一种多射频多信道无线网网状网信道感知的机会路由方法
【专利摘要】本发明公开了一种多射频多信道无线网网状网信道感知的机会路由方法，兼顾多信道特性和多用户分集特性，并在指标基础上提出信道感知机会路由方法。实验结果表明，与单信道机会路由指标和多信道路由指标的机会路由相比，本发明的方法解决了多射频多信道场景下，现有单信道机会路由指标没有充分利用信道资源来减少干扰，传统路由的多信道路由指标包含了信道信息，但没有利用多用户分集不适合机会路由的问题，提升了无线网络的吞吐量，降低了无线网络的延时。
【专利说明】ー种多射频多信道无线网网状网信道感知的机会路由方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线网络中的机会路由技术，特别是ー种在多射频多信道无线网状网中针对信道感知的机会路由技木。
【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，由其中ー个离目的节点最“近”的节点继续转发。当然并不是所有的节点都參与，机会路由按某种规则选择其中的一部分參加，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呑吐量。
[0003]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0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0以ー跳直接发送到节点4，因为链路的丢失可能需要为每个包发送多次；或者节点0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0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0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0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，不预先设定ー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，以达到減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0的候选节点。当节点0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0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]机会路由在単射频无线网络中的优势已经被充分的探索和利用，但是，它在多射频无线网络中的影响还没有能够很好的理解和运用。大多数机会路由都处于单射频单信道网络，既没有充分利用802.lla/b本身已有12/3个正交的信道资源，也没有考虑无线网状网中节点能配置多个射频的情况。无线网卡成本降低和无线网状网对网络带宽的需求促使无线网状网的路由节点像有线网络的路由器一祥配置多个网络接ロ，使得多射频无线网状网开始广泛应用，因此在多射频多信道无线网状网中研究机会路由成为近年备受关注的领域。
[0007]大多数机会路由的选路集中在单信道无线网状网下，主要依赖于期望任意次数(EAX)或期望任意传输时间(EATT)作为路由指标。期望任意次数(EAX)考虑了多个候选节点为传输所做的贡献，源节点到目的节点的EAX是源节点所有候选节点的EAX按优先级权重之和。这样的机会路由指标比ETX能找到更多适合的候选节点充分发挥机会路由的能力，更进ー步提升网络吞吐量。期望任意传输时间(Expected Anypath TransmissionTime, EATT)。考虑信道自身的带宽特点，通过计算源节点到目的节点可能经过的所有路径需要的期望传输时间，来进行机会路由选择。链路的期望传输时间ETT是链路的ETX与包大小和带宽倒数的之积，这样使用信道的实际时间被考虑。按照EAX类似的思路，把单路径的期望传输时间ETT扩展到机会传输下就得到考虑多路径的EATT。但它们没有考虑多射频多信道环境下信道对路由选择产生的影响。
[0008]目前存在一些多信道网络中机会路由的研究。但它们都在给定路由基础上进行信道选择，这些路由一般都是通过上述単射频环境下的路由指标计算得到。只有MCExOR解决了单射频多信道环境下机会路由如何选择候选节点的问题。首先每个节点被指定唯一的主信道，主信道用于别的节点与当前节点通信，只有当发送节点和接收节点都处在接收节点主信道上时，才能正确通信。分配的标准是选用邻居中最少选择的信道。在单射频下，主信道分配也就形成了网络分区，同一分区中节点的主信道相同。MCExOR就是在所有的分区中，为发送节点选择最好的分区，也就是使用该分区中节点的主信道来发送数据包。但无法处理多射频多信道下的机会路由选路问题。
[0009]传统路由下的已经提出一些多信道路由指标WCETT、SM和MIC来进行多信道选路。ETX和ETT都没有考虑业务流之内的干扰，WCETT可以减低同一信道上传输业务流路径上节点的数量。WCETT惩罚使用多次相同信道的路径，但相同信道也不会带来干扰。SIM缩小惩罚范围为整个路径变成干扰路段。MIC设计来支持路由的负载平衡，同时考虑流内和流间的干扰。
[0010]这些多信道路由指标没有考虑机会路由的多个候选节点的特点不适合机会路由，而且无法使用高效的路由算法进行计算。因此，亟需解决多射频多信道无线网状网机会路由选路问题。
【发明内容】
[0011]本发明所要解决的技术问题是，针对多射频多信道场景下，现有单信道机会路由指标没有充分利用信道资源来減少干扰，传统路由的多信道路由指标包含了信道信息，但没有利用多用户分集不适合机会路由的不足，提供一种多射频多信道无线网网状网信道感知的机会路由方法。
[0012]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:ー种多射频多信道无线网网状网信道感知的机会路由方法，该方法为:[0013]I)将多射频多信道无线网状网对应成ー个无向图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；
[0014]2)将所述无向图中任意节点i在所有信道下的多信道期望任意传输时间MEATTwi和最小多信道期望任意传输时间MEATTi设为无穷大，FpFwi和Ti设为空；目的节点在所有信道下的最小多信道期望任意传输时间MEATTd设为零，S设为空，Q设为V ;其中，Fwi为节点i的候选节点集あ为节点i在所有信道下的最小多信道期望任意传输时间对应的候选节点集；S表示已经找到的路径的节点集；Q为用于存储还没有找到路径的节点i ' G V-S的队列Ji表示节点i要传输数据到目的节点d所使用的信道；i e V ;
[0015]3)判断Q是否为空，若否，则进入步骤4);否则，结束；
[0016]4)选定并去除Q中最小多信道期望任意传输时间最小的节点j ;
[0017]5)对于所述无向图的每一条边(i，j) G E，检查每一个信道k G K ；
[0018]6)如果MEATTwi大于节点j的多信道期望任意传输时间MEATTj,则将节点j和节点i的候选节点集Fwi设为临时候选节点集J，利用公式
【权利要求】
1.一种多射频多信道无线网网状网信道感知的机会路由方法，其特征在于，该方法为: 1)将多射频多信道无线网状网对应成ー个无向图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； 2)将所述无向图中任意节点i在所有信道下的多信道期望任意传输时间MEATTwi和最小多信道期望任意传输时间MEATTi设为无穷大，FpFwi和Ti设为空；目的节点在所有信道下的最小多信道期望任意传输时间MEATTd设为零，S设为空，Q设为V ;其中，Fwi为节点i的候选节点集あ为节点i在所有信道下的最小多信道期望任意传输时间对应的候选节点集；S表示已经找到的路径的节点集；Q为用于存储还没有找到路径的节点i' G V-S的队列Ji表示节点i要传输数据到目的节点d所使用的信道； 3)判断Q是否为空，若否，则进入步骤4);否则，结束； 4)选定并去除Q中最小多信道期望任意传输时间最小的节点j； 5)对于所述无向图的每一条边(i，j)G E，检查每一个信道k G K; 6)如果MEATTwi大于节点j的多信道期望任意传输时间MEATIr则将节点j和节点i的候选节点集Fwi设为临时候选节点集J，利用公式
【文档编号】H04W40/02GK103607744SQ201310646069
【公开日】2014年2月26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, 乔宏, 张继 申请人:湖南大学