一種多尺度多權重鏈路質量評估的路由方法
2023-05-01 18:26:51
一種多尺度多權重鏈路質量評估的路由方法
【專利摘要】本發明涉及一種多尺度多權重鏈路質量評估的路由方法。採用隨機過程理論對鏈路質量與路徑質量進行數學建模，將鏈路的穩定性作為路由選路的準則，形成了基於穩定鏈路的穩定路由策略。針對移動自組網中語音網絡通信的具體應用需求，提出了多尺度評測鏈路質量指標集和鏈路綜合評價指標，既減少了方案設計的複雜度又節約了節點有限的計算資源。同時本發明引入基於時間序列分析的卡爾曼濾波方法對樣本進行預處理，形成了比較完備的鏈路穩定性計算和預測機制。另外本發明還引入權重層級劃分與權重輪換機制，使得路由協議性能在閉環條件下實現穩態優化，提高了多尺度鏈路穩定模型的實用性和適應性。
【專利說明】一種多尺度多權重鏈路質量評估的路由方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種多尺度多權重鏈路質量評估的路由方法。
【背景技術】
[0002] 隨著各個行業的發展，移動自組織網絡正得到越來越廣泛的應用。實時音視頻 業務在移動自組織網絡應用領域的重要性不言而喻，很多行業都需要使用該業務，包括軍 用偵查無人機，警用移動終端等應用都涉及其中，因而實時音視頻業務在移動自組織網絡 的應用是一個應用較為廣泛的範疇。但是由於移動自組織網絡技術缺乏QoS(Qualityof Service，服務質量）支持，多媒體業務應用受到較多限制，存在很多問題，直接影響了實時 多媒體業務的進一步發展。在移動自組網中，如何合理、有效的利用網絡資源，提高數據傳 輸性能，進而為各種業務提供服務質量保障，即在移動自組網中提供QoS支持成為焦點。移 動自組網QoS保障對協議棧各組件設計提出了相應的要求，路由層則體現為QoS路由問題， 其首要任務就是在源節點和目的節點之間尋找一條高可靠路徑。
[0003] 移動自組網中每個節點兼有終端和路由的功能，不在彼此無線信號覆蓋範圍內的 節點之間的通信需要藉助中間節點轉發完成，參與數據傳輸的相鄰節點之間的鏈路共同組 成了從源節點到目的節點的路徑。這種方式提高了網絡數據傳輸的靈活性，同時也帶來了 許多問題。比如，當中間節點的電池電量耗盡或移動超出了其鄰節點的無線信號傳輸範圍， 則與此節點相關的鏈路就會中斷，從而造成從源節點到目的節點的路徑失效，導致數據包 丟失或傳輸延遲等問題。從直觀上看，鏈路的穩定性關係到路由選擇的路徑是否穩定，鏈路 越穩定，則鏈路形成的路徑越可靠，因此，選擇高質量鏈路是實現路由可靠性的前提條件。 目前國內外針對鏈路質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（即影響鏈路質量的參數）存在耦合性，評估結果與實際有偏差；
[0005] (2)針對特定拓撲環境，可擴展性差；
[0006] (3)簡單將路徑質量與鏈路質量的關係等價為最小鏈路質量的定性分析，給需要 定量計算的路由選擇帶來不便；
【發明內容】
[0007] 要解決的技術問題
[0008] 為了解決無線自組織網絡在實際應用中語音、視頻等多媒體業務中存在的服務質 量（QoS)問題，針對傳統的路由協議不能夠很好的處理鏈路質量的可靠性問題這一情況， 提出了一種多尺度多權重鏈路質量評估的路由方法。
[0009] 技術方案
[0010] 一種多尺度多權重鏈路質量評估的路由方法，其特徵在於步驟如下：
[0011] 步驟1 :源節點使用全向天線向周邊發送鄰居探測信息報文和接收鄰居節點發送 過來的鄰居探測信息報文；
[0012] 步驟2 :根據節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 鄰居節點信息報文的多少計算出節點的網絡密度：
【權利要求】
1. 一種多尺度多權重鏈路質量評估的路由方法，其特徵在於步驟如下： 步驟1 :源節點使用全向天線向周邊發送鄰居探測信息報文和接收鄰居節點發送過來 的鄰居探測信息報文； 步驟2:根據節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 節點信息報文的多少計算出節點的網絡密度：
Network_scale表示網絡的節點總數，Neighbor_Num表示節點的鄰居個數； 步驟3 :使用累積參數法計算鄰節點的信號強度值： Scumj = α Scumj+(l-α )Sj SjR表當前時刻採集到的信號強度值，Sc^代表該時刻上一時刻的累積信號強度，α為親和參數； 步驟4 :由作業系統統計節點CPU使用率，由下式計算報文隊列的空閒率：
Qftee表示報文隊列的空閒率，Iength表示報文隊列的總長度，queued_length表示已經 佔用的報文隊列長度； 步驟5 :將步驟2-4得到的節點的網絡密度、鄰節點的信號強度值、節點CPU使用率和 報文隊列的空閒率分別代入結合時間序列分析的Kalman濾波模型中對鏈路狀態向量進行 濾波和預測： 步驟a:根據鏈路狀態向量的時間序列計算各鏈路狀態的回歸參數τpΦυ.，」= 1，2, 3,，確定狀態轉移方程中的狀態轉移矩陣A和水平向量β，計算量測誤差陣Rk : 步驟b:依據Kalman濾波模型進行狀態向量k時刻的濾波和k+Ι時刻的預測： 濾波實現過程： 時間更新：
量測更新：
預測實現過程： 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 線性估計；Xlrt為k-Ι時刻的最優線性估計；Xkllrl為k-Ι時刻推出k時刻的最優線性估計； xk+1|k為k時刻推出k+Ι時刻的最優線性估計；Pk為k時刻的基於卡爾曼濾波的狀態協方差 估計；Plrt為k-Ι時刻的基於卡爾曼濾波的狀態協方差估計；Pkllrl為k-Ι時刻推出k時刻的 基於卡爾曼濾波的狀態協方差估計；Pklk為k時刻最優結果；Pk+1|k為k時刻推出k+Ι時刻的 基於卡爾曼濾波的狀態協方差估計；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之外的由網絡密度、鄰節點的信號強度值、節 點CPU使用率和報文隊列的空閒率得到的指標（m2,m3,m4，m5)進行綜合權重置加，並計算 出綜合評價輸出值M;若ml〈 = (ml，t)時，則直接判定鏈路質量為壞； 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，則判定鏈路質量好；若M〈 =Mt,則判定鏈路質量壞。
2. 根據權利要求1所述的一種多尺度多權重鏈路質量評估的路由方法，其特徵在於所 述的α< 〇. 5。
3. 根據權利要求1所述的一種多尺度多權重鏈路質量評估的路由方法，其特徵在於所 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 優先權日:2014年11月6日
【發明者】洪亮, 張璐, 孫建華, 劉項, 陳新博, 陳旿 申請人:西北工業大學