CN106211255B - 一种无线自组网网络层和mac层的联合优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无线自组网网络层和MAC层的联合优化方法，包括：业务请求、发送路由请求、带宽评估、转发路由请求、路由回复、带宽分配、时隙表同步和路由维护。本发明能够在路由建立阶段同时预约带宽，满足业务对带宽的要求，保证业务质量，同时提高资源利用率，提高无线自组网综合性能。

Description

一种无线自组网网络层和MAC层的联合优化方法

技术领域

本发明涉及无线自组网领域。更具体地，涉及一种无线自组网网络层和MAC层的联合优化方法。

背景技术

无线移动自组网又称无线移动多跳网，简称无线自组网,是由一组相互协作的无线移动节点组成的、无中心控制节点、不依赖于任何固定网络设备的特殊网络。无线自组网对业务质量具有较高要求，通常要求语音、视频等业务能实时准确的传送，数据等业务能有较好的带宽和较低的丢包率，因此亟需建立良好的QoS保证机制。

在无线自组网中建立良好的QoS保证机制，除了应具有可达的路由之外，还需要在数据链路层留有足够的带宽，以避免业务传输过程中出现链路突然中断、时断时续、时延过大等现象，从而保证业务质量。无线自组网包括业务层、网络层和MAC层，在现有的协议层次划分架构下，网络层负责建立路由，MAC层负责分配带宽，一般通过对两层分别进行优化来实现上述功能。但是，各层之间不能很好的统一协调，统筹兼顾，所以优化效果不佳。现有部分算法中提出在MAC提取部分参数在网络层中应用，但未真正实现两层的联合优化。

因此，为了真正实现MAC层和网络层的联合优化，需要提供一种无线自组网网络层和MAC层的联合优化方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无线自组网网络层和MAC层的联合优化方法，将MAC层时隙分配与网络层路由算法相结合，通过网络层和MAC层的联合优化，有效提高业务质量，缩短时延，并提高无线自组网综合性能。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种无线自组网网络层和MAC层的联合优化方法，该方法包括如下步骤：

S1、发起业务的业务源节点根据业务消息生成包括业务的目的节点地址和业务源节点的时隙分配表的路由请求消息，并在网络层中缓存路由请求消息后根据路由请求消息中的业务的目的节点地址判断路由表中是否存在满足该业务的路由：

若是，则业务源节点按照已存在的路由向目的节点发送该业务，流程结束；

若否，则业务源节点发起寻路，根据路由表将路由请求消息广播至下一跳中间节点，转至步骤S2；

S2、收到路由请求消息的节点根据路由请求消息判断本节点是否为目的节点：

若是则转至步骤S5；

若否则转至步骤S3；

S3、首先，收到路由请求消息的中间节点判断本节点是否存在该业务路由：若是，则更新路由条目中的反向信息；若否，则插入新的路由条目，记录到源节点的反向路由信息；

之后，收到路由请求消息的中间节点缓存路由请求消息中的时隙分配表，根据路由请求消息中的时隙分配表与该节点的时隙分配表判断该节点与上一跳节点的时隙是否匹配：

若是，则该节点根据该节点的时隙分配表更新路由请求消息中的时隙分配表并广播转发更新后的路由请求消息至下一跳节点，转至步骤S4；

若否，则该节点逐跳向上一跳节点发送路由请求失败消息直至业务源节点收到路由请求失败消息，转至步骤S1重新发起寻路或流程结束；

S4、重复执行步骤S2-S3；

S5、首先，收到路由请求消息的目的节点判断本节点是否存在该业务路由：若是，则更新路由条目中的反向信息；若否，则插入新的路由条目，记录到源节点的反向路由信息；

之后，收到路由请求消息的目的节点根据路由请求消息中的时隙分配表与目的节点的时隙分配表判断目的节点与上一跳节点的时隙是否匹配：

若是，则目的节点作为接收方为业务分配时隙并将目的节点已分配时隙的时隙分配表同步至MAC层，之后，向上一跳节点发送路由请求回应消息，所述路由请求回应消息中包括目的节点与上一跳节点匹配的时隙，转至步骤S6；

若否，则目的节点逐跳向上一跳节点发送路由请求失败消息直至业务源节点收到路由请求失败消息，转至步骤S1重新发起寻路或流程结束；

S6、收到路由回复消息的中间节点判断本节点是否为业务源节点：

若是则转至步骤S9；

若否则转至步骤S7；

S7、首先，收到路由请求回复消息的中间节点判断本节点是否存在该业务路由：若是，则更新路由条目中的正向信息；若否，则插入新的路由条目，记录到目的节点的正向路由信息；

