[发明专利]一种用于无线mesh网络的多速率机会路由方法

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。

主权项

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＝{u_i|1≤i≤n}，u_i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N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N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进行泛宏扩散，链路状态信息包中包含节点间的分组投递率；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u_i到节点u_j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(Any‑path Expected Transmission Number)，并以此选择转发节点；任意路径传输数AETX的表达式为：${\mathrm{AETX}}_{s,u_1,...,u_{M+1},d}=\frac{1+\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{p}_s^{u_k}\·{\mathrm{AETX}}_{u_k,...,u_M,d}}{\underset{k=1}{\overset{M+1}{\mathrm{\Σ}}}{p}_s^{u_k}}---\left(1\right)$其中$p_{u_i}^{u_j}=\left\{\begin{array}{cc}{d}_i^j\underset{m\>j}{\mathrm{\Π}}(1-d_i^m)& \∀i\≤j\\ 0& \∀i\>j\end{array}\right.---\left(2\right)$公式(2)中m＞j表示节点u_m的优先级大于节点u_j的优先级，该公式表示节点u_i发送的数据包被节点u_j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成为转发列表，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；其特征在于：在所述选择转发节点组成转发列表中，选择转发节点组成转发列表的步骤为：(1)遍历目的节点d的邻居集合N(d)，对任意节点u∈N(d)计算其到目的节点d的度量为表示节点u到节点d的包投递率；建立节点u到节点d之间的转发列表(2)从Z中选择到目的节点d的距离最小的节点v，并将节点v从集合Z中删除；其中，Z为网络中除目的节点d以外的所有节点的集合，N(x)为节点x的邻居集合；(3)遍历节点v的邻居集合N(v)，对其中所有的节点u∈N(v)，通过合并转发列表与更新转发列表新列表中v的优先级高于u，计算其中，表示节点u通过转发列表到达目的节点d的度量；(4)重复(1)(2)直到节点集合Z为空；(5)返回转发列表第三步骤：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＝u_L，…u₁，d}，s为源节点，d为目的节点，中间节点u_i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u_i的邻居u∈N(u_i)，N(u_i)表示节点u_i的邻居节点集合，如果并且其中，γ表示阈值参数；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+1‑I)T_ACK，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。