专利名称：：一种用于无线mesh网络的多速率机会路由方法
技术领域：
：本发明属于一种无线网络通信
技术领域：
的路由方法，特别是一种用于无线mesh网络的多速率机会主义路由方法，利用节点转发概率推导出任意路径期望传输数，在此基础上设计转发节点的选择方法，并通过自适应方式进行多速率调制的路由方法。
背景技术：
：移动通信的迅速发展更是使人们的生活发生了翻天覆地的变化，成为网络服务的一大亮点。常见的移动网络通常是以蜂窝网络或无线局域网等形式出现的。在蜂窝网络中，移动终端之间的通信必须借助于基站和(或)移动交换机的转接完成；在无线局域网中，移动终端通过无线接入点连接到现有的固定网络。与此同时，蓝牙、家庭无线网等移动通信新技术也纷纷涌现。这些移动网络和无线通信技术是对固定有线网络的补充和发展，它们需要固定基础设施的支持，并且一般采用集中式的控制方式。但在某些特殊环境或紧急情况下，有中心的移动通信技术并不能胜任。比如，战场上部队快速展开和推进、发生地震等自然灾害后的搜索和营救、野外科考等。因此在以上场合中迫切需要一种不依赖基础设施能够快速和灵活配置的移动通信网络技术，Adhoc网络的出现满足了这种需求。Adhoc网络是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的一个多跳临时性自治系统，移动终端具有路由功能，可以通过无线连接构成任意的网络拓扑，这种网络可以独立工作，也可以与Internet或蜂窝无线网络连接。在后一种情况中，Adhoc网络通常是以末端子网(树桩网络)的形式接入现有网络。考虑到带宽和功率的限制，MANET—般不适于作为中间传输网络，它只允许产生于或目的地是网络内部节点的信息进出，而不让其它信息穿越本网络，从而大大减少了与现存Internet互操作的路由开销。Adhoc网络中，每个移动终端兼备路由器和主机两种功能作为主机，终端需要运行面向用户的应用程序；作为路由器，终端需要运行相应的路由方法，根据路由策略和路由表参与分组转发和路由维护工作。在Adhoc网络中，节点间的路由通常由多跳组成，由于终端的无线传输范围有限，两个无法直接通信的终端节点往往要通过多个中间节点的转发来实现通信。多跳无线mesh网络成为近年来的一个研究热点，其中路由算法的设计是最重要的问题。目前，绝大多数传统的无线网络路由方法继承有线网路由方法的思想，试图在源与目的之间找到一条或多条最好的路径，并且只选择一个邻居节点作为数据转发节点，经典的无线网络路由方法，比如DSR，A0DV，LQSR等都属于此类。相比于有线信道，无线信道具有不可靠、多变、丢包率高的特点，经典无线路由方法只有一个后继节点，因此容易导致分组重传或触发路由重建。因此，如何充分利用无线信道的特点提高传输成功率、提高信道资源利用率成为一个焦点问题。
发明内容本发明的目的是提供一种利用机会转发并支持多速率，旨在充分利用无线信号的广播特性与空间分集的路由方法，能够解决无线信道的高丢包率问题，提供较高的端到端吞吐量，能够提供稳定的路由连接。本发明的具体步骤是第一步骤节点获取网络拓扑信息包含η个节点的无线网络G=IuiI1彡i彡η}，Ui表示第i个节点。无线节点周期性相互发送探针包，探针包中包含本节点在过去发送M个探针包期间所收到的邻居节点送达的探针包数量。节点每发送M个探针包计算一次节点间投递率，这里用《表示节点Ui到节点~的分组投递率。节点在发送及接收探针包的过程中同时确定邻接关系。邻居节点间的分组投递率信息通过链路状态信息包(包含节点间分组投递率)进行泛洪扩散。通过扩散链路状态信息，网络中的所有无线节点将获得全网链路状况信息，即任意两个节点间的分组投递率，由分组投递率组成转发矩阵D。D=权利要求一种用于无线mesh网络的多速率机会主义路由方法，其具体步骤是第一步骤节点获取网络拓扑信息包含n个节点的无线网络G＝{ui|1≤i≤n}，ui表示第i个节点，网络建立初期，无线节点周期性相互发送探针包，探针包中包含本节点在过去发送M个探针包期间所收到的邻居节点送达的探针包数量。节点每发送M个探针包，计算一次节点间投递率，邻居节点间的分组投递率信息通过链路状态信息包(包含节点间分组投递率)进行泛洪扩散。通过扩散链路状态信息，网络中的所有无线节点将获得全网链路状况信息，即任意两个节点间的分组投递率。第二步骤选择转发节点组成初始转发列表通过扩散链路状态信息，每个节点均获取了整个网络的链路状态信息，即存储了全部的分组投递率，这里用表示节点ui到节点uj的分组投递率。