CN103476083B - 路由选择方法及节点设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种路由选择方法及节点设备。其中，方法包括：第二节点接收第一节点发送的RREQ消息，RREQ消息包括第一路由带宽；第二节点根据第一链路的链路信息、第二链路的链路信息以及第三链路的链路信息，获取第一节点和第二节点之间的链路可用带宽，并在第一链路需要进行协作传输时确定出第一链路上的链路协作节点；第二节点根据链路可用带宽和第一路由带宽，获取第二路由带宽，第二节点根据第二路由带宽和第二节点的IP地址更新RREQ消息，然后将更新后的RREQ消息发送出去，以使目的节点根据更新后的RREQ消息选择源节点与目的节点之间的路由。本发明技术方案解决了多跳无线网络中路由节点和协作节点的选择问题。

Description

路由选择方法及节点设备

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其涉及一种路由选择方法及节点设备。

背景技术

协作式通信作为一种新兴的通信方式，充分利用无线传输的全向传输特性，使得多个节点协同工作达到网络资源的共享，有效地提高了整个网络的性能。目前，协作式通信的研究一方面主要集中在物理层，例如利用空间分集技术或者基于网络编码等构建虚拟多入多出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术等抑制信道衰减，用以提升单跳无线传输的性能；另一方面主要是从介质访问控制(Media Access Control，MAC)层优化系统的资源分配，基于非再生中继或再生中继等中继协议，利用节点之间的协作机制，弥补深衰落用户的信号衰减，用以提升单跳无线传输的性能。

但在一个多跳无线网络中，一个节点可能承担着协作节点的角色和多跳路由中的路由节点的角色，如何协调和分配节点的角色是协作式通信中急需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种路由选择方法及节点设备，用以解决多跳无线网络中路由节点和协作节点的选择问题。

本发明一方面提供一种路由选择方法，包括：

第二节点接收第一节点发送的路由请求RREQ消息，所述RREQ消息包括第一路由带宽；所述第一路由带宽为第一路由路径的可用带宽；所述第一路由路径为从源节点到所述第一节点的路由路径；

所述第二节点根据第一链路的链路信息、第二链路的链路信息以及第三链路的链路信息，获取所述第一节点和所述第二节点之间的链路可用带宽，并在所述第一链路需要进行协作传输时确定出所述第一链路上的链路协作节点；所述第一链路为所述第一节点和所述第二节点之间的链路，所述第二链路为所述第一节点和除所述第二节点之外的可通信节点之间的链路，所述第三链路为所述第二节点和除所述第一节点之外的所述可通信节点之间的链路，所述可通信节点为在所述第二节点的通信范围内的节点；

所述第二节点根据所述链路可用带宽和所述第一路由带宽，获取第二路由带宽，所述第二路由带宽为从所述源节点到所述第二节点的路由路径的可用带宽；

所述第二节点根据所述第二路由带宽和所述第二节点的IP地址更新所述RREQ消息，然后将更新后的RREQ消息发送出去，以使目的节点根据所述更新后的RREQ消息选择到所述源节点的路由。

本发明另一方面提供一种节点设备，包括：

第一消息接收模块，用于接收第一节点发送的路由请求RREQ消息，所述RREQ消息包括第一路由带宽；所述第一路由带宽为第一路由路径的可用带宽；所述第一路由路径为从源节点到所述第一节点的路由路径；

链路信息处理模块，用于根据第一链路的链路信息、第二链路的链路信息以及第三链路的链路信息，获取所述第一节点和所述节点设备之间的链路可用带宽，并在所述第一链路需要进行协作传输时确定出所述第一链路上的链路协作节点；所述第一链路为所述第一节点和所述节点设备之间的链路，所述第二链路为所述第一节点和除所述节点设备之外的可通信节点之间的链路，所述第三链路为所述节点设备和除所述第一节点之外的所述可通信节点之间的链路，所述可通信节点为在所述节点设备的通信范围内的节点；

带宽获取模块，用于根据所述链路可用带宽和所述第一路由带宽，获取第二路由带宽，所述第二路由带宽为从所述源节点到所述节点设备的路由路径的可用带宽；

第一消息发送模块，用于根据所述第二路由带宽和所述节点设备的IP地址更新所述RREQ消息，然后将更新后的RREQ消息发送出去，以使目的节点根据所述更新后的RREQ消息选择到所述源节点的路由。

本发明提供的路由选择方法及节点设备，节点设备作为中间节点在接收到第一节点发送的路由请求消息后，根据与其通信范围内的节点之间的链路信息，获取由第一节点到本节点之间的链路可用带宽，同时确定从第一节点到本节点的链路上是否需要协作传输，并在确定出需要协作传输时确定从第一节点到本节点的链路上的链路协作节点，然后根据获取的链路可用带宽和从源节点到第一节点的路由路径的可用带宽，获取从源节点到本节点的路由路径的可用带宽，用从源节点到本节点的路由路径的可用带宽替换路由请求消息中从源节点到第一节点的路由路径的可用带宽，并将本节点的IP地址添加到路由请求消息中，然后将路由请求消息发送出去直至到达目的节点，以使目的节点根据从源节点到目的节点的各条路由路径的可用带宽选择源节点与目的节点之间的路由，由此可见，解决了多跳无线网络中路由节点和协作节点的选择问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A为本发明一实施例提供的路由选择方法的流程图；

图1B为本发明一实施例提供的协作状态下链路的示意图；

图2为本发明一实施例提供的多跳无线网络路由选择示意图；

图3为本发明一实施例提供的节点设备的结构示意图；

图4为本发明另一实施例提供的节点设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在一个无线多跳网络中，源节点(Source)建立到目的节点(Destination)的一个新的连接，如何联合选择一条从源节点到目的节点的路由节点以及该路由上每跳链路对应的链路协作节点，使得该路由节点和这些链路协作节点合作后，能够尽可能满足用户的带宽需求并使得现有数据流的传输不被干扰。本发明以下实施例提供一种路由选择方法，用以解决上述问题。

