CN104053208A - 无线自组网中基于信道分配的路由方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线自组网中基于信道分配的路由方法、装置，所述方法包括：节点对于待发送的RREQ报文，对于本节点的功信组集合中的每对功信组，在该对功信组中的功率、信道的基础上，针对本节点的每个相邻节点，根据本节点使用该对功信组中的功率时的干扰节点集、本节点与该相邻节点之间的、该对功信组中的信道的延时和占用情况，计算出本节点在该对功信组条件下到该相邻节点的路由单跳度量值；之后，节点将最大路由单跳度量值所对应的相邻节点作为下一跳节点，并根据最大路由单跳度量值所对应的功信组中的功率、信道向下一跳节点发送RREQ报文。应用本发明的方法可以减少路由端到端延时，提高节点吞吐率并降低功耗。

Description

无线自组网中基于信道分配的路由方法、装置

技术领域

本发明涉及无线传输领域，尤其涉及一种无线自组网中基于信道分配的路由方法、装置。

背景技术

路由方法是无线自组网(或称多信道多射频无线自组织网络)中关键技术之一。无线自组网中的路由方法，不仅具有普通网络路由方法确定源节点到目的节点数据传输路径的特点，也具有在路径选择过程中进行功率控制和信道选择的特点。这使得普通网络的路由协议无法直接应用到无线自组网中，因此对于无线自组网，需要结合其自身特点来研究相应的路由方法。

对于无线自组网已经提出了很多路由方法，这些方法根据关注的网络性能，选取不同的网络参数和权值，构建路由度量(Metric)，选择需要的路由。而且这些方法主要是结合信道分配的路由方法研究。目前，结合信道分配的路由方法主要有如下两种：

一种是将信道分配和路由设计视为两个相互独立的阶段。这种方式进一步可以划分为先进行信道分配，并在此基础进行路由选择，或者先选择路由，根据由此产生的流量分布分配合适的信道。但是该种方法的不足在于现实中一般是难以事先获知业务需求的。例如，JTCR(联合拓扑控制和路由)算法实现了分布式的联合优化，其核心思想是通过任意路由协议寻找到路由后，将路由上的各个节点以ECATM为度量进行局部的调整，即尝试不同的局部路由、发射功率和信道。当一个节点检测到某一路由上负载过重，发起协商过程，进而引起相关路径上的路由维护过程。当网络负载较严重或业务流较多时，会引起频繁的协商过程。而且该方法只能在原有路由协议上有所改善，但还是没能真正发挥出多信道环境下结合功率控制的路由协议的优势。

另一种是将信道分配和路由选择进行联合设计。也就是，通过线性规划(LP)等数学建模方法，来寻找联合信道分配和路由选择问题的最优解。但是该种方法计算复杂度过高，难以在较短的时间内获取分配方案，导致路由端到端延时较大，进而造成无线自组网的吞吐率较低、且功耗较大。

综上所述，有必要提供一种可以减少路由端到端延时的无线自组网中的路由方法，从而提高网络吞吐率，并降低功耗。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明实施例提供了一种无线自组网中基于信道分配的路由方法、装置，用以减少路由端到端延时，提高网络吞吐率，并降低功耗。

本发明实施例提供了一种无线自组网中基于信道分配的路由方法，包括：

节点对于待发送的路由请求RREQ报文，针对本节点的每个相邻节点，计算该相邻节点的路由单跳度量值：

对于本节点的功信组集合中的每对功信组，在该对功信组中的功率、信道的基础上，对于本节点的每个相邻节点，根据本节点使用所述功率时的干扰节点集、本节点与该相邻节点之间的所述信道的延时和占用情况，计算出本节点在该对功信组条件下到该相邻节点的路由单跳度量值；

之后，所述节点将最大路由单跳度量值所对应的相邻节点作为下一跳节点；并根据最大路由单跳度量值所对应的功信组中的功率、信道向所述下一跳节点发送所述RREQ报文。

较佳地，所述根据本节点使用所述功率时的干扰节点集、本节点与该相邻节点之间的所述信道的延时和占用情况，计算出本节点在该对功信组条件下到该相邻节点的路由单跳度量值，具体包括：

记本节点为节点k、该相邻节点为节点n、该对功信组中的功率和信道分别为功率p和信道c，根据如下公式1-1或公式1-2计算出本节点k在该对功信组条件下到该相邻节点n的路由单跳度量值

${\mathrm{Value}}_{k,n}^{p,c}={\mathrm{PF}}_{k,n}^{p,c}\·R_n^c-\mathrm{\α}{\mathrm{ETT}}_{k,n}^c$   (公式1-1)

${\mathrm{Value}}_{k,n}^{p,c}=\frac{G_{\mathrm{kn}}^c}{\underset{i\∈I_k^p}{\mathrm{\Σ}}{G}_{\mathrm{ki}}^c\·{\mathrm{\χ}}_i^c+\mathrm{\λ}\·\frac{1}{p}}\·\frac{1}{1+{\mathrm{\μ}}_n^c+v_n}\·(\frac{1}{w}\·\frac{S}{B}\·\frac{1}{1-l}-\frac{w-1}{w}{\mathrm{WAETT}}_{n-1})$   (公式1-2)

