专利名称：无线Mesh网络的跨层路由优化的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线Mesh网络(WMN :Wireless Mesh Network)，尤其涉及一种无线 Mesh网络的跨层路由优化的方法及装置。
背景技术：
由于更低的成本、灵活的配置以及增强的网络覆盖和网络容量，使得无线Mesh网络(WMN :Wireless Mesh Network)技术应用越来越广泛，其优异的性能受到学术界和产业界的青睐，已经成为下一代无线网络中涌现出来的一种非常具有应用前景的新型无线组网技术。无线Mesh网络主要由Mesh终端和Mesh路由器组成。其中，各个Mesh路由器构成了无线网络的网络架构基础和骨干网络，并与有线网络进行互联组网，一起为Mesh终端提供多跳无线互联网络连接。传统的网络使用分层的协议模型，不同协议层之间彼此透明。协议开发和实现是一个简单而又可升级的过程。但是，由于无线网络的复杂性，分层协议设计的方法并不一定非常适合无线网络。例如，无线环境下的物理信道是变化的，容量和误比特率等都是不断变化的。采用优化的调制编码方案和差错控制方案可以改进物理信道的性能，但还是不能像更高层所期望的一样保证稳定的容量、低丢包率与可靠的连接性。因此，在无线网络中， 高层协议必然会受到物理信道不稳定的影响。为了更进一步提高无线网络的性能，MAC(媒体接入控制，Media Access Control)、路由及传输协议必须要和物理层一起工作。此外， MAC、路由和传输协议也需要互相合作，这些交互需要在不同层协议之间的跨层设计。通过利用物理层、MAC层、路由层等协议层之间的联合设计是无线多媒体业务QoS(服务质量， Quality of Service)要求的一种行之有效的方法。现有技术中，0LSR(最优链路状态路由，Optimized Link State Routing)路由协议是一种基于多点中继的表驱动路由协议。每个节点使用一个或多个路由表来维护全网拓扑，并通过周期性地广播拓扑信息来保持路由表信息与网络拓扑变化之间的一致性，节点在发送数据分组时只要到达目的节点的路由存在，就能够立即得到到达目的节点的路由信息，因此具有时延小的特点。OLSR协议的优化技术是采用了多点中继MPR(Multip0int Relay)提供一种选择性洪泛机制，减少同一区域内的相同路由控制分组的重复转发次数来降低网络中广播分组的数量。只有被选做多点中继MPR的节点才会产生链路状态信息以及转发其他节点发送的信息，减少了网络中控制消息的数量，降低了控制分组的广播所带来的重复转发开销。OLSR路由协议的问题在于，在多点中继MPR选择和路由计算的过程中，仅依靠节点覆盖度作为Mra节点的选取原则、没有考虑到节点的随机移动性引起路径中存在链路不稳定性等因素以及未考虑节点的处理负荷，网络拥塞状态以及无线链路的带宽、时延等性能参数导致MPR集的节点选择不准确，造成网络拥塞，影响网络性能。现有技术中，Performance-DSR (P-DSR)跨层路由协议是根据链路状态和节点发送缓存的状态信息对DSR(动态源路由协议，Dynamic Source Routing)进行了优化和改进而提出。P-DSR协议通过RPV(路由性能值，Route Performance Value)路由机制来考虑节点间无线链路状态对路由性能的影响，即链路的中断概率，同时又考虑了节点本身状态对路由性能的影响，即节点发送缓存溢出的概率，以此构建路由性能值RPV作为路由选择的标准，避免业务过于集中造成网络性能的下降。P-DSR路由协议适应节点高速运动的场景，而在节点低速移动的网络中，由于中断概率和发送缓存不能很好的反映路径的实时状态以及网络的拥塞状况，未对信道的状态进行区分对待，导致路由更新不准确，性能较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种无线Mesh网络的跨层路由优化的方法及装置，解决目前跨层路由时存在的因无法获得更准确的网络状态而造成的路由更新不准确及路由性能较差的问题。为了解决上述问题，本发明提出了一种基于信道状态的跨层路由优化的方法，包括步骤1 根据无线链路的传输效率参数估计当前网络的信道状态，在判断信道状态为传输性能差时，根据分组成功率、剩余负载率判断出当前丢包的原因，根据所述丢包原因调整最大重传次数；步骤2:根据无线链路的传输效率参数获得整条路径的传输效率Ρ ρ，获取除去源节点和目的节点后的路径的剩余负载率L_P，计算路径有效带宽nB(c)，利用路径的传输效率Ρ ρ，路径的剩余负载率L_P，路径有效带宽nB(C)，构建路由决策函数，利用所述路由决策函数执行路由发现、路由维护操作，选择出源节点和目的节点之间的最佳分组传输路径。