一種多尺度多權(quán)重鏈路質(zhì)量評估的路由方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多尺度多權(quán)重鏈路質(zhì)量評估的路由方法。采用隨機過程理論對鏈路質(zhì)量與路徑質(zhì)量進行數(shù)學(xué)建模，將鏈路的穩(wěn)定性作為路由選路的準(zhǔn)則，形成了基于穩(wěn)定鏈路的穩(wěn)定路由策略。針對移動自組網(wǎng)中語音網(wǎng)絡(luò)通信的具體應(yīng)用需求，提出了多尺度評測鏈路質(zhì)量指標(biāo)集和鏈路綜合評價指標(biāo)，既減少了方案設(shè)計的復(fù)雜度又節(jié)約了節(jié)點有限的計算資源。同時本發(fā)明引入基于時間序列分析的卡爾曼濾波方法對樣本進行預(yù)處理，形成了比較完備的鏈路穩(wěn)定性計算和預(yù)測機制。另外本發(fā)明還引入權(quán)重層級劃分與權(quán)重輪換機制，使得路由協(xié)議性能在閉環(huán)條件下實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化，提高了多尺度鏈路穩(wěn)定模型的實用性和適應(yīng)性。
【專利說明】一種多尺度多權(quán)重鏈路質(zhì)量評估的路由方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種多尺度多權(quán)重鏈路質(zhì)量評估的路由方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著各個行業(yè)的發(fā)展，移動自組織網(wǎng)絡(luò)正得到越來越廣泛的應(yīng)用。實時音視頻 業(yè)務(wù)在移動自組織網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域的重要性不言而喻，很多行業(yè)都需要使用該業(yè)務(wù)，包括軍 用偵查無人機，警用移動終端等應(yīng)用都涉及其中，因而實時音視頻業(yè)務(wù)在移動自組織網(wǎng)絡(luò) 的應(yīng)用是一個應(yīng)用較為廣泛的范疇。但是由于移動自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)缺乏QoS(Qualityof Service，服務(wù)質(zhì)量）支持，多媒體業(yè)務(wù)應(yīng)用受到較多限制，存在很多問題，直接影響了實時 多媒體業(yè)務(wù)的進一步發(fā)展。在移動自組網(wǎng)中，如何合理、有效的利用網(wǎng)絡(luò)資源，提高數(shù)據(jù)傳 輸性能，進而為各種業(yè)務(wù)提供服務(wù)質(zhì)量保障，即在移動自組網(wǎng)中提供QoS支持成為焦點。移 動自組網(wǎng)QoS保障對協(xié)議棧各組件設(shè)計提出了相應(yīng)的要求，路由層則體現(xiàn)為QoS路由問題， 其首要任務(wù)就是在源節(jié)點和目的節(jié)點之間尋找一條高可靠路徑。
[0003] 移動自組網(wǎng)中每個節(jié)點兼有終端和路由的功能，不在彼此無線信號覆蓋范圍內(nèi)的 節(jié)點之間的通信需要借助中間節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)完成，參與數(shù)據(jù)傳輸?shù)南噜徆?jié)點之間的鏈路共同組 成了從源節(jié)點到目的節(jié)點的路徑。這種方式提高了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)撵`活性，同時也帶來了 許多問題。比如，當(dāng)中間節(jié)點的電池電量耗盡或移動超出了其鄰節(jié)點的無線信號傳輸范圍， 則與此節(jié)點相關(guān)的鏈路就會中斷，從而造成從源節(jié)點到目的節(jié)點的路徑失效，導(dǎo)致數(shù)據(jù)包 丟失或傳輸延遲等問題。從直觀上看，鏈路的穩(wěn)定性關(guān)系到路由選擇的路徑是否穩(wěn)定，鏈路 越穩(wěn)定，則鏈路形成的路徑越可靠，因此，選擇高質(zhì)量鏈路是實現(xiàn)路由可靠性的前提條件。 目前國內(nèi)外針對鏈路質(zhì)量評估的研究開展了許多工作，綜合分析各種鏈路評價方案，目前 鏈路評價方案存在以下缺陷：
[0004] (1)樣本空間（即影響鏈路質(zhì)量的參數(shù)）存在耦合性，評估結(jié)果與實際有偏差；
[0005] (2)針對特定拓?fù)洵h(huán)境，可擴展性差；
[0006] (3)簡單將路徑質(zhì)量與鏈路質(zhì)量的關(guān)系等價為最小鏈路質(zhì)量的定性分析，給需要 定量計算的路由選擇帶來不便；
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 要解決的技術(shù)問題
[0008] 為了解決無線自組織網(wǎng)絡(luò)在實際應(yīng)用中語音、視頻等多媒體業(yè)務(wù)中存在的服務(wù)質(zhì) 量（QoS)問題，針對傳統(tǒng)的路由協(xié)議不能夠很好的處理鏈路質(zhì)量的可靠性問題這一情況， 提出了一種多尺度多權(quán)重鏈路質(zhì)量評估的路由方法。