图1A为本发明一实施例提供的路由选择方法的流程图。如图1A所示，本实施例的方法包括：

步骤101、第二节点接收第一节点发送的路由请求(Routing Request，RREQ)消息，所述RREQ消息包括第一路由带宽，所述第一路由带宽为从源节点到第一节点的路由路径的可用带宽。

具体的，源节点通过广播RREQ消息进行路由发现。接收到RREQ消息的节点可以根据本节点到源节点之间的链路信息，计算出源节点到本节点之间的链路可用带宽，然后使用计算出的链路可用带宽以及本节点的IP地址更新RREQ消息，并将更新后的RREQ消息广播出去。

可选的，本实施例的第一节点可以是直接接收到源节点广播的RREQ消息的节点，也可以是接收到由其他节点更新并转发的RREQ消息的节点。

在本实施例中，第一节点是与第二节点连接的上游节点。第二节点是从源节点到目的节点的一条路由路径上的中间节点。

在本实施例中，所述可用带宽是一条链路所能提供的带宽。

步骤102、第二节点根据第一链路的链路信息、第二链路的链路信息以及第三链路的链路信息，获取第一节点到第二节点之间的链路可用带宽，并在第一链路需要进行协作传输时确定出第一链路上的链路协作节点。

在本实施例中，第一链路为第一节点和第二节点之间的链路；第二链路为第一节点和除第一节点之外的可通信节点之间的链路；第三链路为第二节点和除第一节点之外的可通信节点之间的链路。其中，可通信节点为在第二节点的通信范围之内的节点。

其中，通信范围可用传输半径(CR)来表示。传输半径之内的节点可以相互通信。可选的，通信范围可用跳数来定义，通常认为N跳之内的节点是可以相互通信的。N为自然数。

在本实施例中，各链路信息主要是指包括信噪比，但不限于此，例如链路信息还可以包括可用传输时隙等。各链路的链路信息可以相同，也可以不相同。例如，第一链路的链路信息可以包括信噪比和可用传输时隙，而第二链路和第三链路的链路信息为信噪比。又例如，第一链路、第二链路和第三链路的链路信息都为信噪比。再例如，第一链路、第二链路和第三链路的链路信息可以都包括信噪比和可用传输时隙。其中，一条链路的可用传输时隙是指除去周围链路及该链路自身所占用的时隙后剩下的时隙。在通信范围内，一条链路的周围链路是指在所述通信范围内，除该链路之外的其他链路。

其中，根据第一链路、第二链路和第三链路的链路信息的不同，第二节点计算第一节点和第二节点之间的链路可用带宽的具体方式不同。相应地，第二节点确定第一链路是否需要进行协作传输，以及在需要协作传输的情况下确定出的链路协作节点也不同。

下面以第一链路、第二链路和第三链路的链路信息均为信噪比为例，说明步骤102的一种实施方式。如图1B所示，节点s1为第一节点，节点d1为第二节点，节点c为节点d1通信范围内的一个可通信节点；节点s1和节点d1之间的链路为第一链路，节点s1与节点c之间的链路为第二链路，节点c与节点d1之间的链路为第三链路。在本实施方式中，假设不考虑各链路之间的相互干扰。具体的，

节点d1根据节点s1到节点d1之间的信噪比，计算由节点s1直接发数据包给节点d1(无任何其他节点协作)时第一链路的理想带宽，具体为：C(s1,d1)＝W*log₂(1+SINR_s1d1)。其中，W为第一链路的总带宽，SINR_s1d1为第一链路的信噪比。

节点d1计算由节点c作为第一链路上的协作节点时，第一链路对应的虚拟链路的理想带宽，具体为：C_DF(s1,c,d1)＝W*I_DF(s1,c,d1)，其中，

SINR_s1c为第二链路的信噪比；SINR_cd1为第三链路的信噪比。这里以协作模式为解码前传(Decode andForward，DF)为例。这里第一链路对应的虚拟链路可以理解为：以节点c作为第一链路上的协作节点时，由第一链路、第二链路和第三链路虚拟出的直接由节点s1到节点d1的一条链路。

当节点d1的通信范围内有多个可通信节点时，节点d1分别以每个可通信节点作为第一链路的协作节点，计算出以每个可通信节点作为协作节点时第一链路对应的虚拟链路的理想带宽。

节点d1从第一链路的理想带宽和每条虚拟链路的理想带宽中，选择最大的理想带宽作为第一链路的链路可用带宽。当最大的理想带宽为第一链路的理想带宽时，节点d1确定第一链路不需要进行协作传输，当最大的理想带宽不是第一链路的理想带宽而是某条虚拟链路的理想带宽时，节点d1确定第一链路需要进行协作传输，并确定最大的理想带宽对应的作为协作节点的可通信节点为第一链路的链路协作节点。

在实际通信中，多条链路之间通常是存在相互干扰的，并且由于干扰的存在会导致可用带宽有所降低。因此，本实施例假设各链路之间存在相互干扰，并在考虑各链路之间的相互干扰的基础上给出步骤102的另一种实施方式。

在本实施方式中，第一链路的链路信息包括信噪比和可用传输时隙；第二链路的链路信息包括信噪比；第三链路的链路信息包括信噪比。在实际通信中，多条链路之间由于存在相互干扰，因此会导致可用带宽有所降低。考虑到在每个节点的干扰范围内，各跳链路是公平的共享信道访问，基于此，本实施方式对第一链路引入可用传输时隙，用可用传输时隙表征链路之间的相互干扰，但不限于此。一条链路的可用传输时隙是指除去周围链路及该链路自身所占用的时隙后剩下的时隙。在干扰范围内，一条链路的周围链路是指与该链路存在相互干扰的链路。一条链路的可用传输时隙可用公式(1)来表示。

ATF(l)＝1-Σ_e∈IS(l)Σ_f∈F|TF(e,f)| (1)