所述根据无线链路的传输效率参数估计当前网络的信道状态的步骤中所述无线链路的传输效率参数是广播路由表的周期T内，从节点a到节点b的数据帧的传输成功效率利用指数加权移动平均算法(EWMA)进行平滑处理后的参数；当所述无线链路的传输效率参数小于第一阈值Threshold1时，判定信道状态为传输性能差。所述根据分组成功率、剩余负载率判断出当前丢包的原因的步骤中所述剩余负载率是广播路由表的周期T内，路径源节点的剩余负载利用
指数加权移动平均算法(EWMA)进行平滑处理后的剩余负载率口。；利用路径分组成功率PSRa, b和剩余负载率Gfl构建用于区分无线信道状态类型的代价函数为
_7] COSTab(PSRab,TJisa) = βχPSRab ^)xL_resa,0 < β 彡 1 ；当代价函数COST的统计值小于第二阈值Threshold2时，可判定当前丢包的原因为较严重的分组冲突造成的碰撞丢包；当代价函数COST的统计值大于第二阈值Threshold2时，可判定当前丢包的原因为无线链路较高的随机差错率；其中β 为加权因子，O < Threshold2 < 1。所述根据所述丢包原因调整最大重传次数的步骤中所述丢包的原因为较严重的分组冲突造成的碰撞丢包时，降低最大重传次数Cmax ；所述丢包的原因为无线链路较高的随机差错率时，增加最大重传次数Cmax。所述最大重传次数Cmax的调整范围为
，所述调整范围的上限Cth是由传输效率参数、分组成功率和剩余负载率共同计算确定。所述根据无线链路的传输效率参数获得整条路径的传输效率PTCp的步骤中，所述 PTEp表示为PTEp= Π ΡΤ^Λ )
V(a,b)epath所述无线链路的传输效率参数是广播路由表的周期T内，从节点a到节点b的数据帧的传输成功效率利用指数加权移动平均算法(EWMA)进行平滑处理后的参数， V( ,6)为多跳连接路径中的其中一条从节点a到节点b的链路。所述路径的剩余负载率L_P表示为L = min(Z- _ resa)
_P αΦΞ, _所述II^fl表示路径源节点的剩余负载率！^⑶^利用指数加权移动平均算法 (EWMA)进行平滑处理后的剩余负载率。所述路由决策函数的构建定义如下 F
权利要求
1.一种基于信道状态的跨层路由优化的方法，包括步骤1 根据无线链路的传输效率参数估计当前网络的信道状态，在判断信道状态为传输性能差时，根据分组成功率、剩余负载率判断出当前丢包的原因，根据所述丢包原因调整最大重传次数；步骤2 根据无线链路的传输效率参数获得整条路径的传输效率Ρ ρ，获取除去源节点和目的节点后的路径的剩余负载率L_P，计算路径有效带宽ηB (c)，利用路径的传输效率 Ρ Ρ，路径的剩余负载率L_P，路径有效带宽nB(c)，构建路由决策函数，利用所述路由决策函数执行路由发现、路由维护操作，选择出源节点和目的节点之间的最佳分组传输路径。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据无线链路的传输效率参数估计当前网络的信道状态的步骤中所述无线链路的传输效率参数是广播路由表的周期T内，从节点a到节点b的数据帧的传输成功效率利用指数加权移动平均算法(EWMA)进行平滑处理后的参数；当所述无线链路的传输效率参数小于第一阈值Threshold1时，判定信道状态为传输性能差。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据分组成功率、剩余负载率判断出当前丢包的原因的步骤中所述剩余负载率是广播路由表的周期T内，路径源节点的剩余负载率L_reiia利用指数加权移动平均算法(EWMA)进行平滑处理后的剩余负载率O^0;利用路径分组成功率PSRa, b和剩余负载率口。构建用于区分无线信道状态类型的代价函数为
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述丢包原因调整最大重传次数的步骤中所述丢包的原因为较严重的分组冲突造成的碰撞丢包时，降低最大重传次数Cmax ；所述丢包的原因为无线链路较高的随机差错率时，增加最大重传次数Cmax。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述最大重传次数Cmax的调整范围为
