CN101416457A - 用于确定路径距离值的方法 - Google Patents

Abstract

为了确定例如视频电话或VoIP的对时间要求严格的传输的最佳路径，说明一种用于确定用于路由选择协议中的路径距离值的方法。作为路由的链路的链路度量的乘积来计算路径距离值，其中链路度量又是数据分组到达率的乘积。它对于要求最少数量的重复的分组传输(重传)的路由来说是最佳的。可选地，可以将附加的因子插入到链路度量中，该因子负责也考虑路径的长度。

Description

用于确定路径距离值的方法

本发明涉及一种用于确定路径距离值的方法以及一种网络节点.

网络能够实现消息在其节点之间的传送。在网络中，不是网络的所有的节点都与所有其它的节点相连接.从发送节点给接收节点的消息因此常常必须经由由一个或多个中间节点来转发，以便从发送节点到达接收节点。在此情况下，将从发送节点经由中间节点到接收节点的途径称为路径或路由.

为了针对消息从网络中大量理论上可能的路径中选择合适的路径，采用路由选择方法.路由选择方法首先确定至少一个、但是合宜地多个路径候选者，沿着这些路径候选者可以传送该消息.以下给路径候选者分别分配路径距离值、即所谓的路由度量(Metrik)。路径距离值是路径候选者的质量的量度(Mass).通常又从链路距离值来确定路径距离值，这些链路距离值又是相应路径候选者的各个链路的质量的量度。在此情况下，将网络的两个节点的直接的连接称为链路.

例如路径的链路的使用费用或路径的链路的数量可以被包括在路径距离值中。此外可以将沿着路径候选者或路径候选者的链路的传输质量的值、或路径候选者或路径候选者的链路的传输速度的值包括在内。随后将具有最佳路径距离值的路径候选者选择为路径。现在可以沿着该路径传送消息。

用于确定路径距离值的方法被称为路由选择度量。一种已知的路由选择度量是ETX(期望传输次数(Expected Transmission Count))。利用路由选择度量ETX来选择可预期的传输次数最少的那个路径.在此情况下，不仅应将传输理解为首次传输(传输)，而且也应理解为重复的传输(重传)。第一次传输是分组经由链路的传输。当第一次传输不成功时，进行重复的传输。在ETX的情况下相同地对待第一次传输和重复的传输.

但是重复的传输具有它可能需要比第一次传输更多的时间的缺点。因此ETX具有以下缺点，即在某些情形下对于某些类型的数据传输来说不确定最佳的路径。这种数据传输例如可能是IP承载语音(VoIP)或视频电话。这种类型的数据传输的另外的实例是所有类型的对时间要求严格的(zeitkritisch)数据传输。

本发明所基于的任务是，说明一种用于确定路径距离值的方法以及一种网络节点，该方法以及该网络节点允许或能够执行针对对时间要求严格的数据传输的改进的路径选择.

该任务在方法方面通过根据权利要求1的方法以及在网络节点方面通过根据权利要求10的网络节点来解决。其它的权利要求涉及所述方法以及网络节点的优选的扩展方案以及一种基于根据本发明的网络节点的网络。

在用于确定路径的路径距离值的本发明方法中，基于第一概率来确定路径距离值.第一概率说明，在沿着路径传输时，在该路径的至少一个链路中必须多次传输数据分组的概率。这意味着，第一概率说明在至少一个链路中需要重复传输的概率.利用本方法所确定的度量具有针对对时间要求严格的数据传输能够实现较好的路径选择的优点。

如果在本方法中执行以下步骤，是合宜的：

-针对该路径的至少一个链路，分别确定被包括在第一概率中的链路距离值；

-根据链路距离值确定路径距离值。

在此，合宜地，针对该路径的至少两个链路，优选地针对路径的每一个链路，分别确定链路距离值。此外合宜的是，根据如此确定的链路距离值中的至少两个、特别优选地根据所有的如此确定的链路距离值确定路径距离值。

在本发明的一种有利的扩展方案和改进方案中，在确定路径距离值时，附加地考虑路径的链路的数量。由此得出相对于较长的路径优选较短的路径的优点.

