(jié)點(diǎn)通過(guò)定時(shí)發(fā)送hello消息來(lái)維持鄰居關(guān)系，當(dāng)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)收到其鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送的hello消息時(shí)，檢測(cè)節(jié)點(diǎn)為每ー個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)即被測(cè)節(jié)點(diǎn)維持一個(gè)接收信號(hào)強(qiáng)度即接收功率列表；第二步，鏈路間接穩(wěn)定性評(píng)估被測(cè)節(jié)點(diǎn)采用與第一步同樣的方法對(duì)其鄰居節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估；由于該穩(wěn)定性旨在對(duì)被測(cè)節(jié)點(diǎn)所處環(huán)境進(jìn)行評(píng)估，因此剔除移動(dòng)性特別高的節(jié)點(diǎn)之后，對(duì)其他節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定性取均值，均值越低，則被測(cè)節(jié)點(diǎn)所處的環(huán)境越穩(wěn)定，反之，環(huán)境越不穩(wěn)定；第三歩，鏈路綜合穩(wěn)定性評(píng)估，即將鏈路的直接與間接穩(wěn)定性評(píng)估值采用加權(quán)求和的方法綜合計(jì)算；第四步，基于穩(wěn)定性的組播路由協(xié)議，基于穩(wěn)定性的組播路由協(xié)議以穩(wěn)定性作為選路標(biāo)準(zhǔn)。2.如權(quán)利要求I所述的AdHoc網(wǎng)絡(luò)中鏈路穩(wěn)定性預(yù)測(cè)方法，其特征是，所述第一歩中鏈路直接穩(wěn)定性評(píng)估值根據(jù)Friis自由空間傳播模型，接收功率Pkx與發(fā)送功率的比值Ptx與傳輸距離R的平方成反比，即3.如權(quán)利要求I所述的AdHoc網(wǎng)絡(luò)中鏈路穩(wěn)定性預(yù)測(cè)方法，其特征是，所述第二步中鏈路間接穩(wěn)定性評(píng)估值假定被測(cè)節(jié)點(diǎn)X有n個(gè)鄰居(YpY2……Yn)，節(jié)點(diǎn)X對(duì)其鄰居節(jié)點(diǎn)Yk穩(wěn)定性評(píng)估值計(jì)算與第一步相同，即4.如權(quán)利要求I所述的AdHoc網(wǎng)絡(luò)中鏈路穩(wěn)定性預(yù)測(cè)方法，其特征是，所述第三步中評(píng)估檢測(cè)節(jié)點(diǎn)i與被測(cè)節(jié)點(diǎn)j間鏈路的綜合穩(wěn)定性Sij=w1*d_SiJ+w2>i<in_SJ(W^W2=I)被測(cè)節(jié)點(diǎn)j既充當(dāng)發(fā)送者又充當(dāng)接受者。5.如權(quán)利要求I所述的AdHoc網(wǎng)絡(luò)中鏈路穩(wěn)定性預(yù)測(cè)方法，其特征是，所述第四步中基于穩(wěn)定性的組播路由協(xié)議以穩(wěn)定性作為選路標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生路由請(qǐng)求消息時(shí)，在路由請(qǐng)求消息中附加一個(gè)特定的域以表征經(jīng)過(guò)的路徑的穩(wěn)定性評(píng)估值；一條路徑的穩(wěn)定性評(píng)估值等于所經(jīng)過(guò)的所有鏈路的穩(wěn)定性評(píng)估最大值，即一條路徑的穩(wěn)定性取決于最不穩(wěn)定的一段鏈路；當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到路由回復(fù)消息時(shí)，從所有的路徑中選擇一條穩(wěn)定性評(píng)估值最小的路徑予以激活。6.如權(quán)利要求5所述的AdHoc網(wǎng)絡(luò)中鏈路穩(wěn)定性預(yù)測(cè)方法，其特征是，具體過(guò)程為A.組成員加入節(jié)點(diǎn)加入組播組需要經(jīng)過(guò)三個(gè)階段路由請(qǐng)求階段、路由回復(fù)階段和路由激活階段當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)要加入組播組或者有消息向組播組發(fā)送，但其并不是組成員而且沒(méi)有通向組播樹(shù)的路由時(shí)，它發(fā)送一個(gè)RREQ消息；消息的目的地址域dest_addr是多播組的地址，而源地址source_addr是該節(jié)點(diǎn)自己的地址；在RREQ消息增加一個(gè)額外的Path_Stable域以記錄節(jié)點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的路徑的穩(wěn)定性評(píng)估值；當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到RREQ消息后，首先檢查是否已經(jīng)處理過(guò)相同的RREQ，若是則丟棄，否則根據(jù)以上提出的鏈路穩(wěn)定性評(píng)估方法計(jì)算上一跳鏈路的綜合穩(wěn)定值；然后將計(jì)算出來(lái)的穩(wěn)定值與RREQ中Path_Stable域比較，將Path_Stable域更新為二者中的較大值，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)該RREQ消息；如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)是組播組成員或者有通向組播樹(shù)的路由，收到RREQ后，將該RREQ緩存一段時(shí)間，由于在這期間可能有同樣的RREQ消息自不同的路徑到達(dá)該節(jié)點(diǎn)，因此該節(jié)點(diǎn)選擇Path_Stable域最小的RREQ消息發(fā)送路由回復(fù)消息RREP；當(dāng)一個(gè)中間節(jié)點(diǎn)收到RREQ消息時(shí)，基于該RREP創(chuàng)建ー個(gè)多播路由表?xiàng)l目同時(shí)標(biāo)記該條目狀態(tài)為未激活即Activated_Flag未置位，同時(shí)更新其Path_Stable域,然后繼續(xù)沿著RREQ消息創(chuàng)建的反向路徑轉(zhuǎn)發(fā)RREP消息；一個(gè)節(jié)點(diǎn)可能收到多個(gè)RREP消息，但是它只對(duì)更新的即RREP序列號(hào)較大或者更穩(wěn)定的Path_Stable域較小RREP消息進(jìn)行處理，其他的RREP消息簡(jiǎn)單地丟棄；當(dāng)RREP消息到達(dá)源節(jié)點(diǎn)即請(qǐng)求加入組播組的節(jié)點(diǎn)時(shí),源節(jié)點(diǎn)緩存一段時(shí)間，從收到的多個(gè)RREP消息中選擇ー個(gè)Path_Stable域最小的進(jìn)行路由激活即MACT消息，即將在路由回復(fù)階段創(chuàng)建的路由條目狀態(tài)標(biāo)記為激活即ActivatecLFlag置位，其他未激活的路由條目由于超時(shí)而由相應(yīng)節(jié)點(diǎn)刪除；B.組成員離開(kāi)當(dāng)ー個(gè)組成員希望離開(kāi)組播樹(shù)時(shí)，如果它是其他節(jié)點(diǎn)的路由節(jié)點(diǎn)則不采取任何措施。如果它是ー個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)，則向其上ー跳單播ー個(gè)剪枝消息Prune，由其上一跳節(jié)點(diǎn)刪除該后繼節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的路由條目，如果刪除之后導(dǎo)致上一跳節(jié)點(diǎn)也變成葉子節(jié)點(diǎn)，則繼續(xù)向其上一跳發(fā)送剪枝消息執(zhí)行剪枝操作；C.鏈路斷路當(dāng)組播樹(shù)上發(fā)生斷路吋，發(fā)生斷路的分支會(huì)變得無(wú)效；此時(shí)，上游節(jié)點(diǎn)從其路由條目中刪除無(wú)效的節(jié)點(diǎn)，然后下游節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)鏈路修復(fù)；下游節(jié)點(diǎn)發(fā)送RREQ并附加一個(gè)多播組重建消息進(jìn)行斷路修復(fù)；在多播組重建消息中包含多播組跳數(shù)域Gr0up_H0p_Cnt以記錄斷路節(jié)點(diǎn)距離樹(shù)根節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)，只有跳計(jì)數(shù)不大于該計(jì)數(shù)的節(jié)點(diǎn)才能響應(yīng)RREQ消息，這樣避免了路由環(huán)路的產(chǎn)生；當(dāng)收到RREP消息后，路由激活過(guò)程與組成員加入部分所述相同；D.維護(hù)組播樹(shù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)定時(shí)發(fā)送hello消息以維護(hù)鄰居關(guān)系并更新鄰居節(jié)點(diǎn)的接收功率列表；除此之外，姆個(gè)組播樹(shù)的樹(shù)根節(jié)點(diǎn)定時(shí)發(fā)送GroupHello消息，同時(shí)樹(shù)根節(jié)點(diǎn)序列號(hào)增I;當(dāng)組播樹(shù)成員收到GroupHello消息時(shí),發(fā)送MACT消息進(jìn)行路由激活，由此保證姆個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠獲取組播樹(shù)最新的路由信息；E.組播樹(shù)合并在移動(dòng)環(huán)境下，由于節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性，adhoc網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)被分成幾個(gè)互不連通的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域維護(hù)其自己的組播樹(shù)；由于節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性，兩個(gè)或者多個(gè)不連通的區(qū)域可能會(huì)再次連通，為了消除混亂，擁有最大序列號(hào)的樹(shù)根節(jié)點(diǎn)成為新組播樹(shù)的樹(shù)根節(jié)點(diǎn)，而其他樹(shù)根節(jié)點(diǎn)停止發(fā)送GroupHello消息并等待組播樹(shù)的重建。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種AdHoc網(wǎng)絡(luò)中鏈路穩(wěn)定性預(yù)測(cè)方法。其步驟為第一步，鏈路直接穩(wěn)定性評(píng)估；第二步，鏈路間接穩(wěn)定性評(píng)估；第三步，鏈路綜合穩(wěn)定性評(píng)估；第四步，基于穩(wěn)定性的組播路由協(xié)議。解決了以現(xiàn)有的鏈路穩(wěn)定性作為路由標(biāo)準(zhǔn)的組播路由協(xié)議并不能很好地適應(yīng)高移動(dòng)性、高干擾等不穩(wěn)定環(huán)境的問(wèn)題。本發(fā)明計(jì)算簡(jiǎn)單，評(píng)估鏈路穩(wěn)定性過(guò)程運(yùn)算量低，網(wǎng)絡(luò)的整體性能穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)硬件要求不高，能耗小。文檔編號(hào)H04W24/00GK102638820SQ20121008018公開(kāi)日2012年8月15日申請(qǐng)日期2012年3月23日優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日發(fā)明者夏輝,張志勇,賈智平申請(qǐng)人:山東大學(xué)