CN103312612A - 多约束服务质量路由选择的优化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多约束服务质量路由选择的优化方法，所述方法包括：起始节点发送路由请求消息通过中间节点到达目的节点，在路由请求消息广播的过程中建立反向路由：目的节点针对接收到的每条路由路径传输过来的路由请求消息，通过反向路由将每条路由路径的链路质量信息返回给起始节点：起始节点计算出不满意度最低的路由路径作为最优路由，并利用最优路由传输数据。本发明还公开了一种多约束服务质量路由选择的优化系统，通过上述方法和系统能够实现多维QoS路由，并且能够在路由维护过程中及时修复时延较大的路由路径。

Description

多约束服务质量路由选择的优化方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信网络中的路由方法，更具体地，涉及一种多约束服务质量路由选择的优化方法及系统。

背景技术

多媒体应用业务要求网络在传输数据时能满足某些特定的参数要求，即服务质量(QoS)约束。

QoS路由是一种基于网络的可用资源和业务流的QoS要求来选择路径的路由机制或一种包含各种QoS参数的动态路由协议。简而言之，QoS路由用来查找满足QoS要求的路径。QoS要求可以是一维的参数，也可以是多维的参数，相应的QoS路由被称为单维或多维QoS路由。衡量QoS的约束条件很多，包括延时、带宽、分组丢失率和网络吞吐量等。寻找一条满足多个QoS约束条件的路由路径通常是多项式复杂程度的非确定性问题(NP完全问题)，所以实现多维的QoS指标较为困难。

对于多媒体应用而言，通常需要占用大量的网络带宽，甚至会干扰正常的网络服务。作为承载教学科研任务的校园网，也面临同样的困扰。尤其是在涉及多校区互联的情况下，这一问题尤为突出。当前国内很多ISP或者网络中心粗暴地对涉及的多媒体应用进行封杀，这种因噎废食的做法弊端越来越明显。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种多约束服务质量路由选择的优化方法及系统，关注多约束QoS条件下路由算法的性能，在提供多媒体应用的同时保证QoS需求，从而进一步提高校园网的带宽利用率，将成果更好地应用于校园网中，能够在路由发现中解决实现多维的QoS指标比较困难的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种多约束QoS路由选择的优化方法，所述方法包括：

起始节点发送的路由请求消息通过中间节点到达目的节点；

目的节点针对接收到的每条路由路径传输过来的路由请求消息，通过反向路由将每条路由路径的链路质量信息返回给起始节点；

起始节点计算出不满意度最低的路由路径作为最优路由，并利用最优路由传输数据。

其中，所述传输数据后，还包括：目的节点监测整个路由路径上的实际延时，当延时超过阀值后，发送预警消息给需要发起路由请求的起始节点；起始节点重新开始发起路由请求寻找最优路由，并利用最优路由传输数据。

其中，所述起始节点，包括：发送数据的源节点或瓶颈节点。

其中，所述通过中间节点到达目的节点的方式具体是中间节点通过广播的方式发送路由请求消息给相邻节点，经过一个或多个节点的转发到达目的节点。

其中，所述中间节点通过广播的方式发送路由请求消息之前，还包括：将上一次发送过程中两个节点间的链路质量信息记录在路由请求消息中。

其中，所述计算出不满意度最低的路由路径，包括：

根据每条路由路径的链路质量信息结合被传输数据的QoS约束参数和被传输数据对延时、带宽、丢包率的敏感度计算出不满意度最低的路由路径；

其中，链路质量信息包括：整个路由路径中每两个节点间的延时、带宽和丢包率；被传输数据的QoS约束参数包括：数据流允许的最大延时、数据流的最小带宽需求、数据流允许的最大丢包率。

本发明还提供了一种多约束服务质量路由选择的优化系统，所述系统包括：起始节点、中间节点和目的节点，其中，

所述起始节点，用于发起路由请求通过中间节点到达目的节点，接收到目的节点返回的每条路由路径的链路质量信息后计算出不满意度最低的路由路径作为最优路由，并利用最优路由传输数据；

