專利名稱：：AdHoc網(wǎng)絡(luò)中鏈路穩(wěn)定性預(yù)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)(MANET)領(lǐng)域，具體涉及到對鏈路穩(wěn)定性的AdHoc網(wǎng)絡(luò)中鏈路穩(wěn)定性預(yù)測方法。
背景技術(shù)：
：移動AdHoc網(wǎng)絡(luò)是一種動態(tài)可重構(gòu)的無線網(wǎng)絡(luò)，每個節(jié)點同時充當(dāng)主機和路由器。作為主機，節(jié)點需要運行其自身的應(yīng)用；作為路由器，節(jié)點負(fù)責(zé)根據(jù)特定路由協(xié)議對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)發(fā)。AdHoc網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于災(zāi)害救援(如地震、火災(zāi))以及分布式協(xié)同運算等場口o在實際應(yīng)用中，由于一個節(jié)點經(jīng)常需要向多個節(jié)點發(fā)送相同的數(shù)據(jù)，因此組播路由協(xié)議應(yīng)運而生。然而，由于移動adhoc網(wǎng)絡(luò)具有諸如節(jié)點的隨機移動、有限的資源、不可靠的信道等特點，傳統(tǒng)的組播協(xié)議并不能很好地適應(yīng)于MANET網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。節(jié)點的隨機移動導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動態(tài)變化，增加了重新路由的頻率，進而影響了網(wǎng)絡(luò)性能。因此，需要一種對鏈路穩(wěn)定性的評估方法，并以此為評估指標(biāo)，在路由選路之時避開不穩(wěn)定的鏈路，這無疑會極大地提高網(wǎng)絡(luò)的整體性能。目前在adhoc領(lǐng)域中對鏈路穩(wěn)定性的研究并不多，大部分研究假定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是常量，僅僅對節(jié)點的移動性進行研究，如借助GPS對節(jié)點的位置及速度向量進行量化、利用統(tǒng)計學(xué)方法對節(jié)點移動行為建模并預(yù)測節(jié)點下一時刻的移動行為等。然而，在實際應(yīng)用中，并不是每個節(jié)點都有GPS模塊，而且GPS模塊在室內(nèi)環(huán)境中有很大的誤差，而統(tǒng)計學(xué)方法基于概率論對節(jié)點進行建模，有一定的局限性而且準(zhǔn)確性有待商榷。另外，在現(xiàn)有的研究中，無一例外，均是站在檢測節(jié)點的角度，對檢測節(jié)點與被測節(jié)點之間的鏈路進行評估，并沒有站在被測節(jié)點的角度對其所處的鏈路環(huán)境進行穩(wěn)定性評估，因此現(xiàn)有的鏈路穩(wěn)定性預(yù)測方法具有很大的局限性，效果并不理想。相應(yīng)的，以鏈路穩(wěn)定性作為路由標(biāo)準(zhǔn)的組播路由協(xié)議并不能很好地適應(yīng)高移動性、高干擾等不穩(wěn)定環(huán)境，因此，需要一種更合理的鏈路穩(wěn)定性評估方法以及相應(yīng)的組播路由協(xié)議來解決以上問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種AdHoc網(wǎng)絡(luò)中鏈路穩(wěn)定性預(yù)測方法，以解決adhoc網(wǎng)絡(luò)中因節(jié)點移動而導(dǎo)致的鏈路頻繁斷路、路由不穩(wěn)定的問題，提高網(wǎng)絡(luò)的性能(如增加包的投遞率、減小端對端延時等)以適應(yīng)聞移動性環(huán)境。