在本发明的另一种有利的扩展方案和改进方案中，基于在通过链路传输时成功地传输数据分组的第二概率来确定链路距离值。

优选地，针对链路的第一传输方向，根据被包括在第二概率中的第一数据分组到达率来确定链路距离值。在一种特别优选的扩展方案中，附加地或替代地，针对链路的与第一传输方向相反的第二传输方向，根据被包括在第二概率中的第二数据分组到达率来确定链路距离值。第一和第二数据分组到达率在这里分别主要说明经由链路在相应传输方向上所发送的消息由其目的地接收的频率。

优选地根据第一和第二数据分组到达率的乘积来确定链路距离值.此外优选地确定至少两个链路距离值，并根据链路距离值的第二乘积来确定路径距离值.

合宜地，第二乘积包含基于路径的链路的数量的附加因子.

网络节点具有用于确定路径距离值的处理装置，该处理装置被构造，使得它针对路径执行被分配给它的路径距离值的确定，其中基于在沿着该路径传输时在该路径的至少一个链路中必须多次传输数据分组的第一概率来确定路径距离值.

网络具有至少一个这种网络节点.

本方法例如可以在诸如AODV的路由选择方法中得到采用.

借助附图中所示出的实施例来更详细地阐述本发明的其它的细节和优点。在此，

图1示出由三个网络节点所组成的网络部分；

图2示出具有三个路径候选者的示意性网络。

图1示出由第十一至第十三节点K11...13所组成的示例性的网络部分.此外图1还示出在第十一节点K1和第十二节点K2之间的第一链路L1、在第十一节点K1和第十三节点K3之间的第二链路L2、以及在第十二节点K2和第十三节点K3之间的第三链路L3。第一链路L1具有0.7的链路度量，而第二链路L2和第三链路L3分别具有0.9的链路度量.

在该示例性的网络部分中，可以经由两个可能的路径来进行从第十一节点K1向第十二节点K2的数据传输.第一路径由第一链路L1组成。第二路径由第二链路L2和第三链路L3组成。第一路径因此直接从第十一节点K1通向第十二节点K2，而第二路径从第十一节点K1经由第十三节点K3通向第十二节点K2。

在路径的路由选择度量、即路径距离值的确定的示例性实施形式中，根据以下公式来计算路径的路由度量：

(1) $R=\underset{\mathrm{Links}}{\mathrm{\Π}}\mathrm{LM}=\underset{\mathrm{Links}}{\mathrm{\Π}}(D_f\×D_r)$

其中：

R    路由度量

LM   链路度量

D_f   在第一传输方向上的数据分组到达率

D_r   在第二传输方向上的数据分组到达率.

这意味着，路由度量是链路度量的乘积，其中链路度量又是对于链路的两个传输方向而言链路的数据分组到达率的乘积。

在此情况下，第一路径的路由度量等于第一链路L1的链路度量，也即R＝0.7.第二路径的路由度量在此等于第二链路L2和第三链路L3的链路度量的乘积.也就是说，第二路径的路由度量是R＝0.9 x 0.9＝0.81。

第二路径因此具有在其链路的至少一个中重复传输数据分组的明显较小的概率、即19％.基于路由选择度量的这种示例性实施形式的路由选择协议在此情况下将选择第二路径作为路径，因为该第二路径更适合于对时间要求严格的数据传输.

在示例性的路由选择度量中可能的是，长度为例如10个链路的很长的路径具有比仅仅有两个链路的另一个路径更好的路由度量.因此，在路由选择度量的其它的示例性实施可能性中，因此使用以下公式之一：

(2) $R=\underset{\mathrm{Links}}{\mathrm{\Π}}\mathrm{LM}=\underset{\mathrm{Links}}{\mathrm{\Π}}(D_f\×D_r\×P)$

或

(3) $R=\underset{\mathrm{Links}}{\mathrm{\Π}}\mathrm{LM}=\left[\underset{\mathrm{Links}}{\mathrm{\Π}}(D_f\×D_r)\right]\×P^{\mathrm{Links}-1}$

其中：

P      罚因子

Links  链路的数量

在此情况下，引入合宜地在0和1之间的、优选地在0.6和0.95之间的罚因子。在第二公式(2)中附加乘上(zumultiplizieren)链路度量的罚因子。在第三公式(3)中，附加乘上路由度量的罚因子的、链路的数量减1次方。

在根据第二公式(2)的路由选择度量的示例性实施可能性中，选择P＝0.8作为罚因子。因此对于根据图1的网络部分来说得出以下的路由度量：

- 对于第一路径R＝0.7 x 0.8＝0.56；

- 对于第二路径R＝0.9 x 0.8 x 0.9 x 0.8≈0.52.

