一种多并发流无线网状网中的机会路由方法
【专利摘要】本发明公开了一种多并发流无线网状网中的机会路由方法，将候选节点视作资源，在分析资源约束和路由约束的情况下，将多并发流中的机会路由问题建模为一个凸优化问题，基于对偶和子梯度方法，提出了联合候选节点选择和速率分配的分布式算法。该算法迭代进行流量速率分配，并通过速率分配来决定节点是否作为流的候选节点，以在保证公平性前提下最大化网络吞吐量。实验结果表明，与基于ETX和EAX指标的机会路由方式相比，本发明的方法更能提升网络汇聚吞吐量，平均比ETX和EAX提高33.4%和27.9%。
【专利说明】—种多并发流无线网状网中的机会路由方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线网络中机会路由技术，特别是指在多并发流无线网状网中的机会路由方法。
【背景技术】
[0002]机会路由是多跳无线网络中新兴的路由方式，它利用无线媒介广播性质和多用户分集，不事先确定路由的下一跳，直接广播发送数据包，周围可能有多个邻居节点都正确收到数据包。在收到数据包的节点间进行某种协调，由其中一个离目的节点最“近”的节点继续转发。当然并不是所有的节点都参与，机会路由按某种规则选择其中的一部分参加，这些被选中的邻居节点称为候选节点或候选转发节点。经多方验证，与只有一个预先设定下一跳的传统固定路由相比，机会路由这种使用多个候选节点转发数据包的方式更能适应不可靠的无线链路，尤其能充分利用远距离和高丢失率的无线链路，能明显提升多跳无线网络，尤其是无线网状网的端到端吞吐量。
[0003]举例说明机会路由的基本思想，如图1所示的链式的多跳无线网络中存在5个节点，节点间边上的值表示两节点间链路的包投递率(Packet Delivery Ratio, PDR),即数据包通过此链路正确接收的概率。PDR的计算方法为一定时间范围内，目的节点正确接收数据包数量和发送节点发送的所有数据包数量之比，距离越远链路包投递率越低。节点O需要发送数据给节点4。
[0004]采用传统路由(Traditional Routing, TR)存在多种不同的路由路径。如节点O以一跳直接发送到节点4，因为链路的丢失可能需要为每个包发送多次；或者节点O经过节点1、2和3以四跳发送到节点4，因为多跳传输每个包也需要传输多次。当节点O直接传给节点4时，节点4可能没有收到，但因为无线是广播媒介，节点1、2甚至节点3可能正确偷听(overhear)到数据包，而且节点1、2和3是否正确偷听到数据包是相互独立的，即多用户分集特性。那么由正确偷听到数据包的节点I或节点2或节点3重发数据包给节点4应该要比节点O重发更好。当采用四跳传输时，节点2、节点3甚至节点4可能正确偷听到节点O给节点I发送的部分数据包，如果节点I再转发这些数据包给它们就造成了冗余，导致信道资源的浪费。
[0005]机会路由发掘多用户间的差异性，充分利用传输的机会，不预先设定一个固定的下一跳转发节点而是设定多个候选节点或候选转发节点(Candidate Forwarder),在发送数据包后，根据候选节点的实际接收数据包情况，在所有正确接收的候选节点中选择距离目的节点最近的候选节点作为真正的转发节点，以达到减少传输次数提高吞吐量的目的。本例中节点4、3、2和I都是节点O的候选节点。当节点O发送某个数据包后，节点2和I正确接收但节点3和节点4未正确接收，距离目的节点最近的节点2成为这个数据包真正的转发节点。当节点O发送下一个数据包后,节点4、2和I都正确接收,节点4就是目的节点本身就不需要再转发。
[0006]现有的机会路由一般计算从源节点到目的节点可能经过的所有路径上产生的期望传输次数、期望传输时间、路由效用或开销，来进行机会路由选择。但是，这些路由指标都是在不考虑流分布情况下来进行路径选择和确定候选节点，即在任何流分布和节点负载情况下，所选择的路径都是一样的。由于网络数据流分布的局部性，数据流在时间和空间上的分布往往很不均匀，因此，不考虑流分布的路径选择可能导致多个数据流集中经过某一些区域，使得某些候选节点过载而其它节点空闲。
[0007]—方面，候选节点负载不均衡将阻止网络提供健康公平的服务。重负载将耗尽候选节点的带宽，处理能力和内存资源。一旦过载的候选节点发生拥塞，将造成数据包丢失和缓存溢出，这些节点成为端到端的性能瓶颈，导致长延时和吞吐量下降。另外充分利用未使用的空闲路径和候选节点可以进一步提升网络吞吐量。因此需要均衡分配网络候选节点资源。另一方面当网络中存在多个并发流时，一个节点可能成为多条流的候选节点，这个节点如何为多条流服务，节点为每条流服务的流量速率如何分配才能获得更好的吞吐量是未知的问题。这些问题可以通过引入联合候选节点选择和速率分配的多流机会路由算法解决。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种多并发流无线网状网中的机会路由方法，在保证公平性前提下最大化网络吞吐量，能有效避免某些距离较远、跳数较多的流饿死情况的发生。
[0009]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种多并发流无线网状网中的机会路由方法，该方法为:
[0010]I)将多并发流无线网状网对应成一个无向图G=(V，E)，所述无向图包含N个节点，其中V为节点集，E为节点间链路的矩阵，存在K条多并发流，源节点和目的节点分别为{(sk, dk), k=l..K}；
[0011]2)建立多并发流无线网状网中各条网络流吞吐量Ak之积的目标函数模型maximize JQ 2* f maximize JQ At 竿价为 maximize ^:
【权利要求】
1.一种多并发流无线网状网中的机会路由方法，其特征在于，该方法为: 1)将多并发流无线网状网对应成一个无向图G=(V，E)，所述无向图包含N个节点，其中V为节点集，E为节点间链路的矩阵，存在K条多并发流，源节点和目的节点分别为{(sk, dk), k=l..K}； 2)建立多并发流无线网状网中各条网络流吞吐量Ak之积的目标函数模型
【文档编号】H04W40/02GK103619047SQ201310648264
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】张大方, 何施茗, 谢鲲, 张继, 乔宏 申请人:湖南大学