[发明专利]一种面向智能电网NAN的干扰感知的QoS路由机制

摘要

本发明提出一种干扰感知的QoS无线Mesh智能电网路由机制IAEETR。该路由机制包括四个步骤首先根据多接口多信道无线Mesh网络中节点接入信道传输数据的条件，建立网络干扰模型；其次，为了准确分析智能电网邻居区域网中流间干扰对延迟的影响，通过获取流间干扰对链路带宽的影响来计算在多接口多信道路径下的可获得带宽；然后，基于WCETT判据设计干扰感知的QoS路由判据IAEET，精确地表述多接口多信道路径中的端到端延迟；最后结合先验式与反应式路由的优点，设计IAEETR机制HWMP协议的路由选择以及路由维护过程进行优化，在保证电网业务流QoS的同时减少网络拥塞，从而提高网络的吞吐量以及可靠性能。

主权项

一种干扰感知的无线Mesh智能电网邻居区域网QoS路由机制IAEETR，其特征在于包含以下步骤：步骤1建立网络干扰模型根据多接口多信道无线Mesh网络中节点接入信道传输数据的条件，定义有向图G＝(N,L),其中N是mesh节点的集合，L是链路的集合。Mesh节点n∈N的传输距离为Dt(n)，干扰距离为Ds(n)，假设传输距离和干扰距离之间的比例关系为Ds(n)＝μDt(n)(μ>1)。此外，在多接口多信道环境下，假设每个节点有Kr个射频接口，整个网络中可用信道的信道集合为C＝{C1，C2，C3，…Ck}，即每个射频接口有k条可用信道。因此，如果节点a在使用信道Ci∈C传输数据，则在它干扰范围内的其他节点如果也想使用信道Ci时，就会检测到信道忙从而无法接入。链路之间的数据成功传输的条件是节点a的所有隐藏终端节点在数据传输过程中保持沉默。令D(x,b)表示节点x和节点b之间的距离，我们对两条链路与是否相互干扰的判断定义如下：(1)当发送节点a传输数据包给目的节点b时，如果D(a,x)>Ds(a)或者D(a,y)>Ds(a)或者D(x,b)>Ds(x)，则能无干扰地进行数据传输。(2)当发送节点b传输数据包给目的节点a时，如果D(b,x)>Ds(b)或者D(b,y)>Ds(b)或者D(x,a)>Ds(x)，则链路能无干扰地进行数据传输。如果链路不能满足以上的条件，则链路为链路在信道Ci上的干扰链路。步骤2流间干扰对链路间可获得带宽影响分析为了能准确分析计算智能电网邻居区域网中流间干扰对延迟的影响，通过获取流间干扰对链路带宽的影响来计算在多接口多信道路径下的可获得带宽，从而能更加精确地表述多接口多信道路径中的端到端延迟。假设信道已经固定分配，mesh节点与它的邻居之间能准确地交换控制信息。根据物理干扰模型，如果接收节点b的干扰信噪比(SINR)不小于已定义的门限值β，则节点a和节点b之间能正常通信。因此，可得如下公式：PabΣk≠aPkb+Nb≥β]]>其中，Nb为接收到的噪声功率，Pab为节点b接收到的来自a的信号功率，Pkb为不同节点对b的干扰功率。由于每一个节点都能根据检测接收到的功率来估计周围邻居对它的流间干扰大小。基于物理干扰模型，SINR门限值表明了节点成功通信所能容忍的最大干扰功率，因此，定义节点a和节点b之间链路的干扰率ρ(a，b)为：ρ(a,b)=Σk≠aPkbPabβ-Nb]]>干扰率反映分配给链路的信道利用情况，如果ρ(a，b)＝0，表示链路上信道的全部带宽是可用的；如果0<ρ(a，b)<1，则表明信道存在干扰；ρ(a，b)＞1，表示信道完全被干扰信号占据。基于以上定义，可计算链路在流间干扰下的可获得带宽BW(a，b)为：BW(a，b)＝(1‑ρ(a，b))×BWold其中，BWold表示链路上的信道带宽。步骤3设计干扰感知的QoS路由判据IAEET针对加权累计传输时间WCETT判据只考虑流内干扰的情况，对WCETT路由判据进行改进，使其能综合流内干扰和流间干扰对链路的影响。同时考虑到智能电网邻居区域网中不同业务流的QoS需求，结合步骤二中流间干扰对链路可获得带宽的影响，将WCETT路由判据修改为：IAEET=(1-ω)×Σi=1HETXi×ZσBW(li)+ω×max1≤ci≤kXci]]>其中，ETXi表示在第i跳上传输成功的期望传输次数，Zσ表示优先级为σ(σ＝0,1,2,3)的数据包大小。表示第i条链路上的可获得带宽大小。步骤4提出IAEETR路由机制步骤4.1基于IAEET路由判据的路由选择算法为了便于IAEETR协议的实现，在PREQ和PREP分组包结构体中分别添加了一个数据项：rp_iaeet和rq_iaeet，用于记录端到端传输时延的值，统计整条路径受到干扰的情况。同时，每个节点的路由表中增加node_ett这个数据项，用于保存本地节点到周围邻居节点的ETT值。每条路径也增加path_iaeet数据项，以记录路径上端到端传输时延的值。当PREQ消息到达目的节点时，路由发现过程并不终止，而是先等待一定时间间隔，当收到多个PREQ请求数据包后，目的节点在多个可能的路由中进行选择，选择具有最小IAEET度量的路径，根据该路径中PREQ消息记录的路由信息，向源节点返回一个PREP消息，此消息包含源节点和目的节点的序列号、IP地址信息以及该路由的有效生存时间。源节点收到PREP消息后就确定了一条到达目的节点最小端到端延迟的路径，PREP消息自动销毁。步骤4.2路由维护在数据传输过程中，如果在给定时间内PREQ消息没有发现可到达目的节点的路径，则丢弃该分组，路由寻找过程失败。当找到一条到达目的节点的最优路径后，该路径就会受到网络的监测，网络中节点定期发送Hello消息探测包，以便检测已经建立的路径是否断开，如果链路出现中断。则源节点沿着该路径发送PRER消息，使得包含此链路的节点删除路由表中该链路的路由信息。此外，在hello包中加入干扰感知的期望传输时间IAEET，用于定期探测并且更新节点路由表中保存的各条路径的IAEET值，从而可以有效地减低丢包率，具体实现过程与PREQ/PREP机制类似。设计Hello_rq_iaeet为Hello数据包中初始化的iaeet值，rt.node_iaeet为节点路由表中存储的iaeet值，Hello_rp_iaeet为探测路径上返回的iaeet值。若发现有更优的路径时，则进行路径切换，用新的路径代替原来的路径进行数据传输，避免原路径节点出现严重丢包，以及端到端延迟增加的情况，使IAEETR协议具备动态适应性。