基于優(yōu)先級(jí)的雙路徑路由無線準(zhǔn)入控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，特別涉及一種基于優(yōu)先級(jí)的雙路徑路由無 線準(zhǔn)入控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 準(zhǔn)入控制分為兩種，一種是路由相關(guān)的，另一種是路由無關(guān)的。路由無 關(guān)的準(zhǔn)入控制已經(jīng)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 關(guān)的準(zhǔn)入控制可能要優(yōu)于路由無關(guān)的，所以，路由相關(guān)的準(zhǔn)入控制CACP (Contention-aware Admission Control Protocol)被提出，不過，它們的路由都是基于單條路徑的。平行多 路徑路由是將數(shù)據(jù)流分配到多條節(jié)點(diǎn)不重合的路徑上，相比單路徑路由，它能提供更加穩(wěn) 定的服務(wù)質(zhì)量（QoS)以及更好的負(fù)載均衡。A0DVM(Ad Hoc Distance Vector Routing Multipath Protocol) n MSR(Multipath Source Routing) n MP-DSR(Multi-Path Dynamic Source Routing)等多路徑路由算法都已經(jīng)被提出。
[0003] 目前，路由相關(guān)的準(zhǔn)入控制大多數(shù)都是基于單路徑的且都是不基于優(yōu)先級(jí)的。在 WMN(Wireless Municipal Area Network)網(wǎng)絡(luò)中，多路徑路由通常使用兩條不相交的路徑 來用于路由數(shù)據(jù)包，為了更好地支撐智慧道路系統(tǒng)中的應(yīng)用，本文提出了一種基于優(yōu)先級(jí) 的雙路徑路由準(zhǔn)入控制機(jī)制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是針對(duì)路由相關(guān)的無線網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)入控制優(yōu)化的問題，提出了一種基于優(yōu)先級(jí) 的雙路徑路由無線準(zhǔn)入控制方法，來克服單路徑路由可能會(huì)遇到擁塞的缺點(diǎn)，并且將數(shù)據(jù) 包的優(yōu)先級(jí)考慮在內(nèi)來支持智慧道路的無線網(wǎng)絡(luò)。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于優(yōu)先級(jí)的雙路徑路由無線準(zhǔn)入控制方法，具體包 括如下步驟：
[0006] 1)網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)定期地發(fā)送數(shù)據(jù)包來交換和采集本地和鄰居節(jié)點(diǎn)的信息，請(qǐng) 求的數(shù)據(jù)流被分為不同的優(yōu)先級(jí)，計(jì)算基于優(yōu)先級(jí)的可用帶寬：
[0007] 每個(gè)優(yōu)先級(jí)配一個(gè)此優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)流的帶寬預(yù)留總和TBRi，TBRi是優(yōu)先級(jí)i下所有 數(shù)據(jù)流帶寬預(yù)留的總和，每個(gè)優(yōu)先級(jí)有一個(gè)表格來記錄每一個(gè)預(yù)留數(shù)據(jù)流的信息，在節(jié)點(diǎn)X 中，計(jì)算優(yōu)先級(jí)為i的數(shù)據(jù)流的可用帶寬
[0008] 2)路由發(fā)現(xiàn)：源節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建一個(gè)路由請(qǐng)求RREQ數(shù)據(jù)包，RREQ數(shù)據(jù)包經(jīng)過每個(gè)節(jié)點(diǎn)， 都與本地記錄進(jìn)行對(duì)比，沒有記錄的，增加基于該數(shù)據(jù)流優(yōu)先級(jí)的可用帶寬信息，如不能增 加將此數(shù)據(jù)包丟棄，RREQ數(shù)據(jù)包到達(dá)終節(jié)點(diǎn)時(shí)，包括了從源節(jié)點(diǎn)到終節(jié)點(diǎn)整條路徑的所有 信息；
[0009] 3)路徑選擇及速率分配：
[0010] 每個(gè)路徑找出最小剩余帶寬，作為瓶頸節(jié)點(diǎn)的剩余帶寬，找出最優(yōu)的兩條路徑 RBPl、RBP]，兩條路徑的剩余帶寬都大于等于零，且兩條路徑分配的速率民、R,不僅要大于零 而且兩個(gè)速率相加為請(qǐng)求準(zhǔn)入數(shù)據(jù)流的帶寬需求速率Rraq，然后取兩條剩余帶寬較大者作 為兩條路徑共同的帶寬計(jì)算分配的速率R ;
[0011] 4)路由返回和準(zhǔn)入控制：
[0012] 當(dāng)最優(yōu)的兩條路由路徑和分配的速率求出后，終節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)送兩個(gè)分別攜帶兩條路 徑信息的RREP數(shù)據(jù)包，并且將它們按原路送回源節(jié)點(diǎn)，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到RREP數(shù)據(jù)包后，進(jìn) 行準(zhǔn)入控制，一共分三種情況：