其中，公式1-1中，表示节点k到节点n使用信道c和功率p时的单跳干扰；表示节点n使用信道c时的信道射频；表示节点k到节点n使用信道c时的传输延时；α表示设定的参数；

公式1-2中，表示节点k到节点n使用信道c时的衰落增益值；表示节点k到节点i使用信道c时的衰落增益值；为二进制变量，节点i使用信道c时值为1，否则值为0；表示节点k使用功率p时的干扰节点集；λ为权值常量；P为发射功率；当节点n还有空闲射频，ν_n为节点n的射频占用率；为二进制变量，节点n已经将信道c分配给其他业务时值为1，否则值为0；w为历史窗口的大小；S为发送的分组大小；B表示链路带宽；l为链路丢包率；WAETT_m-1为前一时刻的加权平均期望传输时间；WAETT_m为当前时刻的加权平均期望传输时间。

其中，所述节点为源节点。

进一步，在所述根据最大路由单跳度量值所对应的功信组中的功率、信道向所述下一跳节点发送所述RREQ报文后，还包括：

若所述下一跳节点为所述RREQ报文的目的节点，则判定所述RREQ报文是否为首次接收的RREQ报文；

若是，则直接回复路由回复RREP报文；

否则，计算出所述RREQ报文的整体路由路径的路由度量值后；若判断计算出的路由度量值高于之前接收的、与所述RREQ报文属同一路由任务的RREQ报文的路由度量值，则回复RREP报文；否则，丢弃所述RREQ报文。

其中，所述与所述RREQ报文属同一路由任务的RREQ报文，具体为源节点的IP地址和路由报文广播序列号分别与所述RREQ报文的源节点的IP地址和路由报文广播序列号相同的RREQ报文；以及

所述判定所述RREQ报文是否为首次接收的RREQ报文，具体包括：

所述目的节点从所述RREQ报文中解析出的源节点的IP地址和路由报文广播序列号，若解析出的源节点的IP地址与之前接收的任一RREQ报文的源节点的IP地址不同，则确定所述RREQ报文为首次接收的RREQ报文；否则：

从之前接收的RREQ报文中选取出源节点的IP地址与解析出的源节点的IP地址相同的RREQ报文后，进一步判断选取出的RREQ报文中的路由报文广播序列号均与解析出的路由报文广播序列号不同，则确定所述RREQ报文为首次接收的RREQ报文。

较佳地，所述节点为所述RREQ报文的中间节点；以及

在所述节点对于待发送的RREQ报文，针对本节点的每个相邻节点，计算该相邻节点的路由单跳度量值之前，还包括：

所述中间节点查找路由表中是否存储有本节点到所述RREQ报文的目的节点的路由；若是，则直接回复RREP报文；否则，若判定所述RREQ报文满足转发条件，则：

将计算出的所述RREQ报文的当前的路由干扰和信道射频占用的乘积，以及路由延时写入到所述RREQ报文的路由信息域中；并将本节点到各相邻节点的单跳干扰和信道射频占用的乘积，以及单跳延时写入到所述RREQ报文的单跳信息域中。

其中，所述转发条件具体为：所述RREQ报文为首次接收的RREQ报文，或者所述RREQ报文的路由度量值高于之前接收的RREQ报文的路由度量值。

本发明实施例还提供了一种无线自组网中基于信道分配的路由装置，包括：

路由单跳度量计算模块，用于对于待发送的RREQ报文，针对本节点的每个相邻节点，计算该相邻节点的路由单跳度量值：对于本节点的功信组集合中的每对功信组，在该对功信组中的功率、信道的基础上，对于本节点的每个相邻节点，根据本节点使用所述功率时的干扰节点集、本节点与该相邻节点之间的所述信道的延时和占用情况，计算出本节点在该对功信组条件下到该相邻节点的路由单跳度量值；

节点选择模块，用于从所述路由单跳度量计算模块计算出的路由单跳度量值中选择出最大路由单跳度量值；并将最大路由单跳度量值所对应的相邻节点作为下一跳节点；并根据最大路由单跳度量值所对应的功信组中的功率、信道向所述下一跳节点发送所述RREQ报文。

进一步，所述无线自组网中基于信道分配的路由装置，还包括：

节点判断模块，用于接收到所述RREQ报文后，若根据所述RREQ报文中的目的节点IP地址判断出本节点为所述RREQ报文的目的节点，则输出目的节点判断通知；否则，输出中间节点判断通知；

路由表查找模块，用于接收到所述节点判断模块输出的中间节点判断通知后，查找路由表中是否存储有本节点到所述RREQ报文的目的节点的路由；若是，则直接回复RREP报文；否则，若判定所述RREQ报文满足转发条件，则：将计算出的所述RREQ报文的当前的路由干扰和信道射频占用的乘积，以及路由延时写入到所述RREQ报文的路由信息域中，将本节点到各相邻节点的单跳干扰和信道射频占用的乘积，以及单跳延时写入到所述RREQ报文的单跳信息域后，发送RREQ报文转发通知；以及