以为基础，各节点开始计算节点间的距离度量——任意路径传输数AETX(AnypathExpectedTransmissionNumber)，并以此选择转发节点。任意传输数AETX的表达式为<mrow><msub><mi>AETX</mi><mrow><mi>s</mi><mo>,</mo><msub><mi>u</mi><mn>0</mn></msub><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>,</mo><msub><mi>u</mi><mrow><mi>M</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></msub><mo>,</mo><mi>d</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>M</mi></munderover><msubsup><mi>p</mi><mi>s</mi><msub><mi>u</mi><mi>k</mi></msub></msubsup><mo>·</mo><msub><mi>AETX</mi><mrow><msub><mi>u</mi><mi>k</mi></msub><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>,</mo><msub><mi>u</mi><mi>M</mi></msub><mo>,</mo><mi>d</mi></mrow></msub></mrow><mrow><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><mi>M</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow></munderover><msubsup><mi>p</mi><mi>s</mi><msub><mi>u</mi><mi>k</mi></msub></msubsup></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mtext>1</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>其中，<mrow><msubsup><mi>p</mi><msub><mi>u</mi><mi>i</mi></msub><msub><mi>u</mi><mi>j</mi></msub></msubsup><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msubsup><mi>d</mi><mi>i</mi><mi>j</mi></msubsup><munder><mi>Π</mi><mrow><mi>m</mi><mo>></mo><mi>j</mi></mrow></munder><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><msubsup><mi>d</mi><mi>i</mi><mi>m</mi></msubsup><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mo>∀</mo><mi>i</mi><mo>≤</mo><mi>j</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mo>∀</mo><mi>i</mi><mo>></mo><mi>j</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>公式(2)中m＞j表示节点um的优先级大于节点uj的优先级，该公式表示节点ui发送的数据包被节点uj收到，而更高优先级节点没收到的概率。对于给定的源目的节点对(s，d)，由其转发节点组成的节点集合称为转发列表，记为根据转发节点到目的节点的AETX大小对转发节点进行排序，到目的节点的AETX更小的节点设置更高的优先级，即在转发数据时能够优先转发。第三步骤对转发列表进行筛选利用ETX(期望传输数)获得一条源节点与目的节点间的最短路径，最短路径的节点集合为B＝{s＝uL，…，u1，d}，s为源节点，d为目的节点，中间节点ui的下标越小，与目的节点之间的ETX越小。