CN107241777A - 一种基于多信道的无线传输路由方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于多信道的无线传输路由的方法，其步骤包括通信网络初始化；监听通信传输信道环境；建立路由表；信息发送端发送信息；路由节点转发信息；信息接收端接收信息。本发明通过期望传输路径ETP(Expected Transmisson Path,ETP)来确定的信道质量，根据ETP的最大值分布式地选出信息发送端到信息接收端的所有路由通信节点以及每个路由通信节点所使用的通信信道，从而实现了无线路由的无干扰传输以及路径转发节点的优选，有效避免了网络拥塞，降低了网络负载，提升了网络吞吐量性能。

Description

一种基于多信道的无线传输路由方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于多信道的无线传输路由方法。
背景技术
在无线通信传输中，路由协议是通过多个潜在转发路由节点竞争，并根据数据链路层的实时无线信道环境和节点在传播时的可用性来自主判断，进而动态地选择最优下一跳转发路由节点来发送数据包。然而大部分路由都是单信道路由，对所有路由协议来说，单信道网络无法从根本上解决多跳环境下“隐藏终端和暴露终端”的问题，随着节点密度的增加，相互距离较近的节点因它们共享相同传输介质而产生相互干扰，因此会加剧节点间的竞争和冲突，导致信道利用率和无线网络的整体性能大大下降。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于多信道的无线传输路由方法，解决无线网络传输性能因干扰而下降问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种基于多信道的无线传输路由的方法，具体包括如下步骤：
步骤S1、通信网络初始化；
步骤S2、监听通信传输信道环境；
步骤S3、建立路由表；
步骤S4、信息发送端发送信息；
步骤S5、路由节点转发信息；
步骤S6、信息接收端接收信息。
进一步地，所述通信网络初始化，使网络中每个通信节点上数据包收发和信道的分配机制一致，所述分配机制是按照信道受到干扰最小而进行的调度准则；在进行初始化时，即在有通信行为发生前，网络中每个通信节点均会缺省分配一个干扰最小的初始通信信道进行通信。
进一步地，所述步骤S2包括如下子步骤：
S201、通信节点发送探测包；
S202、通信节点判断是否收到其他通信节点确认数据包；
S203、确认信道质量。
进一步地，所述探测包包括帧头、帧长度、本地ID、探测报发送标志位、帧校验和帧尾；所述确认数据包包括帧头、帧长度、本地ID、探测包确认标志位、帧校验和帧尾；所述探测包和所述确认数据包只在通信节点间发送，不进行转发。
进一步地，所述信道质量是通过期望传输路径ETP(Expected Transmisson Path,ETP)来确定的；
ETP计算方法为：ETP＝∑idr×df×ψi,j其中，df、dr分别表示两通信节点间正向通信即发送探测包和反向通信即确认接收数据包的成功传输数，ψi,j表示两通信节点的信道占用情况，取值在0和1之间，0代表信道最差，1代表信道最好，Σi表示由发送信息通信节点到信息接收端的通信节点所经过的所有中间转发通信节点，i表示信息发送端节点，j表示信息接收端节点。
进一步地，信息发送端在发送数据前，累加计算自身到所述信息接收端的ETP，所述ETP通过数据包获得的信息计算出df、dr和ψi,j，并把前一节点的ETP和本地ETP相加，根据ETP的最大值分布式地选出信息发送端到信息接收端的所有路由通信节点以及每个路由通信节点所使用的通信信道，依次构建路由表。
进一步地，信息发送端根据路由表中下一跳的通信节点以及其所在的信道对自身相关通信参数进行设置，将计算得出的含ETP信息的路由信息与数据信息打包组成数据帧进行发送。
进一步地，收到信息的通信节点根据数据信息中的路由信息判断自己是否为信息接收端，如果是则直接进入步骤S6对数据信息进行接收解析，如果不是则根据数据帧中的目的地址是否为本地地址，判断自己是否为转发路由通信节点；如果不是转发路由通信节点，则该通信节点直接丢弃数据包；如果是转发路由通信节点，则该通信节点继续在路由信息中查看转发信息所需要设置的通信信道，经过确定后，设置本通信节点相应的信道参数并对数据信息进行下一跳路由转发。
进一步地，信息接收端接收到数据信息，根据数据信息中的路由信息判断自己是否为信息接收端，如果是信息接收端则对数据信息进行接收并解析，如果不是则对数据包进行丢弃。
