提高無線網絡吞吐量的協作路由方法技術

本發明專利技術屬于無線通信領域，主要應用于無線自組織網絡。在不增加網絡能耗的前提下，通過最大化每跳鏈路的網絡吞吐量，有效提升整個路由路徑的吞吐量性能，為達到前述目的，本發明專利技術采取的技術方案是，提高無線網絡吞吐量的協作路由方法，源節點通過多跳將數據傳輸至目的節點，每跳鏈路的發射節點首先建立非協作最短路徑路由，并通過已經建立好的路由表和鄰居節點表建立候選中繼節點集合；接著計算直接傳輸、單中繼協作傳輸和雙中繼協作傳輸下的鏈路吞吐量，自適應選擇最大吞吐量對應的傳輸模式作為本跳鏈路的傳輸方式；最后根據選中的傳輸方式動態調整功率并進行數據分組傳輸，直到源節點的數據傳輸至目的節點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于無線通信領域，特別涉及一種應用于無線自組網的協作路由技術，具體講，涉及提高無線自組織網絡吞吐量的自適應協作路由方法。
技術介紹
隨著無線通信技術的發展，移動數據和信息業務大量增長。尤其是隨著智能終端和多種移動應用的廣泛普及，人們對無線數據服務的需求快速增長，因此對網絡吞吐量等無線網絡性能指標提出了更高的要求。然而，一方面，在實際的移動通信中，移動終端常常工作于城市建筑群或其它復雜多變的地理環境中，復雜的地物地貌使得接收端接收到的信號一般會遭受多徑衰落、陰影衰落等影響。這種衰落會使得接收信號嚴重失真和畸變，降低信號功率，造成通信系統誤碼率升高。另一方面，無線網絡帶寬相對有線信道要低得多。隨著移動互聯網的迅速發展，無線網絡信息流量急速增加，使得無線網絡帶寬不足，帶寬資源更加稀缺，這些對無線網絡吞吐量性能的提高都形成了很大的阻礙。在無線網絡中，路由協議設計是非常重要的，其中最短路徑路由協議是無線自組織網絡中的一種常見路由協議，它可以縮短數據傳輸的距離，提升數據傳輸的速率。平面型最短路徑路由協議可分為兩種,分別為按需路由協議和先應式路由協議。具體而言，按需路由協議也稱為反應式路由協議，該類協議在接收到請求之前并不生成路由，而在網絡發出傳輸請求時，才開始搜索建立從源節點到目的節點的路由。因此，系統的路由信息是按需建立的，它僅僅反映整個網絡拓撲結構信息的一部分。按需路由一般包括路由發現和路由維護兩個階段，這種協議包括無線自組網按需平面距離矢量路由協議(A0DV)、動態源路由協議(DSR)、臨時按序路由算法(TORA)等。而對于先應式路由協議，又稱表驅動路由協議，每個節點維護一張路由表，記錄到各個節點的路由信息。節點周期性的廣播路由分組，節點間彼此交換路由信息。當網絡拓撲發生變化時，節點廣播路由更新分組，把這個更新消息傳遍整個網絡，節點根據更新分組更新自己的路由表，從而獲得最新的網絡拓撲信息。因此，源節點一旦需要發送報文，可以立即準確獲得到達目的節點的路由。這種協議包括目的序列距離矢量路由協議(DSDV)、魚眼域路由協議(FSR)、最優化鏈路狀態路由協議(OLSR)等。為了改善移動通信系統的性能，可以采用協作通信技術來改進接收信號的質量。在無線協作網絡中移動終端可以選擇在當前時隙其它處于空閑狀態的一個或多個移動終端來協助傳輸信息，本移動終端在傳輸信息的過程中既利用了自己的又利用了協作移動終端的空間信道，通過共享彼此的天線，獲得分集增益。在接收端接收到不同信道傳來的攜有相同信息的多個副本，通過一定的信號處理技術恢復出原信號。由于多個信道的傳輸特性不同，接收到的信號副本具有獨立性的衰落特性，因此可以在不增加系統資源的情況下大大降低衰落的影響，擴大無線網絡的覆蓋范圍、提高傳輸可靠性、降低發射功率，從而改善無線網絡性能。進一步，可以將協作分集技術和路由選擇相結合，設計基于協作通信的路由算法，即協作路由算法。