其中，IS(l)表示与链路l相互干扰的链路的集合；F表示无线网络内数据流的集合；TF(time fraction)表示F表示的数据流所占有的时隙；f表示一个数据流；TF(e，f)表示：如果f表示的数据流不是在链路e上传输，则该值为0，否则，为f表示的数据流通过该链路e传输占用的空口时隙；Σ_e∈IS(l)Σ_f∈F|TF(e,f)|表示与链路l相干扰的链路上的数据流占用的时隙之和。在此说明，链路自身是相干扰的，也即与某条链路相干扰的链路上的数据流包括自身链路已有的数据流。

在此说明，本发明各实施例对第一链路的可用传输时隙的获取方法不做限定。例如，在802.11WLAN中，对于每条链路，链路两端的节点侦听信道的空闲时间比(信道空闲的时间/侦听时间)，然后取两节点侦听到的信道空闲时间比较小的来表示该条链路的可用传输时隙。

可选的，上述干扰范围可以用干扰半径来定义。例如，在IEEE 802.11中，在载波侦听多路访问(Carrier Sense Mu ltiple Access，CSMA)机制中的载波侦听范围(CarrierSensing Range，CSR)半径之内的节点不能同时通信，因此，可以用CSR半径定义节点的干扰范围。其中，干扰范围小于通信范围。

可选的，干扰范围还可以用跳数来定义，通常认为K跳之内的链路相互干扰。一般地，K可以取2或者3，但不限于此。

基于上述，步骤102的另一实施方式具体包括：

步骤1021、第二节点根据与每个干扰节点对应的第二链路的和第三链路的信噪比以及使用的协作模式，计算出以每个干扰节点作为协作节点时第一链路对应的虚拟链路的理想带宽。

其中，干扰节点是指第二节点从第二节点的通信范围内的可通信节点中，确定出的在第二节点的干扰范围内的节点。

例如，当协作模式为DF模式时，第二节点具体可以根据公式(2)，计算出以每个干扰节点作为协作节点时第一链路对应的虚拟链路的理想带宽。

$C_2=W*\frac{1}{2}*min\{{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_2),{\log }_2(1+{\mathrm{SINR}}_1+{\mathrm{SINR}}_3)\}---\left(2\right)$

其中，C₂表示第一链路对应的虚拟链路的理想带宽；SINR₂表示第二链路的信噪比；SINR₃表示第三链路的信噪比；SINR₁表示第一链路的信噪比；min表示取最小的函数，W为第一链路的总带宽。

在此说明，所使用的协作模式并不限于DF模式，例如还可以是放大前传(AmplifyMode，AF)模式等。对于不同的协作模式，计算第一链路对应的虚拟链路的理想带宽的公式有所不同。

步骤1022、第二节点根据第一链路的信噪比，计算出第一链路的理想带宽。

具体的，第二节点可以根据公式(3)，计算出第一链路的理想带宽。

C₁＝W*log₂(1+SINR₁) (3)

其中，C₁表示第一链路的理想带宽，SINR₁表示第一链路的信噪比，W为第一链路的总带宽。

步骤1023、第二节点根据公式(4)，分别计算出第一链路和每条虚拟链路的可用带宽。

ABW(l)＝ATF(l)*C(l) (4)

其中，l表示第一链路或虚拟链路。ABW(l)为第一链路的或虚拟链路的可用带宽。ATF(l)为第一链路的可用传输时隙。C(l)为第一链路的或虚拟链路的理想带宽。

步骤1024、第二节点从第一链路的可用带宽和每条虚拟链路的可用带宽中，选择最大可用带宽作为第一链路的链路可用带宽，并在最大可用带宽不是第一链路的可用带宽时，确定最大可用带宽对应的干扰节点为第一链路的链路协作节点。

上述实施方式分别以不考虑链路之间的干扰和考虑链路之间的干扰为例，详细说明了如何获取第一节点和第二节点之间的链路可用带宽以及在第一链路需要协作传输时确定第一链路的链路协作节点的过程，但不限于此。当所使用的通信模型不同(例如使用的协作模式不同或表示链路之间干扰的方式不同)时，获取第一节点和第二节点之间的链路可用带宽以及在第一链路需要协作传输时确定第一链路的链路协作节点的过程会有所不同，但对本领域技术人员来说，结合所使用的通信模型以及上述举例说明很容易得出具体实施过程。

步骤103、第二节点根据上述链路可用带宽和第一路由带宽，获取第二路由带宽，所述第二路由带宽为从源节点到第二节点的路由路径的可用带宽。

其中，第二路由带宽为从源节点到第二节点的路由路径的可用带宽，也就是从源节点到第二节点的路由路径所能提供的带宽。

结合步骤102的举例说明，对于不考虑链路之间干扰的情况来说，步骤103的实施方式具体为：第二节点具体可以将上述链路可用带宽与第一路由带宽进行比较，选择两者中较小的作为第二路由带宽。

对于考虑链路之间干扰的情况来说，步骤103的实施方式具体包括：

步骤1031、第二节点根据上述链路可用带宽和位于第一路由路径上的干扰链路的个数，获取第一节点和第二节点之间的平均链路可用带宽。其中，干扰链路是指由相互连接的干扰节点构成的链路。

具体的，第二节点确定由第二节点的干扰范围内的干扰节点构成的干扰链路，然后从中确定出位于从源节点到第一节点的路由路径(即第一路由路径)上的干扰链路。接着，第二节点用上述链路可用带宽除以位于第一路由路径上的干扰链路的个数，得到第一节点和第二节点之间的平均链路可用带宽。

步骤1032、第二节点将上述平均链路可用带宽与第一路由带宽进行比较，将其中较小的作为第二路由带宽。

步骤104、第二节点根据第二路由带宽和第二节点的IP地址更新RREQ消息，然后将更新后的RREQ消息发送出去，以使目的节点根据更新后的RREQ消息选择源节点与目的节点之间的路由。

具体的，第二节点将RREQ消息中的第一路由带宽替换为第二路由带宽，并在RREQ消息中添加第二节点的IP地址，然后将更新后的RREQ消息发送出去。第二节点将更新后的RREQ消息发送出去是指将更新后的RREQ消息发送给其下一跳节点。如果第二节点的下一跳为目的节点，则第二节点可以直接将更新后的RREQ消息发送给目的节点。当一个RREQ消息到达目的节点时，该RREQ消息就携带有该从源节点到目的节点的整条路由路径的路由带宽和该路由路径上的各节点的IP地址信息。