為此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種AdHoc網(wǎng)絡(luò)中鏈路穩(wěn)定性預(yù)測方法，它通過對連續(xù)接收的信號強度取樣，以現(xiàn)實地逼近網(wǎng)絡(luò)的真實環(huán)境，針對檢測節(jié)點與被測節(jié)點，分別評估其所處環(huán)境的各條鏈路的穩(wěn)定性狀況，綜合考慮檢測節(jié)點與被測節(jié)點對，計算綜合穩(wěn)定性值，并以此作為穩(wěn)定性組播路由協(xié)議的選路標(biāo)準(zhǔn)，具體步驟為第一步，對鏈路直接穩(wěn)定性評估節(jié)點通過定時發(fā)送hello消息來維持鄰居關(guān)系，當(dāng)檢測節(jié)點收到其鄰居節(jié)點發(fā)送的hello消息時，檢測節(jié)點為每一個鄰居節(jié)點即被測節(jié)點維持一個接收信號強度即接收功率列表；第二步，鏈路間接穩(wěn)定性評估被測節(jié)點采用與第一步同樣的方法對其鄰居節(jié)點的穩(wěn)定性進行評估；由于該穩(wěn)定性旨在對被測節(jié)點所處環(huán)境進行評估，因此剔除移動性特別高的節(jié)點之后，對其他節(jié)點穩(wěn)定性取均值，均值越低，則被測節(jié)點所處的環(huán)境越穩(wěn)定，反之，環(huán)境越不穩(wěn)定；第三步，鏈路綜合穩(wěn)定性評估，即將鏈路的直接與間接穩(wěn)定性評估值采用加權(quán)求和的方法綜合計算；第四步，基于穩(wěn)定性的組播路由協(xié)議，基于穩(wěn)定性的組播路由協(xié)議以穩(wěn)定性作為選路標(biāo)準(zhǔn)。所述第一步中鏈路直接穩(wěn)定性評估值根據(jù)Friis自由空間傳播模型，接收功率Pkx與發(fā)送功率的比值Ptx與傳輸距離R的平方成反比，即權(quán)利要求1.ー種AdHoc網(wǎng)絡(luò)中鏈路穩(wěn)定性預(yù)測方法，它通過對連續(xù)接收的信號強度取樣，以現(xiàn)實地逼近網(wǎng)絡(luò)的真實環(huán)境，針對檢測節(jié)點與被測節(jié)點，分別評估其所處環(huán)境的各條鏈路的穩(wěn)定性狀況，綜合考慮檢測節(jié)點與被測節(jié)點對，計算綜合穩(wěn)定性值，并以此作為穩(wěn)定性組播路由協(xié)議的選路標(biāo)準(zhǔn)，其特征是，具體步驟為第一歩，對鏈路直接穩(wěn)定性評估節(jié)點通過定時發(fā)送hello消息來維持鄰居關(guān)系，當(dāng)檢測節(jié)點收到其鄰居節(jié)點發(fā)送的hello消息時，檢測節(jié)點為每ー個鄰居節(jié)點即被測節(jié)點維持一個接收信號強度即接收功率列表；第二步，鏈路間接穩(wěn)定性評估被測節(jié)點采用與第一步同樣的方法對其鄰居節(jié)點的穩(wěn)定性進行評估；由于該穩(wěn)定性旨在對被測節(jié)點所處環(huán)境進行評估，因此剔除移動性特別高的節(jié)點之后，對其他節(jié)點穩(wěn)定性取均值，均值越低，則被測節(jié)點所處的環(huán)境越穩(wěn)定，反之，環(huán)境越不穩(wěn)定；第三歩，鏈路綜合穩(wěn)定性評估，即將鏈路的直接與間接穩(wěn)定性評估值采用加權(quán)求和的方法綜合計算；第四步，基于穩(wěn)定性的組播路由協(xié)議，基于穩(wěn)定性的組播路由協(xié)議以穩(wěn)定性作為選路標(biāo)準(zhǔn)。