专利名称：基于定位信息辅助的节点移动网络的路由方法及调度方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于定位信息辅助的节点移动网络的路由方法及调度方法。
背景技术：
移动网络就是节点移动的网络，由于节点的移动引入了网络拓扑结构的不确定性，从而使业务到达的突发度和数据流的突发度增大，节点状态不能保持平稳，延时造成的丢包率增加，网络拥塞概率增大。在QoS机制中，调度机制直接负责对每个数据包的操作，通过对各个节点队列中包的发送顺序或者具体发送时间的控制，来满足业务的特定QoS要求，是实现QoS保证的重要组件和关键环节。调度机制工作在数据包级(Packet level)，直接对通过的每一个数据包进行操作，是提供诸如延时，抖动和丢包率等QoS保证的关键组件。调度机制的特性直接决定了各个节点以及整个网络能够提供何种类型以及何种程度的QoS保证，因此包调度方法是在分组网中实现QoS保证的核心。调度机制作为网络QoS保证提供的重要组件，已经得到了广泛的研究，提出了许多经典的算法。总体说来，调度机制按照其基本结构可以分为以下几类基于轮循机制 (Round-Robin)的调度算法；基于 GPS(Generalized Processor Sharing)模型的调度算法；基于EDF(Earliest Deadline First)的调度算法；基于统计目标的调度算法。最早提出的轮循机制及其改进型有着最小的运算复杂度，但在公平性保证和延时保证等方面性能较差；基于GPS模型的调度机制提供最优的公平性，能够为途经的每个流提供确定性带宽保证，以及当业务流符合特定业务特性要求时提供确定性的延时上界保证；EDF被证明在可调度区间的意义下是最优的调度机制。这意味着它可以接纳更多的业务流，提供更高带宽利用率。路由选择过程由两个部分组成一是为到达业务选择路径并发送数据包的过程，称为寻路过程；另一个是节点间路由信息的交互过程。路由分为QoS路由和Best Effort (尽力而为)路由。Best Effort路由算法基于业务的目的地址和当前网络拓扑结构，计算最短路径。 它不区分业务类型，只要目的地址相同，所有类型的业务都按相同路径发送。因此，网络中各节点可以根据全网状态库中的拓扑信息预先计算路径，做成路由表，每个业务请求到来时，直接根据目的地址，查找路由表，获得发送路径。在节点移动网络中，由于网络拓扑结构是随时变化的，因此该路由算法是不可取的。QoS路由就是寻找能够同时满足多种QoS要求的可行路径。它的目标是为到达的业务选择能满足其QoS要求的传输路径，并保证网络资源的有效利用。为了实现QoS保证，路由算法必须实时了解网络拓扑结构和资源的使用情况。以便寻找最有可能满足业务需求的路径。因此QoS路由是基于网络状态的路由方式。路由选择的依据是业务的QoS要求和网络状态信息。状态信息的收集和计算会给网络带来附加的额外开销。QoS路由分为源路由和分布式路由两种方式。源路由的特点是每个节点收集和维护全网状态信息，包括网络拓扑，到达其他节点的路径的度量参数值等。业务请求到达时， 源节点根据网络状态信息和业务QoS要求计算路径，如果存在合适的路径，则由源节点沿所选路径发送资源预约信令建立路径，以此保障业务能够沿所选路径发送。分布式路由中，路由选择由多个节点协同完成。每个节点存有到所有目的节点的下一跳列表。当收到一个数据包时，路由节点仅查表确定下一跳节点，然后发送数据包。这样，数据包经由每一个节点一跳接一跳前向发送。分布式路由的寻路一般是通过分布式地发送信令过程实现的。每个节点通过信令，了解本节点相应于到达某个目的节点的某种业务的前一级节点和后继节点。分布式路由计算和信令发送过程一般是在业务到达前预先进行的。因此路由建立的响应比源路由快。基于探测(probing)的分布式路由算法是一种典型的分布式QoS路由算法。这种算法的基本思想是沿多条路径为业务发送寻路探测包。算法中每个节点仅需保留部分网络状态信息，计算开销小。此算法中业务源节点为该业务沿多条路径发送寻路的探测包。接收到探测包的节点，向多个节点转发该探测包。