基于优先级的双路径路由无线准入控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种计算机无线网络协议，特别涉及一种基于优先级的双路径路由无 线准入控制方法。
【背景技术】
[0002] 准入控制分为两种，一种是路由相关的，另一种是路由无关的。路由无 关的准入控制已经提出很多，如：SWAN(Stateless Wireless Ad Hoc Networks)、 MPARC(Multi_Priority Admission and Rate Control)。但是，之前的研究表明：路由相 关的准入控制可能要优于路由无关的，所以，路由相关的准入控制CACP (Contention-aware Admission Control Protocol)被提出，不过，它们的路由都是基于单条路径的。平行多 路径路由是将数据流分配到多条节点不重合的路径上，相比单路径路由，它能提供更加稳 定的服务质量（QoS)以及更好的负载均衡。A0DVM(Ad Hoc Distance Vector Routing Multipath Protocol) n MSR(Multipath Source Routing) n MP-DSR(Multi-Path Dynamic Source Routing)等多路径路由算法都已经被提出。
[0003] 目前，路由相关的准入控制大多数都是基于单路径的且都是不基于优先级的。在 WMN(Wireless Municipal Area Network)网络中，多路径路由通常使用两条不相交的路径 来用于路由数据包，为了更好地支撑智慧道路系统中的应用，本文提出了一种基于优先级 的双路径路由准入控制机制。
【发明内容】
[0004] 本发明是针对路由相关的无线网络准入控制优化的问题，提出了一种基于优先级 的双路径路由无线准入控制方法，来克服单路径路由可能会遇到拥塞的缺点，并且将数据 包的优先级考虑在内来支持智慧道路的无线网络。
[0005] 本发明的技术方案为：一种基于优先级的双路径路由无线准入控制方法，具体包 括如下步骤：
[0006] 1)网络中的所有节点定期地发送数据包来交换和采集本地和邻居节点的信息，请 求的数据流被分为不同的优先级，计算基于优先级的可用带宽：
[0007] 每个优先级配一个此优先级数据流的带宽预留总和TBRi，TBRi是优先级i下所有 数据流带宽预留的总和，每个优先级有一个表格来记录每一个预留数据流的信息，在节点X 中，计算优先级为i的数据流的可用带宽
[0008] 2)路由发现：源节点创建一个路由请求RREQ数据包，RREQ数据包经过每个节点， 都与本地记录进行对比，没有记录的，增加基于该数据流优先级的可用带宽信息，如不能增 加将此数据包丢弃，RREQ数据包到达终节点时，包括了从源节点到终节点整条路径的所有 信息；
[0009] 3)路径选择及速率分配：
[0010] 每个路径找出最小剩余带宽，作为瓶颈节点的剩余带宽，找出最优的两条路径 RBPl、RBP]，两条路径的剩余带宽都大于等于零，且两条路径分配的速率民、R,不仅要大于零 而且两个速率相加为请求准入数据流的带宽需求速率Rraq，然后取两条剩余带宽较大者作 为两条路径共同的带宽计算分配的速率R ;
[0011] 4)路由返回和准入控制：
[0012] 当最优的两条路由路径和分配的速率求出后，终节点会发送两个分别携带两条路 径信息的RREP数据包，并且将它们按原路送回源节点，当一个节点收到RREP数据包后，进 行准入控制，一共分三种情况：
[0013] 首先是第X个节点的剩余带宽￥大于等于零的情况，予以准入；
[0014] 第二种情况是第X个节点的剩余带宽疋小于零，而基于优先级的可用带宽（^),+ 大于等于零，此时，节点X释放部分低于优先级i的数据流的带宽，以满足这个数据流的请 求带宽，然后予以准入；
[0015] 第三种情况是基于优先级的可用带宽（尽小于零，不予准入；
[0016] 如果准入控制算法判断出请求数据流可以被予以准入的话，就对此节点以及它载 波监听范围内的节点都进行资源预留，如果不予准入的话，就从候选路径中再选出最优的 两条来进行路由返回及准入控制，直到没有候选路径符合要求为止。
[0017] 所述步骤1)中优先级为i的数据流的可用带宽的计算公式如下：
[0019] 忍^是是节点X的剩余带宽，
是所有比优先级为i的数据流的优先级小的 数据流占用带宽之和。