在此说明，从源节点到目的节点可能存在多条路由路径。每条路由路径对应一个RREQ消息。如果目的节点接收到多个RREQ消息，目的节点会根据每个RREQ消息携带的信息从多条路由路径中选择一条作为源节点到目的节点的路由。具体的，目的节点会根据RREQ消息携带的路由带宽，选择路由带宽最大的路由路径作为选择的路由。

当目的节点确定选择的路由之后，会根据RREQ消息中携带的该路由路径上各节点的IP地址，依次向源节点发送RREP消息。

基于上述，本实施例的第二节点还会接收目的节点发送的RREP消息。其中，如果第二节点为目的节点的上一跳节点，则第二节点会接收由目的节点直接发送的RREP消息；反之，第二节点会接收以第二节点为上一跳节点的节点发送的RREP消息。另外，第二节点还会将接收到的RREP消息发送给第二节点的上一跳节点，直到RREP消息发送给源节点，此时从源节点到目的节点之间的路由上的路由节点就确定了。

可选的，如果第二节点选择了链路协作节点，则第二节点在接收到RREP消息后，还需要向所选择的链路协作节点发送协作请求消息，以使链路协作节点与第二节点进行协作传输。对链路协作节点而言，在收到协作请求消息后，会调整其工作方式，准备为其目标链路(即第一链路)提供协作传输。

在不同的无线传输技术中，节点之间协作的方式会存在一定的差别。本实施例以802.11WLAN为例，给出一种协作传输的流程，但不限于此。以图1B所示结构为例，节点c作为节点s1和节点d1之间的第一链路上的链路协作节点，为第一链路提供协作传输。具体协作流程如下：

节点s1以单播方式向其对端节点d1发送数据包。链路协作节点c接收到所述数据包并缓存。节点s1和链路协作节点c等待来自对端节点d1的确认(ACK)消息。在规定超时时间之内，如果链路协作节点c听到了来自节点d1的ACK消息，则链路协作节点c丢掉上述数据包；如果链路协作节点c未听到来自节点d1的ACK消息，则链路协作节点c伪装成节点d1生成一个ACK消息并发送给节点s1，然后将缓存的上述数据包转发给节点d1直到收到节点d1的ACK消息为止。具体的，链路协作节点c以节点d1的MAC地址为源MAC地址自己生成一个ACK消息。

由上述可见，本实施例的第二节点作为中间节点在接收到第一节点发送的RREQ消息后，根据与其通信范围内的节点之间的链路信息，获取由第一节点到第二节点之间的链路可用带宽，同时确定从第一节点到第二节点的链路上是否需要协作传输，并在确定出需要协作传输时确定从第一节点到第二节点的链路上的链路协作节点，然后根据获取的链路可用带宽和从源节点到第一节点的路由路径的可用带宽，获取从源节点到第二节点的路由路径的可用带宽，用从源节点到第二节点的路由路径的可用带宽替换RREQ消息中从源节点到第一节点的路由路径的可用带宽，并将第二节点的IP地址添加到RREQ消息中，然后将RREQ消息发送出去直至到达目的节点，以使目的节点根据从源节点到目的节点的各条路由路径的可用带宽选择源节点与目的节点之间的路由，由此可见，解决了多跳无线网络中路由节点和协作节点的选择问题。

进一步，第二节点在接收第一节点发送的RREQ消息之前包括：获取第一链路、第二链路和第三链路的链路信息的过程。

第二节点获取第一链路、第二链路和第三链路的链路信息的一种可选实施方式包括：

步骤1001、第二节点测量第二节点和与第二节点连接的可通信节点之间的单侧链路信息。

其中，单侧链路信息是指两个节点中一个节点测量到的两个节点之间的链路上的链路信息。所述单侧链路信息可以是信噪比和/或可用传输时隙。

对于可用传输时隙来说，一条链路上的每个节点可以通过CSMA机制周期性地监听信道的忙闲程度，通过记录一段时间内的忙闲程度统计可用传输时隙。其中，信道忙的情况包括节点在收、发数据，以及周围邻居在收发数据的情况。

对于信噪比，一条链路上的每个节点可以根据接收到的对端节点发送的数据包的有关信息计算获取。其中，根据数据包的信息获取信道的信噪比的过程属于现有技术，在此不再详述。

其中，在第二节点的通信范围内的可通信节点也会以同样的方式计算其与第二节点之间的单侧链路信息。

步骤1001主要描述的是个节点测量单侧链路信息的过程，该过程具体可由各节点的MAC层完成。

步骤1002、第二节点向所有可通信节点发送本身测量到的单侧链路信息，并接收所有可通信节点发送的各自测量到的单侧链路信息。

当第二节点和所有可通信节点都测量到单侧链路信息后，相互进行单侧链路信息的交互，该过程具体可由各节点的路由层完成。具体的，各节点的MAC层测量到单侧链路信息后可以通过与路由层的接口，例如link-socket接口提供给路由层。

步骤1002的一种可选实施方式包括：第二节点向一跳范围内的可通信节点发送第一HELLO消息，并接收一跳范围内的可通信节点发送的第二HELLO消息。其中，第一HELLO消息包括第二节点本身测量到的单侧链路信息，第二HELLO消息包括一跳范围内的可通信节点测量到的单侧链路信息。第二节点向一跳范围之外的可通信节点发送第一LINK消息，并接收一跳范围之外的可通信节点发送的第二LINK消息。其中，第一LINK消息包括第二节点本身测量到的单侧链路信息和接收到的一跳范围内的可通信节点测量到的单侧链路信息，第二LINK消息包括一跳范围之外的可通信节点本身测量到的单侧链路信息和接收到在一跳范围之外的可通信节点的一跳范围内的可通信节点测量到的单侧链路信息。