之后，收到路由请求回应消息的中间节点根据路由请求回应消息中的时隙分配表与该节点的时隙分配表判断该节点与下一跳节点的时隙是否匹配：

若该节点与下一跳节点的时隙匹配，则该节点根据路由请求回应消息中的时隙分配表更新该节点的时隙分配表，作为发送方将该节点更新后的时隙分配表同步至MAC层，之后，根据该节点更新后的时隙分配表与该节点缓存的路由请求消息中的时隙分配表判断该节点与上一跳节点的时隙是否匹配：若该节点与上一跳节点的时隙匹配，则该节点作为接收方为业务分配时隙并将该节点已分配时隙的时隙分配表同步至MAC层，之后，根据该节点已分配时隙的时隙分配表更新路由请求回应消息中的时隙分配表并转发更新后的路由请求回应消息至上一跳节点，转至步骤S8；若该节点与上一跳节点的时隙不匹配，则该节点逐跳向上一跳节点发送路由请求失败消息直至业务源节点收到路由请求失败消息，并逐跳向下一跳节点发送时隙释放消息直至目的节点收到时隙释放消息，转至步骤S1重新发起寻路或流程结束；

若该节点与下一跳节点的时隙不匹配，则该节点逐跳向上一跳节点发送路由请求失败消息直至业务源节点收到路由请求失败消息，并逐跳向下一跳节点发送时隙释放消息直至目的节点收到时隙释放消息，转至步骤S1重新发起寻路或流程结束；

S8、重复执行步骤S6-S7；

S9、首先，收到路由请求回复消息的业务源节点判断自己是否存在该业务的路由：若存在，则更新路由条目中的正向信息；若不存在，则插入新的路由条目；

之后，收到路由请求回应消息的业务源节点根据路由请求回应消息中的时隙分配表与业务源节点的时隙分配表判断业务源节点与下一跳节点的时隙是否匹配：

若业务源节点与下一跳节点的时隙匹配，则业务源节点根据路由请求回应消息中的时隙分配表更新业务源节点的时隙分配表，作为发送方将业务源节点更新后的时隙分配表同步至MAC层，并向目的节点发送该业务，流程结束；

若业务源节点与下一跳节点的时隙不匹配，则业务源节点逐跳向下一跳节点发送时隙释放消息直至目的节点收到时隙释放消息，转至步骤S1重新发起寻路或流程结束。

优选地，所述路由请求消息中还包括业务源节点地址、业务的TOS值和需求带宽值。

优选地，步骤S1还包括如下步骤：业务源节点在发起寻路时启动定时器，若在设定的时间内没有收到路由请求回应消息则业务源节点重新发起寻路或流程结束。

优选地，所述重新发起寻路的策略为若业务源节点在重新发起三次寻路后依然收到了路由请求失败消息，则流程结束。

优选地，所述重新发起寻路的策略为若业务源节点在重新发起三次寻路后依然未在设定的时间内收到路由请求回应消息，或者收到了路由请求失败消息，则流程结束。

优选地，该方法还包括如下步骤：收到时隙释放消息的节点释放已分配的时隙，之后更新该节点的时隙分配表并将更新后的时隙分配表同步至MAC层。

本发明的有益效果如下：

本发明所述技术方案将MAC层时隙分配与路由层路由算法相结合，在路由建立阶段同时预约带宽，满足业务对带宽的要求。本发明所述技术方案通过网络层和MAC层的联合优化，有效提高业务质量，缩短时延，并提高无线自组网综合性能。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出无线自组网网络层和MAC层的联合优化方法的流程图。

图2示出业务源发起路由请求的流程图。

图3示出中间节点转发路由请求消息及带宽评估的流程图。

图4示出目的节点带宽分配及路由回复的流程图。

图5示出中间节点带宽分配及转发路由请求回应消息的流程图。

图6示出业务源节点处理路由请求回应消息的流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例提供的无线自组网网络层和MAC层的联合优化方法包括如下步骤：

S1、如图2所示，发起业务的业务源节点根据业务消息生成路由请求消息RREQ，路由请求消息RREQ中包括业务源节点地址、业务的目的节点地址、业务源节点的时隙分配表、业务的TOS(服务类型)值和需求带宽值，并在网络层中缓存路由请求消息RREQ后根据路由请求消息中的业务的目的节点地址判断路由表中是否存在满足该业务的路由：

