一种多尺度多权重链路质量评估的路由方法
【专利摘要】本发明涉及一种多尺度多权重链路质量评估的路由方法。采用随机过程理论对链路质量与路径质量进行数学建模，将链路的稳定性作为路由选路的准则，形成了基于稳定链路的稳定路由策略。针对移动自组网中语音网络通信的具体应用需求，提出了多尺度评测链路质量指标集和链路综合评价指标，既减少了方案设计的复杂度又节约了节点有限的计算资源。同时本发明引入基于时间序列分析的卡尔曼滤波方法对样本进行预处理，形成了比较完备的链路稳定性计算和预测机制。另外本发明还引入权重层级划分与权重轮换机制，使得路由协议性能在闭环条件下实现稳态优化，提高了多尺度链路稳定模型的实用性和适应性。
【专利说明】一种多尺度多权重链路质量评估的路由方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种多尺度多权重链路质量评估的路由方法。
【背景技术】
[0002] 随着各个行业的发展，移动自组织网络正得到越来越广泛的应用。实时音视频 业务在移动自组织网络应用领域的重要性不言而喻，很多行业都需要使用该业务，包括军 用侦查无人机，警用移动终端等应用都涉及其中，因而实时音视频业务在移动自组织网络 的应用是一个应用较为广泛的范畴。但是由于移动自组织网络技术缺乏QoS(Qualityof Service，服务质量）支持，多媒体业务应用受到较多限制，存在很多问题，直接影响了实时 多媒体业务的进一步发展。在移动自组网中，如何合理、有效的利用网络资源，提高数据传 输性能，进而为各种业务提供服务质量保障，即在移动自组网中提供QoS支持成为焦点。移 动自组网QoS保障对协议栈各组件设计提出了相应的要求，路由层则体现为QoS路由问题， 其首要任务就是在源节点和目的节点之间寻找一条高可靠路径。
[0003] 移动自组网中每个节点兼有终端和路由的功能，不在彼此无线信号覆盖范围内的 节点之间的通信需要借助中间节点转发完成，参与数据传输的相邻节点之间的链路共同组 成了从源节点到目的节点的路径。这种方式提高了网络数据传输的灵活性，同时也带来了 许多问题。比如，当中间节点的电池电量耗尽或移动超出了其邻节点的无线信号传输范围， 则与此节点相关的链路就会中断，从而造成从源节点到目的节点的路径失效，导致数据包 丢失或传输延迟等问题。从直观上看，链路的稳定性关系到路由选择的路径是否稳定，链路 越稳定，则链路形成的路径越可靠，因此，选择高质量链路是实现路由可靠性的前提条件。 目前国内外针对链路质量评估的研究开展了许多工作，综合分析各种链路评价方案，目前 链路评价方案存在以下缺陷：
[0004] (1)样本空间（即影响链路质量的参数）存在耦合性，评估结果与实际有偏差；
[0005] (2)针对特定拓扑环境，可扩展性差；
[0006] (3)简单将路径质量与链路质量的关系等价为最小链路质量的定性分析，给需要 定量计算的路由选择带来不便；
【发明内容】
[0007] 要解决的技术问题
[0008] 为了解决无线自组织网络在实际应用中语音、视频等多媒体业务中存在的服务质 量（QoS)问题，针对传统的路由协议不能够很好的处理链路质量的可靠性问题这一情况， 提出了一种多尺度多权重链路质量评估的路由方法。
[0009] 技术方案
[0010] 一种多尺度多权重链路质量评估的路由方法，其特征在于步骤如下：
[0011] 步骤1 :源节点使用全向天线向周边发送邻居探测信息报文和接收邻居节点发送 过来的邻居探测信息报文；
[0012] 步骤2 :根据节点间交换的邻居探测信息报文，收集一跳或两跳邻居信息，由收到 邻居节点信息报文的多少计算出节点的网络密度：
【权利要求】
1. 一种多尺度多权重链路质量评估的路由方法，其特征在于步骤如下： 步骤1 :源节点使用全向天线向周边发送邻居探测信息报文和接收邻居节点发送过来 的邻居探测信息报文； 步骤2:根据节点间交换的邻居探测信息报文，收集一跳或两跳邻居信息，由收到邻居 节点信息报文的多少计算出节点的网络密度：
Network_scale表示网络的节点总数，Neighbor_Num表示节点的邻居个数； 步骤3 :使用累积参数法计算邻节点的信号强度值： Scumj = α Scumj+(l-α )Sj SjR表当前时刻采集到的信号强度值，Sc^代表该时刻上一时刻的累积信号强度，α为亲和参数； 步骤4 :由操作系统统计节点CPU使用率，由下式计算报文队列的空闲率：
Qftee表示报文队列的空闲率，Iength表示报文队列的总长度，queued_length表示已经 占用的报文队列长度； 步骤5 :将步骤2-4得到的节点的网络密度、邻节点的信号强度值、节点CPU使用率和 报文队列的空闲率分别代入结合时间序列分析的Kalman滤波模型中对链路状态向量进行 滤波和预测： 步骤a:根据链路状态向量的时间序列计算各链路状态的回归参数τpΦυ.，」= 1，2, 3,，确定状态转移方程中的状态转移矩阵A和水平向量β，计算量测误差阵Rk : 步骤b:依据Kalman滤波模型进行状态向量k时刻的滤波和k+Ι时刻的预测： 滤波实现过程： 时间更新：
量测更新：
预测实现过程： 时间更新：
量测更新：
Qk为k时刻的过程噪声方差阵；Qk+1为k+1时刻的过程噪声方差阵；xk为k时刻的最优 线性估计；Xlrt为k-Ι时刻的最优线性估计；Xkllrl为k-Ι时刻推出k时刻的最优线性估计； xk+1|k为k时刻推出k+Ι时刻的最优线性估计；Pk为k时刻的基于卡尔曼滤波的状态协方差 估计；Plrt为k-Ι时刻的基于卡尔曼滤波的状态协方差估计；Pkllrl为k-Ι时刻推出k时刻的 基于卡尔曼滤波的状态协方差估计；Pklk为k时刻最优结果；Pk+1|k为k时刻推出k+Ι时刻的 基于卡尔曼滤波的状态协方差估计；Kk为k时刻的增益矩阵；Kk+1为k+Ι时刻的增益矩阵； zk为k时刻的测量值；zk+1为k+Ι时刻的测量值； 步骤c:将k时刻的信号强度滤波值（ml，k)和信号强度预测值（ml，k+Ι)与阈值（ml，t)进行比较：若t)时，将ml与除ml之外的由网络密度、邻节点的信号强度值、节 点CPU使用率和报文队列的空闲率得到的指标（m2,m3,m4，m5)进行综合权重置加，并计算 出综合评价输出值M;若ml〈 = (ml，t)时，则直接判定链路质量为坏； 步骤d:将综合评价输出值M与总体阈值Mt进行比较，若M>Mt，则判定链路质量好；若M〈 =Mt,则判定链路质量坏。
2. 根据权利要求1所述的一种多尺度多权重链路质量评估的路由方法，其特征在于所 述的α< 〇. 5。
3. 根据权利要求1所述的一种多尺度多权重链路质量评估的路由方法，其特征在于所 述的阈值（ml，t)为0.8。
【文档编号】H04L12/24GK104468192SQ201410625631
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年11月6日
【发明者】洪亮, 张璐, 孙建华, 刘项, 陈新博, 陈旿 申请人:西北工业大学