專利名稱：一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路徑選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，尤其涉及一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路徑選擇方法。
背景技術(shù)：
無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)(WMN， wireless mesh network)是新型的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)，不同于傳統(tǒng)的 無線網(wǎng)絡(luò)，可以看成是WLAN和Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的融合，也是移動Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的一種特殊形態(tài)， 它既繼承了 Adhoc網(wǎng)絡(luò)本身的特點，如，具有自配置，自組織與自管理等特點，又具有其內(nèi) 在的特殊性，如，不同類型的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有不同的移動性，MR —般具有很小的移動性，而 MC則可為固定節(jié)點或移動節(jié)點，在設(shè)計WMN路由時可以弱化移動性的影響；WMN節(jié)點 的主要業(yè)務(wù)是來自于因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的業(yè)務(wù)，而Ad hoc網(wǎng)絡(luò)主要業(yè)務(wù)是任意一對節(jié)點之間的業(yè)務(wù) 流。由于WMN的特殊性，在設(shè)計WMN路由協(xié)議時，可以充分利用其特殊性?？紤]到干擾 沖突，通信距離等因素的影響，跳數(shù)最小的路徑可能吞吐率，誤碼率等性能比較差，而不能 成為最優(yōu)選擇；另外，節(jié)點通過路由協(xié)議共享資源，因此WMN必須滿足負載均衡這一要求; 在路由發(fā)生中斷時，要盡快完成路由重建，以避免服務(wù)中斷；此外，大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)建立路徑時 將花很長時間，使端對端時延變大，路徑一旦建立起來，由于路徑發(fā)生變化又需要消耗很大 的網(wǎng)絡(luò)資源進行路由重建。由上可知，路由選擇的優(yōu)劣直接影響到網(wǎng)絡(luò)的性能，現(xiàn)有技術(shù)中，有各種無線路由協(xié)議， 可以選用性能最佳的路由，如根據(jù)測得的網(wǎng)絡(luò)性能來決定最佳路由，然而，現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)現(xiàn) 拓撲和尋找路由的方式仍然比較簡單，不能很好地結(jié)合業(yè)務(wù)內(nèi)容及考慮最小化網(wǎng)絡(luò)資源消耗。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于提供一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路由選擇方法，考慮到了業(yè)務(wù)內(nèi)容， 一定程度 上實現(xiàn)了質(zhì)量保證，且在此基礎(chǔ)上盡可能地減少網(wǎng)絡(luò)資源消耗，結(jié)合了WMN的特殊性，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。為解決上述問題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路徑選擇方法，所述無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)包括無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，通過無 線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行數(shù)據(jù)交換，其特征在于首先，所述無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)節(jié)點獲取并存儲無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)路徑信息和對應(yīng)的路徑信息性能 參數(shù)及路徑剩余寬帶估計值；其次，當無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)發(fā)起業(yè)務(wù)請求時，所述的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)節(jié)點調(diào)用路徑信息，性能 質(zhì)量參數(shù)和剩余寬帶估計值，根據(jù)業(yè)務(wù)質(zhì)量要求綜合考慮實時性、帶寬和傳輸質(zhì)量因素選擇 匹配的路徑；如果對應(yīng)單一路徑，則直接轉(zhuǎn)發(fā)出去；如果對應(yīng)多條可選路徑，則査找事先存儲的動態(tài)路徑緩存表，選擇之前采用的對應(yīng)源宿 之間相同業(yè)務(wù)的路徑傳輸數(shù)據(jù)；如果動態(tài)路徑緩存表中沒有存儲對應(yīng)源宿之間相同業(yè)務(wù)的路 徑，則通過ICMP報文或其它專業(yè)報文探測待選路徑的傳輸延遲時間，并在動態(tài)路徑緩存表 中創(chuàng)建新的表項，將源宿之間該業(yè)務(wù)的最佳路徑記錄下來，并同時通過該路徑傳輸數(shù)據(jù)。進一步地，所述路徑性能參數(shù)包括下述各個因素或者任意組合誤碼率，跳數(shù)，延遲， 抖動，傳輸速率，信號質(zhì)量，信號強度。