CN101217497B

CN101217497B - 一种无线网状网络的路径选择方法

Info

Publication number: CN101217497B
Application number: CN2008100564348A
Authority: CN
Inventors: 望育梅; 刘雨; 张琳
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2028-01-18
Also published as: CN101217497A

Abstract

本发明提出一种无线网状网络的路径选择方法，无线网状网络节点获取并存储无线网状网络路径信息和对应的路径信息性能参数及路径剩余宽带估计值；当无线网状网络发起业务请求时，所述的无线网状网络节点调用路径信息，性能质量参数和剩余宽带估计值，根据业务质量要求综合考虑实时性、带宽和传输质量因素选择匹配的路径；并通过建立动态路径缓存表减少路径选择时间，从而实现针对不同网络要求的业务提供不同的路径，并有效利用网络带宽，且实现无线网状网络的快速的转发。

Description

一种无线网状网络的路径选择方法

技术领域

本发明涉及一种无线网状网络，尤其涉及一种无线网状网络的路径选择方法。

背景技术

无线网状网络(WMN，wireless mesh network)是新型的宽带无线网络，不同于传统的无线网络，可以看成是WLAN和Ad hoc网络的融合，也是移动Ad hoc网络的一种特殊形态，它既继承了Ad hoc网络本身的特点，如，具有自配置，自组织与自管理等特点，又具有其内在的特殊性，如，不同类型的网络节点具有不同的移动性，MR一般具有很小的移动性，而MC则可为固定节点或移动节点，在设计WMN路由时可以弱化移动性的影响；WMN节点的主要业务是来自于因特网网关的业务，而Ad hoc网络主要业务是任意一对节点之间的业务流。

由于WMN的特殊性，在设计WMN路由协议时，可以充分利用其特殊性。考虑到干扰冲突，通信距离等因素的影响，跳数最小的路径可能吞吐率，误码率等性能比较差，而不能成为最优选择；另外，节点通过路由协议共享资源，因此WMN必须满足负载均衡这一要求；在路由发生中断时，要尽快完成路由重建，以避免服务中断；此外，大规模网络建立路径时将花很长时间，使端对端时延变大，路径一旦建立起来，由于路径发生变化又需要消耗很大的网络资源进行路由重建。

由上可知，路由选择的优劣直接影响到网络的性能，现有技术中，有各种无线路由协议，可以选用性能最佳的路由，如根据测得的网络性能来决定最佳路由，然而，现有技术中发现拓扑和寻找路由的方式仍然比较简单，不能很好地结合业务内容及考虑最小化网络资源消耗。

发明内容

本发明目的在于提供一种无线网状网络的路由选择方法，考虑到了业务内容，一定程度上实现了质量保证，且在此基础上尽可能地减少网络资源消耗，结合了WMN的特殊性，以解决现有技术中的问题。

为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：

一种无线网状网络的路径选择方法，所述无线网状网络包括无线网状网络节点，通过无线网络节点进行数据交换，其特征在于：

首先，所述无线网状网络节点获取并存储无线网状网络路径信息和对应的路径信息性能参数及路径剩余宽带估计值；

其次，当无线网状网络发起业务请求时，所述的无线网状网络节点调用路径信息，性能质量参数和剩余宽带估计值，根据业务质量要求综合考虑实时性、带宽和传输质量因素选择匹配的路径；

如果对应单一路径，则直接转发出去；

如果对应多条可选路径，则查找事先存储的动态路径缓存表，选择之前采用的对应源宿之间相同业务的路径传输数据；如果动态路径缓存表中没有存储对应源宿之间相同业务的路径，则通过ICMP报文或其它专业报文探测待选路径的传输延迟时间，并在动态路径缓存表中创建新的表项，将源宿之间该业务的最佳路径记录下来，并同时通过该路径传输数据。