进一步地，网络中每个通信节点均工作在半双工的状态，即在同一时间信道节点只能进行单收或单发,节点间采用CSMA/CA机制来避免无线通信带来的冲突。
本发明有益效果如下：
本发明实现了无线路由的无干扰传输以及路径转发节点的优选，有效避免了网络拥塞，降低了网络负载，提升了网络吞吐量性能。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为基于多信道的无线传输路由方法流程图
图2为监听通信传输信道环境流程图
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
本发明的一个具体实施例，公开了一种基于多信道的无线传输路由的方法，基于多信道的无线传输路由系统的通信节点在软件配置下，可完成网络初始化、信道监听、路由建立、路由转发、信息发送和信息接收功能。
所述网络初始化是指网络中的所有通信节点都可以在网络初始时刻将本节点的通信参数按照预定的参数进行初始设置；
所述信道监听是指通信中处于空闲的通信节点对信道环境进行监听，对信道的通信质量进行评估；
所述路由建立是指通信节点根据监听后对信道的通信质量评估后，建立最优信息传输路径；
所述路由转发是指通信节点工作在转发状态，对接收到的通信信息转发到下一通信节点；
所述信息发送是指通信节点作为信息发送端发送通信信息；
所述信息接收是指通信节点作为信息接收端将接收到的通信信息翻译为数据信息。
如图1所示，基于多信道的无线传输路由的方法具体步骤为：
步骤S1、通信网络初始化
通过设置，使网络中每个通信节点上数据包收发和信道的分配机制是一致的，所述分配机制是按照信道受到干扰最小而进行的调度准则。在进行初始化时，即在有通信行为发生前，网络中每个通信节点均会缺省分配一个干扰最小的初始通信信道进行通信。网络中每个通信节点均工作在半双工的状态，即在同一时间信道节点只能进行单收或单发,节点间采用CSMA/CA机制来避免无线通信带来的冲突。
步骤S2、监听通信传输信道环境。通过监听确定网络中每个局部通信节点中信道干扰最小且有传输链路质量最好的ETP，所述局部节点是本通信节点周围能够无线直接连接的节点。
如图2所示，步骤S2包括以下子步骤：
S201、发送探测包。在数据传输的空闲间隙，通信节点会自动工作在信道监听状态，所述通信节点会周期性地在所有信道上轮询广播探测包与其他通信节点进行交互，对各个通信节点的所有通信信道和链路传输质量进行监听收集，所述探测包包括帧头、帧长度、本地ID、探测报发送标志位、帧校验和帧尾。
S202、判断是否收到确认数据包。所述通信节点发送探测包到其他通信节点，当其他通信节点收到探测包后则回发确认数据包，所述确认数据包包括帧头、帧长度、本地ID、探测包确认标志位、帧校验和帧尾，所述通信节点通过收到确认数据包来确认信道质量。如果所述通信节点发出探测包后，没有收到通信节点的确认数据包，则所述本节点继续发送探测包到该通信节点，如果连续发送三次探测包后均没有收到确认信息包，则认为信息不可达。所述探测包和所述确认数据包只在节点间发送，不进行转发。
S203、确认信道质量。发送探测包的节点通过计算接收到的确认数据包与已发送的探测包的比值来确认信道质量。
具体地，每个通信节点通过发送探测包和接收到的确认数据包来计算自身到所有通信节点的综合权值，该综合权值表示为期望传输路径ETP(Expected Transmisson Path,ETP)，所述ETP表征数据在链路上传输一个数据包的成功传输因子，ETP越大，信息传输质量越好，通过计算可得出网络中每个局部通信节点中信道干扰最小且传输链路质量最好的通信信道。
ETP计算方法为：ETP＝Σidr×df×ψi,j其中，df、dr分别表示两通信节点间正向通信即发送探测包和反向通信即确认接收数据包的成功传输数，ψi,j表示两通信节点的信道占用情况，取值在0和1之间，0代表信道最差，1代表信道最好，Σi表示由发送信息通信节点到信息接收端的通信节点所经过的所有中间转发通信节点，i表示信息发送端节点，j表示信息接收端节点。
步骤S3、建立路由表
信息发送端在发送数据前，累加计算自身到所述信息接收端的ETP，所述ETP通过数据包获得的信息计算出df、dr和ψi,j，并把前一节点的ETP和本地ETP相加，根据ETP的最大值分布式地选出信息发送端到信息接收端的所有路由通信节点以及每个路由通信节点所使用的通信信道，依次构建路由表。
步骤S4、信息发送端发送信息
信息发送端根据路由表中下一跳的通信节点以及其所在的信道对自身相关通信参数进行设置，将计算得出的含ETP信息的路由信息与数据信息打包组成数据帧进行发送。
步骤S5、路由节点转发数据