進一步地，所述業(yè)務(wù)質(zhì)量要求主要包括下述各個因素語音業(yè)務(wù)要求較高的實時性，并 且要求帶寬保證；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)要求較低的誤碼率。進一步地，如果業(yè)務(wù)請求為語音業(yè)務(wù)，確保帶寬和誤碼率、抖動在可接受范圍內(nèi)的情況 下選擇跳數(shù)最小的路徑；進一步地，當請求業(yè)務(wù)為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時，確保帶寬的情況下再依次考慮誤碼率、跳數(shù)、鏈 路傳輸速率；進一步地，對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可優(yōu)先考慮帶寬小但夠用的路徑，以保存更大的帶寬留做其 它業(yè)務(wù)用；進一步地，所述剩余帶寬估計值是通過偵聽信道估測的，或者通過Hello消息獲取占用 信道帶寬的鄰居節(jié)點的帶寬使用情況來估測。進一步地，所述創(chuàng)建的表項設(shè)置了老化時間所述創(chuàng)建的表項到達老化時間后開始失效， 并在規(guī)定時間內(nèi)更新。進一步地，如果所述創(chuàng)建的表項沒有在規(guī)定的時間內(nèi)得到更新，則從動態(tài)緩存表中刪除 該表項。進一步地，動態(tài)路徑緩存表包括下述字段源地址、目的地址、下一跳路由、業(yè)務(wù)類型、 老化時間、更新期限。本發(fā)明的有益效果是,針對不同網(wǎng)絡(luò)要求的業(yè)務(wù)提供不同的路徑,并有效利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，且 實現(xiàn)無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的快速的轉(zhuǎn)發(fā)。


圖1是無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是根據(jù)本發(fā)明的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)路由選擇流程圖。 圖3是根據(jù)本發(fā)明的"hello"消息幀結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是根據(jù)本發(fā)明的動態(tài)路徑緩存表的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方案圖l是無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。其中網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)MGW是連接無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和外界 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，它上行通過有線或無線的接口連接外界網(wǎng)絡(luò)，下行通過無線方式連接無線 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，起到互連互通的作用，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)接入點MAP(Mesh Access Point)—邊與接入 終端通信， 一邊與其它MAP或MGW通信進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。圖2是根據(jù)本發(fā)明的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)路由選擇流程圖。首先，無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)節(jié)點獲取并存儲無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)路徑信息和對應(yīng)的路徑信息性能參數(shù) 及路徑剩余寬帶估計值。對于路徑信息的獲取，類似于Adhoc網(wǎng)絡(luò)，有可選的多種方法，對于相關(guān)路徑對應(yīng)的性 能參數(shù)，如誤碼率，跳數(shù)，延遲，抖動，傳輸速率，信號質(zhì)量，信號強度等則是在數(shù)據(jù)通信 過程中產(chǎn)生的統(tǒng)計值，反饋給相關(guān)的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，或者在路徑測試過程中產(chǎn)生的統(tǒng)計 值，并反饋給相關(guān)的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。對于路徑剩余寬帶估計值的獲取，有兩種方案， 一是基于反饋的方案，二是基于接入控 制方案。網(wǎng)絡(luò)中端對端的吞吐量是由路徑上各主機的瓶頸帶寬決定的，因此，端對端吞吐量 的估計簡化成了尋找該路徑中各主機的最小剩余帶寬。由于帶寬是被相鄰主機共享的，很難 確切得知其它主機的帶寬占用情況，有兩種方法可供估測 一是偵聽。這是很直接的方法， 因為每個主機都能夠偵聽信道跟蹤業(yè)務(wù)量狀態(tài)，可確定每秒鐘有多少可用的閑置帶寬， IEEE802.11MAC同時具有物理載波監(jiān)聽和虛擬載波監(jiān)聽的功能，虛擬載波監(jiān)聽是通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān) 聽矢量NAV完成的，具體可參考正EE802.11相關(guān)協(xié)議，上述功能可以用來確定信道的忙閑 時間。比如，NAV值小于當前時間(即當前帶寬沒有被分配)，接收和發(fā)送狀態(tài)都是空閑， 則MAC層認為信道是空閑的；當NAV剛設(shè)置了一個新值，或接收狀態(tài)從閑變?yōu)槊?，或發(fā)送狀態(tài)從閑變?yōu)槊Γ瑒tMAC層認為信道是忙碌的。