若是，则业务源节点按照已存在的路由向目的节点发送该业务，流程结束；

若否，则业务源节点发起寻路，根据路由表将路由请求消息RREQ广播至下一跳中间节点，转至步骤S2；

S2、收到路由请求消息RREQ的节点根据路由请求消息判断本节点是否为目的节点：

若是则转至步骤S5；

若否则转至步骤S3；

S3、如图3所示，首先，收到路由请求消息的中间节点判断本节点是否存在该业务路由：若是，则更新路由条目中的反向信息，即到源节点的路由信息；若否，则插入新的路由条目，记录到源节点的反向路由信息；

之后，收到路由请求消息RREQ的中间节点缓存路由请求消息RREQ中的时隙分配表，根据路由请求消息RREQ中的时隙分配表与该节点的时隙分配表判断该节点与上一跳节点的时隙是否匹配，即判断该节点作为业务转发的中间节点是否满足需求带宽值：

若是，说明上一跳节点与该节点可成功通信且满足带宽要求，该节点根据该节点的时隙分配表更新路由请求消息RREQ中的时隙分配表并广播转发更新后的路由请求消息RREQ至下一跳节点，此时该节点不预留时隙，转至步骤S4；

若否，则该节点逐跳向上一跳节点发送路由请求失败消息RRER直至业务源节点收到路由请求失败消息RRER，转至步骤S1重新发起寻路或流程结束；

S4、重复执行步骤S2-S3；

S5、如图4所示，首先，收到路由请求消息的目的节点判断本节点是否存在该业务路由：若是，则更新路由条目中的反向信息，即到源节点的路由信息；若否，则插入新的路由条目，记录到源节点的反向路由信息；

之后，收到路由请求消息RREQ的目的节点根据路由请求消息RREQ中的时隙分配表与目的节点的时隙分配表判断本节点与上一跳节点的时隙是否匹配，即判断目的节点是否满足需求带宽值：

若是，说明上一跳节点与目的节点可成功通信且满足带宽要求，则目的节点作为接收方为业务分配时隙并将目的节点已分配时隙的时隙分配表同步至MAC层，之后，向上一跳节点发送路由请求回应消息RREP，路由请求回应消息RREP中包括包含目的节点与路由请求消息的上一跳节点匹配的时隙，即目的节点为业务分配的时隙，转至步骤S6；

若否，则目的节点逐跳向路由请求消息的上一跳节点发送路由请求失败消息RRER直至业务源节点收到路由请求失败消息RRER，转至步骤S1重新发起寻路或流程结束；

S6、收到路由回复消息的中间节点判断本节点是否为业务源节点：

若是则转至步骤S9；

若否则转至步骤S7；

S7、如图5所示，首先，收到路由请求回复消息的中间节点判断本节点是否存在该业务路由：若是，则更新路由条目中的正向信息，即到业务目的节点的路由信息；若否，则插入新的路由条目，记录到目的节点的正向路由信息；

之后，收到路由请求回应消息RREP的中间节点根据路由请求回应消息RREP中的时隙分配表与该节点的时隙分配表判断该节点与下一跳节点的时隙是否匹配(即判断该节点作为业务转发的中间节点是否满足需求带宽值)：

若该节点与下一跳节点的时隙匹配(说明该节点与下一跳节点可成功通信且满足带宽要求)，则该节点根据路由请求回应消息RREP中的时隙分配表更新该节点的时隙分配表，作为发送方将该节点更新后的时隙分配表同步至MAC层，之后，根据该节点更新后的时隙分配表与该节点缓存的路由请求消息RREQ中的时隙分配表判断该节点与上一跳节点的时隙是否匹配：若该节点与上一跳节点的时隙匹配(说明该节点与该节点的上一跳节点可成功通信且满足带宽要求)，则该节点作为接收方为业务分配时隙并将该节点已分配时隙的时隙分配表同步至MAC层，之后，根据该节点已分配时隙的时隙分配表更新路由请求回应消息RREP中的时隙分配表并转发更新后的路由请求回应消息RREP至上一跳节点，转至步骤S8；若该节点与上一跳节点的时隙不匹配，则该节点逐跳向上一跳节点发送路由请求失败消息RRER直至业务源节点收到路由请求失败消息RRER，并逐跳向下一跳节点发送时隙释放消息直至目的节点收到时隙释放消息，转至步骤S1重新发起寻路或流程结束；

