智能抄表系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種智能抄表系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，它是一種改進(jìn)型動態(tài)路由分配優(yōu)化算法。本發(fā)明主要解決無線網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)層的路由優(yōu)化問題，對DSR進(jìn)行初步優(yōu)化，增加了DSR中的非相關(guān)路由數(shù)，提出一種增強(qiáng)型DSR路由優(yōu)化算法。為了解決增強(qiáng)型DSR路由優(yōu)化算法中的路由選擇問題，本發(fā)明將最小生成樹的思想引入動態(tài)源路由協(xié)議(DSR，dynamic?source?routing)中，提出了一種基于最小生成樹的DSR路由優(yōu)化協(xié)議，綜合考慮了帶寬、傳輸擁塞、網(wǎng)絡(luò)吞吐量等多方面因素，使用仿真軟件NS-2進(jìn)行仿真，結(jié)果表明，該方法能有效地減小延時，提高數(shù)據(jù)傳輸效率等指標(biāo)。
【專利說明】智能抄表系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體說是一種快速、準(zhǔn)確、高效、可擴(kuò)展性好的智能抄表系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，WLAN在接入領(lǐng)域中得到了迅速發(fā)展，依其所具有的巨大數(shù)據(jù)傳輸速率，WLAN被認(rèn)為是移動數(shù)據(jù)通信部分的一個主要競爭對手。但是WLAN自身也有其不足之處，其中最主要的一個便是接入點(diǎn)(AP)的覆蓋范圍較為有限，若要在一個相對較大的區(qū)域提供無線覆蓋，就需要在該地區(qū)內(nèi)配置多個接入點(diǎn)，因而增加了建設(shè)基于WLAN的公共寬帶網(wǎng)的成本。雖然人們對此提出了一些解決方法，如通過多種無線技術(shù)的共存來提高無限的覆蓋和位置的適應(yīng)性等等，但是這些方法中大多是以增加接入點(diǎn)或者降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率為代價
的。于是人們把目光轉(zhuǎn)向了另一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)--無線網(wǎng)狀網(wǎng)(Wireless Mesh Network),希
望通過這種全新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來克服傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)中所存在的固有缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)無線通信領(lǐng)域中的一次變革。
[0003]由于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的多跳性，所以每個節(jié)點(diǎn)都要有報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)功能，這就要求節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)合適的路由協(xié)議。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)是可以自由移動的，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，傳統(tǒng)的基于Internet的路由選擇協(xié)議，如距離矢量方法的RIP和鏈路連接狀態(tài)方法的OSDF等不適合在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中使用，原因如下: [0004](I)無線傳輸信道與有線傳輸信道具有不同的特性。自組織網(wǎng)中主機(jī)間的無線信道可能存在單向信道，常規(guī)路由協(xié)議設(shè)計(jì)中常常沒有考慮這個問題或者必須以雙向鏈路作為工作的前提假設(shè)，由此計(jì)算出來的路由可能不能準(zhǔn)確反映無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，也沒有考慮單向信道的存在。
[0005](2)無線信道的廣播特性產(chǎn)生了很多冗余鏈路。由于在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中一個主機(jī)的廣播可能覆蓋周圍的數(shù)個主機(jī)，在常規(guī)路由協(xié)議看來，這些鏈路是冗余的。因?yàn)樵谟芯€網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，兩個相鄰的網(wǎng)絡(luò)之間通常只會用一個或者少數(shù)幾個路由器進(jìn)行連接。冗余的鏈路需要常規(guī)路由協(xié)議發(fā)送更多更大的路由更新報(bào)文。
[0006](3)周期性的廣播路由更新報(bào)文會消耗大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬。無論哪種常規(guī)路由協(xié)議，都需要路由器定期發(fā)送路由更新報(bào)文，即使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化也是如此。因?yàn)槁酚善髦g通過交換報(bào)文進(jìn)行鄰居“活動”狀態(tài)監(jiān)控。這將對有限的無線信道帶寬帶來更多的壓力。
[0007](4)周期性的廣播路由更新報(bào)文會消耗大量的主機(jī)能源。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)每次發(fā)送分組都會消耗主機(jī)的能源，接收分組相對發(fā)送分組消耗的能源要少，但是由于需要經(jīng)常接收分組，使得主機(jī)很難進(jìn)入“休眠”節(jié)能狀態(tài)。此外，某些常規(guī)路由協(xié)議需要的復(fù)雜計(jì)算使得CPU始終處于很高的負(fù)載下，這也同樣消耗了大量的能源。這將對有限的主機(jī)能源帶來更多的壓力。