其中，HELLO消息和LINK消息是同一类型的帧，但传播范围不一致，其传播范围可通过设置IP层的TTL来设置该帧是否在1跳或者2跳邻居间交互。在此说明，一跳邻居间仅交互节点本身测量到的单侧链路信息，在一跳范围之外的邻居节点之间交互是该节点测量到的和通过HELLO消息交互学习到的单侧链路信息。

步骤1003、第二节点根据本身测量到的单侧链路信息和接收到的单侧链路信息，分别确定第一链路的链路信息、第二链路的链路信息和第三链路的链路信息。

当第二节点获取到一条链路两端的单侧链路信息后，第二节点可以按照一定的规则，从中确定出该链路的链路信息。具体的，根据链路信息的不同，第二节点确定链路的链路信息的方式也不同。举例说明，如果链路信息为可用传输时隙，则第二节点可以确定一条链路两端的单侧链路信息中较小的为该条链路的链路信息。如果链路信息为信噪比，则第二节点可以确定一条链路两端的单侧链路信息中较大的为该条链路的链路信息。

在此说明，在考虑链路之间的相互干扰的情况下，第二节点可以只测量其和与第二节点连接的干扰节点之间的单侧链路信息，并仅和与第二节点连接的干扰节点进行单侧链路信息的交互。

下面将以实际应用场景为例说明本发明技术方案的流程。具体的，如图2所示，源节点s2广播RREQ消息来发现到目的节点d2的路由节点和链路协作节点，现假设节点4收到了来自节点3的RREQ消息，节点3到节点4的链路有5个干扰节点(即潜在的协作节点)，分别为节点h1-节点h5。下面将说明节点4是如何计算从源节点s2到节点4的路由带宽并选择链路协作节点的。

源节点s2广播RREQ消息来发现路由，节点1收到RREQ消息转发给节点2，节点2收到RREQ消息后转发给节点3，节点3接收到RREQ消息后将RREQ消息转发给节点4。其中，来自节点3的RREQ包括如下信息：包括源节点到节点3的路由路径上的节点的IP地址和从源节点到节点3的路由路径P提供的路由带宽BW(P)。

对于节点h1-h5，节点4计算以节点h1-h5中每个节点作为协作节点时对应的虚拟链路的可用带宽EBW(P，e)。

从链路e和各条虚链路的可用带宽中选择最大的可用带宽，作为链路e的链路可用带宽，记为EBW(P，e’)。假设最大的可用带宽为节点h1进行协作时对应的虚链路的可用带宽，则选择节点h1为链路e的链路协作节点。

用链路e的链路可用带宽除以路由路径P上由节点4的干扰范围的干扰节点构成的链路个数，获取链路e的平均链路可用带宽，记为EBW(P，e”)。

根据链路e的平均链路可用带宽和路由路径P的路由带宽。计算路由路径Q的路由带宽，即节点3到节点4之间的链路e被加到路由路径P上后得到的路由路径Q所能达到路由带宽，记为BW(Q)＝min{BW(P)、EBW(P，e”)}。

将RREQ消息中的BW(P)替换为BW(Q)，将节点4的IP地址添加到RREQ消息中，将RREQ消息发送给节点d2。

进一步，目的节点d2收到多个RREQ消息后，根据各RREQ消息携带的BW最终确定一条路由，并回复RREP消息。各节点收到RREP消息后，将RREP消息发送给其上一跳节点，并在存在链路协作节点的情况下发送协作请求消息给所在链路上的链路协作节点，例如，节点4收到RREP消息后，将RREP消息发送给节点3，同时向节点h1发送协作请求消息。源节点s2收到RREP消息后，开始使用该路由进行传输。

由上述可见，本发明实施例提供的路由选择方法解决了在多跳无线网络中选择路由节点和链路协作节点的问题。另外，本发明实施例中考虑到各链路之间的干扰，使得选择出的路由节点和链路协作节点符合实际通信环境，使得在基于确定出的路由节点和链路协作节点进行通信时，能够提供更高的通信质量。

图3为本发明一实施例提供的节点设备的结构示意图。如图3所示，本实施例的节点设备包括：第一消息接收模块31、链路信息处理模块32、带宽获取模块33和第一消息发送模块34。

其中，第一消息接收模块31，用于接收第一节点发送的RREQ消息，所述RREQ消息包括第一路由带宽；所述第一路由带宽为第一路由路径的可用带宽；所述第一路由路径为从源节点到第一节点的路由路径。

链路信息处理模块32，用于根据第一链路的链路信息、第二链路的链路信息以及第三链路的链路信息，获取第一节点和节点设备之间的链路可用带宽，并在第一链路需要进行协作传输时确定出第一链路上的链路协作节点；所述第一链路为第一节点和节点设备之间的链路，所述第二链路为第一节点和除节点设备之外的可通信节点之间的链路，所述第三链路为节点设备和除第一节点之外的可通信节点之间的链路，所述可通信节点为在节点设备的通信范围内的节点。

带宽获取模块33，与第一消息接收模块31和链路信息处理模块32连接，用于根据链路信息处理模块32获取的链路可用带宽和第一消息接收模块31接收到的第一路由带宽，获取第二路由带宽，所述第二路由带宽为从源节点到节点设备的路由路径的可用带宽。

第一消息发送模块34，与带宽获取模块33和第一消息接收模块31连接，用于根据带宽获取模块33获取的第二路由带宽和本实施例节点设备的IP地址更新第一消息接收模块31接收到的RREQ消息，然后将更新后的RREQ消息发送出去，以使目的节点根据更新后的RREQ消息选择到源节点的路由。

本实施例的节点设备可以是无线多跳通信网络中的节点，例如可以是路由器等。

本实施例提供的节点设备的各功能模块可用于执行上述路由选择方法实施例中的相应流程，其具体工作原理不再赘述，详见方法实施例的描述。

本实施例的节点设备，作为中间节点在接收到第一节点发送的RREQ消息后，根据与其通信范围内的节点之间的链路信息，获取由第一节点到本节点之间的链路可用带宽，同时确定从第一节点到本节点的链路上是否需要协作传输，并在确定出需要协作传输时确定从第一节点到本节点的链路上的链路协作节点，然后根据获取的链路可用带宽和从源节点到第一节点的路由路径的可用带宽，获取从源节点到本节点的路由路径的可用带宽，用从源节点到本节点的路由路径的可用带宽替换路由请求消息中从源节点到第一节点的路由路径的可用带宽，并将本节点的IP地址添加到路由请求消息中，然后将RREQ消息发送出去直至到达目的节点，以使目的节点根据从源节点到目的节点的各条路由路径的可用带宽选择源节点与目的节点之间的路由，从而解决了多跳无线网络中路由节点和协作节点的选择问题。

