一种无线Mesh网中多SIP服务器布局方法

专利名称：一种无线Mesh网中多SIP服务器布局方法
技术领域：
本发明涉及无线网络技术与IP语音(VoIP)技术相结合的技术领域，尤其涉及一 种无线Mesh网中多SIP服务器布局方法，具体说涉及如何在无线网状网(Wireless Mesh Network, WMN)中提供高可靠性的、基于会话发起协议Session Initiation Protocol，MP)的语音呼叫接入服务，设计了如何在网络中选取合适的节点布设SIP服务器，以及 网络中每台无线路由器上的SIP代理如何选取到服务器的路径等方法。
背景技术：
无线Mesh网络综合了无线局域网和移动自组织网络的优点。WMN与SIP结合 应用，可以为某个单位或部门提供快捷、灵活，并且具有高性价比的语音通信服务。特 别是在特殊环境和应急救援的通信应用中，有很好的市场前景。
Raheleh B.Dilmaghanitl' 2’ 3’ 41开发了 一个混合式WMN测试平台用于危机发生时的医疗反应演习，并分析了产生网络瓶颈、导致网络通信阻塞的原因；Abdulrahman Yaralit51分析了用于应急和公共安全通信的技术需求和背景，指出了 WMN的技术影响。 Asad Amir Pirzada[6]指出当前的Ad-hoc路由协议不适用于混合式WMN，无法建立稳定、 高吞吐量的路径；Muddesar Iqbalm提出了用于应急通信的多播双无线电的WMN的设计 与实现方法。
针对SIP与无线网络结合的应用，Sebastian Fudickarm提出了一种用于移动Adhoc网络的SIP覆盖网，关注于注册和定位服务的可用性，并设法减小消息传输的负载。 Nilanjan Banerjeepi提出了两种在Ad hoc网络中建立^tP会话的解决方案1)松耦合方 案，SIP终端发现过程和路由过程分离；幻紧耦合方案，采用完全分布式的、基于聚类 的路由协议，生成一个能高效路由的虚拟拓扑，并与终端发现过程结合起来。Marcel Cavalcantit101研究了在连通到hitemet的MANET中使用标准SIP服务的问题，分析了 SIP 服务扩展性的受限问题，并提出了一种替代方案。B0Rang[11]研究了用于在WMN中提 供IP网无线语音服务的会话发起协议6IP)，指出了相关的技术问题(呼叫建立时延、带 宽预测和预留、呼叫准入控制)，提出了一个改进的SIP代理服务器的设计方案。
上述工作主要是针对网络体系架构、信道质量、网络容量、路由、多播、信令 呼叫等方面开展研究和创新，针对通信网络系统可靠性和自组织性方面的研究很少，没 有专门的设计方案。
目前，针对SIP服务系统可靠性的研究大多集中于将SIP与P2P技术结合应用。 文献[12]提出了一种在SIP基础上引入P2P簇状网的结构，作为在MANET上实现VoIP通 信系统的方案，分析了主要操作机制，采用了将CPU、内存、带宽最多者作为超级节点 的策略。文献[13]中采用基于P2P的方法来进行SIP注册和资源定位，设计思想是尽可 能采用标准的^tP消息实现P2P的所有操作，介绍了系统主要操作(注册、删除等)模块 的设计和测试。文献[14]基于JXTA平台和SIP协议栈，开发了一个支持VoIP会话控制 的通信系统，主要特点是运用P2P发布和定位机制来代替集中式SIP的注册和查询过程。文献[15]和[16]构建了一个基于^tP信令和P2P架构的网络电话系统，通过把P2P技术 引入到SIP网络电话中来解决集中式SIP系统的单点失效和性能瓶颈问题。文献[17]讨 论了较大规模的P2P SIP网络中，终端在多个P2P覆盖区域之间移动时的切换问题。文 献[18]利用P2P技术解决多个SIP服务器之间协同工作的问题。
由于受衰落、干扰、多径效应、阻隔等影响，无线链路常常会发生临时性的通 信质量下降或中断故障，这种现象有时持续时间较短(几十秒)，有时持续时间较长(几 分钟 几十分钟)，使链路断裂、网络拓扑改变。一旦出现这种情况，就会造成部分用户 无法登录SIP服务器，而不能建立通信联系。其原因之一是用户终端去往SIP服务器的 路径上有某条无线链路故障，导致无法建立呼叫连接。虽然自适应路由算法可以找到新 的路径，但在路由算法收敛之前，仍会导致SIP服务器不可达，在有线网络中也存在同样 的问题。原因之二是出现在网络分割后，如果分割区域不包含SIP服务器节点，则整个 分割区域无法工作。
针对这个问题，一个容易想到的方法是将一个精简了的SIP系统配置在网络的所 有节点中，构成全分布式的SIP体系。但是，Simone Leggio等人_的研究表明，全分 布的SIP体系需要大量广播用户注册信息，网络带宽消耗很大，只适用于很小规模的网络 系统。
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针对上述存在的技术问题，本发明的目的是提供一种无线Mesh网中多SIP服务 器布局方法，以解决无线Mesh网络中，无线链路的不稳定性对基于MP的语音呼叫服务 带来的负面影响。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案
无线Mesh网络中无线链路的通信质量测量步骤该步骤采用主动发送单播数 据包探测或利用实际通信数据包探测的方式，对网络中所有无线链路的通信质量进行测 量；并通过统计分析，获取长时间内的链路质量指标，基于指标数据来设计服务器布设 方案，所述链路质量指标为包交付率PDR ；
服务器布设步骤该步骤针对无线Mesh网络拓扑图，用最小割集的方法描述可 能出现的网络分割，对网络按照分割域(子图)进行划分；在划分得到的每个子网中，选择可靠度最高的网络节点作为本子网内的SIP服务器布设节点，每个分割区域(子网)内 至少布设一个服务器；
呼叫路由选择步骤该步骤针对^tP呼叫连接建立过程，基于通信可靠度计算 模型，分别设计以呼叫速度为优化目标的先应式路由选择方案和以呼叫成功率为优化目 标的先应式路由选择方案，所述以呼叫速度为优化目标的先应式路由选择方案提供在规 定的呼叫尝试次数内尽快实现接入的服务，并且具有负载均衡作用；所述以呼叫成功率 为优化目标的先应式路由选择方案提供在规定的呼叫尝试次数内确保可以接入的服务。
所述无线Mesh网络中无线链路的通信质量测量步骤包括以下子步骤
对给定的某条无线链路i，将测量的总时间长度T划分为N个时隙，每个时隙为 一个检测周期；
设Ry为第i条链路上第j个检测周期测得的包交付率PDR，计算j周期内包交付 率的平均值E (Ry)和包交付率的方差D (Ry)；
对比(管理人员)预先设定的包交付率平均值阈值Eth和方差阈值Dth，若E(Rlj) >Eth，且D(Ru)<Dth，则此周期链路质量被认为是好的；
对第i条链路生成链路状态的布尔型N元组A1= {%} = {au，al2, ...alN},如果 周期j时该链路是好的，则 =1，否则 =0。
