专利名称：多跳无线网络中的路由方法
技术领域：
本发明涉及分集(diversity)接收、多跳(multi-hop)无线通信和路由，特别涉及多跳无线网络中的路由方法。
背景技术：
通信的目的是将信息及时可靠地在收发双方之间进行传输。而在无线通信系统中，数字信息的准确收发往往十分困难。特别是对于无线移动环境，受到诸如恶劣的信道质量等影响，如阴影效应，多径衰落等将导致明显的接收性能降低。而分集技术是对抗衰落，提高接收效果最有效的技术手段之一。
多跳无线通信是指在始发节点和目标节点之间的通信跳数大于等于两跳，即二者之间的通信不是直接由始发节点到目标节点，而是需要通过介于始发节点到目标节点之间的中继节点(relay node)的中继(relay)来完成的。因此对于多跳无线通信系统而言，由于一次通信过程需要多次(≥1)收发操作，端到端数字信息的准确传递难度更大。
在多跳无线通信系统中，根据是否有中心节点对多跳中继行为进行控制，可以分为有中心结构(with infrastructure)和无中心结构(withoutinfrastructure)两种。本发明所涉及的是有中心结构的多跳系统。目前出现的一些宽带无线城域网规范，包括IEEE 802.16规范系列，高性能城域网(HiperMAN)规范系列，都引入了多跳无线通信技术，例如IEEE 802.16a规范和高性能城域网(HiperMAN)规范中的网状网络(mesh)。
对于多跳无线通信系统，路由(routing)，也即从始发节点到目标节点的信息传输路径的选择，是一个关系到通信效率、系统性能的重要问题。好的路由选择，可以提高链路的吞吐量、平衡系统负荷，保证系统高效稳定地运行。
在多跳通信系统中，常用的路由实现方法包括
1.最小跳数法即选取从始发节点到目标节点跳数最少的路径；2.最小比特能量法即选取从始发节点到目标节点，传输效率(以每比特传输所需要的能量，简称为EPB进行计算)最高的路径；现有的一些宽带无线城域通信系统，如IEEE802.16a规范和高性能城域网(HiperMAN)规范中，都把多跳网络(IEEE802.16a规范和高性能城域网(HiperMAN)规范中称为Mesh网络，即网状网络)作为一项可选技术来获得系统增益。
在多跳通信系统中，常用的路由实现方法包括1.最小跳数法即选取从始发节点到目标节点跳数最少的路径；这种方法实现简单，主要缺点是没有充分考虑到链路质量的差异，网络吞吐量较低；2.最小比特能量法即选取从始发节点到目标节点，传输效率(以每比特传输所需要的能量进行计算)最高的路径；这种方法充分考虑到了链路质量的差异，网络吞吐性能好。但是由于没有考虑跳数多少的影响，往往选择的路径跳数过多，多次中继的网络开销和传输时延较大。
多跳无线通信技术可以扩大覆盖范围，增加系统的吞吐量。但是由于无线通信系统中，数字信息的准确收发往往十分困难，对于多跳无线通信系统而言，由于一次通信过程需要多次(≥1)收发操作，端到端数字信息的准确传递难度更大。
对于多跳无线通信系统，路由(routing)，也即从始发节点到目标节点的信息传输路径的选择，是一个关系到通信效率、系统性能的重要问题。好的路由选择，可以提高链路的吞吐量、平衡系统负荷，保证系统高效稳定地运行。
发明内容
本发明提出一种多跳无线网络中的路由方法，即“跳数受限下的基于每比特能量”的路由方法，较好地兼顾了系统性能和实现复杂度这两项要求。
为实现上述目的，一种多跳无线网络中的路由方法，包括步骤
使用最小比特能量法进行网络中所有节点之间的路由选择；如果所选择的路径的跳数小于或者等于最大跳数，则路由选择结束。
本发明的多跳无线网络中的路由方法经过仿真验证，得到的性能提高较为明显。且实现复杂度不高，适用于包括IEEE 802.16系列规范和高性能城域网系列规范在内的多种实际系统。
图1是多跳无线网络小区中的节点分布；图2是最小跳数路由法下的路由选择；图3A是跳数受限下的基于每比特能量路由选择-A；图3B是跳数受限下的基于每比特能量路由选择-B。
具体实施例方式
本发明提出了一种适用于跳数受限下的基于每比特能量的路由方法。
在多跳通信系统中，常用的路由实现方法包括1.最小跳数法(用HOPS_MIN表示)即选取从始发节点到目标节点跳数最少的路径；这种方法实现简单，主要缺点是没有充分考虑到链路质量的差异，网络吞吐量较低。
2.最小比特能量法(用EPB_MIN表示)即选取从始发节点到目标节点，传输效率(以每比特传输所需要的能量进行计算)最高的路径；这种方法充分考虑到了链路质量的差异，网络吞吐性能好。但是由于没有考虑跳数多少的影响，往往选择的路径跳数过多，多次中继的网络开销和传输时延较大。
由于实际系统中，对于跳数一般会有所限制，以约束系统的实现复杂度和数据的传输时延，所以纯粹的最小比特能量路由方法并不实用。而最小跳数方法虽然实现简单，但没有充分利用网络的负载能力，无法发挥出多跳通信传输容量上的优势，效果也并不令人满意。因此我们在充分考虑了实际系统的性能与复杂度要求的基础上，提出了“跳数受限下的基于每比特能量”的路由方法。