图4为本发明另一实施例提供的节点设备的结构示意图。本实施例基于图3所示实施例实现。如图4所示，本实施例的节点设备也包括第一消息接收模块31、链路信息处理模块32、带宽获取模块33和第一消息发送模块34，各模块也具有图3所示实施例中描述的功能。

在本实施例中，第一链路的链路信息包括信噪比和可用传输时隙，第二链路的链路信息包括信噪比，第三链路的链路信息包括信噪比。

基于此，本实施例的链路信息处理模块32包括：第一带宽获取单元321、第二带宽获取单元322、第三带宽获取单元323和确定单元324。

其中，第一带宽获取单元321，用于根据与每个干扰节点对应的第二链路的和第三链路的信噪比以及使用的协作模式，计算出以每个干扰节点作为协作节点时第一链路对应的虚拟链路的理想带宽；所述干扰节点为本实施例节点设备从可通信节点中确定出的在本实施例节点设备的干扰范围内的节点。

第二带宽获取单元322，用于根据第一链路的信噪比和使用的协作模式，计算出第一链路的理想带宽。

第三带宽获取单元323，与第一带宽获取单元321和第二带宽获取单元322连接，用于根据公式(4)，分别计算出第一链路的和每条虚拟链路的可用带宽。其中，关于公式(4)可参见前述方法实施例中的描述。

确定单元324，与第三带宽获取单元323连接，用于从第三带宽获取单元323计算出的第一链路的可用带宽和每条虚拟链路的可用带宽中，选择最大可用带宽作为链路可用带宽，并在最大可用带宽不是第一链路的可用带宽时，确定最大可用带宽对应的干扰节点为链路协作节点。其中，确定单元324还与带宽获取模块33连接，用于向带宽获取模块33提供所述链路可用带宽。

进一步，本实施例的带宽获取模块33包括：第四带宽获取单元331和第五带宽获取单元332。

其中，第四带宽获取单元331，与确定单元324连接，用于根据确定单元324获取的链路可用带宽和位于第一路由路径上的干扰链路的个数，获取第一节点和节点设备之间的平均链路可用带宽；所述干扰链路是指由相互连接的干扰节点构成的链路。

第五带宽获取单元332，与第四带宽获取单元331和第一消息接收模块31连接，用于将第四带宽获取单元331获取的平均链路可用带宽与第一消息接收模块31接收到的第一路由带宽进行比较，将其中较小的作为第二路由带宽。第五带宽获取单元332还与第一消息发送模块34连接，用于向第一消息发送模块34提供第二路由带宽。

进一步，本实施例的节点设备还包括：信息测量模块35、信息获取模块36和链路信息确定模块37。

其中，信息测量模块35，用于测量节点设备和与节点设备连接的可通信节点之间的单侧链路信息。

信息获取模块36，与信息测量模块35连接，用于向所有可通信节点发送信息测量模块35测量到的单侧链路信息，并接收所有可通信节点发送的各自测量到的单侧链路信息。

链路信息确定模块37，与信息获取模块36和信息测量模块35连接，用于根据信息测量模块35测量到的单侧链路信息和信息获取模块36接收到的单侧链路信息，分别确定第一链路的链路信息、第二链路的链路信息和第三链路的链路信息。可选的，链路信息确定模块37与第一带宽获取单元321和第二带宽获取单元322连接，用于向第一带宽获取单元321和第二带宽获取单元322提供第一链路的链路信息、第二链路的链路信息和第三链路的链路信息。

更进一步，上述信息获取模块36包括：第一信息获取单元361和第二信息获取单元362。

其中，第一信息获取单元361，与信息测量模块35连接，用于向一跳范围内的可通信节点发送第一HELLO消息，并接收一跳范围内的可通信节点发送的第二HELLO消息，第一HELLO消息包括本实施例节点设备的信息测量模块35测量到的单侧链路信息，第二HELLO消息包括一跳范围内的可通信节点测量到的单侧链路信息。

第二信息获取单元362，与第一信息获取单元361和信息测量模块35连接，用于向一跳范围之外的可通信节点发送第一LINK消息，并接收一跳范围之外的可通信节点发送的第二LINK消息，第一LINK消息包括本实施例节点设备的信息测量模块35测量到的单侧链路信息和第一信息获取单元361接收到的一跳范围内的可通信节点测量到的单侧链路信息，第二LINK消息包括：一跳范围之外的可通信节点本身测量到的单侧链路信息和接收到在一跳范围之外的可通信节点的一跳范围内的可通信节点测量到的单侧链路信息。

在此说明，上述信息测量模块35可以在本实施例节点的MAC层上实现，主要用于测量单侧链路信息，并实现合作式传输。上述信息获取模块36和链路信息确定模块37可以在本实施例节点设备的路由层上实现，主要用于在干扰范围内与其他干扰节点交换链路状态信息。另外，本实施例中的第一消息接收模块31、链路信息处理模块32、带宽获取模块33和第一消息发送模块34也可以在本实施例节点设备的路由层上实现，主要负责计算路由、计算路由的链路可用带宽以及确定链路协作节点等。

本实施例节点设备的MAC层和路由层之间具有协议接口，该协议接口主要用于供MAC层将测量到的单侧链路信息发送给路由层，供路由层将确定的链路协作节点的信息传输给MAC层，并在需要链路协作节点进行协作传输时通过MAC层通知链路协作节点。