，所述调整范围的上限Cth是由传输效率参数、分组成功率和剩余负载率共同计算确定。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据无线链路的传输效率参数获得整条路径的传输效率PTCp的步骤中，所述PTCp表示为
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述路径的剩余负载率L_P表示为
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述路由决策函数的构建定义如下Frouting(ηB(C)，PTEp, L_p) =W1X nB(c) +W2XPTEp+w3Xl_p其中^”㈣”巧均为加权因子，！^^表示路径的剩余负载率，nB(c)为归一化有效带宽， 即数据流有效带宽占总带宽的比例，PTEp为路径的传输效率。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述利用所述路由决策函数执行路由发现、路由维护操作，选择出源节点和目的节点之间的分组传输路径的步骤中，目的节点对所有找到的路径参数应用灰色关联分析法进行优化，选择所述路由决策函数值最大的一条路径进行数据的传送。
10.一种无线Mesh网络的跨层路由优化的装置，包括用于计算传输效率参数的传输效率检测模块，用于计算分组成功率的分组成功率检测模块，用于计算节点剩余负载率的剩余负载率检测模块；信道状态估计模块，用于根据所述传输效率参数估计当前网络的信道状态，用于根据所述分组成功率、剩余负载率构建用于判断信道状态的代价函数，并在判断信道状态差时根据所述代价函数对信道状态进行估计，判断出丢包原因；最大重传次数调整模块，用于根据所述丢包原因调整增大或降低最大重传次数； 路径剩余负载率检测模块，用于根据剩余负载率检测模块检测的节点剩余负载率获取除去源节点和目的节点后的路径的剩余负载率；路径传输效率检测模块，用于根据所述传输效率检测模块获得的传输效率参数计算得到路径传输效率；路径有效带宽估计模块，用于基于概率统计的方法估计出路径的有效带宽； 路由决策模块，用于根据路径的传输效率，路径的剩余负载率，路径有效带宽，构建路由决策函数，利用所述路由决策函数执行路由发现、路由维护过程，选择源节点和目的节点之间的分组传输路径。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述路由决策模块所述路由决策函数的构建定义如下 Frouting(ηB(C)，PTEp, L_p) =W1X nB(c) +W2XPTEp+w3Xl_p其中^”㈣”巧均为加权因子，！^^表示路径的剩余负载率，nB(c)为归一化有效带宽， 即数据流有效带宽占总带宽的比例，PTEp为路径的传输效率。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述信道状态估计模块根据分组成功率、剩余负载率判断出当前丢包的原因时 所述剩余负载率是广播路由表的周期τ内，路径源节点的剩余负载率L_reiia利用指数加权移动平均算法(EWMA)进行平滑处理后的剩余负载率所述信道状态估计模块利用路径分组成功率PSRa, b和剩余负载率Ga构建的用于区分无线信道状态类型的代价函数为
全文摘要
本发明公开了一种基于信道状态的跨层路由优化的方法及装置，首先，根据无线链路的传输效率参数估计当前网络的信道状态，在信道状态较差时，根据分组成功率、剩余负载率判断出当前丢包的主要原因，根据所述丢包原因调整最大重传次数；之后，根据无线链路的传输效率参数获得整条路径的传输效率PTEP，获取除去源节点和目的节点后的路径的剩余负载率L_P，计算路径有效带宽ηB(c)，利用路径的传输效率PTEP，路径的剩余负载率L_P，路径有效带宽ηB(c)，构建路由决策函数，利用所述路由决策函数执行路由发现、路由维护操作，选择出源节点和目的节点之间的最佳分组传输路径。本发明，可更加准确的感知MAC层的路径质量、减少路由误判次数。
文档编号H04W40/12GK102387559SQ20101027738
公开日2012年3月21日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年9月3日
发明者宋建全, 杨光, 董育宁, 赵海涛 申请人:中兴通讯股份有限公司