根据与目的节点d之间的ETX由小到大的顺序遍历最短路径各节点，对每个中间节点ui的邻居u∈N(ui)，N(ui)表示节点ui的邻居节点集合，如果并且则把u放入集合Ω中，集合Ω表示筛选后的转发节点集合，将u从中删除。遍历所有最短路径节点后，即得到筛选转发列表集合Ω。第四步骤数据发送经过第三步骤得到源目的节点对(s，d)之间的转发列表，源节点s开始向目的节点d发送数据。中间节点收到数据包后首先根据包中的转发列表字段检查自己是否在转发列表内，如果不在其中，则直接丢弃；如果在其中，则根据自己在表中的优先级退避一定的时间转发数据包并发送ACK应答，应答帧中包含该节点所知的收到同一数据包的最高优先级节点ID。第i个转发节点的退避时间为(M+1i)TACK，M表示转发节点个数，退避时间期间如果得知更高优先级节点收到同一个数据包，则丢弃该包，否则退避时间计时完成则转发该数据包。第五步骤进行自适应速率调整目的节点向源节点发送端到端接收数据计数应答帧实现对速率的自适应调整。目的节点周期性向源节点回复端到端应答，端到端应答中包含上一个时间周期中收到的包数。源节点设置最小发送速率，发送节点收到端到端应答包后检查目的节点在前一个周期收到的包数，据此自适应调节发送速率。FSA00000271150500011.tif,FSA00000271150500012.tif,FSA00000271150500015.tif,FSA00000271150500016.tif,FSA00000271150500021.tif,FSA00000271150500022.tif2.根据权利要求1所述的一种利用机会转发的多速率无线mesh网络路由方法，其特征在于在所述节点获取网络拓扑信息的步骤1中，节点在发送及接收探针包的过程中同时确定邻接关系。3.根据权利要求1所述的一种利用机会转发的多速率无线mesh网络路由方法，其特征在于在所述节点获取网络拓扑信息的步骤1中，链路状态信息包通过序号确定新旧程度，节点收到之前已经收到的链路状态信息包则直接丢弃不进行转发。4.根据权利要求1所述的一种利用机会转发的多速率无线mesh网络路由方法，其特征在于在所述节点获取网络拓扑信息的步骤1中，节点周期性泛洪扩散链路状态信息包。5.根据权利要求1所述的一种利用机会转发的多速率无线mesh网络路由方法，其特征在于在所述选择转发节点组成转发列表的步骤2中，新节点加入转发列表必须满足条件IETXs,u-,uu+l,d>IETXu^,Uk,-,uM+l406.根据权利要求1所述的一种利用机会转发的多速率无线mesh网络路由方法，其特征在于在所述数据发送的步骤4中，源节点将转发列表写入数据包包头进行发送，源节点收到任一转发节点回复的ACK应答则开始发送下一个数据包。7.根据权利要求1所述的一种利用机会转发的多速率无线mesh网络路由方法，其特征在于在所述进行多速率自适应切换的步骤5中，目的节点在上一个时间周期内收到的包数如果小于最小发送速率，则将当前发送速率设为最小发送速率。8.根据权利要求1所述的一种利用机会转发的多速率无线mesh网络路由方法，其特征在于在所述进行多速率自适应切换的步骤5中，目的节点在上一个时间周期收到的包数如果大于最小发送速率，则增大当前发送速率一定的增量。全文摘要本发明提供了一种利用无线广播特性进行机会主义转发的多速率无线mesh网络路由方法，节点发送数据后，选择多个节点作为转发节点。网络建立初期，节点间通过探针包获得直连链路投递率，并建立邻接关系。通过链路状态信息包交换链路信息建立全网邻接矩阵。利用节点转发概率分析系统模型，推导出适用于存在任意条路径的情况下的度量(综合传输数)，在综合传输数的基础上制定转发节点选择策略与转发策略。使用最点路径算法选出一条主路径，比源节点更靠近目的节点的节点可被选入转发列表，通过一定的筛选规则将转发节点限制在主路径附近。规定离目的节点最近的转发节点具有最高的转发优先级，离目的节点距离越远，转发级别越低。目的节点通过一定规则向源节点发送端到端应答，告知源节点自己收到的包数，源节点根据这个数据自适应调节发送速率。文档编号H04L1/16GK101945432SQ20101028259公开日2011年1月12日申请日期2010年9月16日优先权日2010年9月16日发明者刘元安,刘凯明,唐碧华,李莉,谢刚,赵传强,高锦春,黎淑兰申请人:北京邮电大学