[0009] 技術(shù)方案
[0010] 一種多尺度多權(quán)重鏈路質(zhì)量評估的路由方法，其特征在于步驟如下：
[0011] 步驟1 :源節(jié)點使用全向天線向周邊發(fā)送鄰居探測信息報文和接收鄰居節(jié)點發(fā)送 過來的鄰居探測信息報文；
[0012] 步驟2 :根據(jù)節(jié)點間交換的鄰居探測信息報文，收集一跳或兩跳鄰居信息，由收到 鄰居節(jié)點信息報文的多少計算出節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)密度：
【權(quán)利要求】
1. 一種多尺度多權(quán)重鏈路質(zhì)量評估的路由方法，其特征在于步驟如下： 步驟1 :源節(jié)點使用全向天線向周邊發(fā)送鄰居探測信息報文和接收鄰居節(jié)點發(fā)送過來 的鄰居探測信息報文； 步驟2:根據(jù)節(jié)點間交換的鄰居探測信息報文，收集一跳或兩跳鄰居信息，由收到鄰居 節(jié)點信息報文的多少計算出節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)密度：
Network_scale表示網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點總數(shù)，Neighbor_Num表示節(jié)點的鄰居個數(shù)； 步驟3 :使用累積參數(shù)法計算鄰節(jié)點的信號強度值： Scumj = α Scumj+(l-α )Sj SjR表當(dāng)前時刻采集到的信號強度值，Sc^代表該時刻上一時刻的累積信號強度，α為親和參數(shù)； 步驟4 :由操作系統(tǒng)統(tǒng)計節(jié)點CPU使用率，由下式計算報文隊列的空閑率：
Qftee表示報文隊列的空閑率，Iength表示報文隊列的總長度，queued_length表示已經(jīng) 占用的報文隊列長度； 步驟5 :將步驟2-4得到的節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)密度、鄰節(jié)點的信號強度值、節(jié)點CPU使用率和 報文隊列的空閑率分別代入結(jié)合時間序列分析的Kalman濾波模型中對鏈路狀態(tài)向量進行 濾波和預(yù)測： 步驟a:根據(jù)鏈路狀態(tài)向量的時間序列計算各鏈路狀態(tài)的回歸參數(shù)τpΦυ.，」= 1，2, 3,，確定狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣A和水平向量β，計算量測誤差陣Rk : 步驟b:依據(jù)Kalman濾波模型進行狀態(tài)向量k時刻的濾波和k+Ι時刻的預(yù)測： 濾波實現(xiàn)過程： 時間更新：
量測更新：
預(yù)測實現(xiàn)過程： 時間更新：
量測更新：
Qk為k時刻的過程噪聲方差陣；Qk+1為k+1時刻的過程噪聲方差陣；xk為k時刻的最優(yōu) 線性估計；Xlrt為k-Ι時刻的最優(yōu)線性估計；Xkllrl為k-Ι時刻推出k時刻的最優(yōu)線性估計； xk+1|k為k時刻推出k+Ι時刻的最優(yōu)線性估計；Pk為k時刻的基于卡爾曼濾波的狀態(tài)協(xié)方差 估計；Plrt為k-Ι時刻的基于卡爾曼濾波的狀態(tài)協(xié)方差估計；Pkllrl為k-Ι時刻推出k時刻的 基于卡爾曼濾波的狀態(tài)協(xié)方差估計；Pklk為k時刻最優(yōu)結(jié)果；Pk+1|k為k時刻推出k+Ι時刻的 基于卡爾曼濾波的狀態(tài)協(xié)方差估計；Kk為k時刻的增益矩陣；Kk+1為k+Ι時刻的增益矩陣； zk為k時刻的測量值；zk+1為k+Ι時刻的測量值； 步驟c:將k時刻的信號強度濾波值（ml，k)和信號強度預(yù)測值（ml，k+Ι)與閾值（ml，t)進行比較：若t)時，將ml與除ml之外的由網(wǎng)絡(luò)密度、鄰節(jié)點的信號強度值、節(jié) 點CPU使用率和報文隊列的空閑率得到的指標(biāo)（m2,m3,m4，m5)進行綜合權(quán)重置加，并計算 出綜合評價輸出值M;若ml〈 = (ml，t)時，則直接判定鏈路質(zhì)量為壞； 步驟d:將綜合評價輸出值M與總體閾值Mt進行比較，若M>Mt，則判定鏈路質(zhì)量好；若M〈 =Mt,則判定鏈路質(zhì)量壞。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多尺度多權(quán)重鏈路質(zhì)量評估的路由方法，其特征在于所 述的α< 〇. 5。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多尺度多權(quán)重鏈路質(zhì)量評估的路由方法，其特征在于所 述的閾值（ml，t)為0.8。
【文檔編號】H04L12/24GK104468192SQ201410625631
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】洪亮, 張璐, 孫建華, 劉項, 陳新博, 陳旿 申請人:西北工業(yè)大學(xué)