所述中间节点，用于转发路由请求消息给目的节点，并且转发目的节点返回的每条路由路径的链路质量信息给起始节点；

所述目的节点，用于针对接收到的每条路由路径传输过来的路由请求消息，通过反向路由将每条路由路径的链路质量信息返回给起始节点。

其中，所述目的节点，还用于监测整个路由路径上的实际延时，当延时超过阀值后，发送预警消息给需要发起路由请求的起始节点；起始节点重新开始发起路由请求寻找最优路由，并利用最优路由开始传输数据。

其中，所述起始节点，包括：发送数据的源节点或瓶颈节点。

本发明的技术效果：

本发明所提供的多约束服务质量路由选择的优化方法及系统，由起始节点发送的路由请求消息通过中间节点到达目的节点，然后，目的节点针对接收到的每条路由路径传输过来的路由请求消息，通过反向路由将每条路由路径的链路质量信息返回给起始节点，最后，起始节点计算出不满意度最低的路由路径作为最优路由，并利用最优路由传输数据。

这样能够实现多维QoS路由，即寻找到一条最好的满足多个QoS约束条件的路由路径。与现有的AODV协议相比，能够提高网络的平均吞吐量和分组到达率，而且增大了满足QoS约束参数中延时条件的数据包所占的比例。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的实施例的多约束QoS路由选择的优化方法的流程图；

图2示出了根据本发明的实施例的路由请求的发送过程示意图；

图3示出了根据本发明的实施例的返回链路质量信息的过程示意图；

图4示出了根据本发明的实施例的多约束QoS路由系统结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

图1为多约束QoS路由选择的优化方法的流程图，如图1所示，所述多约束QoS路由方法通常应用于无线Mesh网络，并且基于AODV协议，所述方法具体包括以下步骤：

步骤10，起始节点发起路由请求，发送的路由请求消息通过中间节点到达目的节点。

具体的，所述起始节点包括：当应用层有数据需要发送，而源节点没有通往目的节点的路由时，源节点作为所述起始节点发起路由请求；或数据传输过程中，瓶颈节点也可以作为所述起始节点发起路由请求。所述发送的路由请求消息通过中间节点到达目的节点，具体是指：广播发送路由请求消息给相邻节点，经过一个或多个中间节点的转发到达目的节点。其中，路由请求消息中包括：应用层传输数据的QoS约束参数，例如：延时、带宽、丢包率。同时接收到路由请求消息的中间节点还会在转发前将上一次路由请求消息发送过程中的链路质量信息记录在路由请求消息中，具体包括：两个节点间的延时、带宽和丢包率。

进一步的，中间节点判断自己是否已收到过该路由请求消息，如果是，则直接丢弃所述路由请求消息，否则记录上一次转发过程中的链路质量信息。中间节点接收到路由请求消息后，还需要根据数据流的QoS约束参数判断上一次转发是否符合约束参数的标准，如果符合，则记录上一次转发过程中的链路质量信息，并继续转发；如果不符合，则直接丢弃所述路由请求消息。所述判断具体为：对比上一次转发的带宽是否大于QoS约束参数中的带宽要求，如果大于，则记录上一次转发过程中的链路质量信息，并继续转发，否则，直接丢弃路由请求消息。下面结合图2的实例对路由请求的发送过程进行解释。

图2为本发明实施例路由请求的发送过程示意图，如图2所示，假设节点1作为起始节点需要寻找到网关节点5的路由，图中从节点发出的箭头代表本节点广播的RREQ报文。节点1会先广播RREQ报文给它的一跳邻居节点，节点2接收到节点1广播的RREQ报文后，会先比较节点1到节点2之间的带宽是否大于RREQ报文的QoS约束参数中的带宽，如果小于则直接丢弃该RREQ报文；如果大于则记录下节点1到节点2这段链路的延时、带宽、和丢包率，然后广播该RREQ报文。节点2广播的RREQ报文会再次被节点1接收，这时由于该RREQ报文是由节点1刚刚发送给节点2的，因此节点1直接丢弃该RREQ报文。节点3和节点6也会接收到该RREQ报文，它们是第一次收到该RREQ报文，同节点2的处理方法一样，先比较本段链路带宽与数据流需求带宽，若满足再记录本段链路的延时、带宽、和丢包率，并继续广播该RREQ报文。节点6经过节点7的广播，该RREQ报文到达目的节点5。同时，节点3经过节点4的广播，所述RREQ报文也到达目的节点5。节点4和节点7的转发方式和节点2、3、6相同。此时，路由请求的过程得到两条路由路径，分别是：起始节点1经过中间节点2、中间节点3、中间节点4到达目的节点5；起始节点1经过中间节点2、中间节点6、中间节点7、到达目的节点5。