所述服务器布设步骤进一步包括以下步骤
基于网络分割概率的网络划分步骤基于获得到的链路状态N元组计算各个割 集使网络分割的概率，并依据此概率值的高低对边割集排序；设计在给定最小网络分割 概率阈值的条件下，基于遍历最小割集的图分割方法对网络进行划分，使划分得到的子 网能够体现最可能出现的网络分割情况；
基于通信可靠度的节点选取步骤在分割出的各个子网中，依次将子网中的一 个或几个节点组作为布设候选节点；基于之前得到的链路状态N元组，选用非环路路径 来计算所有其它节点到候选节点的通信可靠度；选择可靠度最高的候选节点或节点组作 为该子网的布设节点，安装MP服务器系统。
所述服务器布设步骤采用基于网络分割概率的网络划分，其中给定最小网络分 割概率的网络划分计算包括以下步骤
①基于网络中有向边对应的状态N元组，求出网络两两节点之间的边割集其网络分割概率PI(EC1),选择分割概率高于规定阈值Pe的边割集，按概率从高到低排列 边割集的选用顺序，组成边割集数组EdgeCut ；
②初始化一个子网数组SubNet为顶点集V ；
③如果还有边割集未进行尝试，选择EdgeCut中的一个元素EC;否则，输出得 到的子网SubNet和所需的Server数目，终止；
④如果还有子网未进行尝试，选择SubNet中的一个元素SN1;否则，转至步骤 ③；
⑤用ECs对SN1进行子网划分，如果新得到的两个子网SNjn SNb中的节点数不 小于MinSize，且SNa和SNb中至少有一个端连通分量，则将SNa和SNb添加都到一个临 时子网集NewSubNet中，否则将SN1添加到NewSubNet中，并转至步骤④；
⑥整理NewSubNet中各个子网，标识是否为主连通子网或端连通子网，将所有的主连通子网合并为一个；
⑦检查NewSubNet中各个子网，如果每个子网的节点数目在[MinSize， 2*MtaSize]之间，则所有的子网不可再分，MteSize为子网节点个数下限值；
⑧依据NewSubNet中各个子网，令Num1为第i个子网中的节点数，计算整个网fJijiyi络所需服务器数目Num，Num = Y —，Madize为子网节点个数上限值；MaxSize
⑨将NewSubNet赋给SubNet，将NewSubNet清空，如果所有的子网不可再分，则输出SubNet和所需的Server数目，算法终止；否则，转至步骤③。
所述服务器布设步骤中基于通信可靠度的节点选择方法包括以下步骤
①对划分出的子网S，根据子网中候选节点的个数SK，其所有可能的节点组合 有cSNumSK个，取出这些组合，所述SK至少为1;
②对每个组合中的节点集T1,求不在T1中的每个节点Vp到T1中每个节点Vq的路 径集合，基于上述的状态N元组，求路径集合的有效概率；
③对S-T1中的节点Vp，计算其到T1中的节点的1次2-终端可靠度的最大值，记 为 Rel1、，Τ)；
④若S-T1中还有节点未轮到，则对此节点进行步骤③，否则，累加得到S-T1中 所有节点到T1的1次2-终端可靠度的最大值的总和Σ Rel1Ov :)；；7=1
⑤若有候选节点组合未轮到，则对此组合进行步骤②，否则，完成了所有组合 的可靠度计算，比较各个可靠度总和Σ Rel1Ov :)，选择最大的总和所对应的T1集作为S；7=1子网的布设节点；
所有子网选出的节点组^汇总，组成整个网络中布设的SIP服务器的节点集Τ。
所述呼叫路由选择步骤进一步分为基于速度的呼叫路由选择方法、基于成功 率的呼叫路由选择方法；
所述基于速度的呼叫路由选择方法为所有非服务器节点j，根据设定的呼叫尝 试次数n，在通往服务器集T的所有路径中，选择可靠度最高的η条路径，依次作为节点 j呼叫连接建立用的传输路径，以尽快通过一条路径建立呼叫连接；
所述基于成功率的呼叫路由选择方法为对所有非服务器节点j，根据设定的呼 叫尝试次数n，在通往服务器集T的所有路径中，选择η条组合后整体可靠度最高的路 径，依次作为节点j呼叫连接建立用的传输路径，以确保在η次尝试中成功建立呼叫连 接。
所述呼叫路由选择步骤中基于速度的呼叫路由选择方法包括以下步骤
①对非服务器节点j，其到达服务器节点集T的所有可能路径放入Ph，T)集， 计算集中每个路径P1的可靠度，确定规定的呼叫尝试次数η ；
②当η= 1时，输出的结果路径集Τ)中仅有一条路径。在Ph，Τ)的 所有路径中，选择具有最高可靠度的路径Ρ1，有:Ps1W，Τ) = {P1}；
③当η = 2时，对Ph，Τ)中除P1之外的每条路径Ρ1，计算当P1失效时P1有效 的条件概率，即PrpP')，选择具有最高概率值的路径Ρ2，有Ps2W，Τ) = {P1, P2}；
④在取得^T1W，Τ)之后，对Ph，Τ)中除Ρ1，P2,…，Plri之外的每条路径9P1,计算当P1，P2,…，Plri失效时P1有效的条件概率，即Prf 1P2...户“-1P)，选择具有最高 概率的路径Pn，W Ps11 (Sj, T) = {P1, P2,…，PnI,至此路集构建完毕。
所述呼叫路由选择步骤中基于成功率的呼叫路由选择方法包括以下步骤
①对非服务器节点j，其到达服务器节点集T的所有可能路径放入Ph，T)集， 计算集中每个路径P1的可靠度，确定规定的呼叫尝试次数η ；
②令M为Ph，Τ)中的路径数，求得含η条路径的各个组合，组合的总数为广 η
③对组合Ct，随机安排其中η条路径的顺序，用Ct中的η条路径，而不是P^， Τ)中的所有路径计算η次I-K终端可靠度；
④选择具有最高可靠度的组合，即为所选路集，其中的路径能取得η次尝试内 的最高连接成功率；
⑤基于路径可靠度安排这些路径的使用顺序首先具有最高可靠度的路径被选 为第一路径Ρ1，之后在第m次排序中，对剩余未排序的η-m+l条路径中的每条路径P1，计算当前选中的路径都失效时，P1有效的概率，即条件概率Prtpf...^^/)，取出具有最高概率的路径Pm排在第m位，以该方法安排η条路径的顺序，路集的求取过程结束。
本发明具有以下优点和积极效果
1)本发明通过对无线Mesh网络中可能出现的网络分割状态的分析，预先在分割 区域内最可靠的节点或节点组布设至少一个SIP服务器；同时，为所有路由器都确定一 组高可靠度的、通往多个SIP服务器的呼叫信令传输路径。这样，尽可能地克服了因无线 链路经常出现的临时性故障对网络语音通信产生的负面影响，即使出现网络分割状况， 也仍可以保证每个分割区域内的语音通信服务，避免了由于某些分割区域内无SIP服务器 而造成的大面积语音通信中断现象。
2)本发明中多台服务器的布设只涉及到少数的网络节点，SIP服务器中注册信息 的同步不需要进行全网络扩散，对网络流量的影响也较小，发明方案实施的可行性强。 另外，在每个路由器节点上安装SIP代理负责与用户终端的呼叫连接，再通过增加代理的 功能来实现可靠路径选择以及路径切换。这样就最大限度地保证了对已有SIP语音终端 设备的兼容性，任何支持WiFi和MP的手机都可以直接在其中使用。