所述路由单跳度量计算模块具体用于在接收到所述路由表查找模块输出的RREQ报文转发通知后，对于所述RREQ报文，针对本节点的每个相邻节点，计算该相邻节点的路由单跳度量值。

进一步，所述无线自组网中基于信道分配的路由装置，还包括：

报文回复模块，用于接收到所述节点判断模块输出的目的节点判断通知后，根据从所述RREQ报文中解析出的源节点的IP地址和路由报文广播序列号，判定所述RREQ报文是否为首次接收的RREQ报文；若是，则直接回复RREP报文；否则，计算出所述RREQ报文的整体路由路径的路由度量值后；若判断计算出的路由度量值高于之前接收的、与所述RREQ报文属同一路由任务的RREQ报文的路由度量值则回复RREP报文；否则，丢弃所述RREQ报文。

本发明的技术方案中，在无线自组网中的路由建立过程中，节点在发送或转发RREQ报文之前，根据本节点的发射功率和信道确定出本节点的多个功率、信道组合；基于不同的功率、信道组合获得本节点到本节点的每个相邻节点的路由单跳度量值的集合，将路由单跳度量值最大的相邻节点作为下一跳节点，并将路由单跳度量值的集合中最大路由单跳度量值所对应的功率、信道组合作为本节点到下一跳节点的最佳功率和信道。这样，节点根据得到的最佳功率和信道向下一跳节点发送RREQ报文。由于本发明综合考虑功率控制、信道分配以及路由建立，在路由建立过程中源节点或中间节点均能够以最佳功率和信道向确定出的下一跳节点发送RREQ报文，从而减少路由端到端延时，并进而提高网络吞吐率、降低功耗。

附图说明

图1为本发明实施例的无线自组网中路由建立的方法流程图；

图2为本发明实施例的路由建立过程中源节点或中间节点选择下一跳节点的方法流程图；

图3为本发明实施例的路由建立过程中目的节点对路由请求报文处理的方法流程图；

图4为本发明实施例的路由建立过程中源节点或中间节点对路由回复报文处理的方法流程图；

图5a、5b、5c为本发明实施例的无线自组织网中基于信道分配的路由装置的内部结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

本申请使用的“模块”、“系统”等术语旨在包括与计算机相关的实体，例如但不限于硬件、固件、软硬件组合、软件或者执行中的软件。例如，模块可以是，但并不仅限于：处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行程序、执行的线程、程序和/或计算机。举例来说，计算设备上运行的应用程序和此计算设备都可以是模块。一个或多个模块可以位于执行中的一个进程和/或线程内。

本发明的主要思路为，在无线自组网中的路由建立过程中，节点在发送或转发RREQ(路由请求)报文之前，根据本节点的发射功率和信道确定出本节点的多个功率、信道组合；基于不同的功率、信道组合获得本节点到本节点的每个相邻节点的路由单跳度量值的集合，将最大路由单跳度量值对应的相邻节点作为下一跳节点，并将路由单跳度量值的集合中最大路由单跳度量值所对应的功率、信道组合作为本节点到下一跳节点的最佳功率和信道。这样，节点根据得到的最佳功率和信道向下一跳节点发送RREQ报文。由于本发明综合考虑功率控制、信道分配以及路由建立，在路由建立过程中源节点或中间节点均能够以最佳功率和信道向确定出的下一跳节点发送RREQ报文，从而可以减少路由端到端延时，并进而提高网络吞吐率、降低功耗。

其中，为描述方便，在本文中将功率、信道组合简称为功信组；而且，对于一封RREQ报文，中间节点是指在该RREQ报文的路由路径中的源节点和目的节点间转发RREQ报文的节点。

下面结合附图详细说明本发明的技术方案。本发明实施例提供了一种无线自组网中基于信道分配的路由方法，或称无线自组网中路由建立的方法，其流程如图1所示，包括如下步骤：

S101：源节点发起寻路过程。

具体地，当源节点与目的节点有通信需求时，源节点判断是否有到目的节点的路由；若源节点有到目的节点的路由，则直接传输数据；若源节点没有到目的节点的路由，则发起寻路过程。

S102：源节点选择下一跳节点，并向下一跳节点发送待发送的RREQ报文。

在本步骤中，源节点根据本节点的相邻节点的路由单跳度量值，选择出下一跳节点，并确定出最佳功率和信道，以最佳功率和信道向下一跳节点发送RREQ报文，具体方法在下述结合图2进行详细说明。而且，源节点还将本节点到各相邻节点的单跳干扰和信道射频占用的乘积，以及单跳延时写入到接收的RREQ报文的单跳信息域中。