进一步，本实施例的节点设备还包括：第二消息接收模块38和第二消息发送模块39。

其中，第二消息接收模块38，用于接收目的节点发送的RREP消息。第二消息发送模块39，与第二消息接收模块38连接，用于在第二消息接收模块38接收到RREP消息后，在第一链路上存在链路协作节点时，向链路协作节点发送协作请求消息，以使链路协作节点与节点设备进行协作传输。

本实施例中上述各功能模块或单元可用于执行上述路由选择方法实施例中的相应流程，其具体工作原理不再赘述，详见方法实施例的描述。

本实施例的节点设备，作为中间节点在接收到第一节点发送的RREQ消息后，根据与其通信范围内的节点之间的链路信息，获取由第一节点到本节点之间的链路可用带宽，同时确定从第一节点到本节点的链路上是否需要协作传输，并在确定出需要协作传输时确定从第一节点到本节点的链路上的链路协作节点，然后根据获取的链路可用带宽和从源节点到第一节点的路由路径的可用带宽，获取从源节点到本节点的路由路径的可用带宽，用从源节点到本节点的路由路径的可用带宽替换路由请求消息中从源节点到第一节点的路由路径的可用带宽，并将本节点的IP地址添加到路由请求消息中，然后将RREQ消息发送出去直至到达目的节点，以使目的节点根据从源节点到目的节点的各条路由路径的可用带宽选择源节点与目的节点之间的路由，从而解决了多跳无线网络中路由节点和协作节点的选择问题。另外，本实施例的节点设备考虑到各链路之间的干扰，使得选择出的路由节点和链路协作节点符合实际通信环境，使得在基于确定出的路由节点和链路协作节点进行通信时，能够提供更高的通信质量。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种路由选择方法，其特征在于，包括：

第二节点接收第一节点发送的路由请求RREQ消息，所述RREQ消息包括第一路由带宽；所述第一路由带宽为第一路由路径的可用带宽；所述第一路由路径为从源节点到所述第一节点的路由路径；

所述第二节点根据第一链路的链路信息、第二链路的链路信息以及第三链路的链路信息，获取所述第一节点和所述第二节点之间的链路可用带宽，并在所述第一链路需要进行协作传输时确定出所述第一链路上的链路协作节点；所述第一链路为所述第一节点和所述第二节点之间的链路，所述第二链路为所述第一节点和除所述第二节点之外的可通信节点之间的链路，所述第三链路为所述第二节点和除所述第一节点之外的所述可通信节点之间的链路，所述可通信节点为在所述第二节点的通信范围内的节点；

所述第二节点根据所述链路可用带宽和所述第一路由带宽，获取第二路由带宽，所述第二路由带宽为从所述源节点到所述第二节点的路由路径的可用带宽；

所述第二节点根据所述第二路由带宽和所述第二节点的IP地址更新所述RREQ消息，然后将更新后的RREQ消息发送出去，以使目的节点根据所述更新后的RREQ消息选择所述源节点与所述目的节点之间的路由。

2.根据权利要求1所述的路由选择方法，其特征在于，所述第一链路的链路信息包括信噪比和可用传输时隙，所述第二链路的链路信息包括信噪比，所述第三链路的链路信息包括信噪比；

所述第二节点根据第一链路的链路信息、第二链路的链路信息以及第三链路的链路信息，获取所述第一节点和所述第二节点之间的链路可用带宽，并在所述第一链路需要进行协作传输时确定出所述第一链路上的链路协作节点包括：

所述第二节点根据与每个干扰节点对应的所述第二链路的和所述第三链路的信噪比以及使用的协作模式，计算出以每个所述干扰节点作为协作节点时所述第一链路对应的虚拟链路的理想带宽；所述干扰节点为所述第二节点从所述可通信节点中确定出的在所述第二节点的干扰范围内的节点；

所述第二节点根据所述第一链路的信噪比，计算出所述第一链路的理想带宽；

所述第二节点根据公式ABW(l)＝ATF(l)*C(l)，分别计算出所述第一链路的和每条所述虚拟链路的可用带宽；

所述第二节点从所述第一链路的可用带宽和每条所述虚拟链路的可用带宽中，选择最大可用带宽作为所述链路可用带宽，并在所述最大可用带宽不是所述第一链路的可用带宽时，确定所述最大可用带宽对应的干扰节点为所述链路协作节点；

其中，l表示所述第一链路或所述虚拟链路；

ABW(l)为所述第一链路的或所述虚拟链路的可用带宽；

ATF(l)为所述第一链路的可用传输时隙；

C(l)为所述第一链路的或所述虚拟链路的理想带宽。

3.根据权利要求2所述的路由选择方法，其特征在于，所述第二节点根据所述链路可用带宽和所述第一路由带宽，获取第二路由带宽包括：

所述第二节点根据所述链路可用带宽和位于所述第一路由路径上的干扰链路的个数，获取所述第一节点和所述第二节点之间的平均链路可用带宽；所述干扰链路是指由相互连接的所述干扰节点构成的链路；

所述第二节点将所述平均链路可用带宽与所述第一路由带宽进行比较，将其中较小的作为所述第二路由带宽。

4.根据权利要求1-3任一项所述的路由选择方法，其特征在于，所述第二节点接收第一节点发送的路由请求RREQ消息之前包括：

所述第二节点测量所述第二节点和与所述第二节点连接的所述可通信节点之间的单侧链路信息；

所述第二节点向所有所述可通信节点发送本身测量到的单侧链路信息，并接收所有所述可通信节点发送的各自测量到的单侧链路信息；

所述第二节点根据本身测量到的单侧链路信息和接收到的单侧链路信息，分别确定所述第一链路的链路信息、所述第二链路的链路信息和所述第三链路的链路信息。

5.根据权利要求4所述的路由选择方法，其特征在于，所述第二节点向所有所述可通信节点发送本身测量到的单侧链路信息，并接收所有所述可通信节点发送的各自测量到的单侧链路信息包括：

所述第二节点向一跳范围内的所述可通信节点发送第一HELLO消息，并接收一跳范围内的所述可通信节点发送的第二HELLO消息，所述第一HELLO消息包括所述第二节点本身测量到的单侧链路信息，所述第二HELLO消息包括一跳范围内的所述可通信节点测量到的单侧链路信息；