2.如權(quán)利要求I所述的AdHoc網(wǎng)絡(luò)中鏈路穩(wěn)定性預(yù)測方法，其特征是，所述第一歩中鏈路直接穩(wěn)定性評估值根據(jù)Friis自由空間傳播模型，接收功率Pkx與發(fā)送功率的比值Ptx與傳輸距離R的平方成反比，即3.如權(quán)利要求I所述的AdHoc網(wǎng)絡(luò)中鏈路穩(wěn)定性預(yù)測方法，其特征是，所述第二步中鏈路間接穩(wěn)定性評估值假定被測節(jié)點X有n個鄰居(YpY2……Yn)，節(jié)點X對其鄰居節(jié)點Yk穩(wěn)定性評估值計算與第一步相同，即4.如權(quán)利要求I所述的AdHoc網(wǎng)絡(luò)中鏈路穩(wěn)定性預(yù)測方法，其特征是，所述第三步中評估檢測節(jié)點i與被測節(jié)點j間鏈路的綜合穩(wěn)定性Sij=w1*d_SiJ+w2>i<in_SJ(W^W2=I)被測節(jié)點j既充當(dāng)發(fā)送者又充當(dāng)接受者。5.如權(quán)利要求I所述的AdHoc網(wǎng)絡(luò)中鏈路穩(wěn)定性預(yù)測方法，其特征是，所述第四步中基于穩(wěn)定性的組播路由協(xié)議以穩(wěn)定性作為選路標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)節(jié)點產(chǎn)生路由請求消息時，在路由請求消息中附加一個特定的域以表征經(jīng)過的路徑的穩(wěn)定性評估值；一條路徑的穩(wěn)定性評估值等于所經(jīng)過的所有鏈路的穩(wěn)定性評估最大值，即一條路徑的穩(wěn)定性取決于最不穩(wěn)定的一段鏈路；當(dāng)節(jié)點收到路由回復(fù)消息時，從所有的路徑中選擇一條穩(wěn)定性評估值最小的路徑予以激活。6.如權(quán)利要求5所述的AdHoc網(wǎng)絡(luò)中鏈路穩(wěn)定性預(yù)測方法，其特征是，具體過程為A.組成員加入節(jié)點加入組播組需要經(jīng)過三個階段路由請求階段、路由回復(fù)階段和路由激活階段當(dāng)一個節(jié)點要加入組播組或者有消息向組播組發(fā)送，但其并不是組成員而且沒有通向組播樹的路由時，它發(fā)送一個RREQ消息；消息的目的地址域dest_addr是多播組的地址，而源地址source_addr是該節(jié)點自己的地址；在RREQ消息增加一個額外的Path_Stable域以記錄節(jié)點所經(jīng)過的路徑的穩(wěn)定性評估值；當(dāng)一個節(jié)點收到RREQ消息后，首先檢查是否已經(jīng)處理過相同的RREQ，若是則丟棄，否則根據(jù)以上提出的鏈路穩(wěn)定性評估方法計算上一跳鏈路的綜合穩(wěn)定值；然后將計算出來的穩(wěn)定值與RREQ中Path_Stable域比較，將Path_Stable域更新為二者中的較大值，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)該RREQ消息；如果一個節(jié)點是組播組成員或者有通向組播樹的路由，收到RREQ后，將該RREQ緩存一段時間，由于在這期間可能有同樣的RREQ消息自不同的路徑到達該節(jié)點，因此該節(jié)點選擇Path_Stable域最小的RREQ消息發(fā)送路由回復(fù)消息RREP；當(dāng)一個中間節(jié)點收到RREQ消息時，基于該RREP創(chuàng)建ー個多播路由表條目同時標(biāo)記該條目狀態(tài)為未激活即Activated_Flag未置位，同時更新其Path_Stable域,然后繼續(xù)沿著RREQ消息創(chuàng)建的反向路徑轉(zhuǎn)發(fā)RREP消息；一個節(jié)點可能