事实上，在源节点的下一跳节点接收到RREQ报文后，判断本节点是否为接收的RREQ报文的目的节点。若下一跳节点为接收的RREQ报文的目的节点，则下一跳节点(即目的节点)直接对RREQ报文进行处理(步骤S108)；否则，下一跳节点(即中间节点)根据下述步骤S103～S107对RREP报文进行处理。

S103：中间节点查找路由表中是否存储有本节点到接收的RREQ报文的目的节点的路由；若是，则执行步骤S104；否则，执行步骤S105。

S104：中间节点直接回复RREP报文。

若中间节点查找到路由表中存储有本节点到接收的RREQ报文的目的节点的路由，则中间节点从RREQ报文的单跳信息域中查找到上一跳节点到本节点的单跳干扰和信道射频占用的乘积、以及单跳延时，将查找到的乘积和单跳延时分别累加到RREQ报文中的路由PR值和延时值，得到源节点到本节点的路由PR值和延时值；之后，中间节点将路由表中本节点到目的节点的路由PR值与RREQ报文中源节点到本节点的路由PR值相加，得到源节点到目的节点的路由PR值，将路由表中本节点到目的节点的路由延时值与RREQ报文中源节点到本节点的路由延时值相加，得到源节点到目的节点的路由延时值，并且直接回复RREP(路由回复)报文。

S105：中间节点判定RREQ报文是否满足转发条件；若是，则执行步骤S106；否则，丢弃接收的RREQ报文。

若中间节点查找到路由表中未存储有本节点到接收的RREQ报文的目的节点的路由，则中间节点判定接收的RREQ报文是否满足转发条件。其中，转发条件具体为：RREQ报文为首次接收的RREQ报文，或者RREQ报文的路由度量值高于之前接收的RREQ报文的路由度量值。而且，中间节点判定接收的RREQ是否为首次接收的RREQ报文或者判定RREQ报文的路由度量值高于之前接收的RREQ报文的路由度量值的方法，与下述目的节点判定接收的RREQ是否为首次接收的RREQ报文或者判定RREQ报文的路由度量值高于之前接收的RREQ报文的路由度量值的方法相同，此处不再赘述。

S106：中间节点更新接收的RREQ报文的路由信息域与单跳信息域。

具体地，中间节点计算出接收的RREQ报文的当前的路由干扰和信道射频占用的乘积、以及路由延时，将计算出的乘积和路由延时写入到接收的RREQ报文的路由信息域中，并将本节点到各相邻节点的单跳干扰和信道射频占用的乘积，以及单跳延时写入到接收的RREQ报文的单跳信息域中。

S107：中间节点选择下一跳节点，并将RREQ报文向下一跳节点转发。

具体地，中间节点根据本节点的相邻节点的路由单跳度量值，选择出下一跳节点，并确定出最佳功率和信道，以最佳功率和信道向下一跳节点发送RREQ报文，具体方法结合下述图2进行详细说明。

事实上，源节点和目的节点之间可以有多个中间节点，这样，中间节点的下一跳节点也会判断本节点是否为RREQ报文的目的节点；若下一跳节点为RREQ报文的目的节点，则下一跳节点(即目的节点)直接对RREQ报文进行处理(步骤S108)；否则，下一跳节点(即中间节点)根据上述步骤S103～S107对RREQ报文进行处理。

S108：目的节点对接收的RREQ报文进行处理。目的节点对接收的RREQ报文进行处理的方法在下述结合图3进行详细说明。

上述源节点或中间节点选择下一跳节点，并将RREQ报文向下一跳节点转发的方法流程，如图2所示，具体包括如下步骤：

S201：节点对于待发送的路由请求RREQ报文，针对本节点的每个相邻节点，计算该相邻节点的路由单跳度量值。

具体地，节点具体可以是源节点，也可以是中间节点。每个节点均对应有一个功信组集合，功信组集合中包含多对功信组。例如，假设在一个750m×750m(长宽都为750m)的区域中有30个节点。每个节点上安装两个射频接口，共有4个正交信道(信道1、6、10和11)可供分配。信道带宽设置为11Mbps，数据分组长度为1000byte。可将节点的发射功率划分为A、B、C三个等级(A、B、C分别代表高发射功率，中发射功率，低发射功率)。发射功率和信道可以组成不同的功信组，即(A，信道1)，(B，信道1)，(C，信道1)，(A，信道6)，(B，信道6)，(C，信道6)，(A，信道10)，(B，信道10)，(C，信道10)，(A，信道11)，(B，信道11)，(C，信道11)。这样多对功信组组成节点的功信组集合。

在本步骤中，节点对于本节点的功信组集合中的每对功信组，在该对功信组中的功率、信道的基础上，对于本节点的每个相邻节点，根据本节点使用该对功信组中的功率时的干扰节点集、本节点与该相邻节点之间的、该对功信组中的信道的延时和占用情况，计算出本节点在该对功信组条件下到该相邻节点的路由单跳度量值。