步骤20，目的节点针对接收到的每条路由路径传输过来的路由请求消息，通过反向路由将每条路由路径的链路质量信息返回给起始节点；

具体的，所述反向路由是指中间节点在广播路由请求报文的过程中建立的由本节点到发送路由请求的源节点的路由。图3为本发明实施例返回链路质量信息的过程示意图，其中，目的节点5分别通过两条反向路由将两条路由路径的链路质量信息返回给起始节点1，分别是：目的节点5经过中间节点4、中间节点3、中间节点2到达起始节点1；目的节点5经过中间节点7、中间节点6、中间节点2到达起始节点1。

步骤30，起始节点根据每条路由返回的链路质量信息计算出不满意度最低的路由路径作为最优路由，并利用最优路由开始传输数据。

进一步的，在步骤30之后的数据传输过程中，目的节点监测整个路由路径上数据包的实际延时，当延时超过一个阀值后，目的节点发送预警消息给需要发起路由请求的起始节点；起始节点重新开始发起路由请求寻找最优路由，并利用最优路由开始传输数据。

需要说明的是，在源节点或瓶颈节点寻找新路由的过程中，数据流的传输仍采用原来的路由，因为原来的路由并没有违背数据流的QoS需求。寻找新的路由是为了避免出现违背数据流QoS需求的情况。

图4为本发明实施例多约束QoS路由系统结构示意图，如图4所示，所述多约束QoS路由方法的系统包括：起始节点41、中间节点42和目的节点43，其中，

所述起始节点41，用于发起路由请求，发送的路由请求消息通过中间节点42到达目的节点43，接收到目的节点43返回的每条路由路径的链路质量信息后计算出不满意度最低的路由路径作为最优路由，并利用最优路由开始传输数据；

具体的，所述起始节点41包括：当应用层有数据需要发送，而源节点没有通往目的节点的路由时，源节点作为所述起始节点发起路由请求；或数据传输过程中，瓶颈节点也可以作为所述起始节点发起路由请求。所述发送的路由请求通过中间节点42到达目的节点43，具体是指：广播发送路由请求消息给相邻节点，经过一个或多个中间节点的转发到达目的节点。其中，路由请求消息中包括：应用层传输数据的QoS约束参数，例如：延时、带宽、丢包率。

所述计算出不满意度最低的路由路径，包括：根据每条路由路径的链路质量信息结合被传输数据的QoS约束参数和被传输数据对延时、带宽、或丢包率的敏感度计算出不满意度最低的路由路径。其中，链路质量信息包括：整个路由路径中的传输延时、路径中的最小链路带宽和路径中的累计丢包率；被传输数据的QoS约束参数包括：数据流允许的最大延时、数据流的最小带宽需求、数据流允许的最大丢包率。

所述中间节点42，用于转发路由请求消息给目的节点43，并且转发目的节点43返回的每条路由路径的链路质量信息给起始节点41；

具体的，所述中间节点也可以是一个或多个。所述中间节点42接收到路由请求消息后，还会在转发前将上一次路由请求消息发送过程中的链路质量信息记录在路由请求消息中，具体包括：两个节点间的延时、带宽和丢包率。

进一步的，中间节点42判断自己是否已收到过该路由请求消息，如果是，则直接丢弃所述路由请求消息，否则记录上一次转发过程中的链路质量信息。中间节点42接收到路由请求消息后，还可以根据QoS约束参数判断上一次转发是否符合约束参数的标准，如果符合，则记录上一次转发过程中的链路质量信息，并继续转发；如果不符合，则直接丢弃所述路由请求消息。所述判断具体为：对比上一次转发的带宽是否大于QoS约束参数中的带宽要求，如果大于，则记录上一次转发过程中的链路质量信息，并继续转发，否则，直接丢弃路由请求消息。