目前，對于協作路由算法的研究大致可以分為能量有效和最優化網絡服務質量(QoS)的路由算法兩類。具體而言，對于能量有效的路由算法，主要思想是依據一定的規則在無線網絡中建立協作路由，使系統消耗的功率最少；而最優化QoS的路由算法則通過建立協作路由達到最優化通信系統QoS的目的。隨著網絡中對QoS嚴格要求的業務如實時多媒體業務、網絡電話等出現，需要移動無線網絡能夠提供相應的QoS保障，因此設計最優化QoS路由算法具有重要意義。但是移動無線網絡節點的移動性、網絡帶寬資源的有限性、網絡拓撲結構的動態變化、移動節點的計算能力和存儲容量較低、能量受限等特點，對最優化QoS的協作路由算法設計形成了挑戰。尤其是由于網絡節點的移動性，網絡拓撲不斷變化，之前參與協作的中繼節點可能會離開協作通信范圍，從而導致協作鏈路失效。協作路由在選擇中繼節點時，需要通過實時的信道狀況選擇適當的中繼節點來參與協作。
技術實現思路
本專利技術旨在克服現有技術的不足，提出一種提高無線網絡吞吐量的自適應協作路由傳輸方法，以提高無線網絡的傳輸性能。本專利技術采取的技術方案是，，包括如下步驟:在多跳非協作最短路徑路由的基礎上進行進一步路由選擇，源節點通過多跳的方式將需要發送的數據傳輸至目的節點，每跳鏈路經歷候選中繼節點集合建立、傳輸模式選擇和數據分組的分階段傳輸三個階段，在第一階段，根據已建立的非協作多跳路由路徑，每跳鏈路的發射節點Xi通過已經建立好的路由表和鄰居節點表建立候選中繼節點集合Qi ;第二階段，當前鏈路的發射節點Xi遍歷所有的傳輸模式，計算得到直接傳輸、單中繼協作傳輸和雙中繼協作傳輸這三種基本傳輸單元中具有最大鏈路吞吐量的傳輸模式作為當前鏈路的最終傳輸模式，并選擇相應的候選中繼節點集合中的節點作為中繼節點；在第三階段，發射節點Xi根據最終選擇的鏈路傳輸模式動態分配參與該鏈路數據傳輸的節點的發射功率，并進行數據傳輸，如果最大鏈路吞吐量的傳輸模式為直接傳輸，則該發射節點Xi通過直接傳輸的方式將數據發送至當前跳鏈路的接收節點Zi ;如果最大鏈路吞吐量的傳輸模式為協作傳輸，則該發射節點Xi根據計算結果從候選中繼集合Qi中選出相應的中繼節點協助發射節點Xi向接收節點Zi傳輸信息。本專利技術提出的路由算法由直接傳輸、單中繼協作傳輸以及雙中繼協作傳輸三種基本鏈路傳輸單元構成；源節點s通過η跳將數據傳輸至目的節點d，其中第i (KiSn)跳所對應鏈路的發射節點Xi選擇直接傳輸模式、單中繼協作傳輸模式或雙中繼協作傳輸模式將數據傳輸至該跳鏈路的接收節點Zi ;具體而言，直接傳輸模式為當前鏈路的發射節點Xi通過直傳的方式將數據傳輸至接收節點Zi，由(Xi，Zi)表示該鏈路，該鏈路的吞吐量記為η --;單中繼協作傳輸模式為當前鏈路的發射節點^從候選中繼節點集合Qi中選擇一個節點作為中繼節點A協助發射節點Xi傳輸數據到接收節點Zi,由(Xi, T1, Z1)表示該鏈路,該鏈路的吞吐量記為I—-,;雙中繼協作傳輸模式為當前鏈路的發射節點\從候選中繼節點集合Ω J中選擇兩個節點作為中繼節點r/和r/協助發射節點Xi傳輸數據到接收節點Zi,由(Χ ，ι./，ι.