其中，节点针对本节点的每个相邻节点，对于本节点的功信组集合中的每对功信组，计算出本节点在该对功信组条件下到该相邻节点的路由单跳度量值，具体可以为：

记本节点为节点k、该相邻节点为节点n、该对功信组中的功率和信道分别为功率p和信道c，根据如下公式1-1或公式1-2计算出本节点k在该对功信组条件下到该相邻节点n的路由单跳度量值

${\mathrm{Value}}_{k,n}^{p,c}={\mathrm{PF}}_{k,n}^{p,c}\·R_n^c-\mathrm{\α}{\mathrm{ETT}}_{k,n}^c$   (公式1-1)

${\mathrm{Value}}_{k,n}^{p,c}=\frac{G_{\mathrm{kn}}^c}{\underset{i\∈I_k^p}{\mathrm{\Σ}}{G}_{\mathrm{ki}}^c\·{\mathrm{\χ}}_i^c+\mathrm{\λ}\·\frac{1}{p}}\·\frac{1}{1+{\mathrm{\μ}}_n^c+v_n}\·(\frac{1}{w}\·\frac{S}{B}\·\frac{1}{1-l}-\frac{w-1}{w}{\mathrm{WAETT}}_{n-1})$   (公式1-2)

其中，公式1-1中表示节点k到节点n使用信道c和功率p时的单跳干扰；表示节点n使用信道c时的信道射频；表示节点k到节点n使用信道c时的传输延时；α表示设定的参数；

公式1-2中，表示节点k到节点n使用信道c时的衰落增益值；表示节点k到节点i使用信道c时的衰落增益值；为二进制变量，节点i使用信道c时值为1，否则值为0；表示节点k使用功率p时的干扰节点集；λ为权值常量；P为发射功率；当节点n还有空闲射频，ν_n为节点n的射频占用率；为二进制变量，节点n已经将信道c分配给其他业务时值为1，否则值为0；w为历史窗口的大小；S为发送的分组大小；B表示链路带宽；l为链路丢包率；WAETT_m为当前时刻的加权平均期望传输时间；WAETT_m-1为前一时刻的加权平均期望传输时间。

S202：节点将最大路由单跳度量值所对应的相邻节点作为下一跳节点。

S203：根据最大路由单跳度量值所对应的功信组中的功率、信道向确定出的下一跳节点发送或转发RREQ报文。

其中，最大路由单跳度量值所对应的功信组中的功率、信道，为节点向以确定出的下一跳节点发送RREQ报文的最佳功率和信道。

上述的目的节点对接收的RREQ报文进行处理的方法的流程，如图3所示，具体包括如下步骤：

S301：目的节点接收到RREQ报文。

S302：目的节点判定接收的RREQ报文是否为首次接收的RREQ报文；若是，则跳转到步骤S305；否则，执行步骤S303。

具体地，目的节点从接收的RREQ报文(即当前接收的RREQ报文)中解析出的源节点的IP地址和路由报文广播序列号，若解析出的源节点的IP地址与之前接收的任一RREQ报文的源节点的IP地址不同，则确定当前接收的RREQ报文为首次接收的RREQ报文；否则：从之前接收的RREQ报文中选取出源节点的IP地址与解析出的源节点的IP地址相同的RREQ报文后，若进一步判断选取出的RREQ报文中的路由报文广播序列号均与解析出的路由报文广播序列号不同，则确定当前接收的RREQ报文为首次接收的RREQ报文；若进一步判断选取出的至少一个RREQ报文中的路由报文广播序列号与解析出的路由报文广播序列号相同，则确定当前接收的RREQ报文不为首次接收的RREQ报文。

S303：目的节点计算出接收的RREQ报文的整体路由路径的路由度量值。

具体地，可根据如下公式2计算出接收的RREQ报文的整体路由路径的路由度量值PRW：

PRW＝PR-αWAETT＝∑PF_j·R_j-α∑WAETT_j  (公式2)

其中，PF_j、R_j、WAETT_j分别表示RREQ报文的整体路由路径的第j跳的单跳干扰、信道射频、单跳延时；α表示设定的参数。PR、WAETT分别表示源节点到目的节点的路由PR值和延时值。

S304：目的节点判断计算出的路由度量值是否高于之前接收的、与接收的RREQ报文属同一路由任务的RREQ报文的路由度量值；若是，则执行步骤S305；否则，执行步骤S306。

具体地，与RREQ报文属同一路由任务的RREQ报文，具体为源节点的IP地址和路由报文广播序列号分别与接收的RREQ报文的源节点的IP地址和路由报文广播序列号相同的RREQ报文。

S305：目的节点回复RREP报文。

若目的节点判定接收的RREQ报文为首次接收的RREQ报文，或者判断出计算出的路由度量值高于之前接收的、与接收的RREQ报文属同一路由任务的RREQ报文的路由度量值，则目的节点从接收的RREQ报文的单跳信息域中查找到上一跳节点到本节点的单跳干扰和信道射频占用的乘积、以及单跳延时，将查找到的乘积和单跳延时分别累加到接收的RREQ报文中的路由PR值和延时值，得到源节点到目的节点的路由PR值和延时值，并回复RREP报文。