[0008](5)常規(guī)路由協(xié)議不適應(yīng)動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。常規(guī)路由協(xié)議是為有線固定網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的，它們的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常是較為固定的，不會出現(xiàn)大的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化。而無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會動態(tài)變化。產(chǎn)生的后果就是無線Mesh網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化后，常規(guī)路由協(xié)議需要花費(fèi)很長的時間才能到達(dá)收斂狀態(tài)，而此時拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能在達(dá)到收斂狀態(tài)之前又發(fā)生了變化。所以可能造成這樣的一個情況:無線Mesh網(wǎng)絡(luò)主機(jī)在花費(fèi)了很高的代價(如網(wǎng)絡(luò)帶寬、能源、CPU資源等)之后得到了網(wǎng)絡(luò)的臨時拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而由于動態(tài)變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)導(dǎo)致這個結(jié)果中的大部分內(nèi)容變得陳舊，協(xié)議狀態(tài)始終處于不收斂狀態(tài)。正是由于傳統(tǒng)的基于固定網(wǎng)絡(luò)的路由選擇協(xié)議無法適應(yīng)無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇焖僮兓男枨?，所以有必要設(shè)計(jì)專用于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的路由選擇協(xié)議。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明智能抄表系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法的目的是快速、準(zhǔn)確、高效、可擴(kuò)展性好?？焖僦傅氖遣檎衣酚傻臅r間要盡量的短，減小引入的額外時延；準(zhǔn)確指路由協(xié)議要適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓峁?zhǔn)確的路由信息；高效的含義比較復(fù)雜:其一指提供最佳路由，其二指維護(hù)路由的控制信息盡量少，以降低路由協(xié)議的開銷，其三指路由協(xié)議應(yīng)能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的擁塞狀況和業(yè)務(wù)的類型選擇路由，避免擁塞并保證可擴(kuò)展性指路由選擇協(xié)議要能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增長的需要。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:
[0011]智能抄表系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，包括無線網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議、增強(qiáng)型DSR路由優(yōu)化算法、基于最小生成樹的DSR路由優(yōu)化算法，其中:
[0012]無線網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議包括先驗(yàn)式路由協(xié)議、反應(yīng)式路由協(xié)議、混合式路由協(xié)議。
[0013]在先驗(yàn)式路由協(xié)議中，每個節(jié)點(diǎn)需要維護(hù)一張或多張路由表以記錄該節(jié)點(diǎn)到其它節(jié)點(diǎn)的路由。為了維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吐酚尚畔⒌囊恢滦裕泄?jié)點(diǎn)都要以定期或觸發(fā)的方式更新路由表。反應(yīng)式路由選擇協(xié)議，又稱為源啟動按需路由，是一種當(dāng)需要時才查找路由的路由選擇方式。節(jié)點(diǎn)并不保存及時準(zhǔn)確的路由信息。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)要向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文時，源節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)起路由查找過程，找到相應(yīng)的路由后，才開始發(fā)送報(bào)文。為了提高效率，節(jié)點(diǎn)可以將找到的路由保存在緩存中供后續(xù)發(fā)送使用?；旌鲜铰酚墒菍⒈眚?qū)動協(xié)議和反應(yīng)式協(xié)議結(jié)合起來，在局部范圍內(nèi)使用先驗(yàn)式路由協(xié)議，維護(hù)準(zhǔn)確的路由信息，并可以減小路由控制消息傳播的范圍，當(dāng)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)時，使用表驅(qū)動路由協(xié)議查找發(fā)現(xiàn)路由。這種路由協(xié)議目前尚沒有在研究的范圍之內(nèi)，這主要因?yàn)閷?shí)施混合式路由也面臨著很多困難，如簇的選擇和維護(hù)、表驅(qū)動和反應(yīng)式路由協(xié)議的合理選擇以及網(wǎng)絡(luò)工作的大流量等問題。表驅(qū)動路由選擇協(xié)議通過連續(xù)的檢測鏈路質(zhì)量，可維護(hù)準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吐酚尚畔ⅰＦ鋬?yōu)點(diǎn)是發(fā)送報(bào)文時可立即得到正確的路由信息。但表驅(qū)動路由需要大量的控制報(bào)文，開銷太大。而源驅(qū)動路由協(xié)議中節(jié)點(diǎn)不需要維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，僅當(dāng)需要時才查找相應(yīng)的路由，這就節(jié)省了路由維護(hù)的開銷，特別是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷不是很重時，節(jié)省的開銷相當(dāng)可觀。但查找路由將引起較大的時延，不適應(yīng)對時延敏感型應(yīng)用?；旌鲜铰酚蓞f(xié)議對簇的選擇和維護(hù)方面的算法比較復(fù)雜，并且不易實(shí)現(xiàn)。另外，網(wǎng)絡(luò)中的大流量業(yè)務(wù)也給該協(xié)議的實(shí)施帶來很大困難。從路由協(xié)議的數(shù)量分配來看，人們更傾向于源驅(qū)動按需路由，因?yàn)樗容^適合無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的移動、動態(tài)、帶寬和功率約束等指標(biāo)。