每个探测包负责搜集所经路径的状态信息。目的节点收到探测包后，沿选定路由反向发送确认包。选定路径上每个节点通过收到的确认包获知本节点在所选路径中的下一跳节点。通过这个过程，各个节点间就建立了基于业务的前后联系。基于探测包的算法不需要每个节点都保存全网状态信息，可以减小路由节点的状态存储量和节点计算开销，同时可以减小网络状态信息更新量，为网络扩展提供了良好的基础，因此得到了广泛关注。分布式路由存在两个主要问题。一个是环路问题。网络中各个节点保留的其他节点状态信息不一致或者节点路由信息不准确，都可能引起环路。虽然，环路可以在数据包第二次到达同一节点时被检测到，但是环路的存在会引起非网络拥塞造成的业务延时。另外，业务在相同链路上的重复发送也会加重网络负荷，降低网络效率。另一个是多个路由节点的有效协同问题，如果路由节点间不能很好地协同，对整个网络的性能、路由协议的动态特性及路由结构的扩展性都会有负面影响。QoS路由计算是基于逐个业务QoS请求的。因此，为找到适合各业务的最佳可行路径，它不能采用预计算方式，只能在业务请求到达时发起路径计算，称为在线计算。在线计算和预计算各有各的优缺点。在线计算只计算一条路径，一次计算量小，相对简单，但对请求的频率较敏感；预计算对请求的频率不敏感，但一次计算量大，因此对路由表的更新频率很敏感。QoS网络是动态网络，提高路由表的更新频率可以提高路由性能，但它会带来大量附加开销。主动队列管理AQM(Active Queue Management)的目标是维持队列长度在一个较小的目标值附近，且尽量稳定。目标值的选取应是吞吐量和延时的折衷。稳定的队列长度可以有效的消除延时抖动(delay jitter)；并具有较强的鲁棒性，即对环境变化不敏感。随机早期检测(Random Early Detection, RED)是一种早期的AQM算法。RED试图用一种“提前通知”的手段来避免网络进入拥塞的状态，从而提高网络的性能。通过以一定概率丢弃数据包来“提前通知”源端改变发送速率的方法成为以后几乎所有AQM算法的核心思想。不同的AQM算法主要区别就在于用不同的方法来估计网络的拥塞状态，并计算随机丢包的概率。目前AQM主要通过两种参数来估计网络的拥塞状态(平均)队列长度和(平均)包到达率。比如，RED及其改进算法都是根据平均队列长度来计算丢包概率。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明的目的是提出一种基于定位信息辅助的节点移动网络的路由方法及调度方法，能够使节点状态保持平稳，减少延时造成的丢包率，降低网络拥塞概率。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于定位信息辅助的节点移动网络的路由方法，包括在节点为数据包选路过程中，每个节点周期地针对各个可达目的地，统计可以为各个相邻节点提供的到达任意目的地的可用带宽，并将该信息周期地通告所有相邻节点；每个节点根据路径跳数和从相邻节点收到的路径可用带宽，按公平的比例选择数据包的发送路径。优选地，在所述路由方法进一步包括若网络中每个节点都周期地向网络中的其他节点发送节点出口链路的可用带宽信息；i节点按照状态更新周期，统计每个周期中从任意一个相邻节点j到达本节点的目的地为D的总数据量，其中j e VilY11 ；如果节点i连接的是业务源，则统计每个周期内请求的总数据量，并将统计值通告给所有的相邻节点 ’节点i按照以下步骤为数据包选择相应的下一跳节点；Sl 若某业务流从i的相邻节点j到达节点i ；节点i首先寻找到达目的节点D的跳数最小的路径；如果路径跳数满足业务要求，且跳数最小的路径有L条，其中L> 1 ；这
L条路径与i相邻的节点共M个，组成集合根据
权利要求