S306：目的节点丢弃RREQ报文。

若目的节点判断出计算出的路由度量值高于之前接收的、与接收的RREQ报文属同一路由任务的RREQ报文的路由度量值，则丢弃RREQ报文。

在无线自组网中的路由建立过程中，节点接收到路由回复报文(RREP报文)后对路由回复报文处理的方法流程，如图4所示，具体包括如下步骤：

S401：节点接收到RREP报文。

S402：节点判断本节点是否为源节点；若是，则执行步骤S403；否则，执行步骤S410。

S403：源节点判定RREP报文是否为首次接收的RREP报文；若是，则执行跳转到步骤S406；否则，执行步骤S404。

若步骤S402中节点判断本节点为源节点，则源节点判定RREP报文是否为首次接收的RREP报文。

S404：源节点计算传送RREP报文的整体路由路径的路由度量。

S405：源节点判断计算出的RREP的路由度量是否高于路由表中保存的路由度量；若是，则执行步骤S406；否则，执行步骤S407。

S406：源节点将传送RREP报文的路由保存或者更新到路由表中。

若源节点判定RREP报文为首次接收的RREP报文，或者计算出的RREP的路由度量是否高于路由表中保存的路由度量，则将传送RREP报文的路由保存或者更新到路由表中。

S407：源节点丢弃RREP报文。

若源节点判定计算出的RREP的路由度量是否高于路由表中保存的路由度量，则丢弃RREP报文。

S410：中间节点将RREP报文中的RP与本节点反向路由中的RP相减，作为本节点到目的节点的RP值，并将RREP报文中的延时值与本节点反向路由中的延时值相减，作为本节点到目的节点的延时值。

若步骤S402中节点判断本节点为中间节点，则在本步骤中计算本节点到目的节点的RP值和延时值。

S411：中间节点按照反向路由路径的下一跳节点转发RREP报文。

在步骤S410中间节点得到本节点到目的节点的RP值和延时值后，在本步骤中，中间节点按照RREQ报文的路由路径的反向路由路径的下一跳节点转发RREP报文。

为了维护路由、及时发现因节点移动或其它原因而中断的路由，每个包含路由的节点周期地广播HELLO包报文，HELLO包报文仅在相邻节点间传播。对于一个节点，该节点收到一个HELLO包报文就可以知道一个相邻节点与本节点依然保持连接；若在一定时间内本节点收不到一个相邻节点的HELLO包报文，则认为该相邻节点与本节点不再连接，以这个相邻节点为下一跳的路由都不能再用来传送数据，因此将这些路由设置为无效状态。无线自组网中的路由方法将进行局部维修，这个相邻节点将启动路由发现过程，广播RREQ报文以便建立新路由，如果在给定时间里能建立起有效路由，就继续发送数据，如果建立路由不成功，则向上游发送RRER(路由错误)报文。源节点收到RRER后，重新发起路由发现过程。

基于上述的无线自组网中基于信道分配的路由方法，本发明实施例提供了一种无线自组网中基于信道分配的路由装置，其内部结构框图如图5a、5b或5c所示。事实上，无线自组网中基于信道分配的路由装置可以作为一封报文的源节点，也可以作为一封报文的中间节点，还可以作为一个封报文的目的节点。

具体地，如图5a所示，当无线自组网中基于信道分配的路由装置作为源节点时，具体包括路由单跳度量计算模块501和节点选择模块502的源节点，用于对RREQ报文进行发送。

路由单跳度量计算模块501用于对于待发送的RREQ报文，针对本模块所属节点(即本节点)的每个相邻节点，计算该相邻节点的路由单跳度量值：对于本节点的功信组集合中的每对功信组，在该对功信组中的功率、信道的基础上，对于本节点的每个相邻节点，根据本节点使用该对功信组中的功率时的干扰节点集、本节点与该相邻节点之间的、该对功信组中的信道的延时和占用情况，计算出本节点在该对功信组条件下到该相邻节点的路由单跳度量值。

节点选择模块502用于从路由单跳度量计算模块501计算出的路由单跳度量值中选择出最大路由单跳度量值，将最大路由单跳度量值所对应的相邻节点作为下一跳节点，并根据最大路由单跳度量值所对应的功信组中的功率、信道向确定出的下一跳节点发送待发送的RREQ报文。

如图5b所示，无线自组网中基于信道分配的路由装置作为中间节点时，具体包括上述的路由单跳度量计算模块501、节点选择模块502，并进一步包括节点判断模块503、路由表查找模块504，用于对RREQ报文进行转发。

其中，节点判断模块503用于接收到RREQ报文后，若根据该RREQ报文中的目的节点IP地址判断出本节点为该RREQ报文的目的节点，则输出目的节点判断通知；否则，输出中间节点判断通知。