[0013] 首先是第X個(gè)節(jié)點(diǎn)的剩余帶寬￥大于等于零的情況，予以準(zhǔn)入；
[0014] 第二種情況是第X個(gè)節(jié)點(diǎn)的剩余帶寬疋小于零，而基于優(yōu)先級(jí)的可用帶寬（^),+ 大于等于零，此時(shí)，節(jié)點(diǎn)X釋放部分低于優(yōu)先級(jí)i的數(shù)據(jù)流的帶寬，以滿足這個(gè)數(shù)據(jù)流的請(qǐng) 求帶寬，然后予以準(zhǔn)入；
[0015] 第三種情況是基于優(yōu)先級(jí)的可用帶寬（盡小于零，不予準(zhǔn)入；
[0016] 如果準(zhǔn)入控制算法判斷出請(qǐng)求數(shù)據(jù)流可以被予以準(zhǔn)入的話，就對(duì)此節(jié)點(diǎn)以及它載 波監(jiān)聽范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行資源預(yù)留，如果不予準(zhǔn)入的話，就從候選路徑中再選出最優(yōu)的 兩條來進(jìn)行路由返回及準(zhǔn)入控制，直到?jīng)]有候選路徑符合要求為止。
[0017] 所述步驟1)中優(yōu)先級(jí)為i的數(shù)據(jù)流的可用帶寬的計(jì)算公式如下：
[0019] 忍^是是節(jié)點(diǎn)X的剩余帶寬，
是所有比優(yōu)先級(jí)為i的數(shù)據(jù)流的優(yōu)先級(jí)小的 數(shù)據(jù)流占用帶寬之和。
[0020] 所述步驟4)中基于優(yōu)先級(jí)的可用帶寬(盡：》大于等于零時(shí)進(jìn)行釋放數(shù)據(jù)流的順序 為：首先是先釋放優(yōu)先級(jí)最低的數(shù)據(jù)流，同一優(yōu)先級(jí)的話，遵循盡可能少地影響數(shù)據(jù)流的原 貝1J，即先釋放占用帶寬大的數(shù)據(jù)流的帶寬，如果數(shù)據(jù)流的占用帶寬相同的話，先釋放預(yù)留資 源晚的數(shù)據(jù)流。
[0021] 本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明基于優(yōu)先級(jí)的雙路徑路由無線準(zhǔn)入控制方法，通 過路由與準(zhǔn)入控制相結(jié)合，更好地提高了準(zhǔn)入控制的效率，同時(shí)將傳統(tǒng)的單路徑路由準(zhǔn)入 控制擴(kuò)展成雙路徑路由準(zhǔn)入控制，更好地實(shí)現(xiàn)了負(fù)載均衡和提供更好的服務(wù)質(zhì)量（QoS)。通 過與傳統(tǒng)的單路徑路由準(zhǔn)入控制和雙路徑路由算法進(jìn)行比較，可以看出本發(fā)明之基于優(yōu)先 級(jí)的雙路徑路由準(zhǔn)入控制技術(shù)在吞吐量、時(shí)延和抖動(dòng)方面都表現(xiàn)出色，同時(shí)優(yōu)先保障了高 優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)包的帶寬。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明計(jì)算基于優(yōu)先級(jí)的可用帶寬所用到的優(yōu)先級(jí)帶寬預(yù)留索引表示意 圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明提出的準(zhǔn)入控制方法實(shí)現(xiàn)的一個(gè)簡(jiǎn)單示例圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] -種基于優(yōu)先級(jí)的雙路徑路由無線準(zhǔn)入控制方法，分析了每個(gè)節(jié)點(diǎn)基于優(yōu)先級(jí)的 可用帶寬，并將可用帶寬通過路徑請(qǐng)求數(shù)據(jù)包傳輸?shù)浇K節(jié)點(diǎn)，在收到所有候選路徑后，選出 最優(yōu)的兩條來滿足數(shù)據(jù)流的帶寬請(qǐng)求。最后，終節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由返回，通過對(duì)本節(jié)點(diǎn)以及其周 圍節(jié)點(diǎn)的剩余帶寬以及可用帶寬（基于優(yōu)先級(jí)）的預(yù)測(cè)來進(jìn)行準(zhǔn)入控制，以此來保證優(yōu)先 級(jí)高的數(shù)據(jù)流可以被優(yōu)先準(zhǔn)入來保證其帶寬。
[0025] 在本發(fā)明的準(zhǔn)入控制中，請(qǐng)求的數(shù)據(jù)流被分為不同的優(yōu)先級(jí)，并且引入了一個(gè)新 的帶寬估算算法來估算節(jié)點(diǎn)的剩余帶寬和基于優(yōu)先級(jí)的可用帶寬，利用這些參數(shù)來進(jìn)行準(zhǔn) 入控制，當(dāng)節(jié)點(diǎn)的剩余帶寬不能滿足請(qǐng)求數(shù)據(jù)流的帶寬需求，而基于優(yōu)先級(jí)的可用帶寬可 以滿足時(shí)，我們提出了釋放數(shù)據(jù)流算法來計(jì)算釋放哪些低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)流的帶寬以滿足請(qǐng)求 數(shù)據(jù)流的帶寬需求。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該準(zhǔn)入控制機(jī)制與基于單路徑的準(zhǔn)入控制算法相 比，有更高的吞吐量，更低的延遲和更低的抖動(dòng)，保障了高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)流的帶寬需求。