图1是本发明中用以对网络分割情况进行描述介绍的示例图。
图2是本发明中给定网络分割概率阈值条件下的网络划分方法流程图。
图3是本发明中子网内服务器选择方法流程图。
图4是本发明中基于速度优先的呼叫路径集求解方法流程图。
图5是本发明中基于成功率优先的呼叫路径集求解方法流程图。
具体实施方式
前人对无线Mesh网络的体系架构、信道质量、网络容量、路由、多播、信令呼 叫等方面进行了很多研究，但目前在该研究领域还存在很多问题。
在无线Mesh网的理论研究与工程实践中，一个必须面对的问题就是无线链路的稳定性问题。无线通信过程容易受到信号衰落、信道干扰、噪声强度、通信距离、天气 条件及地形环境等因素的影响，会出现难以预料的无线链路时断时续的现象。时常性的 网络拓扑变更，甚至网络被分割成多个独立子网的情况，严重地影响了无线通信系统的 稳定性与可靠性。在临时性架设的应急通信环境中，这种影响可能更加严重。因此，随 着人们对无线通信技术需求的日益增加，无线网络通信的可靠性和稳定性保障已经成为 网络设计、规划和建设阶段中必须重点加以解决的问题。
目前，针对网络节点和链路失效故障主要是通过监测和分析随机失效现象，在 组网设计和建设过程中采取相应的冗余技术和措施来提供满足一定要求的可靠性保证。 无线Mesh网的网状组网结构，具备了冗余容错的先决条件。但至今为止，基于无线 Mesh网络和SIP架构的无线语音通信系统都是采用单一 SIP服务器方式，一些关于P2P 与SIP结合的研究主要是解决用户量大所带来的服务器性能瓶颈问题，不能解决网络分割 问题。
基于无线Mesh网络和^tP的语音通信系统，一旦出现网络分割或链路失效，被 分割区域的用户就无法登录SIP服务器，导致大面积的通信中断。因此，本发明提出在 无线Mesh网中布设多个SIP服务器的措施，即使发生网络分割也尽可能保证每个分割区 域至少有一个SIP服务器提供子网内的语音通信服务，从而达到提升网络整体可靠性的目 的。
在无线Mesh网络中，任意一个路由器节点上都可以布设SIP服务器，但选择哪 些节点来布设SIP服务器能够提供最好的可靠性保证，以及路由器选择怎样的服务器访 问路径会具有最佳的容错效果，目前还没有有效的方案。本发明就是要解决这方面的问 题。
下面介绍在无线Mesh网络中，禾Ij用多SIP服务器提供高可靠性保证服务需要解 决的问题、相关的理论基础和具体的方法步骤，以具体实施范例结合附图对本发明作进 一步说明。
1、无线链路质量的测量与状态分析
由于各种衰落效应，无线链路时常断裂，使网络的拓扑发生随机的变化，会对 消息的传输造成严重的影响。准确的测量与分析网络两点间的链路质量和状态，对网络 服务的部署和路由选择具有很重要的意义，即通过各条链路断裂的概率以及时间分布规 律，为之后的服务器布设和路由选择提供依据。
目前，进行无线链路通信质量测量的方法主要为基于IEEE 802.11无线网卡 和MadWifi驱动，操作系统为Limix，可采用主动发送数据包或被动监听数据包的方式获 得无线信号，数据包可以是单播，也可以是广播，采集几十个小时时间长度内的无线信 号，获取其中的链路质量指标。
可用的四种主要的链路质量的测度指标为接收信号强度指数(Received Signal Strength Indication, RSSI)、信号与噪声强度之比(Signa卜to-Noise Ratio，SNR)、包交付 率 CPacket-Delivery Ratio，PDR)、误比特率(Bit-Error Rate，BER)。相关研究工作通过不同环境、不同速率、不同数据包长度条件下的实测，得到的主要结论有1)通信距离 的长短不是链路质量的有效影响因素；WRS^[与数据通信时实际的链路质量的相关度是 有限的，无法准确体现链路被干扰的程度，但RS^[仍然是一种有用的参考指标；3)SNR难以精确的计算，在具有较严重的多径衰落时，该指标的链路质量评价效果不理想；4) PDR对链路质量的测度取决于数据包大小、所选的传输速率，但PDR是很容易测得的， 可以比较方便地用它来近似体现链路的质量，使用很普遍；OBER能从更细的粒度上准 确的反映链路质量，但BER须在物理层进行测量得到，难以和上层具体的数据包通信过 程建立准确的映射。
综合来看，在本发明实施中，我们采用PDR作为链路评估指标。因为，零星的 丢包是一个随机事件，而连续的数据包丢失必定与信道质量的下降相关性很大，其概率 分布会随衰落持续时间的长短而发生显著改变，能有效的表征链路质量。
由于无线链路具有小尺度衰落效应，在短时间内可能发生链路质量的突变。因 此，需要从较细的时间粒度上分析无线链路的状态，并获得较长时间段(如M小时)内 无线链路在短暂时刻上的状态数据集合，才具有分析意义。
本发明采用的方案是设网络中链路数目为|E|，进行无线链路质量测量的总时 间长度为T (大约为几十个小时)，将T划分为N个time slot，每个slot的时间长度为I0 (大 约为几秒)，代表短期无线链路的质量统计时段，其中包含若干个测得的链路质量指标数 据。计算在D'%，时段内，链路L1的质量测度指标(PDR)的数学期望EOl1P和 方差D (Rij)，这样得到所有链路的|Ε|*Ν个短期质量指标的数字特征。
对间*Ν组指标数据(Ε (Rij)和D (Rlj))，分别计算总体的数学期望E (R)和方差 D(R),并参照此确定数学期望的阈值Eth和方差的阈值Dth，若E(Ry)大于Eth，且D(Ry) 小于Dth，则此链路L1在对应的时段j内被认为是质量好的，没有失效，否则，此链路被 认为是失效的。将具体的质量指标统计值转换为统一的布尔类型数据，对每条链路L1 生成链路状态N元组A1 = {au，al2, ...alN}，如果对应第j个time slot时链路质量被认为 是好的，则％ = 1，否则 =0，该数组作为后面网络部署与路由选择等工作中链路选 择的依据。对单条链路L1而言，在整个测量时间段内的链路平均失效概率可表示为1 NPr(Z1) = I--Xay 。N j=\
2、WMN中多SIP服务器的位置选择技术
每条链路的可靠度互不相同，在任意时候，由链路的断裂都可能造成网络分割 为多个子网。给定具体物理环境下的WMN，存在多种SIP服务器的布设方案，需要基于 有效的理论方法选择最佳的SIP服务器布设位置，将多个服务器放在合适的MR节点上， 应对网络中随机出现的分割不连通情况，使各个路由器节点在任何时候能在自己所在的 子网中，获得最高的连通到某个SIP服务器的几率。
目前服务器选择的方法有基于布设代价(服务器数目)、基于节点能力(连通 度数)、基于传输时延(路由跳数)、基于带宽和负载(吞吐量)、以及以上优化目标的复 合选择方法。尚无将WMN环境中链路失效问题作为一个主要指标展开的研究。