1.一种基于定位信息辅助的节点移动网络的路由方法，其特征在于，包括在节点为数据包选路过程中，每个节点周期地针对各个可达目的地，统计可以为各个相邻节点提供的到达任意目的地的可用带宽，并将该信息周期地通告所有相邻节点； 每个节点根据路径跳数和从相邻节点收到的路径可用带宽，按公平的比例选择数据包的发送路径。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述路由方法进一步包括若网络中每个节点都周期地向网络中的其他节点发送节点出口链路的可用带宽信息；i节点按照状态更新周期，统计每个周期中从任意一个相邻节点j到达本节点的目的地为D的总数据量，其中 j e Vini^ ；如果节点i连接的是业务源，则统计每个周期内请求的总数据量，并将统计值通告给所有的相邻节点；节点i按照以下步骤为数据包选择相应的下一跳节点；51若某业务流从i的相邻节点j到达节点i ；节点i首先寻找到达目的节点D的跳数最小的路径；如果路径跳数满足业务要求，且跳数最小的路径有L条，其中L> 1 ；这L条Bd路径与i相邻的节点共M个，组成集合根据^^ = γ l'k D计算该数据包到各个VCot ；丄C可选相邻节点的分配比例，其中k evcJ，钱^是节点i根据相邻节点k接收到的上一个状态更新周期内k节点的各个相邻节点到目的节点D的数据量的统计值计算得到的，其中
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤Sl中如果i到D的L条可选路径中没有交叉节点，则辟^是节点i根据获得的网络各个节点出口链路可用带宽的信息计算得到的节点k到达目的节点D的最大带宽；如果i到D的L条可选路径中有交叉节点，则《是节点i根据获得的网络各个节点出口链路可用带宽的信息计算得到的节点k到交叉节点的最大带宽。
4.一种基于定位信息辅助的节点移动网络的调度方法，其特征在于，包括数据包级调度和队列管理调度。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述数据包级调度为基于最早截止时间优先算法(EDF)的节点延时比例平均EDF (DP-EDF)，利用路径各个节点的延时信息，按照比例平均的原则对延时要求进行分配；设流i允许的最大延时为Di,在传输过程中要经过m个节点，每个节点的平均延时可以获得为％，则在每个节点j为流i分配的延时上界为
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述数据包级调度为在DP-EDF的基础上提出的动态延时比例公平EDF (DDP-EDF)，设流i允许的最大延时为Di,在传输过程中要经过m个节点，每个节点的平均延时可以获得为％，再设在到达节点j时包实际已经经历的延时为1^，则DDP-EDF在节点j为该包分配的延时上界为
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述队列管理调度为利用再励学习结合梯度下降法的一种新的主动队列管理(AQM)方法RLGD 设报酬函数r = - ω工(c-B) 2_ ω 2 (q-qMf)2 ；其中，c是当前的数据到达率，B是链路带宽， q是当前的队列长度，qMf是目标队列长度，《工和ω2分别称为吞吐量权重和延时权重，Q1 和ω2的比反映了吞吐量和延时的折衷；在这一定义下，AQM的目标使数据到达率尽量接 近链路带宽和使队列长度尽量稳定在目标值附近就相当于最大化 设状态S为当前到达率与链路带宽之差和当前队列长度与目标长度之差，将其表示为矢量形式
全文摘要
本发明是一种基于定位信息辅助的节点移动网络的路由方法及调度方法，所述路由方法包括在节点为数据包选路过程中，每个节点周期地针对各个可达目的地，统计可以为各个相邻节点提供的到达任意目的地的可用带宽，并将该信息周期地通告所有相邻节点；每个节点根据路径跳数和从相邻节点收到的路径可用带宽，按公平的比例选择数据包的发送路径。本发明能够使节点状态保持平稳，减少延时造成的丢包率，降低网络拥塞概率。
文档编号H04W72/12GK102427596SQ20111039063
公开日2012年4月25日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者宁永忠, 李涛, 王毓晗, 马正新 申请人:北京中科国信科技股份有限公司, 清华大学