信息发送端通过无线方式，按照路由表中的路径，发送数据信息后，收到该信息的通信节点根据数据信息中的路由信息判断自己是否为信息接收端，如果是则直接进入步骤S6对数据信息进行接收解析，如果不是则根据数据帧中的目的地址是否为本地地址，判断自己是否为转发路由通信节点。如果不是转发路由通信节点，则该通信节点直接丢弃数据包；如果是转发路由通信节点，则该通信节点继续在路由信息中查看转发信息所需要设置的通信信道，经过确定后，设置本通信节点相应的信道参数并对数据信息进行下一跳路由转发。
步骤S6、信息接收端接收信息
信息接收端接收到数据信息，根据数据信息中的路由信息判断自己是否为信息接收端，如果是信息接收端则对数据信息进行接收并解析，如果不是则对数据包进行丢弃。
综上所述，本实施例所公开的多信道的无线传输路由方法实现了无线路由的无干扰传输以及路径转发通信节点的优选，有效避免了网络拥塞，降低了网络负载，提升了网络吞吐量性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于多信道的无线传输路由的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、通信网络初始化；
步骤S2、监听通信传输信道环境；
步骤S3、建立路由表；
步骤S4、信息发送端发送信息；
步骤S5、路由节点转发信息；
步骤S6、信息接收端接收信息。
2.根据权利要求1所述的基于多信道的无线传输路由的方法，其特征在于，所述通信网络初始化，使网络中每个通信节点上数据包收发和信道的分配机制一致，所述分配机制是按照信道受到干扰最小而进行的调度准则；在进行初始化时，网络中每个通信节点均会缺省分配一个干扰最小的初始通信信道进行通信。
3.根据权利要求1所述的基于多信道的无线传输路由的方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下子步骤：
S201、通信节点发送探测包；
S202、通信节点判断是否收到其他通信节点返回的确认数据包；
S203、确认信道质量。
4.根据权利要求3所述的基于多信道的无线传输路由的方法，其特征在于，所述探测包包括帧头、帧长度、本地ID、探测报发送标志位、帧校验和帧尾；所述返回的确认数据包包括帧头、帧长度、本地ID、探测包确认标志位、帧校验和帧尾；所述探测包和所述确认数据包只在通信节点间发送，不进行转发。
5.根据权利要求3所述的基于多信道的无线传输路由的方法，其特征在于，所述信道质量是通过期望传输路径ETP来确定的；
ETP的计算方法为：ETP＝∑idr×df×ψi,j其中，df、dr分别表示两通信节点间正向通信即发送探测包和反向通信即确认接收数据包的成功传输数，ψi,j表示两通信节点的信道占用情况，取值在0和1之间，0代表信道最差，1代表信道最好，∑i表示由发送信息通信节点到信息接收端的通信节点所经过的所有中间转发通信节点，i表示信息发送端节点，j表示信息接收端节点。
6.根据权利要求1所述的基于多信道的无线传输路由的方法，其特征在于，信息发送端在发送数据前，累加计算自身到所述信息接收端的ETP，并把前一节点的ETP和本地ETP相加，根据ETP的最大值分布式地选出信息发送端到信息接收端的所有路由通信节点以及每个路由通信节点所使用的通信信道，以此构建路由表。
7.根据权利要求1所述的基于多信道的无线传输路由的方法，其特征在于，信息发送端根据路由表中下一跳的通信节点以及其所在的信道对自身相关通信参数进行设置，将计算得出的含ETP信息的路由信息与数据信息打包组成数据帧进行发送。
8.根据权利要求1所述的基于多信道的无线传输路由的方法，其特征在于，收到信息的通信节点根据数据信息中的路由信息判断自己是否为信息接收端，如果是则直接进入步骤S6对数据信息进行接收解析，如果不是则根据数据帧中的目的地址是否为本地地址，判断自己是否为转发路由通信节点；如果不是转发路由通信节点，则该通信节点直接丢弃数据包；如果是转发路由通信节点，设置本通信节点相应的信道参数对数据信息进行下一跳路由转发。
9.根据权利要求1所述的基于多信道的无线传输路由的方法，其特征在于，信息接收端接收到数据信息，根据数据信息中的路由信息判断自己是否为信息接收端，如果是信息接收端则对数据信息进行接收并解析，如果不是则对数据包进行丢弃。
10.根据权利要求1-9中任一所述的基于多信道的无线传输路由的方法，其特征在于，网络中每个通信节点均工作在半双工的状态，即在同一时间信道节点只能进行单收或单发,节点间采用CSMA/CA机制来避免无线通信带来的冲突。
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