因此，在路由选择度量的该实施形式中，由于第二路径的较大的长度，第一路径已经与第二路径相比更优先。

借助以下的第四和第五公式得出路由选择度量的其它的实施变型方案：

(4) $R=\underset{\mathrm{Links}}{\mathrm{\Π}}\mathrm{LM}=\underset{\mathrm{Links}}{\mathrm{\Π}}(D_r^2\×P)$

(5) $R=\underset{\mathrm{Links}}{\mathrm{\Π}}\mathrm{LM}=\left[\underset{\mathrm{Links}}{\mathrm{\Π}}\left(D_r\right)\right]\×P^{\mathrm{Links}-1}.$

在这些变型方案中，仅仅使用在第二传输方向上的数据分组到达率。在一种变型方案中对该数据分组到达率求平方.

可以将把罚因子引入计算中的根据第二和第三公式的不同可能性和使用数据分组到达率的不同可能性相混合.

以下将示出本发明路由选择度量的实施形式在路由选择方法中的应用。在此情况下，将图2中所示出的Ad-hoc网络作为基础.该Ad-hoc网络包含第一至第七节点K1...7和网关G.

在该实例中，第一节点K1希望向网关G发送消息。针对该实例从以下情况出发，即节点K1...7中没有一个知道通向网关G的路径，并且因此必须完整地确定这种路径。

为了确定路径，使用路由选择协议AODV(Ad-hoc按需距离矢量)。AODV规定，第一节点K1通过广播向其周围的其它的节点发送所谓的路由请求消息。这些其它的节点又转发该路由请求消息.当RREQ到达目的地时，确定路由.该路由通过所谓的路由应答消息并且通过单播被发送回路由请求消息的来源、即第一节点K1。同时，已接收并转发该请求的每一个节点K1...7已存储了它收到的路由请求消息所来自的节点K1...7。

在该实例中，以此方式在第一节点K1中得出三个路径候选者P1...3，沿着这些路径候选者P1...3可以将消息从该第一节点K1传送给网关G。在此，第一路径候选者P1从第一节点K1经由第二、第三和第四节点K2、3、4通向网关G。第二路径候选者P2从第一节点K1经由第二和第五节点K2、5通向网关G.第三路径候选者P3从第一节点K1经由第二和第六节点K2、6通向网关G。在该实例中，第七节点K7不出现在路径候选者P1...3中的任何一个中。

为了向第一节点K1传送路径候选者P1...3，现在将路由应答消息沿着路径候选者发送回第一节点K1.因此，网关G向第四节点K4发送第一路径候选者P1的路由应答消息.该第四节点K4向第三节点K3发送路由应答消息。该第三节点K3又向第二节点K2发送路由应答消息，该第二节点K2向第一节点K1发送路由应答消息。

在接收到路由应答消息时，接收节点K1...7分别确定相应路径候选者P1...3的路由度量.在此，该路由度量涉及从目的地、即在该实例中从网关G直至相应节点K1...7的路径候选者P1...3的部分。于是在路由应答消息中转发该路由度量，使得第一节点K1最终可以确定路径候选者P1...3中的每一个的总路由度量.

在此情况下，采用将数据分组到达率用作链路度量的路由度量作为路由选择度量，也即作为用于确定路径候选者P1...3的质量的准则.该数据分组到达率又由节点K1...7根据以规则的时间间隔所发送的所谓的问候消息或度量消息来确定.如果第五节点K5例如已从网关G接收了最后m个问候消息中的最后n个，则它将涉及自己和网关G之间的链路的数据分组到达率确定为n/m。根据链路的链路度量，路由度量又通过链路度量的乘积来确定。在此，针对每一个链路将罚因子包括到乘积中，使得作为路由度量的公式得出：

(6) $R=\underset{\mathrm{Links}}{\mathrm{\Π}}\mathrm{LM}=\underset{\mathrm{Links}}{\mathrm{\Π}}(D\·P)$

R       路由度量

LM      链路度量

D       数据分组到达率

P       罚因子

Links   路径候选者P1...3的链路的数量

在该示例性路由选择方法中将0.8用作罚因子。接收路由应答消息的每一个节点K1...7现在将相应路径候选者P1...3的路由度量与阈值进行比较。该阈值在此情况下应为0.2。如果相应路径候选者P1...3的在节点K1...7中所确定的路由度量低于该阈值，则拒绝相应路径候选者P1...3。这意味着，节点K1...7不再转发涉及相应路径候选者P1...3的路由应答消息.由此所拒绝的路径候选者P1...3不到达第一节点K1，并且因此也不能被用于向网关G传送消息。第一节点K1本身也将通过路由应答消息传送给它的路径候选者P1...3的路由度量与阈值进行比较，并且如果它的路由度量达到或低于阈值，则拒绝该路径候选者P1...3.