ΛΖ )表示該鏈路，該鏈路的吞吐量記為,:路由算法的實現依次包含以下步驟:步驟I在無線網絡中利用非協作最短路徑路由算法構建從源節點s到目的節點d的多跳最短路徑路由，該路由路徑中的每個節點建立并實時更新自身的路由表和鄰節點表，同時令源節點s作為第i = I跳鏈路的發射節點X1 ；步驟2第i跳鏈路的發射節點Xi查詢自身的鄰節點表，獲得既能與發射節點Xi又能與該跳鏈路的接收節點Zi進行通信的所有節點，這些節點所組成的集合為該跳鏈路的候選中繼節點集合Qi ;步驟3第i跳鏈路的發射節點Xi遍歷候選中繼集合Qi中的所有節點，計算該跳鏈路的直接傳輸模式下的吞吐量77^,、所有可能的單中繼傳輸模式下的吞吐量以及雙中繼傳輸模式下的吞吐量，具體操作如下:步驟3.1第i跳鏈路的發射節點Xi計算直接傳輸鏈路(Xi，Zi)的鏈路吞吐量本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種提高無線網絡吞吐量的協作路由方法，其特征是，在多跳非協作最短路徑路由的基礎上進行進一步路由選擇，源節點通過多跳的方式將需要發送的數據傳輸至目的節點，每跳鏈路經歷候選中繼節點集合建立、傳輸模式選擇和數據分組的分階段傳輸三個階段，在第一階段，根據已建立的非協作多跳路由路徑，每跳鏈路的發射節點xi通過已經建立好的路由表和鄰居節點表建立候選中繼節點集合Ωi；第二階段，當前鏈路的發射節點xi遍歷所有的傳輸模式，計算得到直接傳輸、單中繼協作傳輸和雙中繼協作傳輸這三種基本傳輸單元中具有最大鏈路吞吐量的傳輸模式作為當前鏈路的最終傳輸模式，并選擇相應的候選中繼節點集合中的節點作為中繼節點；在第三階段，發射節點xi根據最終選擇的鏈路傳輸模式動態分配參與該鏈路數據傳輸的節點的發射功率，并進行數據傳輸，如果最大鏈路吞吐量的傳輸模式為直接傳輸，則該發射節點xi通過直接傳輸的方式將數據發送至當前跳鏈路的接收節點zi；如果最大鏈路吞吐量的傳輸模式為協作傳輸，則該發射節點xi根據計算結果從候選中繼集合Ωi中選出相應的中繼節點協助發射節點xi向接收節點zi傳輸信息。

【技術特征摘要】
1.一種提高無線網絡吞吐量的協作路由方法，其特征是，在多跳非協作最短路徑路由的基礎上進行進一步路由選擇，源節點通過多跳的方式將需要發送的數據傳輸至目的節點，每跳鏈路經歷候選中繼節點集合建立、傳輸模式選擇和數據分組的分階段傳輸三個階段，在第一階段，根據已建立的非協作多跳路由路徑，每跳鏈路的發射節點Xi通過已經建立好的路由表和鄰居節點表建立候選中繼節點集合;第二階段,當前鏈路的發射節點Xi遍歷所有的傳輸模式，計算得到直接傳輸、單中繼協作傳輸和雙中繼協作傳輸這三種基本傳輸單元中具有最大鏈路吞吐量的傳輸模式作為當前鏈路的最終傳輸模式，并選擇相應的候選中繼節點集合中的節點作為中繼節點；在第三階段，發射節點Xi根據最終選擇的鏈路傳輸模式動態分配參與該鏈路數據傳輸的節點的發射功率，并進行數據傳輸，如果最大鏈路吞吐量的傳輸模式為直接傳輸，則該發射節點Xi通過直接傳輸的方式將數據發送至當前跳鏈路的接收節點Zi ;如果最大鏈路吞吐量的傳輸模式為協作傳輸，則該發射節點Xi根據計算結果從候選中繼集合Qi中選出相應的中繼節點協助發射節點Xi向接收節點Zi傳輸信肩、O2.如權利要求1所述的一種提高無線網絡吞吐量的協作路由方法，其特征是，路由算法由直接傳輸、單中繼協作傳輸以及雙中繼協作傳輸三種基本鏈路傳輸單元構成；源節點s通過η跳將數據傳輸至目的節點d，其中第i跳所對應鏈路的發射節點Xi選擇直接傳輸模式、單中繼協作傳輸模式或雙中繼協作傳輸模式將數據傳輸至該跳鏈路的接收節點Zi，l^i^n ;具體而言，直接傳輸模式為當前鏈路的發射節點Xi通過直傳的方式將數據傳輸至接收節點Zi，由(Xi，Zi)表示該鏈路，該鏈路的吞吐量記為\,V單中繼協作傳輸模式為當前鏈路的發射節點Xi從候選中繼節點集合Qi中選擇一個節點作為中繼節點ri協助發射節點Xi傳輸數據到接收節點Zi,由(Xi, T1, Z...

【專利技術屬性】
技術研發人員：韓昌彩，黃靜，趙方圓，李媛，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：