本发明中服务器布设位置的选择方法包括
·在不同条件无线链路构成的WMN中，基于最小割集对网络分割状态描述。
·在给定最小网络分割概率条件下，基于遍历最小割集的网络划分方法，使划 分得到的子网尽可能地代表出现的网络分裂情况，即每个子网具有较高的连通性，而子 网间的链路为具有较低稳定度的边割集。
·在划分得到的各个子网中，依据链路的稳定性，基于图连通性理论和2-终端 可靠度计算方法，在各个子网内选择最佳的节点作为该子网中的SIP服务器布设点，使得 该服务器能为该区域提供最大的服务可靠度。
2.1基于网络分割概率的网络划分
(1)理论基础
基于图论和可靠性理论，由路由器构成的WMN骨干网可以描述为一个有向图 G (V, E)，其中V代表由无线Mesh网路由器MR构成的顶点集，E代表由MR间的无线 链路所构成的边集。给定顶点a和b，有向边a_b和b_a可能具有不同的链路失效概率。 采用了边失效模型，假设顶点都是可靠的，而边具有预知的失效概率。
本发明中的子网分割方法基于图分割理论，目标描述为给定一个加权无向图 G (V, E)，其中每个顶点和边都有权值，2-way图分割问题将顶点集V分成2个不相交 的子集，每个子集具有大约相同的顶点总权值(作为均衡的约束)，并最小化不同子集所 相交的边(如割边)的总权值。
这里子网划分的依据为作为割集的边的失效概率，如果一条边失效概率大，则 网络容易从此处分割开。选出最可能出现网络分割的边割集，同时需要考虑负载均衡的 要求，因为仅依据边割集的网络分割概率进行划分，容易出现不理想的网络分割，所得 的子网可能过大或过小，甚至仅含一个节点。
相关的概念如下
[定义1]外向边割集。给定有向图G中的连通点集S，从S到V-S的有向边形 成一个外向边割集合丨ei，e2,…，es},记为S的外向边割集ECq⑶。
在时段j如果外向边割集{e1; e1 …，失效，则S被分割开来，边割集中的 各条外向边ei都同时失效。这要求相关链路在时段j的状态N元组中，每个元素须为0，艮口 ali = a2j = ... = asj = 0, αΧ] λa2j λa3j λΛ λaS] = 1。
在整个链路质量测量时间段T内(含N个时隙)，外向边割集中的边都失效使得 网络发生分割的统计概率为，PI 0{S)=、辆A^Hj ΛΛ八巧。
该概率值等于长时期内簇的各条外向割边同时失效、该簇成为向外不连通子图 的概率，体现了簇内的节点访问簇外的服务器的可靠程度。
[定义2]内向边割集。给定有向图G中的连通点集S，从V-S到S的有向边形 成一个内向边割集合丨e/，e2’，…，e/ },记为S的内向边割集EC1(S)。
在时段j如果内向边割集{e/，e/，…，et' }失效，则S被分割开来，边割 集中的各条内向边e/都同时失效。这要求相关链路在时段j的状态N元组中，每个元 素须为 0，艮口 ay = a2j = ... = asj = 0, αΧ] λα2] λa3j λΛ λaS] = 1。
在整个链路质量测量时间段T内(含N个时隙)，内向边割集中的边都失效使得 网络发生分割的统计概率为，A⑶=八巧。
该概率值等于长时期内簇的各条内向割边同时失效、该簇成为向内不连通子图 的概率，体现了簇外的节点访问簇内的服务器的可靠程度。
如果一条边的失效概率较低，那么包含这条边的边割集使得网络发生分割的概13率就较低，因此可以设定一个边失效概率阈值Pi"th，在分析时仅仅考虑失效概率高于阈值 的边及其构成的割集，即产生网络分割的概率较高的边割集。如果内向边割集或外向边 割集中的边全部失效，则连通点集S与V-S不连通，出现了网络分割，此边割集的网络 分割概率为，
PI (EC1) = max (PI0 (EC1), P^ (EC1))。
[定义3]主连通子网。在由失效概率高于阈值Pi"th的边所构成的割集集合中，如 果将点集S从G中分割开来需要多个割集，则该点集及点集内节点的所有边构成主连通 子网。
[定义4]端连通子网。在由失效概率高于阈值Pi"th的边所构成的割集集合中，如 果将点集S从G中分割开来只需要一个割集，则该点集及点集内节点的所有边构成端连 通子网。
(2)实现过程
给定一个网络分割概率阈值PIth,对网络中的所有边割，取其中网络分割概率高 于PIthW边割，由这些边割集将网络分为若干个子网。阈值PIth的选择应该使得所选的边 割的网络分割概率接近，而不是相差过大。参照附图1所示，边e1; e2, ...e7的有效概率 不同，所得到的边割集的网络分割概率也会有很大的不同，如果他，e3丨和{e5，e6丨的联 合失效概率要远大于{e4}，那么网络节点倾向于分为三个子集{Vl，v2}> {v3, v4}> {v5, v6},如果他，e3}> {e5, e6}>他}的失效概率接近，那么网络节点倾向于分为四个子集 {Vl，Vl}、{v3}> {v4}> {v5, v6}。考虑到这种情况，对理论上可能出现的各个边割集， 基于各边的有效概率计算理论上的网络分割概率，依分割概率值从高到低对边割集进行 排序，再选择合适的阈值，使得所选的边割集的网络分割概率值基本接近，以体现相称 的网络划分。
给定最小网络分割概率的网络划分方法所采取的分簇目标和原则是给定图 G (V, E)和所选边割集的网络分割概率阈值PIth,将网络分为K个子网，使得V = {Q U C2 U ACK}, C1 η Cj = Φ , K<L,每个子网之间的边割集EC1优先由网络分割概 率最大的边割集构成，得到1个主连通子网和K-I个端连通子网，每个子网中布设至少一 个服务器，且满足负载约束条件每个子网中所含的节点数Num1不小于MinSize，且依 据各个子网中的节点数分配合适的服务器数目，满足每个服务器最多为MaxSize个节点 提供服务，达到合理的负载分布。
将设计问题表示为ILP模型如下
OBJECTIVES
max(EPI(EC1))——选择网络分割概率最大的边割集，体现最可能出现的网络分 割
max(K)——找出尽可能多的端连通子网，即分割不连通的可能情况
CONSTRAINTS
MinSize^Num1——每个子网中的节点数不能小于一个下限
PI(EC1) >PIth——用于网络分割的边割集的分割概率不能低于阈值PIthJslutfi
K1= ——^--每个子网中服务器的数目不应小于一个下限14
κ = EK1—网络中服务器总数为各子网服务器数目之和。
算法流程图见附图2，具体描述为
Input 网络分割概率阈值Pe，每个子网所含的最小节点数MinSize，各条有向边 的状态N元组，一个服务器所能服务的最大节点数MaxSize
Output 各个子网，服务器总数。
步骤
Stepl基于网络中有向边对应的状态N元组，求出网络两两节点之间的边割集EC1 及其网络分割概率PI(EC1)15选择分割概率高于Pe的边割，按概率从高到低设置边割集 的选用顺序，组成EdgeCut数组。