第一节点K1最后从未被拒绝的路径候选者P1...3中选择具有最好的、即最高的路由度量的那个路径候选者。

针对各个路径候选者P1...3，从所说明的方案得出以下所描述的过程。针对链路度量，在这里分别假设在下表中所概括的示例性值：

在以下各项之间的链路                    链路度量

网关G，第四节点K4                       0.8

网关G，第五节点K5                       0.9

网关G，第六节点K6                       0.6

第四节点K4，第三节点K3                  0.7

第三节点K3，第二节点K2                  0.9

第二节点K2，第一节点K1                   0.9

第五节点K5，第二节点K2                  1

第六节点K6，第二节点K2                  0.5

在第一路径候选者P1的情况下，从网关G向第四节点K4发送路由应答消息.该第四节点K4将迄今的第一路径的路由度量计算为该链路的链路度量和罚因子的乘积、也就是0.8*0.8＝0.64。于是不拒绝路径候选者P1，因为它的路由度量大于0.2。路由应答消息随后从第四节点K4到达第三节点K3.该第三节点K3由迄今的路由度量和在自己和第四节点K4之间的链路的链路度路以及罚因子的乘积计算出路由度量，也就是0.64*0.8*0.7＝0.36。第二节点K2按照给该第二节点K2的路由应答消息将路由度量计算为0.36*0.8*0.9＝0.26。第一节点K1按照最后的路由应答消息将路由度量计算为0.26*0.8*0.9＝0.19。因此在第一节点K1处拒绝第一路径候选者P1，因为它的路由度量在那里小于0.2。

利用相同的处理方式，在第二路径候选者P2的情况下，在第五、第二和第一节点处分别得出0.72、0.58和0.41的路由度量。在第三路径候选者P3的情况下，在第六节点K6处以及在第二节点K2处得出0.48和0.19的路由度量。因此已经在第二节点K2处拒绝第三路径候选者P3，因为它的路由度量已经在那里就小于0.2的阈值。第三路径候选者P3因此不到达第一节点K1.

在该实例中，第一节点因此将作为唯一一个具有合适的路由度量的第二路径候选者P2选择用于向网关G传输消息.

通过已经利用路由请求消息传送链路度量，得出路由选择方法的替代实施形式.路由选择方法的该实施形式已经使网关G能够作出关于路径的决定。

Claims (12)

1.用于确定路径的路径距离值的方法，其中，基于在沿着所述路径传输时在至少一个链路中必须多次传输数据分组的第一概率来确定所述路径距离值。

2.按照权利要求1所述的方法，具有以下步骤：

-针对所述路径的至少一个链路(L1...3)，分别确定被包括在所述第一概率中的链路距离值；

-根据所述链路距离值确定所述路径距离值。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其中，在确定链路距离值时，附加地考虑所述路径的链路(L1...3)的数量。

4.按照权利要求2或3所述的方法，其中，基于在经由链路(L1...3)传输时成功地传输数据分组的第二概率来确定所述链路距离值。

5.按照权利要求2至4之一所述的方法，其中，针对所述链路(L1...3)的第一传输方向，根据被包括在第二概率中的第一数据分组到达率来确定所述链路距离值。

6.按照权利要求5所述的方法，其中，附加或替代地，针对所述链路(L1...3)的与所述第一传输方向相反的第二传输方向，根据被包括在第二概率中的第二数据分组到达率来确定所述链路距离值。

7.按照权利要求6所述的方法，其中，根据所述第一和第二数据分组到达率的第一乘积来确定所述链路距离值。

8.按照权利要求2-7之一所述的方法，其中，确定至少两个链路距离值，并且根据所述链路距离值的第二乘积来确定所述路径距离值。

9.按照权利要求8所述的方法，其中，所述第二乘积包含基于所述路径的链路的数量的附加因子。

10.网络节点(K1...7，11...13)，具有用于确定路径距离值的处理装置，该处理装置被构造，使得它针对路径执行被分配给该路径的路径距离值的确定，其中基于在沿着该路径传输时在该路径的至少一个链路(L1...3)中必须多次传输数据分组的第一概率来确定所述路径距离值。

11.网络，具有至少一个按照权利要求10所述的网络节点(K1...7，11...13)。

12.在路由选择方法中使用按照权利要求1至9之一的路径距离值。

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