路由表查找模块504用于接收到节点判断模块输出503的中间节点判断通知后，查找路由表中是否存储有本模块所属节点(即本节点)到接收的RREQ报文的目的节点的路由；若是，则直接回复RREP报文；否则，若判定接收的RREQ报文满足转发条件，则：将计算出的该RREQ报文的当前的路由干扰和信道射频占用的乘积，以及路由延时写入到该RREQ报文的路由信息域中，将本节点到各相邻节点的单跳干扰和信道射频占用的乘积，以及单跳延时写入到该RREQ报文的单跳信息域后，发送RREQ报文转发通知。相应地，路由单跳度量计算模块501具体用于在接收到路由表查找模块503输出的RREQ报文转发通知后，对于接收的RREQ报文，针对本模块所属节点(即本节点)的每个相邻节点，计算该相邻节点的路由单跳度量值。

如图5c所示，无线自组网中基于信道分配的路由装置作为目的节点时，包括上述的节点判断模块503以及报文回复模块505，用于对RREQ报文进行转发。

报文回复模块505用于接收到节点判断模块503输出的目的节点判断通知后，根据从接收的RREQ报文中解析出的源节点的IP地址和路由报文广播序列号，判定该RREQ报文是否为首次接收的RREQ报文；若是，则直接回复RREP报文；否则，计算出该RREQ报文的整体路由路径的路由度量值后；若判断计算出的路由度量值高于之前接收的、与该RREQ报文属同一路由任务的RREQ报文的路由度量值则回复RREP报文；否则，丢弃该RREQ报文。

本发明的技术方案中，在无线自组网中的路由建立过程中，节点在发送或转发RREQ报文之前，根据本节点的发射功率和信道确定出本节点的多个功率、信道组合；基于不同的功率、信道组合获得本节点到本节点的每个相邻节点的路由单跳度量值的集合，将路由单跳度量值最大的相邻节点作为下一跳节点，并将路由单跳度量值的集合中最大路由单跳度量值所对应的功率、信道组合作为本节点到下一跳节点的最佳功率和信道。这样，节点根据得到的最佳功率和信道向下一跳节点发送RREQ报文。由于本发明综合考虑功率控制、信道分配以及路由建立，在路由建立过程中源节点或中间节点均能够以最佳功率和信道向确定出的下一跳节点发送RREQ报文，从而减少路由端到端延时，并进而提高网络吞吐率、降低功耗。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无线自组网中基于信道分配的路由方法，其特征在于，包括：

节点对于待发送的路由请求RREQ报文，针对本节点的每个相邻节点，计算该相邻节点的路由单跳度量值：

对于本节点的功信组集合中的每对功信组，在该对功信组中的功率、信道的基础上，对于本节点的每个相邻节点，根据本节点使用所述功率时的干扰节点集、本节点与该相邻节点之间的所述信道的延时和占用情况，计算出本节点在该对功信组条件下到该相邻节点的路由单跳度量值；

之后，所述节点将最大路由单跳度量值所对应的相邻节点作为下一跳节点；并根据最大路由单跳度量值所对应的功信组中的功率、信道向所述下一跳节点发送所述RREQ报文。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据本节点使用所述功率时的干扰节点集、本节点与该相邻节点之间的所述信道的延时和占用情况，计算出本节点在该对功信组条件下到该相邻节点的路由单跳度量值，具体包括：

记本节点为节点k、该相邻节点为节点n、该对功信组中的功率和信道分别为功率p和信道c，根据如下公式1-1或公式1-2计算出本节点k在该对功信组条件下到该相邻节点n的路由单跳度量值

${\mathrm{Value}}_{k,n}^{p,c}={\mathrm{PF}}_{k,n}^{p,c}\·R_n^c-\mathrm{\α}{\mathrm{ETT}}_{k,n}^c$   (公式1-1)

${\mathrm{Value}}_{k,n}^{p,c}=\frac{G_{\mathrm{kn}}^c}{\underset{i\∈I_k^p}{\mathrm{\Σ}}{G}_{\mathrm{ki}}^c\·{\mathrm{\χ}}_i^c+\mathrm{\λ}\·\frac{1}{p}}\·\frac{1}{1+{\mathrm{\μ}}_n^c+v_n}\·(\frac{1}{w}\·\frac{S}{B}\·\frac{1}{1-l}-\frac{w-1}{w}{\mathrm{WAETT}}_{n-1})$   (公式1-2)

其中，公式1-1中，表示节点k到节点n使用信道c和功率p时的单跳干扰；表示节点n使用信道c时的信道射频；表示节点k到节点n使用信道c时的传输延时；α表示设定的参数；

公式1-2中，表示节点k到节点n使用信道c时的衰落增益值；表示节点k到节点i使用信道c时的衰落增益值；为二进制变量，节点i使用信道c时值为1，否则值为0；表示节点k使用功率p时的干扰节点集；λ为权值常量；P为发射功率；当节点n还有空闲射频，ν_n为节点n的射频占用率；为二进制变量，节点n已经将信道c分配给其他业务时值为1，否则值为0；w为历史窗口的大小；S为发送的分组大小；B表示链路带宽；l为链路丢包率；WAETT_m-1为前一时刻的加权平均期望传输时间；WAETT_m为当前时刻的加权平均期望传输时间。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述节点为源节点。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述根据最大路由单跳度量值所对应的功信组中的功率、信道向所述下一跳节点发送所述RREQ报文后，还包括：