若该节点与下一跳节点的时隙不匹配，则该节点逐跳向上一跳节点发送路由请求失败消息RRER直至业务源节点收到路由请求失败消息RRER，并逐跳向下一跳节点发送时隙释放消息直至目的节点收到时隙释放消息，转至步骤S1重新发起寻路或流程结束；

S8、重复执行步骤S6-S7；

S9、如图6所示，首先，收到路由请求回复消息的业务源节点判断自己是否存在该业务的路由：若存在，则更新路由条目中的正向信息，即到目的节点的信息；若不存在，则插入新的路由条目；

之后，收到路由请求回应消息RREP的业务源节点根据路由请求回应消息RREP中的时隙分配表与业务源节点的时隙分配表判断本节点与下一跳节点的时隙是否匹配：

若业务源节点与下一跳节点的时隙匹配(此时说明业务源节点到目的节点的路由已成功建立且满足带宽要求，可以开始发送业务数据)，则业务源节点根据路由请求回应消息RREP中的时隙分配表更新业务源节点的时隙分配表，作为发送方将业务源节点更新后的时隙分配表同步至MAC层，并向目的节点发送该业务，流程结束；

若业务源节点与下一跳节点的时隙不匹配，则本节点逐跳向下一跳节点发送时隙释放消息直至目的节点收到时隙释放消息，转至步骤S1重新发起寻路或流程结束。

其中，

本实施例中的正向为业务源节点至目的节点方向，反向为目的节点至业务源节点方向，下一跳节点和上一跳节点中的下和上均是对正向而言，即从传输方向上来说业务源节点在上、目的节点在下，所有业务源节点与目的节点之间的转发节点均可称为中间节点。

当业务源节点同时发起多项业务时，用户可根据需要设定各项业务的优先级。

业务包括由语音、视频和数据等业务类型中一种或多种的组合的业务。

业务源节点在发起寻路时启动定时器，若在设定的时间内没有收到路由请求回应消息RREP，或者，收到了路由请求失败消息RERR，则业务源节点重新发起寻路，而本实施例中设定的策略为若业务源节点在重新发起三次寻路后依然未在设定的时间内收到路由请求回应消息RREP，或者收到了路由请求失败消息RERR，则流程结束，业务源节点不再重新发起寻路，并向业务层发送路由请求失败消息RERR。

为了避免过多的预留时隙资源(分配时隙)造成浪费，本实施例中设定目的节点只回复一条路由，策略是回复最早到达的路由请求消息RREQ。

收到时隙释放消息的节点(包括已分配时隙的中间节点或目的节点)释放之前已分配的时隙，之后更新该节点的时隙分配表并将更新后的时隙分配表同步至MAC层。

下一跳节点收到路由请求消息RREQ后，首先查看路由表判断本地是否存在路由，如果存在则更新路由中的反向信息，如果不存在则插入新的路由条目。

上一跳节点收到路由请求回应消息RREP后，首先查看路由表判断本地是否存在路由，如果存在(一般情况下会存在)，则更新路由中的正向信息；如果不存在，则插入新的路由条目。

上述步骤均可由用户在无线自组网网络设备中通过具体设置实现。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种无线自组网网络层和MAC层的联合优化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

S1、发起业务的业务源节点根据业务消息生成包括业务的目的节点地址和业务源节点的时隙分配表的路由请求消息，并在网络层中缓存路由请求消息后根据路由请求消息中的业务的目的节点地址判断路由表中是否存在满足该业务的路由：