[0020] 所述步骤4)中基于优先级的可用带宽(尽：》大于等于零时进行释放数据流的顺序 为：首先是先释放优先级最低的数据流，同一优先级的话，遵循尽可能少地影响数据流的原 贝1J，即先释放占用带宽大的数据流的带宽，如果数据流的占用带宽相同的话，先释放预留资 源晚的数据流。
[0021] 本发明的有益效果在于：本发明基于优先级的双路径路由无线准入控制方法，通 过路由与准入控制相结合，更好地提高了准入控制的效率，同时将传统的单路径路由准入 控制扩展成双路径路由准入控制，更好地实现了负载均衡和提供更好的服务质量（QoS)。通 过与传统的单路径路由准入控制和双路径路由算法进行比较，可以看出本发明之基于优先 级的双路径路由准入控制技术在吞吐量、时延和抖动方面都表现出色，同时优先保障了高 优先级数据包的带宽。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明计算基于优先级的可用带宽所用到的优先级带宽预留索引表示意 图；
[0023] 图2为本发明提出的准入控制方法实现的一个简单示例图。
【具体实施方式】
[0024] -种基于优先级的双路径路由无线准入控制方法，分析了每个节点基于优先级的 可用带宽，并将可用带宽通过路径请求数据包传输到终节点，在收到所有候选路径后，选出 最优的两条来满足数据流的带宽请求。最后，终节点进行路由返回，通过对本节点以及其周 围节点的剩余带宽以及可用带宽（基于优先级）的预测来进行准入控制，以此来保证优先 级高的数据流可以被优先准入来保证其带宽。
[0025] 在本发明的准入控制中，请求的数据流被分为不同的优先级，并且引入了一个新 的带宽估算算法来估算节点的剩余带宽和基于优先级的可用带宽，利用这些参数来进行准 入控制，当节点的剩余带宽不能满足请求数据流的带宽需求，而基于优先级的可用带宽可 以满足时，我们提出了释放数据流算法来计算释放哪些低优先级数据流的带宽以满足请求 数据流的带宽需求。仿真实验结果表明：该准入控制机制与基于单路径的准入控制算法相 比，有更高的吞吐量，更低的延迟和更低的抖动，保障了高优先级数据流的带宽需求。
[0026] 本发明提出的准入控制是和路由相耦合的，所以，整个准入控制的过程包括三个 步骤：首先，智慧道路无线网络的初始化，智慧道路无线网络的初始化是指网络中的所有节 点都会定期地发送数据包来交换和采集本地和邻居节点的信息，这样一来，本地的拓扑结 构就可以被采集到并且被记录下来；接着，进行路由发现，找到最优的两条路径；最后是路 由返回，进行准入控制。
[0027] 由于在智慧道路的无线网络中，数据流都有不同的优先级，所以，优先级高的数据 流应当被优先准入，如果，在一个特定的节点，有低优先级的数据流已经被准入且剩余带宽 已经不能满足高优先级数据流的情况下，低优先级的数据流应当从准入的队列中剔除，释 放出其占有的带宽来优先满足高优先级的数据流。所以，在同一节点，不同优先级的数据流 拥有不同的可用带宽，对于高优先级的数据流来说，节点的可用带宽是节点目前的剩余带 宽加上低优先级数据流预留的带宽。
[0028] 本发明基于优先级的双路径路由无线准入控制方法中具体每步采用的方法如 下：
[0029] 1、计算基于优先级的可用带宽：
[0030] 为了方便计算某一个优先级数据流的可用带宽总和，我们设计了一个基于优先级 的带宽预留索引表如图1所示：每个优先级都会有一个此优先级数据流的带宽预留总和 TBRi (Total Bandwidth Reseration)，是优先级i下所有数据流带宽预留的总和，每个优先 级都会有一个表格来记录每一个预留数据流的信息，以便为后面的准入控制做准备。在节 点X中，优先级为i的数据流的可用带宽（€),的计算公式如下：
[0032] ^是节点X的剩余带宽，是所有比优先级为i的数据流的优先级小的数 据流占用带宽之和。
[0033] 2、路由发现的步骤如下：
[0034] 1)源节点创建一个RREQ (Route Request)的数据包并将它广播到所有的邻居节 点，这个RREQ数据包包含一个数据包ID，用于唯一识别每个RREQ数据包。
[0035] 2)当一个节点收到这个RREQ数据包后，首先，将这个数据包的ID与本地的记录作 对比，如果在记录中，没有找到这个ID相应的记录，那么，将这个RREQ数据包的ID记录下 来，并且在这个数据包中加入该节点以及它的带宽信息，其中包括该节点的剩余带宽信息 以及基于该数据流优先级的可用带宽信息；否则，就把这个数据包直接丢弃。当这个RREQ