Step2初始化子网数组SubNet为顶点集V。
Step3如果还有边割集未进行尝试，选择EdgeCut中的一个元素ECs (即当前分割 概率最高的边割)；否则，输出SubNet和所用Server数目，终止。
Step4如果还有子网未进行尝试，选择SubNet中的一个元素SN1;否则，转至 3)。
Step5用ECs对3风进行子网划分。如果所得的两个子网SNjP SNb中的节点数不 小于MinSze，且SNa和SNb中至少有一个端连通分量，则将SNa和SNb添加到NewSubNet 中，否则将SN1添加到NewSubNet中，并转至4)。这种处理方式使得满足条件的子网被 尽可能的找出。
Step6整理NewSubNet中各个子网，标识是否为主连通子网或端连通子网，将所 有的主连通子网合并为一个。
Step7检查NewSubNet中各个子网，如果每个子网的节点数目在[MteSize， 2*MinSize)之间，则所有的子网不可分。
Step8依据NewSubNet中各个子网，令Num1为第i个子网中的节点数，计算整fJijiyi个网络所需服务器数目Num，为Μ = Σ。MaxSize
Step9将NewSubNet赋给SubNet，将NewSubNet清空，如果所有的子网不可再 分，则输出SubNet和所用Server数目，算法终止；否则，转至3)。
2.2基于通信可靠度的布设点选择方法
(1)理论基础
选择子网中的节点(组)作为服务器候选节点，计算评估子网中其它节点向此节 点(组)通信的可靠度，选择具有最高可靠度的作为服务器。
所需注意的是可靠度的计算方法。节点传统的可靠度计算方法基于所有可能的 路径考虑连通的“可能性”，而没有考虑连通的“时效性”，如果经过很多条路由的尝 试最终成功，也认为两点之间是可靠的。当图中存在环路时，两点间的路径数目会迅速 增加，甚至呈指数规律增加。在理论上，对于处在环路上的节点，用传统的可靠度计算 方法能得到一个很接近1的可靠度，可能与仿真和实测的结果相差很远，不具有参考意 义。目前对有线网和WMN中通信可靠度的研究都是基于所有的路径计算可靠度。而 ^tP呼叫服务对实时性的要求高，用户期望尽快呼叫成功建立连接，最多进行若干次拨号 呼叫，否则就可能放弃呼叫连接而采用其它的通信方式，故这里应采用有限个数的路径15进行可靠度计算。
[定义5]1次2-终端可靠度Rel1 (s，T)。给定从源点s到汇点集合T的所有路 径，选择可靠度最高的一条路径用于通信，该路径的可靠度即为1次2-终端可靠度，体 现首次尝试即可连接成功到某一个汇点的概率。
[定义6]路径的可靠度:Pr(P)。给定路径P所含的链路L1, L2,…，Ls的链路 状态N元组，在时段j内路径P是否有效取决于各条链路的状态，计算依据为Ρη(Ρ) =Λ % Λ ... Λ aSJ,路径P的可靠度则可表示为，卩舻)=+|巧仍)。
选出具有最高可靠度的一条路径，其可靠度值即为从节点Vp到Vq的1次2-终 端可靠度Rel1、，vq),求出节点vp到T的1次2-终端可靠度为，Rel1、，Τ)= max(Rel1Ovp, vq)), vq e Τ。
(2)实现过程
令子网S中，服务器集合T中的元素数目为SK，T的选择问题用ILP模型表示 如下
OBJECTIVES\S-T\
Max( Σ Rel1(V^r))一对S-T，最大化其中的节点到T的1次2_终端可靠度总和P=I
CONSTRAINTS
vp e S-T, vq e τ—计算从子网中非候选服务器集合到候选服务器集合的可靠 度
|T| = SK——候选服务器集合的大小
服务器选择算法见附图3，具体描述为
Input 含SNum个节点的子网S，服务器数目SK，各有向边的状态N元组。
Output 所选的SK个节点。
步骤
Stepl候选服务器节点组合有CSNumSK个，取出这些组合。
Step2对每个组合中的节点集T1,求S-T1中的每个节点Vp到T1中每个节点Vq的 路径集合，基于各边的状态N元组，求各路径的可靠度。
Step3对S-T1中的节点vp，求其到Ti中的节点的1次2-终端可靠度的最大值， 记为 Rel1 (vp，Τ) ο
Step4若S-T1中还有节点未轮到，则对此节点进行步骤3)，否则，累加得到S-T1 中所有节点到T1的1次2-终端可靠度的最大值的总和Σ Rel1Ov ;)。；7=1
Step5若有候选服务器节点组合未轮到，则对此组合进行步骤2)，否则，完成了 所有组合的可靠度计算，比较各个可靠度总和Σ Rel1Ov ;)，选择最大的总和所对应的T1；7=1作为SIP服务器集合。
3、接入路由器^tP呼叫连接的路由选择技术
WMN是无线多跳通信网络，从源点到汇点的路径有很多种选择，路径经过的 每个路由器节点的通信接口数(连通度数)、用户访问频率不同，每条链路的可靠度也不同，使得这些路径的通信可靠度和通信时延彼此不同。针对有限尝试次数的通信连接呼 叫，需要选择最佳的路径和路径选用顺序，提供从路由器节点到最近的SIP服务器的高可 靠性、高实时性的无线连接。
传统的路由选择的策略有多种，其中基于最小跳数的策略被无线多跳网络中大 多数路由协议(如AODV、DSR、DSDV)所采用。它的缺点在于该指标将网络中的所 有链路视为等同，并未考虑链路负载、容量和链路受到的干扰。路径的期望传输次数 (ETX)作为另外一个常见的选路指标，定义为成功用某条路径传送一个数据包所需的次 数。此外，还有很多路由指标是基于ETX改进得到的，如ETT (Expected Transmission Time)、WCETT(加权的ETT)等。其优点在于EXT基于传输成功率，能体现链路质量， 其缺点在于(1)数据包的传输成功率需要在TCP/IP协议栈的MAC层或更高层测量， 取决于数据包的大小和发送速率，故该指标不够客观；( 该指标未考虑链路的负载， 所产生的路由可能穿过负载较重的节点，导致资源使用不均衡。
以上的指标中，跳数和RTT侧重于体现路由的时效性，而ETX侧重于体现路由 转发的成功率，且代表的是链路两个方向上的效果，无法体现链路的单向性。实时通信 信令转发的关键指标包括消息的传送成功率和传送速度，因为信令消息数据包较小、占 用带宽少，因此不必考虑负载均衡和吞吐量等因素，而需将不可靠无线环境的路径的可 靠度作为主要的路由选择指标，该指标与ETX —样能体现整个路由转发过程的成功率， 但通过在更细的时间粒度上分析链路状态，能体现在短期内路径正常工作的概率。
本发明中，每台路由器到对应SIP服务器的路由选择技术包括
基于可靠度理论，开发一种新的、源点到多个汇点之一 (one-to- ‘any-in-many，)的通信可靠度计算模型。