若是，则业务源节点按照已存在的路由向目的节点发送该业务，流程结束；

若否，则业务源节点发起寻路，根据路由表将路由请求消息广播至下一跳中间节点，转至步骤S2；

S2、收到路由请求消息的节点根据路由请求消息判断本节点是否为目的节点：

若是则转至步骤S5；

若否则转至步骤S3；

S3、首先，收到路由请求消息的中间节点判断本节点是否存在该业务路由：若是，则更新路由条目中的反向信息；若否，则插入新的路由条目，记录到源节点的反向路由信息；

之后，收到路由请求消息的中间节点缓存路由请求消息中的时隙分配表，根据路由请求消息中的时隙分配表与该节点的时隙分配表判断该节点与上一跳节点的时隙是否匹配：

若是，则该节点根据该节点的时隙分配表更新路由请求消息中的时隙分配表并广播转发更新后的路由请求消息至下一跳节点，转至步骤S4；

若否，则该节点逐跳向上一跳节点发送路由请求失败消息直至业务源节点收到路由请求失败消息，转至步骤S1重新发起寻路或流程结束；

S4、重复执行步骤S2-S3；

S5、首先，收到路由请求消息的目的节点判断本节点是否存在该业务路由：若是，则更新路由条目中的反向信息；若否，则插入新的路由条目，记录到源节点的反向路由信息；

之后，收到路由请求消息的目的节点根据路由请求消息中的时隙分配表与目的节点的时隙分配表判断目的节点与上一跳节点的时隙是否匹配：

若是，则目的节点作为接收方为业务分配时隙并将目的节点已分配时隙的时隙分配表同步至MAC层，之后，向上一跳节点发送路由请求回应消息，所述路由请求回应消息中包括目的节点与上一跳节点匹配的时隙，转至步骤S6；

若否，则目的节点逐跳向上一跳节点发送路由请求失败消息直至业务源节点收到路由请求失败消息，转至步骤S1重新发起寻路或流程结束；

S6、收到路由回复消息的中间节点判断本节点是否为业务源节点：

若是则转至步骤S9；

若否则转至步骤S7；

S7、首先，收到路由请求回复消息的中间节点判断本节点是否存在该业务路由：若是，则更新路由条目中的正向信息；若否，则插入新的路由条目，记录到目的节点的正向路由信息；

之后，收到路由请求回应消息的中间节点根据路由请求回应消息中的时隙分配表与该节点的时隙分配表判断该节点与下一跳节点的时隙是否匹配：

若该节点与下一跳节点的时隙匹配，则该节点根据路由请求回应消息中的时隙分配表更新该节点的时隙分配表，作为发送方将该节点更新后的时隙分配表同步至MAC层，之后，根据该节点更新后的时隙分配表与该节点缓存的路由请求消息中的时隙分配表判断该节点与上一跳节点的时隙是否匹配：若该节点与上一跳节点的时隙匹配，则该节点作为接收方为业务分配时隙并将该节点已分配时隙的时隙分配表同步至MAC层，之后，根据该节点已分配时隙的时隙分配表更新路由请求回应消息中的时隙分配表并转发更新后的路由请求回应消息至上一跳节点，转至步骤S8；若该节点与上一跳节点的时隙不匹配，则该节点逐跳向上一跳节点发送路由请求失败消息直至业务源节点收到路由请求失败消息，并逐跳向下一跳节点发送时隙释放消息直至目的节点收到时隙释放消息，转至步骤S1重新发起寻路或流程结束；

若该节点与下一跳节点的时隙不匹配，则该节点逐跳向上一跳节点发送路由请求失败消息直至业务源节点收到路由请求失败消息，并逐跳向下一跳节点发送时隙释放消息直至目的节点收到时隙释放消息，转至步骤S1重新发起寻路或流程结束；

S8、重复执行步骤S6-S7；

S9、首先，收到路由请求回复消息的业务源节点判断自己是否存在该业务的路由：若存在，则更新路由条目中的正向信息；若不存在，则插入新的路由条目；

之后，收到路由请求回应消息的业务源节点根据路由请求回应消息中的时隙分配表与业务源节点的时隙分配表判断业务源节点与下一跳节点的时隙是否匹配：

若业务源节点与下一跳节点的时隙匹配，则业务源节点根据路由请求回应消息中的时隙分配表更新业务源节点的时隙分配表，作为发送方将业务源节点更新后的时隙分配表同步至MAC层，并向目的节点发送该业务，流程结束；

若业务源节点与下一跳节点的时隙不匹配，则业务源节点逐跳向下一跳节点发送时隙释放消息直至目的节点收到时隙释放消息，转至步骤S1重新发起寻路或流程结束。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述路由请求消息中还包括业务源节点地址、业务的TOS值和需求带宽值，其中TOS表示服务类型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1还包括如下步骤：业务源节点在发起寻路时启动定时器，若在设定的时间内没有收到路由请求回应消息则业务源节点重新发起寻路或流程结束。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重新发起寻路的策略为若业务源节点在重新发起三次寻路后依然收到了路由请求失败消息，则流程结束。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述重新发起寻路的策略为若业务源节点在重新发起三次寻路后依然未在设定的时间内收到路由请求回应消息，或者收到了路由请求失败消息，则流程结束。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤：收到时隙释放消息的节点释放已分配的时隙，之后更新该节点的时隙分配表并将更新后的时隙分配表同步至MAC层。