[0014]增強(qiáng)型DSR路由優(yōu)化算法的實(shí)現(xiàn)包:括路由的存儲方式的選擇、傳統(tǒng)DSR協(xié)議的優(yōu)化、算法性能分析。
[0015]節(jié)點(diǎn)存儲路由的方式有兩種:一種是傳統(tǒng)的以路由表的方式存儲，另外一種是以拓?fù)鋱D的方式存儲。對于前者，節(jié)點(diǎn)有分組要發(fā)送時，直接使用路由表中的路由；對于后者，因?yàn)榇鎯Φ氖峭負(fù)鋱D，所以在發(fā)送分組時，路徑更加靈活，可以根據(jù)分組的要求選擇合適的路徑。因而本發(fā)明選擇后者。
[0016]傳統(tǒng)DSR協(xié)議的優(yōu)化可解決路徑不能保證非相關(guān)性的問題，在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間建立更多條路徑，對DSR協(xié)議的改進(jìn)如下:
[0017]DSR是一種對等的、基于拓?fù)涞姆磻?yīng)式自組織路由協(xié)議。它的特點(diǎn)是采用積極的緩存策略以及從源路由中提取拓?fù)湫畔ⅰ?br> [0018]DSR協(xié)議包括兩個過程:路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)。路由發(fā)現(xiàn)過程使用泛洪路由。為了減少路由發(fā)現(xiàn)過程的開銷，每一個節(jié)點(diǎn)都包括一個緩存器，存放最近用過的路由信息。路由維持過程是源節(jié)點(diǎn)用來檢測網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫欠癜l(fā)生變化的機(jī)制。若拓?fù)浒l(fā)生變化、源路由發(fā)生中斷，源節(jié)點(diǎn)就會收到路由錯誤信息。它會試著用緩存中的路由信息，如果不同就重新啟動路由發(fā)現(xiàn)過程。
[0019]在DSR中結(jié)合了許多基于積極緩存和拓?fù)湫畔⒎治龅膬?yōu)化措施。中間節(jié)點(diǎn)可以從數(shù)據(jù)報(bào)的頭部獲得到達(dá)所有下游節(jié)點(diǎn)的路由，通過合并多條路徑的路由信息還可以推演出更多的拓?fù)湫畔?。此外，如果設(shè)置節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)接口工作在混雜模式下，通過監(jiān)聽鄰居節(jié)點(diǎn)使用的路由，節(jié)點(diǎn)還可能獲得更多的拓?fù)湫畔?。通過這些方式，節(jié)點(diǎn)可以將越來越多的“感興趣”的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒋嫒刖彺嬉蕴岣呗酚刹檎业拿新?。高的緩存命中率意味著可以減少進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)過程的頻率，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬。不過，積極緩存也會增加將過期的路由信息注入到網(wǎng)絡(luò)中的可能性。
[0020]基本路由保持，在使用源路由發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)分組時，每一個發(fā)送分組的節(jié)點(diǎn)要負(fù)責(zé)確認(rèn)數(shù)據(jù)可從此節(jié)點(diǎn)到下個節(jié)點(diǎn)。下一節(jié)點(diǎn)的確認(rèn)方式有三種:被動確認(rèn)、下層提供的確認(rèn)消息和軟件確認(rèn)。
[0021]附加路由發(fā)現(xiàn)，當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到任何一個分組時，都會提取其中的有效路由信息，添加到自己的路由表中。根據(jù)鏈路特性的不同對信息的處理也不同:第一種鏈路為單向鏈路；第二種為雙向鏈路，但鏈路偶爾會工作在單向上；第三種為雙向鏈路。對第一種鏈路而言，數(shù)據(jù)分組中的源路由、路由應(yīng)答中的路由信息、路由請求消息中背負(fù)的源路由信息都可被記錄，但是記錄的是鏈路正方向上的路由信息，反方向上的路由不能存儲。當(dāng)?shù)谝粋€節(jié)點(diǎn)收到路由請求消息后，若自己不是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，就會在自己的路有記錄中查詢是否有到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由。若有，節(jié)點(diǎn)就會向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個路由應(yīng)答消息，而不再對路由請求消息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。在路由應(yīng)答中，將路由請求消息中的路由記錄和該節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路由進(jìn)行合并，發(fā)給源節(jié)點(diǎn)。在發(fā)送路由應(yīng)答以前，該節(jié)點(diǎn)要確認(rèn)合并后的路由中沒有重復(fù)的中間節(jié)點(diǎn)。