对各节点而言，所选的服务器包括一个本地子网内的首选服务器，和多个本 地及外地子网中的备份服务器。针对有限尝试次数的实时^tP呼叫连接请求建立过程， 基于新的可靠度计算模型，设计分别最大化呼叫成功率和呼叫速度的先应式路由选择方 案，用于高效的将信令消息从最初的路由器节点发送到多个分布的服务器中的任意一 个。
(1)理论基础
在K个MR节点上将布设服务器，用来提供容错冗余和高性能。只要将信令消 息转发到其中任意一个服务器，即代表消息转发成功。传统的2-终端可靠度Rel2 (s，t) 模型描述的是一点s对一点t(0ne-to-0ne)的通信可靠度，而K终端可靠度RelK(s，Τ)描 述的是一点s到含K个点的集合T中的每一点tjone-to-many)的通信可靠度，这些模型 无法描述向多服务器中任意一个的通信模式(one-to- ‘any-in-many’)。对应的通信可 靠度应描述如下。
[定义7]1/K连接路集SPh，Τ)。表示为从4到所有汇点集合T的最小路集， 即从4到、的所有最小路集的并集，其中的各条路径中的节点不应含T中的顶点，只有路 径的终点才可以是T中的顶点。
令MidNode(P)表示路径P中不含终点的所有其它顶点的集合，各对源点-汇 点之间的路集的并集共含N条路径，表示为U SPh，0 = {Pi; P2, P3, ...ΡΝ},则 SP(Sj, Τ)可以表示为U SPh，t)中，路径中间点不含T中顶点的路径巧的并集，有ST(SjJ) = ^iPl]s.t. MidNodeif1、γλΤ = 么N °
[定义8]1/K终端可靠度Rel1/Kh，T)。基于SPh，T)，源点^能连接到T的 概率，即连接任意一个而不是每一个汇点的概率。
此可靠度可以由不交和法6DP)求出令巧(丨=1，2，…，N)为SPh，T)中 的一条最小路径，A1G=I, 2，…，N)为P1中所有边都正常的事件，则1/K终端可靠度 用不交和表示为，
Rel1^(5,Γ) = ^(A1 u A2 uA ^jAn)
= FriAl) + Pr(Z1^2) +A Pr^1 Z2A An^An) °
计算Rel1/Kh，T)所用的路集比计算RelK(V Τ)所用的路集所含路径要少些， 比计算单个Rel2^，t)所用的路径要多，但不同于RelKh，T)求连通概率的交集的思 想，Rel1/K(Sj, T)只需要计算达到至少一个汇点的概率，采用的是求连通概率的并集的思 想，故 Rel1/Kh，T)要高于 RelKh，T)，也高于任一个 Rel2 ( ，t)。
针对有限次数的通信尝试，相关的可靠度定义如下
[定义9]n次1/K终端可靠度Rel1/Knh，T)由含η条路径构成的连接路集所计 算得到的1/Κ终端可靠度。
此可靠度定义中，η条路径对应于η次通信尝试，每次尝试选择一条路径发送信 令消息。η条路径的选择方案有很多种，如何选择最佳的路径及路径选用顺序，是一个关 键的问题。
定理1 给出 了 Relvic1 (Sj, Τ)的下界。
[定理1]对每个节点对&和t1;找到Ph，t)中具有最高可靠度的一条路径，基 于此路径计算所得的2-终端可靠度记为ReI2Vv I)，则11^^( ，T)大于等于任意的 Rel21 ( , t,), t, e T,即 MaxCRel21 ( ，、))SRelvic1 ( ，T)，当 K = 1 时，等号成立。
证当K=I时，T = ^}，Rel21 (sJ t)和Relvic1 (S」，Τ)的汇点与路径都分别相同，故等号成立。
当K > 1时，假定Rel21 (Sj, tq)是所有2-终端可靠度Rel21 (Sj, t)中最高的， 从^到、的路集P^ g，计算Rel21W, t)的唯一一条路径为[Ρ1],。从α到丁的I-K 连接路集为 ，T) = P(sJ I1) U P(Sj, t2) U …U P(Sj, tq) U …U P(Sj, tK)，假定 计算Relg1^，Τ)的唯一一条路径为[Ρ、，该路径为Ph，Τ)中可靠度最高的。因 为 P(Sj,g [ P(SjJ)i,路径可靠度Pr ([Ρ1],) ([P1P,有 Max (Rel21 (Sj，t,)) ^Rell7K1 (Sj, Τ)。
定理2给出了 Rel1/Knh，T)的上界。
[定理2]Rel1/Knh，T)<Rel1/K(Sj,Τ),当P^，Τ)中的路径数目不大于η时，等号成立。
证计算Rel1/Knh，T)需要P^，T)中的η条路径，而计算Rel1/Kh，T)需要 P(Sj, Τ)中的全部路径。由于有更多的路径提供建立连接的路由选择，Rel1/Kh，T)大 于等于Rel1/Knh，Τ), Pn(SjJ) c P(Sj5T)t^Ph, Τ)中的路径数目不超过η时，有Ρ、,， Τ) =P(sj; Τ),等号成立。
传统的SIP服务在路径的选择顺序上要么没有做出规定，要么基于最短路径，而 没有考虑路径可靠度的不同。SIP呼叫服务对实时性的要求高，用户期望尽快呼叫成功建 立连接，最多进行若干次拨号呼叫，否则就可能放弃呼叫连接而采用其它的通信方式， 因此，在呼叫路径的选择上，应优先选则可靠度高的路径。
改进原有的考虑所有路由的可靠度计算方法，提出针对实时性SIP服务呼叫建立 的基本思想为采用多个服务器提供容错冗余，考虑计算可靠度所采用的路径数目(对 应呼叫次数)和路径可靠度(对应单次呼叫成功率)这两个因素，选择满足一定条件的路 径集合，而非全部路径来计算可靠度，并对路径的选择顺序依据可靠度进行排序。
(2)实现过程
对各个节点，计算其到网络中各个SIP服务器的有效路径和路径可靠度，基于 I-K终端可靠度计算方法，选择最佳的几条路径并排序，分别为第一路由、第二路由、 第三路由、…，对应的路由终点分别为首先服务器和多个备份服务器，当用前一个路由 尝试呼叫不成功时，就使用当前的路由，这样构建呼叫路集，使得该节点能获得网络中 的SIP服务的概率达到最高。
信令消息从无线Mesh网用户终端MC发向相邻的一个MR，MR选择一条路 由将信令发向对应的服务器，而从源点MR到K个服务器汇点有多条路径，通常倾向选 择具有最短跳数的路径。实时通信对时间要求严格，用户希望尽快建立连接，而应急通 信的数据量可能会在短时间内爆炸性增长，往往一次通信尝试难以成功建立连接，因此 通信方式为如果用一条路径尝试信令转发失败，会在此次尝试超时后，立即用一条新 的路径再次向新路径对应的服务器尝试通信，直到服务器在尝试超时时间内成功返回消 息，或是达到最大尝试次数放弃通信。但是现有的方案要么没有考虑路径在可靠度上的 差异，要么仅仅优先选择跳数小的路径，而没有优先考虑可靠度的高低。
因此研究的关键问题是基于新的可靠度模型，选择满足性能要求(如最快的 转发速度、最高的转发成功率)的η个路径，并安排这些路径的使用顺序，用于每次转发 尝试ο
用于优化消息转发速度的路由选择方案——η次速度优先I-K连接路集IV“， Τ)。
这种路集针对消息转发速度进行了优化，力图尽快的成功转发信令消息。基于 Psn (Sj, Τ)，每次尝试中，当前具有最高可靠度的可用路径被选中用于消息转发。求此路 集的具体方法为