进一步地，所述路径性能参数包括下述各个因素或者任意组合：误码率，跳数，延迟，抖动，传输速率，信号质量，信号强度。

进一步地，所述业务质量要求主要包括下述各个因素：语音业务要求较高的实时性，并且要求带宽保证；数据业务要求较低的误码率。

进一步地，如果业务请求为语音业务，确保带宽和误码率、抖动在可接受范围内的情况下选择跳数最小的路径；

进一步地，当请求业务为数据业务时，确保带宽的情况下再依次考虑误码率、跳数、链路传输速率；

进一步地，对于数据业务，可优先考虑带宽小但够用的路径，以保存更大的带宽留做其它业务用；

进一步地，所述剩余带宽估计值是通过侦听信道估测的，或者通过Hello消息获取占用信道带宽的邻居节点的带宽使用情况来估测。

进一步地，所述创建的表项设置了老化时间，所述创建的表项到达老化时间后开始失效，并在规定时间内更新。

进一步地，如果所述创建的表项没有在规定的时间内得到更新，则从动态缓存表中删除该表项。

进一步地，动态路径缓存表包括下述字段：源地址、目的地址、下一跳路由、业务类型、老化时间、更新期限。

本发明的有益效果是，针对不同网络要求的业务提供不同的路径，并有效利用网络带宽，且实现无线网状网络的快速的转发。

附图说明

图1是无线网状网络结构示意图。

图2是根据本发明的无线网状网络路由选择流程图。

图3是根据本发明的“hello”消息帧结构示意图。

图4是根据本发明的动态路径缓存表的结构示意图。

具体实施方案

图1是无线网状网络结构示意图。其中网状网络网关MGW是连接无线网状网络和外界网络的网关设备，它上行通过有线或无线的接口连接外界网络，下行通过无线方式连接无线网状网络节点，起到互连互通的作用，网状网络接入点MAP(Mesh Access Point)一边与接入终端通信，一边与其它MAP或MGW通信进行数据的转发。

图2是根据本发明的无线网状网络路由选择流程图。

首先，无线网状网络节点获取并存储无线网状网络路径信息和对应的路径信息性能参数及路径剩余宽带估计值。

对于路径信息的获取，类似于Ad hoc网络，有可选的多种方法，对于相关路径对应的性能参数，如误码率，跳数，延迟，抖动，传输速率，信号质量，信号强度等则是在数据通信过程中产生的统计值，反馈给相关的无线网状网络节点，或者在路径测试过程中产生的统计值，并反馈给相关的无线网状网络节点。

对于路径剩余宽带估计值的获取，有两种方案，一是基于反馈的方案，二是基于接入控制方案。网络中端对端的吞吐量是由路径上各主机的瓶颈带宽决定的，因此，端对端吞吐量的估计简化成了寻找该路径中各主机的最小剩余带宽。由于带宽是被相邻主机共享的，很难确切得知其它主机的带宽占用情况，有两种方法可供估测：一是侦听。这是很直接的方法，因为每个主机都能够侦听信道跟踪业务量状态，可确定每秒钟有多少可用的闲置带宽，IEEE802.11MAC同时具有物理载波监听和虚拟载波监听的功能，虚拟载波监听是通过网络监听矢量NAV完成的，具体可参考IEEE802.11相关协议，上述功能可以用来确定信道的忙闲时间。比如，NAV值小于当前时间(即当前带宽没有被分配)，接收和发送状态都是空闲，则MAC层认为信道是空闲的；当NAV刚设置了一个新值，或接收状态从闲变为忙，或发送状态从闲变为忙，则MAC层认为信道是忙碌的。用信道带宽乘以闲时/(忙时+闲时)再乘以一个系数，即可得信道带宽估计值。为什么要引入上述的系数，这是由IEEE802.11的协议本身特点所致，由于DIFS、SIFS这些退避策略的存在，带宽并不是非闲即忙的。另一种带宽估测的方法就是使用“hello”消息，这里借鉴了AODV(ad hoc on-demand distance order)协议，采用AODV协议中的“hello”消息记录发送者及其一跳之远的邻居节点的带宽使用情况，每个主机根据收到的“hello”消息及频率再用模式(一般两跳之外可以再用同样的频率)，就可以得出剩余带宽的估计值。我们修改“hello”消息使其可以记录邻节点和邻节点的邻节点所耗的带宽及时间戳，如图3所示。时间戳是为更新用的，以表明该“hello”消息的实时性。当主机节点得知了最新的邻节点和邻节点的邻节点所耗的带宽，用信道带宽减去上述二者再除以一个系数，即得到剩余带宽的估测值。之所以要除以一个系数，是因为考虑到RTS、CTS及ACK等消息同样消耗带宽，故提供一个大致的系数，根据网络设计中RTS、CTS及ACK的时长和传输的数据量、数据速率等相关因素就可以估测一个值，本领域技术人员不难做到。