用信道帶寬乘以閑時/ (忙時+閑時)再乘 以一個系數(shù)，即可得信道帶寬估計值。為什么要引入上述的系數(shù)，這是由正EE802.11的協(xié)議 本身特點所致，由于DIFS、 SIFS這些退避策略的存在，帶寬并不是非閑即忙的。另一種帶 寬估測的方法就是使用"hello"消息，這里借鑒了 AODV (ad hoc on-demand distance order) 協(xié)議，采用AODV協(xié)議中的"hello"消息記錄發(fā)送者及其一跳之遠的鄰居節(jié)點的帶寬使用情 況，每個主機根據(jù)收到的"hello"消息及頻率再用模式(一般兩跳之外可以再用同樣的頻率)， 就可以得出剩余帶寬的估計值。我們修改"hello"消息使其可以記錄鄰節(jié)點和鄰節(jié)點的鄰節(jié) 點所耗的帶寬及時間戳，如圖3所示。時間戳是為更新用的，以表明該"hello"消息的實時 性。當主機節(jié)點得知了最新的鄰節(jié)點和鄰節(jié)點的鄰節(jié)點所耗的帶寬，用信道帶寬減去上述二 者再除以一個系數(shù)，即得到剩余帶寬的估測值。之所以要除以一個系數(shù)，是因為考慮到RTS、 CTS及ACK等消息同樣消耗帶寬，故提供一個大致的系數(shù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中RTS、 CTS及 ACK的時長和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)速率等相關(guān)因素就可以估測一個值，本領(lǐng)域技術(shù)人員不難 做到。如果業(yè)務(wù)請求為語音業(yè)務(wù)，確保帶寬和誤碼率、抖動在可接受范圍內(nèi)的情況下選擇跳數(shù) 最小的路徑；當請求業(yè)務(wù)為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時，確保帶寬的情況下再依次考慮誤碼率、跳數(shù)、鏈路傳輸速率； 對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可優(yōu)先考慮帶寬小但夠用的路徑，以保存更大的帶寬留做其它業(yè)務(wù)用； 如果考慮的上述諸多因素仍然有多條路徑可供選擇，則查找事先存儲的動態(tài)路徑緩存表，選擇之前采用的對應(yīng)源宿之間相同業(yè)務(wù)的路徑傳輸數(shù)據(jù)；如果動態(tài)路徑緩存表中沒有存儲對應(yīng)源宿之間相同業(yè)務(wù)的路徑，則通過ICMP報文或其它專業(yè)報文探測待選路徑的傳輸延遲時間，并在動態(tài)路徑緩存表中創(chuàng)建新的表項，將源宿之間該業(yè)務(wù)的最佳路徑記錄下來，并同時通過該路徑傳輸數(shù)據(jù)。由于鏈路傳輸速率一定程度上也會反應(yīng)路徑的延遲，但它沒有記入節(jié)點處理時間等因素，因此不夠準確，因此這里引入了端對端的延遲時間。其中，動態(tài)路徑緩存表是在網(wǎng)絡(luò)通信過程中逐步建立的，緩存表中所創(chuàng)建的表項均設(shè)置了老化時間，所述創(chuàng)建的表項到達老化時間后開始失效，并在規(guī)定時間內(nèi)更新；如果所述創(chuàng)建的表項沒有在規(guī)定的時間內(nèi)得到更新，則從動態(tài)緩存表中刪除該表項。 動態(tài)路徑緩存表可以包括但不限于下述字段源地址、目的地址、下一跳路由、業(yè)務(wù)類型、老化時間、更新期限，如圖4所示。由于WMN節(jié)點的主要業(yè)務(wù)是來自于因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的業(yè)務(wù)，因此表項中的源地址或目的地址往往是固定的，即因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的地址，同時由于它是在網(wǎng)絡(luò)通信過程中逐步建立的，設(shè)有老化時間和更新期限，因此一般只保留經(jīng)常使用的路徑，因此所述動態(tài)路徑緩存表不需要非常大。此外，動態(tài)路徑緩存表的老化時間可以設(shè)置得比較長，如10分鐘，30分鐘等，這取決 于網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)繁忙程度， 一般在使用后才存在相應(yīng)表項，其實時性不如網(wǎng)絡(luò)節(jié)點獲取的路徑 信息和性能參數(shù)及剩余帶寬，因此僅作為輔助手段，主要作用是在不耗費過多網(wǎng)絡(luò)資源的情 況下為節(jié)點的路徑選擇提供參考。綜上，我們針對不同網(wǎng)絡(luò)要求的業(yè)務(wù)提供了不同的路徑,有效利用了網(wǎng)絡(luò)帶寬，且在動態(tài)路 徑緩存表的幫助下盡可能地實現(xiàn)了無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的快速的轉(zhuǎn)發(fā)。以上較佳實施例對本發(fā)明進 行說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。 這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā) 