[0022]附加路由保持，當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)分組的下一節(jié)點(diǎn)不可達(dá)時，除了按照路由保持過程中所述的處理外，還查詢自己的保留緩沖區(qū)，看其中是否還有分組經(jīng)過這條斷路，若存在這樣的分組。則將分組從保留緩沖區(qū)中移走；向分組的源節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由錯誤消息；如果在節(jié)點(diǎn)的路由表中存在到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的其他可用路由，則使用新路由拯救分組。否則，節(jié)點(diǎn)廢棄分組。當(dāng)源路由中一個或多個中間節(jié)點(diǎn)不是必要的時候，可將路由截短。若一個節(jié)點(diǎn)旁聽到一個攜帶源路由的分組，這個節(jié)點(diǎn)會檢測源路由中還未經(jīng)過的部分，若這個節(jié)點(diǎn)不是分組的下一跳節(jié)點(diǎn)，但是它又在源路由未經(jīng)過的部分中，那么它就會推斷出源路由中它前面的中間節(jié)點(diǎn)就是不必要的。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)分組碰到鏈路故障時，源節(jié)點(diǎn)會收到一個路由錯誤消息，這個源節(jié)點(diǎn)將這個路由錯誤消息轉(zhuǎn)移到它的下一個路由請求信息中，傳播至鄰節(jié)點(diǎn)。這樣，源節(jié)點(diǎn)的鄰節(jié)點(diǎn)就不會產(chǎn)生包含過時信息的路由應(yīng)答消息。節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己路由表中的信息回應(yīng)路由請求消息時，在某些情況下可能會產(chǎn)生路由應(yīng)答風(fēng)暴。特別是當(dāng)節(jié)點(diǎn)廣播路由請求消息時，如果它的鄰節(jié)點(diǎn)有到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由，則每一個有到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的鄰節(jié)點(diǎn)都會企圖發(fā)送路由應(yīng)答消息，這樣，就會浪費(fèi)帶寬，并會增加網(wǎng)絡(luò)的碰撞。為了減少這些影響，節(jié)點(diǎn)就推遲一小段時間發(fā)送它自己的路由應(yīng)答消息，并在這一段時間內(nèi)，看源節(jié)點(diǎn)是否已經(jīng)使用一個更短的路由。
[0023]對于DSR的優(yōu)化可部分解決路徑不能保證非相關(guān)性等問題，在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間建立更多條路徑?？梢栽谝欢ǔ潭仁沟醚訒r和帶寬這兩個指標(biāo)得到一定改善?？梢约涌靷鬏斔俣?，減少時延、防止鏈路斷裂、有利于負(fù)載平衡、減少對帶寬的要求。
[0024]基于最小生成樹的DSR路由優(yōu)化算法，非相關(guān)路由數(shù)目的增加有利于源節(jié)點(diǎn)尋找到吞吐量大的、時延小的路由來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的傳輸，為了在這些增加的非相關(guān)路由中選擇最適合的路由進(jìn)行傳輸，這些路由的選擇是一個動態(tài)的過程。
[0025]在兩節(jié)點(diǎn)的并行鏈路拓?fù)淝闆r下，均衡的存在性和唯一性可通過一定的弱凸條件
得到。對用戶i的延時函數(shù)進(jìn)行量化得到的表達(dá)式為
【權(quán)利要求】
1.智能抄表系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，其特征在于:包括無線網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議、增強(qiáng)型DSR路由優(yōu)化算法、基于最小生成樹的DSR路由優(yōu)化算法，其中: 無線網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議包括先驗(yàn)式路由協(xié)議、反應(yīng)式路由協(xié)議、混合式路由協(xié)議；由于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的多跳性，所以每個節(jié)點(diǎn)都要有報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)功能，每個節(jié)點(diǎn)都能選擇合適的路由協(xié)議；無可以自由移動的，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會發(fā)生變化； 增強(qiáng)型DSR路由優(yōu)化算法，在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間建立多條路徑，回應(yīng)多的路由請求消息已達(dá)到得到更全面的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞哪康?；本算法支持單向鏈路，可以發(fā)現(xiàn)多條路由，可以保證路由的非相關(guān)性，在源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)間建立多條非相關(guān)路由，加快其對路由需求的反應(yīng)速度； 基于最小生成樹的DSR路由優(yōu)化算法，非相關(guān)路由數(shù)目的增加有利于源節(jié)點(diǎn)尋找到吞吐量大的、時延小的路由來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的傳輸，本算法在這些增加的非相關(guān)路由中選擇最適合的路由進(jìn)行傳輸復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境之下可以有效的提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量，增強(qiáng)健壯性，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男剩瑴p少端到端時延，更為重要的是這種改善的趨勢隨著節(jié)點(diǎn)運(yùn)動距離的加長而變得更加明顯，且不受復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的影響。