本发明的基本思想是首先使用“最小比特能量法”进行网络中所有节点之间的路由选择，如果所选择的路径的跳数小于或者等于最大跳数(常数，用MAX_HOPS表示)，则路由选择结束；如果所选择的路径的跳数大于最大跳数MAX_HOPS，则在上述“最小比特能量法”选择的结果基础上，进行进一步地选择，选择的方法有两种A.将目前路径(跳数大于最大跳数MAX_HOPS)排除，重新进行最小EPB选择，直到找出满足“跳数小于或者等于最大跳数MAX_HOPS”约束条件的路径，将此路径作为选择结果；B.以目前路径(跳数大于最大跳数MAX_HOPS)作为目标集合，在最大跳数MAX_HOPS的约束条件下，对于其包含的链路进行组合分析，从中选择EPB最小的路径作为选择结果。
根据EpB_Min得到的目标节点的跳数(用Node.Hops表示)；如果(Node.Hops＜＝MAX_HOPS){得到的路径就是最终的结果路径；}否则{根据EpB_Min得到的路径进一步选择，选择方法可利用A或者B；}A.运行(将目前路径排除，重新进行最小EPB选择)直到(找出满足“跳数小于或者等于最大跳数MAX_HOPS”约束条件的路径，将此路径作为选择结果)；B.对当前路径的链路进行组合，对于其包含的链路进行组合分析，从中选择EPB最小的路径作为选择结果；方法A的优点是可以选择出EPB最小的满足约束条件的路径，但是计算量较大；方法B的优点是可以较快的选择出较好的路径，但是不一定是最优的路径。
举例如下对于节点2到节点0的路径，最小比特能量法得到的路径是节点2→节点5→节点8→节点1→节点0，表示为PEPB_MIN(Node2)＝{Node2→Node5→Node8→Node1→Node0}；由于跳数是4，大于MAX_HOPS(设为3)，我们需要进一步选择和处理。
方法A从所有的节点2到节点0路径中，剔除PEPB_MIN(Node2)＝{Node2→Node5→Node8→Node1→Node0}；重新使用最小比特能量法，直到所得到的路径满足“小于或者等于最大跳数MAX_HOPS”的要求，例如为{Node2→Node7→Node1→Node0}。
方法B我们根据上述路径{Node2→Node5→Node8→Node1→Node0}，得到可能选择的链路组合，且组合所得到的路径的跳数小于或者等于最大跳数MAX_HOPS{Node2→Node5→Node8→Node0}、{Node2→Node5→Node1→Node0}、{Node2→Node8→Node1→Node0}、{Node2→Node8→Node1→Node0}、{Node2→Node5→Node0}、{Node2→Node8→Node0}、{Node2→Node1→Node0}、{Node2→Node0}；在上述路径之中，选择EPB最小的路径。那么所选择的路径就是P(Node2)＝{Node2→Node8→Node1→Node0}。
这条路径的跳数为3，可以满足最大跳数的要求，同时其传输效率(以每比特传输所需要的能量进行计算)较高。
实施例如图1、2、3A和3B所示，是一个包含30个节点的多跳无线通信小区(半径为3200米)示意图。
该小区中各节点的分布如图1所示，其中，节点0代表基站，基站位于小区中心，其它节点在小区中随机分布。
最小跳数法应用于该小区所得到的路由如图2所示。节点之间的连线代表节点间存在传输关系。
本发明所提出的“跳数受限下的基于每比特能量”应用于该小区，所得到的路由如图3所示。其中，图3.A是应用方法A所得到的路由图；图3.B是应用方法B所得到的路由图。
权利要求
1.一种多跳无线网络中的路由方法，包括步骤使用最小比特能量法进行网络中所有节点之间的路由选择；如果所选择的路径的跳数小于或者等于最大跳数，则路由选择结束。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于还包括如果所选择的路径的跳数大于最大跳数，则在上述最小比特能量法选择的结果基础上，进行进一步地选择。
3.按权利要求2所述的方法，其特征在于所述进一步选择包括将“最小比特能量法”所选出的路径排除，重新进行最小EPB选择，直到找出满足“跳数小于或者等于最大跳数MAX_HOPS”约束条件的路径，将此路径作为选择结果。
4.按权利要求2所述的方法，其特征在于所述进一步选择包括将“最小比特能量法”所选出的路径作为目标集合，在最大跳数MAX_HOPS的约束条件下，从中选择EPB最小的路径作为选择结果。
全文摘要
一种多跳无线网络中的路由方法，包括步骤使用最小比特能量法进行网络中所有节点之间的路由选择；如果所选择的路径的跳数小于或者等于最大跳数，则路由选择结束。本发明的多跳无线网络中的路由方法经过仿真验证，得到的性能提高较为明显。且实现复杂度不高，适用于包括IEEE 802.16系列规范和高性能城域网系列规范在内的多种实际系统。
文档编号H04B7/08GK1691538SQ200410036748
公开日2005年11月2日 申请日期2004年4月29日 优先权日2004年4月29日
发明者郑旭峰, 王海, 具昌会, 蒋海林, 朴东植 申请人:北京三星通信技术研究有限公司, 三星电子株式会社