stepl对P (Sj，T)中的每个路径P1求路径可靠度。
Step2当n=l时，Psn^，T)中仅有一条路径。在P^，T)的所有路径中，选择具有最高可靠度的路径P1，有:Ps1W，T) = {P1} O
step3当η = 2时，对P^，Τ)中除P1之外的每条路径Ρ1，计算当P1失效时P1 有效的条件概率，即PrpP')，选择具有最高概率值的路径Ρ2，有Ps2W，Τ) = {P1, P2}。
step4类似的，在取得^T1W，T)之后，对Ph，T)中除P1，P2,…，Plri之外 的每条路径P1，计算当P1，P2,…，Plri失效时P1有效的条件概率，即Pr^^L^Fi)，选 择具有最高概率的路径Pn，有IV“，T) = {P1, P2,…，P"},至此路集构建完毕。
用于优化消息转发成功率的路由选择方案——η次效果优先I-K连接路集PEn(sj, τ)ο
这种路集针对η次尝试内的总转发成功率进行了优化。路集中的第一路径不一 定提供最高的可靠度。求此路集的具体方法为
stepl对P (Sj, Τ)中的每个路径P1求路径可靠度。
Step2令M为Ph，T)中的路径数，取得含η条路径的各个组合，组合的总数为C η
step3对组合Ct，随机安排其中η条路径的顺序，用Ct中的η条路径，而不是 P(Sj, Τ)中的所有路径计算η次I-K终端可靠度。
Step4选择具有最高可靠度的组合，即为所选路集，其中的路径能取得η次尝试 内的最高连接成功率。
step5最后基于路径可靠度安排这些路径的使用顺序。首先具有最高可靠度的路 径被选为第一路径P1。之后在第m次排序中，对剩余未排序的η-m+l条路径中的每条路 径P1，计算当之前选中的路径都失效时，P1有效的概率，即条件概率Prtpf...^^/)，取 出具有最高概率的路径Pm排在第m位。以这种方法安排η条路径的顺序，路集的求取 过程结束。
基于以上不同优化目标所对应的路集，给出不同的可靠度模型，分别为
[Rel1/Kn(Sj, T)]s: $用Psnh，T)在最多η次尝试内连接到T的概率。
[Rel1/Kn(Sj, Τ)]Ε: 4用PEnh，T)在最多η次尝试内连接到T的概率。
当η=1时，Ps1Gj, T) = Pe1 (Sj, Τ),故[Rel*1^ T)]s = [Rell7K ( , T)]E。 当η>1时，IV(V Τ)中第一路径的可靠度大于等于PEnh，T)中第一路径的可靠度， 即[Pr(P1)L > [Pr(P1)L
可以认为IV(V Τ)在首次尝试的转发成功率指标上占优，因为IV“，Τ)中的 第一路径在Ρ“，Τ)的所有路径中具有最高的可靠度，且在每次尝试中选择当前可用的 最可靠路由，以尽快的实现信令成功转发。而ΡΕη“，Τ)在η次尝试内转发成功率这个 指标上占优，因为ΡΕη“，Τ)中的η条路径提供了最高的总体路径可靠度。采用条件概 率进行选路，因此，当前路径之前的失效路径的影响被考虑在内，所得的路径尽可能的 含有不相交的边。
随着最大尝试次数的增加，总呼叫成功率会提升，但是呼叫时延会增加，需要 在网络链路质量不佳时仔细的权衡最大呼叫尝试次数，以实现两个性能指标的折中。
四、总结
本发明提供的方法的目标为一是尽可能使得在发生网络分割时，每个分割区 域内都有SIP服务器提供呼叫接入服务，从而确保各个区域内的语音通信功能仍能正常使 用；二是为每个路由器节点上的SIP代理选取一组通往SIP服务器的可靠路径，既可以克 服无线链路和服务器的单点故障影响，同时又将访问负载分布在了所有选出的服务器节；卜.O
在无线Mesh网络中，我们主要是通过将多个SIP服务器安置在合适位置的节点 处来应对网络分割的影响，通过增加每个路由器节点上SIP代理的功能来解决可靠路径选 择以及路径切换的问题。我们的实现方案不涉及用户终端设备，这主要是为了最大限度 地保证对已有终端设备的兼容性，任何支持WiFi和^tP的手机都可以直接在其中使用。
以上实施范例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技 术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换或变型。因此， 所有等同的技术方案，都落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种无线Mesh网中多SIP服务器布局方法，其特征在于，包括以下步骤无线Mesh网络中无线链路的通信质量测量步骤该步骤采用主动发送单播数据包探 测或利用实际通信数据包探测的方式，对网络中所有无线链路的通信质量进行测量；并 通过统计分析，获取长时间内的链路质量指标，基于指标数据来设计服务器布设方案， 所述链路质量指标为包交付率PDR ；服务器布设步骤该步骤针对无线Mesh网络拓扑图，用最小割集的方法描述可能出 现的网络分割，对网络按照分割域(子图)进行划分；在划分得到的每个子网中，选择可 靠度最高的网络节点作为本子网内的SIP服务器布设节点，每个分割区域(子网)内至少 布设一个服务器；呼叫路由选择步骤该步骤针对SIP呼叫连接建立过程，基于通信可靠度计算模 型，分别设计以呼叫速度为优化目标的先应式路由选择方案和以呼叫成功率为优化目标 的先应式路由选择方案，所述以呼叫速度为优化目标的先应式路由选择方案提供在规定 的呼叫尝试次数内尽快实现接入的服务，并且具有负载均衡作用；所述以呼叫成功率为 优化目标的先应式路由选择方案提供在规定的呼叫尝试次数内确保可以接入的服务。
2.根据权利要求1所述的无线Mesh网中多SIP服务器布局方法，其特征在于 所述无线Mesh网络中无线链路的通信质量测量步骤包括以下子步骤对给定的某条无线链路i，将测量的总时间长度T划分为N个时隙，每个时隙为一个 检测周期；设Rij为第i条链路上第j个检测周期测得的包交付率PDR，计算j周期内包交付率的 平均值E (Rij)和包交付率的方差D (Ry)；对比(管理人员)预先设定的包交付率平均值阈值Eth和方差阈值Dth，若E(Ry) > Eth,且D(Ry)<Dth，则此周期链路质量被认为是好的；对第i条链路生成链路状态的布尔型N元组A1 = {%} = {au，al2, ...alN},如果周期 j时该链路是好的，则ay = 1，否则ay = O。
3.根据权利要求1所述的无线Mesh网中多SIP服务器布局方法，其特征在于 所述服务器布设步骤进一步包括以下步骤基于网络分割概率的网络划分步骤基于获得到的链路状态N元组计算各个割集使 网络分割的概率，并依据此概率值的高低对边割集排序；设计在给定最小网络分割概率 阈值的条件下，基于遍历最小割集的图分割方法对网络进行划分，使划分得到的子网能 够体现最可能出现的网络分割情况；基于通信可靠度的节点选取步骤在分割出的各个子网中，依次将子网中的一个或 几个节点组作为布设候选节点；基于之前得到的链路状态N元组，选用非环路路径来计 算所有其它节点到候选节点的通信可靠度；选择可靠度最高的候选节点或节点组作为该 子网的布设节点，安装SIP服务器系统。
