无线自组网中基于信道分配的路由方法、装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种无线自组网中基于信道分配的路由方法、装置，所述方法包括：节点对于待发送的RREQ报文，对于本节点的功信组集合中的每对功信组，在该对功信组中的功率、信道的基础上，针对本节点的每个相邻节点，根据本节点使用该对功信组中的功率时的干扰节点集、本节点与该相邻节点之间的、该对功信组中的信道的延时和占用情况，计算出本节点在该对功信组条件下到该相邻节点的路由单跳度量值；之后，节点将最大路由单跳度量值所对应的相邻节点作为下一跳节点，并根据最大路由单跳度量值所对应的功信组中的功率、信道向下一跳节点发送RREQ报文。应用本发明的方法可以减少路由端到端延时，提高节点吞吐率并降低功耗。
【专利说明】无线自组网中基于信道分配的路由方法、装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线传输领域，尤其涉及一种无线自组网中基于信道分配的路由方 法、装置。
【背景技术】
[0002] 路由方法是无线自组网（或称多信道多射频无线自组织网络）中关键技术之一。 无线自组网中的路由方法，不仅具有普通网络路由方法确定源节点到目的节点数据传输路 径的特点，也具有在路径选择过程中进行功率控制和信道选择的特点。这使得普通网络的 路由协议无法直接应用到无线自组网中，因此对于无线自组网，需要结合其自身特点来研 究相应的路由方法。
[0003] 对于无线自组网已经提出了很多路由方法，这些方法根据关注的网络性能，选取 不同的网络参数和权值，构建路由度量（Metric)，选择需要的路由。而且这些方法主要是结 合信道分配的路由方法研究。目前，结合信道分配的路由方法主要有如下两种：
[0004] 一种是将信道分配和路由设计视为两个相互独立的阶段。这种方式进一步可以划 分为先进行信道分配，并在此基础进行路由选择，或者先选择路由，根据由此产生的流量分 布分配合适的信道。但是该种方法的不足在于现实中一般是难以事先获知业务需求的。例 如，JTCR(联合拓扑控制和路由）算法实现了分布式的联合优化，其核心思想是通过任意路 由协议寻找到路由后，将路由上的各个节点以ECATM为度量进行局部的调整，即尝试不同 的局部路由、发射功率和信道。当一个节点检测到某一路由上负载过重，发起协商过程，进 而引起相关路径上的路由维护过程。当网络负载较严重或业务流较多时，会引起频繁的协 商过程。而且该方法只能在原有路由协议上有所改善，但还是没能真正发挥出多信道环境 下结合功率控制的路由协议的优势。
[0005] 另一种是将信道分配和路由选择进行联合设计。也就是，通过线性规划（LP)等数 学建模方法，来寻找联合信道分配和路由选择问题的最优解。但是该种方法计算复杂度过 高，难以在较短的时间内获取分配方案，导致路由端到端延时较大，进而造成无线自组网的 吞吐率较低、且功耗较大。
[0006] 综上所述，有必要提供一种可以减少路由端到端延时的无线自组网中的路由方 法，从而提高网络吞吐率，并降低功耗。
【发明内容】
[0007] 针对上述现有技术存在的缺陷，本发明实施例提供了 一种无线自组网中基于信道 分配的路由方法、装置，用以减少路由端到端延时，提高网络吞吐率，并降低功耗。
[0008] 本发明实施例提供了一种无线自组网中基于信道分配的路由方法，包括：
[0009] 节点对于待发送的路由请求RREQ报文，针对本节点的每个相邻节点，计算该相邻 节点的路由单跳度量值：
[0010] 对于本节点的功信组集合中的每对功信组，在该对功信组中的功率、信道的基础 上，对于本节点的每个相邻节点，根据本节点使用所述功率时的干扰节点集、本节点与该相 邻节点之间的所述信道的延时和占用情况，计算出本节点在该对功信组条件下到该相邻节 点的路由单跳度量值；
[0011] 之后，所述节点将最大路由单跳度量值所对应的相邻节点作为下一跳节点；并根 据最大路由单跳度量值所对应的功信组中的功率、信道向所述下一跳节点发送所述RREQ 报文。