所述目的节点43，用于针对接收到的每条路由路径传输过来的路由请求消息，通过反向路由将每条路由路径的链路质量信息返回给起始节点41。

具体的，所述反向路由是指中间节点在广播路由请求报文的过程中建立的由本节点到发送路由请求的源节点的路由。

进一步的，所述目的节点43，还用于监测整个路由路径上的实际延时，当延时超过一个阀值后，发送预警消息给需要发起路由请求的起始节点41；起始节点41重新开始发起路由请求寻找最优路由，并利用最优路由开始传输数据。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明所提供的多约束服务质量路由选择的优化方法及系统，由起始节点发送的路由请求消息通过中间节点到达目的节点，然后，目的节点针对接收到的每条路由路径传输过来的路由请求消息，通过反向路由将每条路由路径的链路质量信息返回给起始节点，最后，起始节点计算出不满意度最低的路由路径作为最优路由，并利用最优路由传输数据。

这样能够实现多维QoS路由，即寻找到一条最好的满足多个QoS约束条件的路由路径。与现有的AODV协议相比，能够提高网络的平均吞吐量和分组到达率，而且增大了满足QoS约束参数中延时条件的数据包所占的比例。

本发明所提供的多约束服务质量路由选择的优化方法及系统，可以进一步提高校园网的带宽利用率，解决高校校园网多媒体应用与教学保障的矛盾，解决多校区之间互联互通间带宽的利用问题，提高带宽利用效率，保障教学秩序，促进校园网积极健康发展；同时也可以解决多媒体应用与网络QoS的矛盾，推进多媒体应用的发展，以致整个互联网服务重心的改变。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多约束服务质量路由选择的优化方法，其特征在于，包括：

起始节点发送的路由请求消息通过中间节点到达目的节点；

目的节点针对接收到的每条路由路径传输过来的路由请求消息，通过反向路由将每条路由路径的链路质量信息返回给起始节点；

起始节点计算出不满意度最低的路由路径作为最优路由，并利用最优路由传输数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传输数据后，还包括：

目的节点监测整个路由路径上的实际延时，当延时超过阀值后，发送预警消息给需要发起路由请求的起始节点；

起始节点重新开始发起路由请求寻找最优路由，并利用最优路由传输数据。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述起始节点，包括：

发送数据的源节点或瓶颈节点。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述通过中间节点到达目的节点的方式具体包括：

中间节点通过广播的方式发送路由请求消息给相邻节点，经过一个或多个节点的转发到达目的节点。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述中间节点通过广播的方式发送路由请求消息之前，还包括：

将上一次发送过程中两个节点间的链路质量信息记录在路由请求消息中。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述计算出不满意度最低的路由路径，包括：

根据每条路由路径的链路质量信息结合被传输数据的服务质量约束参数和被传输数据对延时、带宽、丢包率的敏感度计算出不满意度最低的路由路径；

其中，链路质量信息包括：整个路由路径中每两个节点间的延时、带宽和丢包率；被传输数据的服务质量约束参数包括：数据流允许的最大延时、数据流的最小带宽需求、数据流允许的最大丢包率。

7.一种多约束服务质量路由选择的优化系统，其特征在于，所述系统包括：

起始节点、中间节点和目的节点，其中，

所述起始节点，用于发起路由请求通过中间节点到达目的节点，接收到目的节点返回的每条路由路径的链路质量信息后计算出不满意度最低的路由路径作为最优路由，并利用最优路由传输数据；

所述中间节点，用于转发路由请求消息给目的节点，并且转发目的节点返回的每条路由路径的链路质量信息给起始节点：

所述目的节点，用于针对接收到的每条路由路径传输过来的路由请求消息，通过反向路由将每条路由路径的链路质量信息返回给起始节点。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述目的节点，还用于监测整个路由路径上的实际延时，当延时超过阀值后，发送预警消息给需要发起路由请求的起始节点；起始节点重新开始发起路由请求寻找最优路由，并利用最优路由开始传输数据。

9.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述起始节点，包括：

发送数据的源节点或瓶颈节点。

10.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，所述起始节点计算出不满意度最低的路由路径，包括：

根据每条路由路径的链路质量信息结合被传输数据的服务质量约束参数和被传输数据对延时、带宽、或丢包率的敏感度计算出不满意度最低的路由路径；

其中，链路质量信息包括：整个路由路径中每两个节点间的延时、带宽和丢包率；被传输数据的服务质量约束参数包括：数据流允许的最大延时、数据流的最小带宽需求、数据流允许的最大丢包率。

Images