一种无线网络中联合机会路由选择和信道分配的方法
【专利摘要】本发明公开了一种无线网络中联合机会路由选择和信道分配的方法，初始化时平均分配链路容量，根据容量感知的路由指标进行路由选择，计算确定路由后的预期负载；将预期负载作为信道分配的目标，使分配的信道能尽量满足预期负载，计算信道分配产生的容量；再将容量作为路由选择的输入，根据分配的容量进行路由选择，如此迭代调整路由选择和信道分配，直到选择和分配结果满足业务流的发送带宽需求。实验结果表明，与已知路由再进行公共和传统信道分配的方式相比，本发明的方法将无线网络的汇聚吞吐量分别提高了44%和15.5%，延时分别降低了12.7%和21.3%。
【专利说明】一种无线网络中联合机会路由选择和信道分配的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线网络中的路由选择和信道分配技术，特别是一种联合机会路由选择和信道分配的方法。
【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]机会路由在单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样配置多个网络接口，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]目前在多信道网络中机会路由的研究要不是在已知信道分配下进行机会路由候选节点的选择，要不就是已知路由选择对路由上的节点进行信道的分配。但实际上路由选择和信道分配是相互影响的，信道分配方案会影响路由候选节点的选择，工作在不同信道的射频不能一起工作；同时，候选节点选择也会影响干扰关系，从而影响信道分配方案。对于只知道源节点和目的节点的情况下，路由的选择和信道分配需要联合解决。在联合机会路由选择和信道分配的算法设计上，因为两者是相互依赖的，如果改变信道分配，必然引起路由选择的变化，所以如何在设计两者之间的交互是急需解决的关键问题。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题是，针对上述现有技术不足，提供一种无线网络中联合机会路由选择和信道分配的方法。
[0009]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种无线网络中联合机会路由选择和信道分配的方法，该方法为:
[0010]I)初始化链路容量:设无线网络中所有链路的负载相等，平均分配链路的容量；
[0011]2)容量感知的机会路由选择:根据链路的容量，使用容量感知指标作为路由指标，从源节点开始依次选择容量感知指标最小的节点，直到选择到目的节点结束；所选择的节点和链路构成源节点到目的节点的子图；其中所述容量感知指标C0RM(s，d)的计算公式如下:
【权利要求】
1.一种无线网络中联合机会路由选择和信道分配的方法，其特征在于，该方法为: 1)初始化链路容量:设无线网络中所有链路的负载相等，平均分配链路的容量； 2)容量感知的机会路由选择:根据链路的容量，使用容量感知指标作为路由指标，从源节点开始依次选择容量感知指标最小的节点，直到选择到目的节点结束；所选择的节点和链路构成源节点到目的节点的子图；其中所述容量感知指标CORM(s，d)的计算公式如下:
2.根据权利要求1所述的无线网络中联合机会路由选择和信道分配的方法，其特征在于，所述步骤4)中，设需要分配信道的链路对应的节点分别为nodel和node2，每个节点的射频个数为2个，无线网络中正交信道的数量为q，负载感知的信道分配按以下三种情况执行: 1)如果nodel和node2被分配的信道数目小于它们的射频数目，则从所有信道中选择最小干扰度的信道分配给所述需要分配信道的链路； 2)如果nodel和node2中其中一个节点被分配的信道数目等于该节点的射频数目，但另一个节点被分配的信道数目小于其射频数目，则从分配给被分配的信道数目等于节点的射频数目的节点的信道中选择一个最小干扰度的信道分配给所述需要分配信道的链路； 3)如果nodel和node2被分配的信道数目等于它们的射频数目，且如果nodel和node2有公共信道，则从公共信道中选择一个最小干扰度的信道分配给所述需要分配信道的链路；如果没有公共信道，则从其中一个节点选择一个信道分配给所述需要分配信道的链路，从另一个节点选择另一个信道分配给所述需要分配信道的链路，并将这两个信道合并，且被合并的两个信道的干扰度之和最小，同时在nodel和node2这两个节点上，将分配了所述两个信道的链路转到合并后的信道上。
【文档编号】H04W72/04GK103607745SQ201310648772
【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, 张继, 乔宏 申请人:湖南大学