2.按照權(quán)利要求1所述的智能抄表系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，其特征在于: DSR協(xié)議包括兩個過程:路由發(fā)現(xiàn)和路由維護(hù)；路由發(fā)現(xiàn)過程使用泛洪路由；為了減少路由發(fā)現(xiàn)過程的開銷，每一個節(jié)點(diǎn)都包括一個緩存器，存放最近用過的路由信息；路由維持過程是源節(jié)點(diǎn)用來檢測網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫欠癜l(fā)生變化的機(jī)制；若拓?fù)浒l(fā)生變化、源路由發(fā)生中斷，源節(jié)點(diǎn)就會收到路由 錯誤信息；它會試著用緩存中的路由信息，如果不同就重新啟動路由發(fā)現(xiàn)過程； 路由建立過程: a.當(dāng)源節(jié)點(diǎn)沒有到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由時，廣播一個路由請求報(bào)文； b.每個收到該報(bào)文的中間節(jié)點(diǎn)附加上自己的ID然后重新廣播，忽略重復(fù)請求和已經(jīng)包含自身ID的報(bào)文； c.當(dāng)路由請求到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)或者某條到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由的中間節(jié)點(diǎn)時，目的節(jié)點(diǎn)可以確定一條到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的完整的源路由； d.目的節(jié)點(diǎn)或中間節(jié)點(diǎn)將所得的源路由包含在路由響應(yīng)報(bào)文中，然后沿著反向路由發(fā)送回源節(jié)點(diǎn)或者附帶在目的節(jié)點(diǎn)的路由請求報(bào)文中； e.源節(jié)點(diǎn)收到路由響應(yīng)報(bào)文后，將源路由存入緩存，并添加到每個數(shù)據(jù)報(bào)的頭部；中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)頭中的源路由轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)； 中間節(jié)點(diǎn)可以從數(shù)據(jù)報(bào)的頭部獲得到達(dá)所有下游節(jié)點(diǎn)的路由，通過合并多條路徑的路由信息還可以推演出更多的拓?fù)湫畔?；此外，如果設(shè)置節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)接口工作在混雜模式下，通過監(jiān)聽鄰居節(jié)點(diǎn)使用的路由，節(jié)點(diǎn)還可能獲得更多的拓?fù)湫畔?；通過這些方式，節(jié)點(diǎn)可以將越來越多的“感興趣”的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒋嫒刖彺嬉蕴岣呗酚刹檎业拿新?；高的緩存命中率意味著可以減少進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)過程的頻率，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬；不過，積極緩存也會增加將過期的路由信息注入到網(wǎng)絡(luò)中的可能性； 路由維護(hù)過程: a.如果在數(shù)據(jù)報(bào)的逐跳傳輸過程中發(fā)現(xiàn)鏈路失敗，則可以由中間節(jié)點(diǎn)使用緩存中的可用路由來代替原頭部中含有失敗鏈路的路由，同時向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由錯誤報(bào)文；b.中間節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽路由錯誤報(bào)文以刪除失敗路由，減小緩存錯誤路由信息的影響； C.如果路由失敗，則由源節(jié)點(diǎn)重新開始一次新的路由發(fā)現(xiàn)過程；d.如果節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)報(bào)頭部的源路由中包括自己的ID，可以主動發(fā)送路由響應(yīng)報(bào)文告知源節(jié)點(diǎn)存在更短路由。
3.按照權(quán)利要求1所述的智能抄表系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，其特征在于: 路由發(fā)現(xiàn)過程: 當(dāng)節(jié)點(diǎn)要向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送分組時，正常情況下，就在自己的路由表中查找到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的路由信息，若自己的路由表中沒有到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的信息，就發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)過程； 從節(jié)點(diǎn)A要發(fā)現(xiàn)一條到達(dá)節(jié)點(diǎn)E的路由，節(jié)點(diǎn)A發(fā)送“路由請求”分組啟動路由發(fā)現(xiàn)過程，節(jié)點(diǎn)A的鄰節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)B收到該分組；該分組包含源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)地址以及一個請求標(biāo)志；請求分組中還包含轉(zhuǎn)發(fā)該分組的中間節(jié)點(diǎn)地址；當(dāng)另一個節(jié)點(diǎn)收到路由請求分組后，采取以下步驟: 第一步，查看路由請求消息中的目標(biāo)地址和自己的地址是否匹配，若匹配，節(jié)點(diǎn)就向源節(jié)點(diǎn)返回一個路由應(yīng)答消息； 第二步，若路由請求消息中的目標(biāo)地址和自己的地址不匹配，節(jié)點(diǎn)必須檢查路由請求選擇中記錄的路由，看是否這個節(jié)點(diǎn)的地址已經(jīng)存在于該地址列表中，如果存在，節(jié)點(diǎn)廢棄該分組； 第三步，若這個節(jié)點(diǎn)的地址已經(jīng)不存在于該地址列表中，每節(jié)點(diǎn)必須在他的路由請求表中查詢這個路由請求的發(fā)起者；若存在，節(jié)點(diǎn)在表中查詢新近接收到的路由請求的Identification值，決定是否有一項(xiàng)和路由請求中的Identification值和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址相匹配；如果這個Identification,目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，對在路由請求表中存在,貝U節(jié)點(diǎn)會廢棄掉該路由請求選擇； 第四步，如果這個Identification目標(biāo)節(jié)點(diǎn)對不在路由請求表中，節(jié)點(diǎn)會根據(jù)下述步驟處理路由請求消息: a.