[0026] 本發(fā)明提出的準(zhǔn)入控制是和路由相耦合的，所以，整個(gè)準(zhǔn)入控制的過程包括三個(gè) 步驟：首先，智慧道路無線網(wǎng)絡(luò)的初始化，智慧道路無線網(wǎng)絡(luò)的初始化是指網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié) 點(diǎn)都會(huì)定期地發(fā)送數(shù)據(jù)包來交換和采集本地和鄰居節(jié)點(diǎn)的信息，這樣一來，本地的拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)就可以被采集到并且被記錄下來；接著，進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)，找到最優(yōu)的兩條路徑；最后是路 由返回，進(jìn)行準(zhǔn)入控制。
[0027] 由于在智慧道路的無線網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)流都有不同的優(yōu)先級(jí)，所以，優(yōu)先級(jí)高的數(shù)據(jù) 流應(yīng)當(dāng)被優(yōu)先準(zhǔn)入，如果，在一個(gè)特定的節(jié)點(diǎn)，有低優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)流已經(jīng)被準(zhǔn)入且剩余帶寬 已經(jīng)不能滿足高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)流的情況下，低優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)流應(yīng)當(dāng)從準(zhǔn)入的隊(duì)列中剔除，釋 放出其占有的帶寬來優(yōu)先滿足高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)流。所以，在同一節(jié)點(diǎn)，不同優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)流 擁有不同的可用帶寬，對(duì)于高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)流來說，節(jié)點(diǎn)的可用帶寬是節(jié)點(diǎn)目前的剩余帶 寬加上低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)流預(yù)留的帶寬。
[0028] 本發(fā)明基于優(yōu)先級(jí)的雙路徑路由無線準(zhǔn)入控制方法中具體每步采用的方法如 下：
[0029] 1、計(jì)算基于優(yōu)先級(jí)的可用帶寬：
[0030] 為了方便計(jì)算某一個(gè)優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)流的可用帶寬總和，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)基于優(yōu)先級(jí) 的帶寬預(yù)留索引表如圖1所示：每個(gè)優(yōu)先級(jí)都會(huì)有一個(gè)此優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)流的帶寬預(yù)留總和 TBRi (Total Bandwidth Reseration)，是優(yōu)先級(jí)i下所有數(shù)據(jù)流帶寬預(yù)留的總和，每個(gè)優(yōu)先 級(jí)都會(huì)有一個(gè)表格來記錄每一個(gè)預(yù)留數(shù)據(jù)流的信息，以便為后面的準(zhǔn)入控制做準(zhǔn)備。在節(jié) 點(diǎn)X中，優(yōu)先級(jí)為i的數(shù)據(jù)流的可用帶寬（€),的計(jì)算公式如下：
[0032] ^是節(jié)點(diǎn)X的剩余帶寬，是所有比優(yōu)先級(jí)為i的數(shù)據(jù)流的優(yōu)先級(jí)小的數(shù) 據(jù)流占用帶寬之和。
[0033] 2、路由發(fā)現(xiàn)的步驟如下：
[0034] 1)源節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建一個(gè)RREQ (Route Request)的數(shù)據(jù)包并將它廣播到所有的鄰居節(jié) 點(diǎn)，這個(gè)RREQ數(shù)據(jù)包包含一個(gè)數(shù)據(jù)包ID，用于唯一識(shí)別每個(gè)RREQ數(shù)據(jù)包。
[0035] 2)當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到這個(gè)RREQ數(shù)據(jù)包后，首先，將這個(gè)數(shù)據(jù)包的ID與本地的記錄作 對(duì)比，如果在記錄中，沒有找到這個(gè)ID相應(yīng)的記錄，那么，將這個(gè)RREQ數(shù)據(jù)包的ID記錄下 來，并且在這個(gè)數(shù)據(jù)包中加入該節(jié)點(diǎn)以及它的帶寬信息，其中包括該節(jié)點(diǎn)的剩余帶寬信息 以及基于該數(shù)據(jù)流優(yōu)先級(jí)的可用帶寬信息；否則，就把這個(gè)數(shù)據(jù)包直接丟棄。當(dāng)這個(gè)RREQ