若所述下一跳节点为所述RREQ报文的目的节点，则判定所述RREQ报文是否为首次接收的RREQ报文；

若是，则直接回复路由回复RREP报文；

否则，计算出所述RREQ报文的整体路由路径的路由度量值后；若判断计算出的路由度量值高于之前接收的、与所述RREQ报文属同一路由任务的RREQ报文的路由度量值，则回复RREP报文；否则，丢弃所述RREQ报文。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述与所述RREQ报文属同一路由任务的RREQ报文，具体为源节点的IP地址和路由报文广播序列号分别与所述RREQ报文的源节点的IP地址和路由报文广播序列号相同的RREQ报文；以及

所述判定所述RREQ报文是否为首次接收的RREQ报文，具体包括：

所述目的节点从所述RREQ报文中解析出的源节点的IP地址和路由报文广播序列号，若解析出的源节点的IP地址与之前接收的任一RREQ报文的源节点的IP地址不同，则确定所述RREQ报文为首次接收的RREQ报文；否则：

从之前接收的RREQ报文中选取出源节点的IP地址与解析出的源节点的IP地址相同的RREQ报文后，进一步判断选取出的RREQ报文中的路由报文广播序列号均与解析出的路由报文广播序列号不同，则确定所述RREQ报文为首次接收的RREQ报文。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述节点为所述RREQ报文的中间节点；以及

在所述节点对于待发送的RREQ报文，针对本节点的每个相邻节点，计算该相邻节点的路由单跳度量值之前，还包括：

所述中间节点查找路由表中是否存储有本节点到所述RREQ报文的目的节点的路由；若是，则直接回复RREP报文；否则，若判定所述RREQ报文满足转发条件，则：

将计算出的所述RREQ报文的当前的路由干扰和信道射频占用的乘积，以及路由延时写入到所述RREQ报文的路由信息域中；并将本节点到各相邻节点的单跳干扰和信道射频占用的乘积，以及单跳延时写入到所述RREQ报文的单跳信息域中。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述转发条件具体为：所述RREQ报文为首次接收的RREQ报文，或者所述RREQ报文的路由度量值高于之前接收的RREQ报文的路由度量值。

8.一种无线自组网中基于信道分配的路由装置，其特征在于，包括：

路由单跳度量计算模块，用于对于待发送的RREQ报文，针对本节点的每个相邻节点，计算该相邻节点的路由单跳度量值：对于本节点的功信组集合中的每对功信组，在该对功信组中的功率、信道的基础上，对于本节点的每个相邻节点，根据本节点使用所述功率时的干扰节点集、本节点与该相邻节点之间的所述信道的延时和占用情况，计算出本节点该对功信组条件下到该相邻节点的路由单跳度量值；

节点选择模块，用于从所述路由单跳度量计算模块计算出的路由单跳度量值中选择出最大路由单跳度量值；并将最大路由单跳度量值所对应的相邻节点作为下一跳节点；并根据最大路由单跳度量值所对应的功信组中的功率、信道向所述下一跳节点发送所述RREQ报文。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：

节点判断模块，用于接收到所述RREQ报文后，若根据所述RREQ报文中的目的节点IP地址判断出本节点为所述RREQ报文的目的节点，则输出目的节点判断通知；否则，输出中间节点判断通知；

路由表查找模块，用于接收到所述节点判断模块输出的中间节点判断通知后，查找路由表中是否存储有本节点到所述RREQ报文的目的节点的路由；若是，则直接回复RREP报文；否则，若判定所述RREQ报文满足转发条件，则：将计算出的所述RREQ报文的当前的路由干扰和信道射频占用的乘积，以及路由延时写入到所述RREQ报文的路由信息域中，将本节点到各相邻节点的单跳干扰和信道射频占用的乘积，以及单跳延时写入到所述RREQ报文的单跳信息域后，发送RREQ报文转发通知；以及

所述路由单跳度量计算模块具体用于在接收到所述路由表查找模块输出的RREQ报文转发通知后，对于所述RREQ报文，针对本节点的每个相邻节点，计算该相邻节点的路由单跳度量值。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：

报文回复模块，用于接收到所述节点判断模块输出的目的节点判断通知后，根据从所述RREQ报文中解析出的源节点的IP地址和路由报文广播序列号，判定所述RREQ报文是否为首次接收的RREQ报文；若是，则直接回复RREP报文；否则，计算出所述RREQ报文的整体路由路径的路由度量值后；若判断计算出的路由度量值高于之前接收的、与所述RREQ报文属同一路由任务的RREQ报文的路由度量值则回复RREP报文；否则，丢弃所述RREQ报文。