如果业务请求为语音业务，确保带宽和误码率、抖动在可接受范围内的情况下选择跳数最小的路径；

当请求业务为数据业务时，确保带宽的情况下再依次考虑误码率、跳数、链路传输速率；

对于数据业务，可优先考虑带宽小但够用的路径，以保存更大的带宽留做其它业务用；

如果考虑的上述诸多因素仍然有多条路径可供选择，则查找事先存储的动态路径缓存表，选择之前采用的对应源宿之间相同业务的路径传输数据；

如果动态路径缓存表中没有存储对应源宿之间相同业务的路径，则通过ICMP报文或其它专业报文探测待选路径的传输延迟时间，并在动态路径缓存表中创建新的表项，将源宿之间该业务的最佳路径记录下来，并同时通过该路径传输数据。

由于链路传输速率一定程度上也会反应路径的延迟，但它没有记入节点处理时间等因素，因此不够准确，因此这里引入了端对端的延迟时间。

其中，动态路径缓存表是在网络通信过程中逐步建立的，缓存表中所创建的表项均设置了老化时间，所述创建的表项到达老化时间后开始失效，并在规定时间内更新；

如果所述创建的表项没有在规定的时间内得到更新，则从动态缓存表中删除该表项。

动态路径缓存表可以包括但不限于下述字段：源地址、目的地址、下一跳路由、业务类型、老化时间、更新期限，如图4所示。

由于WMN节点的主要业务是来自于因特网网关的业务，因此表项中的源地址或目的地址往往是固定的，即因特网网关的地址，同时由于它是在网络通信过程中逐步建立的，设有老化时间和更新期限，因此一般只保留经常使用的路径，因此所述动态路径缓存表不需要非常大。

此外，动态路径缓存表的老化时间可以设置得比较长，如10分钟，30分钟等，这取决于网络的业务繁忙程度，一般在使用后才存在相应表项，其实时性不如网络节点获取的路径信息和性能参数及剩余带宽，因此仅作为辅助手段，主要作用是在不耗费过多网络资源的情况下为节点的路径选择提供参考。

综上，我们针对不同网络要求的业务提供了不同的路径，有效利用了网络带宽，且在动态路径缓存表的帮助下尽可能地实现了无线网状网络的快速的转发。以上较佳实施例对本发明进行说明，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种无线网状网络的路径选择方法，所述无线网状网络包括无线网状网络节点，通过无线网络节点进行数据交换，其特征在于：

如果对应单一路径，则直接转发出去；

如果对应多条可选路径，则查找事先存储的动态路径缓存表，选择之前采用的对应源宿之间相同业务的路径传输数据；如果动态路径缓存表中没有存储对应源宿之间相同业务的路径，则通过ICMP报文或其它专业报文探测待选路径的传输延迟时间，并在动态路径缓存表中创建新的表项，将源宿之间该业务的最佳路径记录下来，并同时通过该路径传输数据；

所述剩余带宽估计值通过Hello消息获取占用信道带宽的邻居节点的带宽使用情况来估测，所述Hello消息被修改使其可以记录邻节点和邻节点的邻节点所耗的带宽和时间戳；

所述路径性能参数包括下述各个因素或者任意组合：误码率，跳数，延迟，抖动，传输速率，信号质量，信号强度；

所述根据业务质量要求综合考虑实时性、带宽和传输质量因素选择匹配的路径包括：如果业务请求为语音业务，确保带宽和误码率、抖动在可接受范围内的情况下选择跳数最小的路径；当请求业务为数据业务时，确保带宽的情况下再依次考虑误码率、跳数、链路传输速率；

所述动态路径缓存表包括下述字段：源地址、目的地址、下一跳路由、业务类型、老化时间、更新期限。

2.根据权利要求1所述的无线网状网络的路径选择方法，所述业务质量要求主要包括下述各个因素：语音业务要求较高的实时性，并且要求带宽保证；数据业务要求较低的误码率。

3.根据权利要求1所述的无线网状网络的路径选择方法，对于数据业务，可优先考虑带宽小但够用的路径，以保存更大的带宽留做其它业务用。

4.根据权利要求1所述的无线网状网络的路径选择方法，所述创建的表项设置了老化时间，所述创建的表项到达老化时间后开始失效，并在规定时间内更新。

5.根据权利要求4所述的无线网状网络的路径选择方法，如果所述创建的表项没有在规定的时间内得到更新，则从动态缓存表中删除该表项。