在自己的路由表中對這個路由請求消息增加相對應(yīng)的值； b.創(chuàng)建該整個分組的副本并對分組副本執(zhí)行以下操作； c.附加自己的地址道路由請求中的路由記錄中； d.檢查自己的路由表，看是否有到大目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的路由，如果在它的路由表中有這么一項(xiàng)，它就向路由請求消息的源節(jié)點(diǎn)返回一個“存儲的路由應(yīng)答”消息； e.如果節(jié)點(diǎn)沒有返回一個“存儲的路由應(yīng)答”，那么節(jié)點(diǎn)就將這個分組的副本作為廣播發(fā)送； 節(jié)點(diǎn)B將自己的地址加入到路由請求消息中的路由記錄中，并在自己的路由請求表中加入源節(jié)點(diǎn)，目的節(jié)點(diǎn)和對應(yīng)Identification號，然后，再將路由請求消息廣播出去；在這里，C接收到請求消息，同樣傳給D，再由D傳給E ;節(jié)點(diǎn)E發(fā)現(xiàn)自己是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，就回應(yīng)路由應(yīng)答消息，首先在自己的路由表中查詢是否有到達(dá)源節(jié)點(diǎn)的路由，若有，直接使用該路由將路由應(yīng)答分組傳給源節(jié)點(diǎn)；若沒有，再發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)過程尋找到源節(jié)點(diǎn)的路由；在啟動路由發(fā)現(xiàn)過程時，發(fā)送節(jié)點(diǎn)在本地的發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)保留分組； 基本路由保持: 在使用源路由發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)分組時，每一個發(fā)送分組的節(jié)點(diǎn)要負(fù)責(zé)確認(rèn)數(shù)據(jù)可從此節(jié)點(diǎn)到下個節(jié)點(diǎn)；如在圖5中，節(jié)點(diǎn)A使用源路由通過節(jié)點(diǎn)B、C，將分組發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)E ;在這種情況下，節(jié)點(diǎn)A負(fù)責(zé)從A到B的鏈路，節(jié)點(diǎn)B負(fù)責(zé)從B到C的鏈路，節(jié)點(diǎn)C負(fù)責(zé)C到D的鏈路，節(jié)點(diǎn)D負(fù)責(zé)D到E的鏈路； 下一節(jié)點(diǎn)的確認(rèn)方式有三種:被動確認(rèn)、下層提供的確認(rèn)消息和軟件確認(rèn)。
4.按照權(quán)利要求1所述的智能抄表系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，其特征在于: 增強(qiáng)型DSR路由優(yōu)化算法: 若節(jié)點(diǎn)C已存在到節(jié)點(diǎn)D的路由，分別為C-E-D和C-F-D，這是，若源節(jié)點(diǎn)S的RREQ分組(目的 節(jié)點(diǎn)仍為D)到達(dá)節(jié)點(diǎn)C，按照傳統(tǒng)的DSR協(xié)議，則第一個到達(dá)節(jié)點(diǎn)C的RREQ消息被回應(yīng)，其余后到的RREQ消息被拋棄；也就是說S-A-C和S-B-C只能取一條，假設(shè)為S-A-C，這樣，源節(jié)點(diǎn)若有分組要傳輸，則只有一條路徑可選，要么是S-A-C-E-D，要么是S-A-C-F-D ；但兩條路徑不可同時用，因?yàn)檫@兩條路徑公用了 S-A-C段；其實(shí)還是建立了單一的一條路徑；另外，若節(jié)點(diǎn)存儲的為拓?fù)鋱D，則有一部分拓?fù)鋱D被廢棄； 假設(shè)節(jié)點(diǎn)C已存在到達(dá)節(jié)點(diǎn)D的路由C-E-D和C-F-D ;當(dāng)節(jié)點(diǎn)S有數(shù)據(jù)要發(fā)送到節(jié)點(diǎn)D時，節(jié)點(diǎn)S首先發(fā)送RREQ消息，節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B收到RREQ消息后，由于A和B不是目的節(jié)點(diǎn)，也不存在到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由，則節(jié)點(diǎn)A和B轉(zhuǎn)發(fā)RREQ消息；這樣，節(jié)點(diǎn)C和E也收到RREQ消息；節(jié)點(diǎn)C存在到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)D的路由，同樣，節(jié)點(diǎn)E也存在到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)D的路由；可見，C和E都是中間節(jié)點(diǎn)，根據(jù)改進(jìn)，節(jié)點(diǎn)C會收到兩個RREQ，一個從節(jié)點(diǎn)A來，一個從節(jié)點(diǎn)B來，節(jié)點(diǎn)C會對這 兩個RREQ消息都給出回應(yīng)；這樣，節(jié)點(diǎn)C沿兩條路徑發(fā)送應(yīng)答消息，一條為C-A-S，另外一條為C-B-S ;最后，節(jié)點(diǎn)S得到拓?fù)鋱D中包含節(jié)點(diǎn)S，A，B, C，D，E，F(xiàn)，D以及鏈路S-A，A-C, S-B, B-C, C-E, C-F, E-D, F-D ;顯然比原協(xié)議得到更完全的拓?fù)鋱D；這樣，節(jié)點(diǎn)有分組要發(fā)送時，通過拓?fù)鋱D就有更多的路徑可以選擇，比如就有兩條非相關(guān)路徑S-A-C-E-D 和 S-B-C-F-D 以供選擇。