明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1，一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路徑選擇方法，所述無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)包括無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，通過無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行數(shù)據(jù)交換，其特征在于首先，所述無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)節(jié)點獲取并存儲無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)路徑信息和對應(yīng)的路徑信息性能參數(shù)及路徑剩余寬帶估計值；其次，當無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)發(fā)起業(yè)務(wù)請求時，所述的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)節(jié)點調(diào)用路徑信息，性能質(zhì)量參數(shù)和剩余寬帶估計值，根據(jù)業(yè)務(wù)質(zhì)量要求綜合考慮實時性、帶寬和傳輸質(zhì)量因素選擇匹配的路徑；如果對應(yīng)單一路徑，則直接轉(zhuǎn)發(fā)出去；如果對應(yīng)多條可選路徑，則查找事先存儲的動態(tài)路徑緩存表，選擇之前采用的對應(yīng)源宿之間相同業(yè)務(wù)的路徑傳輸數(shù)據(jù)；如果動態(tài)路徑緩存表中沒有存儲對應(yīng)源宿之間相同業(yè)務(wù)的路徑，則通過ICMP報文或其它專業(yè)報文探測待選路徑的傳輸延遲時間，并在動態(tài)路徑緩存表中創(chuàng)建新的表項，將源宿之間該業(yè)務(wù)的最佳路徑記錄下來，并同時通過該路徑傳輸數(shù)據(jù)。
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路徑選擇方法，所述路徑性能參數(shù)包括下述各 個因素或者任意組合誤碼率，跳數(shù)，延遲，抖動，傳輸速率，信號質(zhì)量，信號強度。
3，根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路徑選擇方法，所述業(yè)務(wù)質(zhì)量要求主要包括下 述各個因素語音業(yè)務(wù)要求較高的實時性，并且要求帶寬保證；數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)要求較低的誤碼率。
4，根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路徑選擇方法，如果業(yè)務(wù)請求為語音業(yè)務(wù)，確 保帶寬和誤碼率、抖動在可接受范圍內(nèi)的情況下選擇跳數(shù)最小的路徑；
5，根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路徑選擇方法，當請求業(yè)務(wù)為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時，確 保帶寬的情況下再依次考慮誤碼率、跳數(shù)、鏈路傳輸速率；
6，根據(jù)權(quán)利要求5所述的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路徑選擇方法，對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可優(yōu)先考慮帶 寬小但夠用的路徑，以保存更大的帶寬留做其它業(yè)務(wù)用；
7，根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路徑選擇方法，所述剩余帶寬估計值是通過偵 聽信道估測的，或者通過Hello消息獲取占用信道帶寬的鄰居節(jié)點的帶寬使用情況來估測。
8，根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路徑選擇方法，所述創(chuàng)建的表項設(shè)置了老化時 間，所述創(chuàng)建的表項到達老化時間后開始失效，并在規(guī)定時間內(nèi)更新。
9，根據(jù)權(quán)利要求8所述的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路徑選擇方法，如果所述創(chuàng)建的表項沒有在規(guī) 定的時間內(nèi)得到更新，則從動態(tài)緩存表中刪除該表項。
10，根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路徑選擇方法，動態(tài)路徑緩存表包括下述字 段源地址、目的地址、下一跳路由、業(yè)務(wù)類型、老化時間、更新期限。
全文摘要
本發(fā)明提出一種無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的路徑選擇方法，無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)節(jié)點獲取并存儲無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)路徑信息和對應(yīng)的路徑信息性能參數(shù)及路徑剩余寬帶估計值；當無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)發(fā)起業(yè)務(wù)請求時，所述的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)節(jié)點調(diào)用路徑信息，性能質(zhì)量參數(shù)和剩余寬帶估計值，根據(jù)業(yè)務(wù)質(zhì)量要求綜合考慮實時性、帶寬和傳輸質(zhì)量因素選擇匹配的路徑；并通過建立動態(tài)路徑緩存表減少路徑選擇時間，從而實現(xiàn)針對不同網(wǎng)絡(luò)要求的業(yè)務(wù)提供不同的路徑，并有效利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，且實現(xiàn)無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的快速的轉(zhuǎn)發(fā)。
文檔編號H04L12/56GK101217497SQ20081005643
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月18日
發(fā)明者雨 劉, 琳 張, 望育梅 申請人:北京郵電大學