所述第二节点向一跳范围之外的所述可通信节点发送第一LINK消息，并接收一跳范围之外的所述可通信节点发送的第二LINK消息，所述第一LINK消息包括所述第二节点本身测量到的单侧链路信息和接收到的一跳范围内的所述可通信节点测量到的单侧链路信息，所述第二LINK消息包括：一跳范围之外的所述可通信节点本身测量到的单侧链路信息和接收到在一跳范围之外的所述可通信节点的一跳范围内的可通信节点测量到的单侧链路信息。

6.根据权利要求1-3任一项所述的路由选择方法，其特征在于，还包括：

所述第二节点接收所述目的节点发送的路由响应RREP消息；

当所述第一链路上存在所述链路协作节点时，所述第二节点向所述链路协作节点发送协作请求消息，以使所述链路协作节点与所述第二节点进行协作传输。

7.一种节点设备，其特征在于，包括：

第一消息接收模块，用于接收第一节点发送的路由请求RREQ消息，所述RREQ消息包括第一路由带宽；所述第一路由带宽为第一路由路径的可用带宽；所述第一路由路径为从源节点到所述第一节点的路由路径；

链路信息处理模块，用于根据第一链路的链路信息、第二链路的链路信息以及第三链路的链路信息，获取所述第一节点和所述节点设备之间的链路可用带宽，并在所述第一链路需要进行协作传输时确定出所述第一链路上的链路协作节点；所述第一链路为所述第一节点和所述节点设备之间的链路，所述第二链路为所述第一节点和除所述节点设备之外的可通信节点之间的链路，所述第三链路为所述节点设备和除所述第一节点之外的所述可通信节点之间的链路，所述可通信节点为在所述节点设备的通信范围内的节点；

带宽获取模块，用于根据所述链路可用带宽和所述第一路由带宽，获取第二路由带宽，所述第二路由带宽为从所述源节点到所述节点设备的路由路径的可用带宽；

第一消息发送模块，用于根据所述第二路由带宽和所述节点设备的IP地址更新所述RREQ消息，然后将更新后的RREQ消息发送出去，以使目的节点根据所述更新后的RREQ消息选择到所述源节点的路由。

8.根据权利要求7所述的节点设备，其特征在于，所述第一链路的链路信息包括信噪比和可用传输时隙，所述第二链路的链路信息包括信噪比，所述第三链路的链路信息包括信噪比；

所述链路信息处理模块包括：

第一带宽获取单元，用于根据与每个干扰节点对应的所述第二链路的和所述第三链路的信噪比以及使用的协作模式，计算出以每个所述干扰节点作为协作节点时所述第一链路对应的虚拟链路的理想带宽；所述干扰节点为所述节点设备从所述可通信节点中确定出的在所述节点设备的干扰范围内的节点；

第二带宽获取单元，用于根据所述第一链路的信噪比和使用的协作模式，计算出所述第一链路的理想带宽；

第三带宽获取单元，用于根据公式ABW(l)＝ATF(l)*C(l)，分别计算出所述第一链路的和每条所述虚拟链路的可用带宽；

确定单元，用于从所述第一链路的可用带宽和每条所述虚拟链路的可用带宽中，选择最大可用带宽作为所述链路可用带宽，并在所述最大可用带宽不是所述第一链路的可用带宽时，确定所述最大可用带宽对应的干扰节点为所述链路协作节点；

其中，l表示所述第一链路或所述虚拟链路；

ABW(l)为所述第一链路的或所述虚拟链路的可用带宽；

ATF(l)为所述第一链路的可用传输时隙；

C(l)为所述第一链路的或所述虚拟链路的理想带宽。

9.根据权利要求8所述的节点设备，其特征在于，所述带宽获取模块包括：

第四带宽获取单元，用于根据所述链路可用带宽和位于所述第一路由路径上的干扰链路的个数，获取所述第一节点和所述节点设备之间的平均链路可用带宽；所述干扰链路是指由相互连接的所述干扰节点构成的链路；

第五带宽获取单元，用于将所述平均链路可用带宽与所述第一路由带宽进行比较，将其中较小的作为所述第二路由带宽。

10.根据权利要求7-9任一项所述的节点设备，其特征在于，还包括：

信息测量模块，用于测量所述节点设备和与所述节点设备连接的所述可通信节点之间的单侧链路信息；

信息获取模块，用于向所有所述可通信节点发送本身测量到的单侧链路信息，并接收所有所述可通信节点发送的各自测量到的单侧链路信息；

链路信息确定模块，用于根据本身测量到的单侧链路信息和接收到的单侧链路信息，分别确定所述第一链路的链路信息、所述第二链路的链路信息和所述第三链路的链路信息。

11.根据权利要求10所述的节点设备，其特征在于，所述信息获取模块包括：

第一信息获取单元，用于向一跳范围内的所述可通信节点发送第一HELLO消息，并接收一跳范围内的所述可通信节点发送的第二HELLO消息，所述第一HELLO消息包括所述节点设备本身测量到的单侧链路信息，所述第二HELLO消息包括一跳范围内的所述可通信节点测量到的单侧链路信息；

第二信息获取单元，用于向一跳范围之外的所述可通信节点发送第一LINK消息，并接收一跳范围之外的所述可通信节点发送的第二LINK消息，所述第一LINK消息包括所述节点设备本身测量到的单侧链路信息和接收到的一跳范围内的所述可通信节点测量到的单侧链路信息，所述第二LINK消息包括：一跳范围之外的所述可通信节点本身测量到的单侧链路信息和接收到在一跳范围之外的所述可通信节点的一跳范围内的可通信节点测量到的单侧链路信息。

12.根据权利要求7-9任一项所述的节点设备，其特征在于，还包括：

第二消息接收模块，用于接收所述目的节点发送的路由响应RREP消息；

第二消息发送模块，用于在所述第一链路上存在所述链路协作节点时，向所述链路协作节点发送协作请求消息，以使所述链路协作节点与所述节点设备进行协作传输。