5.按照權(quán)利要求1所述的智能抄表系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，其特征在于: 先驗(yàn)式路由協(xié)議； 在先驗(yàn)式路由協(xié)議中，每個節(jié)點(diǎn)需要維護(hù)一張或多張路由表以記錄該節(jié)點(diǎn)到其它節(jié)點(diǎn)的路由；為了維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吐酚尚畔⒌囊恢滦裕泄?jié)點(diǎn)都要以定期或觸發(fā)的方式更新路由表； 反應(yīng)式路由協(xié)議； 反應(yīng)式路由選擇協(xié)議，又稱為源啟動按需路由，是一種當(dāng)需要時才查找路由的路由選擇方式；節(jié)點(diǎn)并不保存及時準(zhǔn)確的路由信息；當(dāng)源節(jié)點(diǎn)要向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文時，源節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)起路由查找過程，找到相應(yīng)的路由后，才開始發(fā)送報(bào)文；為了提高效率，節(jié)點(diǎn)可以將找到的路由保存在緩存中供后續(xù)發(fā)送使用； 混合式路由協(xié)議； 混合式路由是將表驅(qū)動協(xié)議和反應(yīng)式協(xié)議結(jié)合起來，在局部范圍內(nèi)使用先驗(yàn)式路由協(xié)議，維護(hù)準(zhǔn)確的路由信息，并可以減小路由控制消息傳播的范圍，當(dāng)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)時，使用表驅(qū)動路由協(xié)議查找發(fā)現(xiàn)路由；這種路由協(xié)議目前尚沒有在研究的范圍之內(nèi)，這主要因?yàn)閷?shí)施混合式路由也面臨著很多困難，如簇的選擇和維護(hù)、表驅(qū)動和反應(yīng)式路由協(xié)議的合理選擇以及網(wǎng)絡(luò)工作的大流量問題；幾種路由協(xié)議性能比較； 表驅(qū)動路由選擇協(xié)議通過連續(xù)的檢測鏈路質(zhì)量，可維護(hù)準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吐酚尚畔?；其?yōu)點(diǎn)是發(fā)送報(bào)文時可立即得到正確的路由信息；但表驅(qū)動路由需要大量的控制報(bào)文，開銷太大；而源驅(qū)動路由協(xié)議中節(jié)點(diǎn)不需要維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，僅當(dāng)需要時才查找相應(yīng)的路由，這就節(jié)省了路由維護(hù)的開銷，特別是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷不是很重時，節(jié)省的開銷相當(dāng)可觀；但查找路由將引起較大的時延，不適應(yīng)對時延敏感型應(yīng)用；混合式路由協(xié)議對簇的選擇和維護(hù)方面的算法比較復(fù)雜，并且不易實(shí)現(xiàn)；另外，網(wǎng)絡(luò)中的大流量業(yè)務(wù)也給該協(xié)議的實(shí)施帶來很大困難；從路由協(xié)議的數(shù)量分配來看，人們更傾向于源驅(qū)動按需路由，因?yàn)樗容^適合無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的移動、動態(tài)、帶寬和功率約束指標(biāo)。
6.按照權(quán)利要求1所述的智能抄表系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，其特征在于: 基于最小生成樹的DSR路由優(yōu)化算法，非相關(guān)路由數(shù)目的增加有利于源節(jié)點(diǎn)尋找到吞吐量大的、時延小的路由來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的傳輸，為了在這些增加的非相關(guān)路由中選擇最適合的路由進(jìn)行傳輸，這些路由的選擇是一個動態(tài)的過程； 在兩節(jié)點(diǎn)的并行鏈路拓?fù)淝闆r下，均衡的存在性和唯一性可通過一定的弱凸條件得到；對用戶i的延時函數(shù)進(jìn)行量化得到的表達(dá)式為，其中/ ?/ )為節(jié)點(diǎn)i在鏈路I上的延時；對于每個用戶來說，它的延時為經(jīng)過鏈路上的延時之和，每個鏈路占用率只與該鏈路上的業(yè)務(wù)流相關(guān)；假設(shè)鏈路的均衡條件:
7.按照權(quán)利要求1所述的智能抄表系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，其特征在于: 路由的存儲方式； 節(jié)點(diǎn)存儲路由的方式有兩種:一種是傳統(tǒng)的以路由表的方式存儲，另外一種是以拓?fù)鋱D的方式存儲；對于前者，節(jié)點(diǎn)有分組要發(fā)送時，直接使用路由表中的路由；對于后者，因?yàn)榇鎯Φ氖峭負(fù)鋱D，所以在發(fā)送分組時，路徑更加靈活，可以根據(jù)分組的要求選擇合適的路徑；因而本方法選擇后者； 傳統(tǒng)DSR協(xié)議雖然可以找到源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的多條路徑，但這些路徑不能保證非相關(guān)性；源節(jié)點(diǎn)若有分組要傳輸，則只有一條路徑可選，另外，若節(jié)點(diǎn)存儲的為拓?fù)鋱D，則有一部分拓?fù)鋱D被廢棄； 在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間建立更多條路徑；傳統(tǒng)的DSR協(xié)議只有在目的節(jié)點(diǎn)處才可以處理多個消息，也即后到的消息不被丟棄，目的節(jié)點(diǎn)和存在到目的節(jié)點(diǎn)路由的中間節(jié)點(diǎn)都可以處理多個消息，當(dāng)然這個數(shù)目可以獨(dú)立確定； 這種增強(qiáng)型DSR路由優(yōu)化算法是用回應(yīng)更多的路由請求消息已達(dá)到得到更全面的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞哪康?