4.根据权利要求3所述的无线Mesh网中多SIP服务器布局方法，其特征在于所述服务器布设步骤采用基于网络分割概率的网络划分，其中给定最小网络分割概 率的网络划分计算包括以下步骤①基于网络中有向边对应的状态N元组，求出网络两两节点之间的边割集EC1及其网 络分割概率PI(EC1),选择分割概率高于规定阈值Pe的边割集，按概率从高到低排列边割集的选用顺序，组成边割集数组EdgeCut ；②初始化一个子网数组SubNet为顶点集V；③如果还有边割集未进行尝试，选择EdgeCut中的一个元素EC;否则，输出得到的 子网SubNet和所需的Server数目，终止；④如果还有子网未进行尝试，选择SubNet中的一个元素SN1;否则，转至步骤③；⑤用ECJiSN1进行子网划分，如果新得到的两个子网SNjn SNb中的节点数不小于 MinSize,且SNa和SNb中至少有一个端连通分量，则将SNa和SNb添加都到一个临时子 网集NewSubNet中，否则将SN1添加到NewSubNet中，并转至步骤④；⑥整理NewSubNet中各个子网，标识是否为主连通子网或端连通子网，将所有的主 连通子网合并为一个；⑦检查NewSubNet中各个子网，如果每个子网的节点数目在[MinSize，2*MinSize] 之间，则所有的子网不可再分，MinSize为子网节点个数下限值；⑧依据NewSubNet中各个子网，令Num1为第i个子网中的节点数，计算整个网络所fJijiyi需服务器数目Num，Num = Y —，MaxSize为子网节点个数上限值；MaxSize⑨将NewSubNet赋给SubNet，将NewSubNet清空，如果所有的子网不可再分，则输出SubNet和所需的Server数目，算法终止；否则，转至步骤③。
5.根据权利要求3所述的无线Mesh网中多SIP服务器布局方法，其特征在于 所述服务器布设步骤中基于通信可靠度的节点选择方法包括以下步骤①对划分出的子网S，根据子网中候选节点的个数SK，其所有可能的节点组合有 CSNumSK个，取出这些组合，所述SK至少为1;②对每个组合中的节点集T1,求不在T1中的每个节点Vp到T1中每个节点Vq的路径集 合，基于上述的状态N元组，求路径集合的有效概率；③对S-T1中的节点Vp，计算其到T1中的节点的1次2-终端可靠度的最大值，记为 RelHv T)；④若S-T1中还有节点未轮到，则对此节点进行步骤③，否则，累加得到S-T1中所有 节点到T1的1次2-终端可靠度的最大值的总和Σ Rel1Ov :)；；7=1⑤若有候选节点组合未轮到，则对此组合进行步骤②，否则，完成了所有组合的可Κ.Ι ,靠度计算，比较各个可靠度总和Σ Rel1Ov :)，选择最大的总和所对应的T1集作为S子网；7=1的布设节点；所有子网选出的节点组TjC总，组成整个网络中布设的SIP服务器的节点集Τ。
6.根据权利要求1所述的无线Mesh网中多SIP服务器布局方法，其特征在于 所述呼叫路由选择步骤进一步分为基于速度的呼叫路由选择方法、基于成功率的呼叫路由选择方法；所述基于速度的呼叫路由选择方法为所有非服务器节点j，根据设定的呼叫尝试次 数n，在通往服务器集T的所有路径中，选择可靠度最高的η条路径，依次作为节点j呼 叫连接建立用的传输路径，以尽快通过一条路径建立呼叫连接；所述基于成功率的呼叫路由选择方法为对所有非服务器节点j，根据设定的呼叫尝试次数n，在通往服务器集T的所有路径中，选择η条组合后整体可靠度最高的路径，依 次作为节点j呼叫连接建立用的传输路径，以确保在η次尝试中成功建立呼叫连接。
7.根据权利要求6所述的无线Mesh网中多SIP服务器布局方法，其特征在于 所述呼叫路由选择步骤中基于速度的呼叫路由选择方法包括以下步骤①对非服务器节点j，其到达服务器节点集T的所有可能路径放入Pτ)集，计算 集中每个路径P1的可靠度，确定规定的呼叫尝试次数η;②当η=1时，输出的结果路径集Ps11 (S” Τ)中仅有一条路径。在P(V Τ)的所有 路径中，选择具有最高可靠度的路径Ρ1，有^1“，Τ) = {P1}；③当η= 2时，对P(V Τ)中除P1之外的每条路径P1，计算当P1失效时P1有效的条 件概率，即Prf—)，选择具有最高概率值的路径Ρ2，有？/“，Τ) = {P1, P2}；④在取得ΡΓ1^，Τ)之后，对P(VΤ)中除P1，P2,…，Plri之外的每条路径Ρ1， 计算当Ρ1，P2,…，Pn-1失效时P1有效的条件概率，即Pr^7^1..Pp)，选择具有最高概 率的路径Pn，有Psn(V Τ) = {P1, P2,…，Ρη},至此路集构建完毕。
8.根据权利要求6所述的无线Mesh网中多SIP服务器布局方法，其特征在于 所述呼叫路由选择步骤中基于成功率的呼叫路由选择方法包括以下步骤①对非服务器节点j，其到达服务器节点集T的所有可能路径放入PΤ)集，计算 集中每个路径P1的可靠度，确定规定的呼叫尝试次数η;②令M为P(VΤ)中的路径数，求得含η条路径的各个组合，组合的总数为CMn;③对组合Ct，随机安排其中η条路径的顺序，用Ct中的η条路径，而不是Τ) 中的所有路径计算η次I-K终端可靠度；④选择具有最高可靠度的组合，即为所选路集，其中的路径能取得η次尝试内的最 高连接成功率；⑤基于路径可靠度安排这些路径的使用顺序首先具有最高可靠度的路径被选为第 一路径Ρ1，之后在第m次排序中，对剩余未排序的η-m+l条路径中的每条路径P1，计算当前选中的路径都失效时，P1有效的概率，即条件概率Prtpf...^^/)，取出具有最高概率的路SPm排在第m位，以该方法安排η条路径的顺序，路集的求取过程结束。
全文摘要
本发明涉及无线网络技术与IP语音技术相结合的技术领域，尤其涉及一种无线Mesh网中多SIP服务器布局方法。本发明包括无线Mesh网络中无线链路的通信质量测量步骤、SIP服务器布设步骤、路由器访问SIP服务器的路由选择步骤。其主要优点一是尽可能使得在发生网络分割时，每个分割区域内都有SIP服务器提供呼叫接入服务，从而确保各个区域内的语音通信功能仍能正常使用；二是为每个路由器节点上的SIP代理选取一组通往布设在不同位置的SIP服务器的可靠路径，既可以克服无线链路和服务器的单点故障影响，同时又将访问负载分布在了所有选出的服务器节点上。本发明解决了无线Mesh网络中，无线链路的不稳定性对基于SIP的语音呼叫服务带来的负面影响。
文档编号H04W80/10GK102026203SQ20101059278
公开日2011年4月20日 申请日期2010年12月17日 优先权日2010年12月17日
发明者吴静, 张洋, 李文翔, 郭成城 申请人:武汉大学