收到多個RREP消息，但是它只對更新的即RREP序列號較大或者更穩(wěn)定的Path_Stable域較小RREP消息進行處理，其他的RREP消息簡單地丟棄；當(dāng)RREP消息到達源節(jié)點即請求加入組播組的節(jié)點時,源節(jié)點緩存一段時間，從收到的多個RREP消息中選擇ー個Path_Stable域最小的進行路由激活即MACT消息，即將在路由回復(fù)階段創(chuàng)建的路由條目狀態(tài)標(biāo)記為激活即ActivatecLFlag置位，其他未激活的路由條目由于超時而由相應(yīng)節(jié)點刪除；B.組成員離開當(dāng)ー個組成員希望離開組播樹時，如果它是其他節(jié)點的路由節(jié)點則不采取任何措施。如果它是ー個葉子節(jié)點，則向其上ー跳單播ー個剪枝消息Prune，由其上一跳節(jié)點刪除該后繼節(jié)點對應(yīng)的路由條目，如果刪除之后導(dǎo)致上一跳節(jié)點也變成葉子節(jié)點，則繼續(xù)向其上一跳發(fā)送剪枝消息執(zhí)行剪枝操作；C.鏈路斷路當(dāng)組播樹上發(fā)生斷路吋，發(fā)生斷路的分支會變得無效；此時，上游節(jié)點從其路由條目中刪除無效的節(jié)點，然后下游節(jié)點負(fù)責(zé)鏈路修復(fù)；下游節(jié)點發(fā)送RREQ并附加一個多播組重建消息進行斷路修復(fù)；在多播組重建消息中包含多播組跳數(shù)域Gr0up_H0p_Cnt以記錄斷路節(jié)點距離樹根節(jié)點的跳數(shù)，只有跳計數(shù)不大于該計數(shù)的節(jié)點才能響應(yīng)RREQ消息，這樣避免了路由環(huán)路的產(chǎn)生；當(dāng)收到RREP消息后，路由激活過程與組成員加入部分所述相同；D.維護組播樹每個節(jié)點定時發(fā)送hello消息以維護鄰居關(guān)系并更新鄰居節(jié)點的接收功率列表；除此之外，姆個組播樹的樹根節(jié)點定時發(fā)送GroupHello消息，同時樹根節(jié)點序列號增I;當(dāng)組播樹成員收到GroupHello消息時,發(fā)送MACT消息進行路由激活，由此保證姆個節(jié)點能夠獲取組播樹最新的路由信息；E.組播樹合并在移動環(huán)境下，由于節(jié)點的移動性，adhoc網(wǎng)絡(luò)可能會被分成幾個互不連通的區(qū)域，每個區(qū)域維護其自己的組播樹；由于節(jié)點的移動性，兩個或者多個不連通的區(qū)域可能會再次連通，為了消除混亂，擁有最大序列號的樹根節(jié)點成為新組播樹的樹根節(jié)點，而其他樹根節(jié)點停止發(fā)送GroupHello消息并等待組播樹的重建。全文摘要本發(fā)明公開了一種AdHoc網(wǎng)絡(luò)中鏈路穩(wěn)定性預(yù)測方法。其步驟為第一步，鏈路直接穩(wěn)定性評估；第二步，鏈路間接穩(wěn)定性評估；第三步，鏈路綜合穩(wěn)定性評估；第四步，基于穩(wěn)定性的組播路由協(xié)議。解決了以現(xiàn)有的鏈路穩(wěn)定性作為路由標(biāo)準(zhǔn)的組播路由協(xié)議并不能很好地適應(yīng)高移動性、高干擾等不穩(wěn)定環(huán)境的問題。本發(fā)明計算簡單，評估鏈路穩(wěn)定性過程運算量低，網(wǎng)絡(luò)的整體性能穩(wěn)定、適應(yīng)性強，對硬件要求不高，能耗小。文檔編號H04W24/00GK102638820SQ20121008018公開日2012年8月15日申請日期2012年3月23日優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日發(fā)明者夏輝,張志勇,賈智平申請人:山東大學(xué)