[0012] 较佳地，所述根据本节点使用所述功率时的干扰节点集、本节点与该相邻节点之 间的所述信道的延时和占用情况，计算出本节点在该对功信组条件下到该相邻节点的路由 单跳度量值，具体包括：
[0013] 记本节点为节点k、该相邻节点为节点η、该对功信组中的功率和信道分别为功率 Ρ和信道c，根据如下公式1-1或公式1-2计算出本节点k在该对功信组条件下到该相邻节 点η的路由单跳度量
【权利要求】
1. 一种无线自组网中基于信道分配的路由方法，其特征在于，包括： 节点对于待发送的路由请求RREQ报文，针对本节点的每个相邻节点，计算该相邻节点 的路由单跳度量值： 对于本节点的功信组集合中的每对功信组，在该对功信组中的功率、信道的基础上，对 于本节点的每个相邻节点，根据本节点使用所述功率时的干扰节点集、本节点与该相邻节 点之间的所述信道的延时和占用情况，计算出本节点在该对功信组条件下到该相邻节点的 路由单跳度量值； 之后，所述节点将最大路由单跳度量值所对应的相邻节点作为下一跳节点；并根据最 大路由单跳度量值所对应的功信组中的功率、信道向所述下一跳节点发送所述RREQ报文。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据本节点使用所述功率时的干扰节 点集、本节点与该相邻节点之间的所述信道的延时和占用情况，计算出本节点在该对功信 组条件下到该相邻节点的路由单跳度量值，具体包括： 记本节点为节点k、该相邻节点为节点η、该对功信组中的功率和信道分别为功率p和 信道c，根据如下公式1-1或公式1-2计算出本节点k在该对功信组条件下到该相邻节点η 的路由单跳度量值心:
其中，公式1-1中，表示节点k到节点η使用信道c和功率p时的单跳干扰；<表 示节点η使用信道c时的信道射频表示节点k到节点η使用信道c时的传输延时； α表示设定的参数； 公式1-2中，％表示节点k到节点η使用信道c时的衰落增益值；R表示节点k到节 点i使用信道C时的衰落增益值；;T丨为二进制变量，节点i使用信道c时值为1，否则值为 〇 ; G表示节点k使用功率p时的干扰节点集；λ为权值常量；P为发射功率；当节点n还 有空闲射频，ν η为节点η的射频占用率；乂为二进制变量，节点η已经将信道c分配给其 他业务时值为1，否则值为0 为历史窗口的大小；S为发送的分组大小；Β表示链路带宽； 1为链路丢包率；WAETTm为前一时刻的加权平均期望传输时间；WAETT m为当前时刻的加权 平均期望传输时间。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述节点为源节点。
4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述根据最大路由单跳度量值所对应的 功信组中的功率、信道向所述下一跳节点发送所述RREQ报文后，还包括： 若所述下一跳节点为所述RREQ报文的目的节点，则判定所述RREQ报文是否为首次接 收的RREQ报文； 若是，则直接回复路由回复RREP报文； 否则，计算出所述RREQ报文的整体路由路径的路由度量值后；若判断计算出的路由度 量值高于之前接收的、与所述RREQ报文属同一路由任务的RREQ报文的路由度量值，则回复 RREP报文；否则，丢弃所述RREQ报文。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述与所述RREQ报文属同一路由任务的 RREQ报文，具体为源节点的IP地址和路由报文广播序列号分别与所述RREQ报文的源节点 的IP地址和路由报文广播序列号相同的RREQ报文；以及 所述判定所述RREQ报文是否为首次接收的RREQ报文，具体包括： 所述目的节点从所述RREQ报文中解析出的源节点的IP地址和路由报文广播序列号， 若解析出的源节点的IP地址与之前接收的任一 RREQ报文的源节点的IP地址不同，则确定 所述RREQ报文为首次接收的RREQ报文；否则： 从之前接收的RREQ报文中选取出源节点的IP地址与解析出的源节点的IP地址相同 的RREQ报文后，进一步判断选取出的RREQ报文中的路由报文广播序列号均与解析出的路 由报文广播序列号不同，则确定所述RREQ报文为首次接收的RREQ报文。
6. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述节点为所述RREQ报文的中间节点；以 及 在所述节点对于待发送的RREQ报文，针对本节点的每个相邻节点，计算该相邻节点的 路由单跳度量值之前，还包括： 所述中间节点查找路由表中是否存储有本节点到所述RREQ报文的目的节点的路由； 若是，则直接回复RREP报文；否则，若判定所述RREQ报文满足转发条件，则： 将计算出的所述RREQ报文的当前的路由干扰和信道射频占用的乘积，以及路由延时 写入到所述RREQ报文的路由信息域中；并将本节点到各相邻节点的单跳干扰和信道射频 占用的乘积，以及单跳延时写入到所述RREQ报文的单跳信息域中。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述转发条件具体为：所述RREQ报文为首 次接收的RREQ报文，或者所述RREQ报文的路由度量值高于之前接收的RREQ报文的路由度 量值。
8. -种无线自组网中基于信道分配的路由装置，其特征在于，包括： 路由单跳度量计算模块，用于对于待发送的RREQ报文，针对本节点的每个相邻节点， 计算该相邻节点的路由单跳度量值：对于本节点的功信组集合中的每对功信组，在该对功 信组中的功率、信道的基础上，对于本节点的每个相邻节点，根据本节点使用所述功率时的 干扰节点集、本节点与该相邻节点之间的所述信道的延时和占用情况，计算出本节点该对 功信组条件下到该相邻节点的路由单跳度量值； 节点选择模块，用于从所述路由单跳度量计算模块计算出的路由单跳度量值中选择出 最大路由单跳度量值；并将最大路由单跳度量值所对应的相邻节点作为下一跳节点；并根 据最大路由单跳度量值所对应的功信组中的功率、信道向所述下一跳节点发送所述RREQ 报文。
9. 如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括： 节点判断模块，用于接收到所述RREQ报文后，若根据所述RREQ报文中的目的节点IP 地址判断出本节点为所述RREQ报文的目的节点，则输出目的节点判断通知；否则，输出中 间节点判断通知； 路由表查找模块，用于接收到所述节点判断模块输出的中间节点判断通知后，查找路 由表中是否存储有本节点到所述RREQ报文的目的节点的路由；若是，则直接回复RREP报 文；否则，若判定所述RREQ报文满足转发条件，则：将计算出的所述RREQ报文的当前的路 由干扰和信道射频占用的乘积，以及路由延时写入到所述RREQ报文的路由信息域中，将本 节点到各相邻节点的单跳干扰和信道射频占用的乘积，以及单跳延时写入到所述RREQ报 文的单跳信息域后，发送RREQ报文转发通知；以及 所述路由单跳度量计算模块具体用于在接收到所述路由表查找模块输出的RREQ报文 转发通知后，对于所述RREQ报文，针对本节点的每个相邻节点，计算该相邻节点的路由单 跳度量值。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括： 报文回复模块，用于接收到所述节点判断模块输出的目的节点判断通知后，根据从所 述RREQ报文中解析出的源节点的IP地址和路由报文广播序列号，判定所述RREQ报文是否 为首次接收的RREQ报文；若是，则直接回复RREP报文；否则，计算出所述RREQ报文的整体 路由路径的路由度量值后；若判断计算出的路由度量值高于之前接收的、与所述RREQ报文 属同一路由任务的RREQ报文的路由度量值则回复RREP报文；否则，丢弃所述RREQ报文。
【文档编号】H04W40/10GK104053208SQ201410300254
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】刘元安, 刘凯明, 杨阳, 黄琦, 范媛媛, 付昊, 刘伟材, 谢刚, 刘芳 申请人:北京邮电大学