，那么由于回?yīng)分組的增加而導(dǎo)致的分組碰撞，會不會引起更大的時延這是該算法優(yōu)劣的疑問所在；在對這種增強(qiáng)型DSR路由優(yōu)化算法做了仿真模擬后，發(fā)現(xiàn)分組的端到端時延并沒有惡化，而是得到了改善； 選定以下統(tǒng)計(jì)量作為評估標(biāo)準(zhǔn):數(shù)據(jù)效率、總請求數(shù)目、總開銷、總開銷分組數(shù)、端到端時延；各個評估標(biāo)準(zhǔn)定義如下: 數(shù)據(jù)效率=接收數(shù)據(jù)分組數(shù)目/發(fā)送數(shù)據(jù)分組數(shù)目； 總請求數(shù)目=節(jié)點(diǎn)發(fā)送的路由請求分組數(shù)； 總開銷(按字節(jié))=(控制消息大小+數(shù)據(jù)分組中的非數(shù)據(jù)大小)/(控制消息大小+數(shù)據(jù)分組大小)*100 ； 總開銷分組數(shù)=路由請求消息總數(shù)+路由應(yīng)答消息總數(shù)+路由錯誤消息總數(shù)+ACK消息總數(shù)； 端到端時延=數(shù)據(jù)分組到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)時間一數(shù)據(jù)分組發(fā)生時間； 從定義上來看，數(shù)據(jù)效率可以衡量網(wǎng)絡(luò)的吞吐量；總請求數(shù)目反映了網(wǎng)絡(luò)發(fā)起路由發(fā)送過程的總數(shù)，可以衡量路由的穩(wěn)健性；總開銷反映了協(xié)議開銷所占的比重；總開銷分組數(shù)反應(yīng)了控制分組的數(shù)目，因?yàn)椴徽撌窃嫉腄SR協(xié)議還是本章提出的增強(qiáng)型DSR優(yōu)化算法，每一個分組頭都含有整個路由信息，這樣按字節(jié)可能開銷的區(qū)別不是很大，但是以控制分組數(shù)計(jì)算的開銷就會體現(xiàn)出二者的差別；端到端時延反映了每一時刻分組的端到端時延。
8.按照權(quán)利要求1所述的智能抄表系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，其特征在于: 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的最小生成樹及其納什均衡； 定義無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的源節(jié)點(diǎn)I是參與者，其中I為一個有限集合；在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，假定每個源節(jié)點(diǎn)都要選擇一定路由來到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)(或目的網(wǎng)關(guān))，并且所選擇的路由策略盡可能保證源節(jié)點(diǎn)的最大吞吐量以及盡可能的減少時延和擁塞等問題，盡可能提高Qos，所以在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)(或目的網(wǎng)關(guān))所有可能單跳或多跳路由策略就是mesh最小生成樹的策略集合；在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，對任意一對節(jié)點(diǎn)之間的功率增益、每個源節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率、接收端(目的節(jié)點(diǎn)或目的網(wǎng)關(guān))的噪聲頻譜密度等網(wǎng)絡(luò)必備因素進(jìn)行設(shè)定；在這個前提下，源節(jié)點(diǎn)根據(jù)一定的路由策略得到的符合完成吞吐量以及解決擁塞問題的路由就是其贏得，也即是最小生成樹中的Nash均衡點(diǎn)； 基于最小生成樹的DSR路由優(yōu)化算法； 非相關(guān)路由數(shù)目的增加有利于源節(jié)點(diǎn)尋找到吞吐量大的、時延小的路由來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的傳輸，為了在這些增加的非相關(guān)路由中選擇最適合的路由進(jìn)行傳輸，本文將經(jīng)濟(jì)學(xué)中的最小生成樹思想應(yīng)用進(jìn)來，這些備選的路由實(shí)際上是競爭關(guān)系，存在著一個動態(tài)博弈的過程; 基于最小生成樹的DSR路由優(yōu)化算法的鏈路選擇標(biāo)準(zhǔn)； 在兩節(jié)點(diǎn)的并行鏈路拓?fù)淝闆r下，均衡的存在性和唯一性可通過一定的弱凸條件得到；對于每個用戶來說，它的延時為經(jīng)過鏈路上的延時之和，每個鏈路占用率只與該鏈路上的業(yè)務(wù)流相關(guān)；假設(shè)鏈路的均衡條件模型，只要保證這個模型是凸博弈，那它的均衡就是存在的；作為每條鏈路的最佳響應(yīng)，最優(yōu)化的問題經(jīng)過上述的假設(shè)之后，就成為一個存在均衡解凸問題；盡管如此，最佳響應(yīng)的唯一性并不能保證均衡點(diǎn)的唯一性；當(dāng)鏈路占用函數(shù)為無窮大時，也即當(dāng)所要發(fā)送的數(shù)據(jù)大小無法在一條鏈路上傳輸時就無法通過上述兩個約束條件來尋找Nash均衡點(diǎn)，即尋找到最合適的路由來進(jìn)行傳輸，為了解決這一問題引入了第三個約束條件；對于任何一個導(dǎo)致無限分配的流分配方案，至少可以找到一種方法將所要傳輸、可以通過更改流分配使其從無限代價轉(zhuǎn)化成有限代價；為此引入一個效用函數(shù)來解決，這個效用函數(shù)通常默認(rèn)是凸增的；也即當(dāng)業(yè)務(wù)流速率可能大于鏈路帶寬即有彈性需求時，增加鏈路來分流超出固定需求的部分，其代價就是該部分業(yè)務(wù)流的使用；依照以上對于基于最小生成樹的DSR路由優(yōu)化算法的介紹，可以發(fā)現(xiàn)該算法在增加了源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的非相關(guān)路由之后，考慮了業(yè)務(wù)流速率小于以及大于鏈路帶寬這兩種情況，在眾多備選的路由中，綜合了延時、網(wǎng)絡(luò)吞吐量等因素，在這些因素的相互博弈中尋找到了最佳的傳輸路由，在理論上是可以達(dá)到預(yù)定的優(yōu)化效果的。
【文檔編號】H04W28/08GK104010343SQ201410258024
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】康凱, 于惠宣, 楊祖業(yè), 李媛, 王進(jìn)超 申請人:沈陽中科博微自動化技術(shù)有限公司