CN108184246B - 基于位置和服务质量的移动自组织网络路由优化方法 - Google Patents

基于位置和服务质量的移动自组织网络路由优化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108184246B
CN108184246B CN201810181999.2A CN201810181999A CN108184246B CN 108184246 B CN108184246 B CN 108184246B CN 201810181999 A CN201810181999 A CN 201810181999A CN 108184246 B CN108184246 B CN 108184246B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nodes
network
qos
distance
node
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810181999.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108184246A (zh
Inventor
侯泽欣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
724th Research Institute of CSIC
Original Assignee
724th Research Institute of CSIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 724th Research Institute of CSIC filed Critical 724th Research Institute of CSIC
Priority to CN201810181999.2A priority Critical patent/CN108184246B/zh
Publication of CN108184246A publication Critical patent/CN108184246A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108184246B publication Critical patent/CN108184246B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W24/00—Supervisory, monitoring or testing arrangements
    • H04W24/02—Arrangements for optimising operational condition
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
    • H04W40/02—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
    • H04W40/12—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on transmission quality or channel quality
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
    • H04W40/02—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
    • H04W40/20—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing based on geographic position or location

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明属于移动自组织网络技术领域，针对网络态势优化和路由管理问题，提出基于位置和服务质量的移动自组织网络路由优化方法。通过分析初始化连接的移动自组织网络的网络拓扑态势，结合地理位置信息进行节点机动完成网络态势优化，形成优化网络拓扑态势和路由。然后，依据网络各连通链路的服务质量参数计算当前链路的各项QoS特性值，形成链路‑QoS特性表。最后各节点依据不同应用需求提取最优执行多跳路由表，实现移动自组织网络的网络态势管理和路由优化。该方法提高了移动自组织网络的连通度和路由效率。

Description

基于位置和服务质量的移动自组织网络路由优化方法
技术领域
本发明涉及移动自组织网络路由技术领域，具体地涉及一种基于位置和服务质量的移动自组织网络路由优化方法。
背景技术
移动自组织网络(Mobile Ad Hoc Network，MANET)是由多个独立节点组成，采用无线通信方式的、动态组网的多跳的移动性对等网络。通过动态路由和移动管理技术传输具有服务质量要求的多媒体信息流。移动自组织网络不需要固定设备支持，各节点自行组网并通过点对点及多跳转发通信。
目前，移动自组织网络技术在军事及民用紧急救灾等各方面得到广泛应用。战术Ad Hoc网络能够保证在任意的作战环境下快速地搭建起互联互通的网络,是战役战术级部队机动作战的信息基础设施。
然而，移动自组织网络区别于有线网络及传统的无线通信系统，具有以下新的特点：各节点担负路由规划及转发数据工作，网络拓扑结构动态变化，依靠多跳路由实现全网通信，网络传输带宽及能量资源有限等。因而研究更合理、优化的移动无线自组织网络动态路由技术，有效提高网络吞吐率、路由效率有着十分重要的意义。本发明充分利用节点位置信息和链路质量及应用需求，提取最优路由表，有效提高了网络服务质量和路由效率。
发明内容
本发明的目的在于为移动自组织网络提供一种基于位置和服务质量的移动自组织网络路由优化方法，实现移动自组织网络的网络态势管理和路由优化。
实现本发明目的的技术解决方案为：移动自组织网络初始化连接后，各节点汇聚网内所有节点位置信息及初始连接信息，形成统一的网络拓扑态势；然后结合地理位置信息进行节点机动完成网络态势优化，形成优化网络拓扑态势和路由。依据网络各连通链路的吞吐量、传输时延、时延抖动、丢包率、误码率等参数计算当前链路的各项QoS特性值，形成链路-QoS特性表。最后各节点依据不同应用需求提取最优执行多跳路由表。
本发明的有益效果：采用本发明所述的方法，通过网络态势优化技术提高了网络的连通度，减少了远端节点互联的多跳路由跳数；同时通过对网络各连通链路的各项QoS特性值计算，获取全网链路服务质量，实现了最优执行多跳路由的按需提取。该方法能有效提高网络的吞吐率和路由效率，最大化应用网络服务质量。
附图说明
图1是基于位置和服务质量的移动自组织网络路由优化方法的结构流程图。
图2是移动自组织网络的初始网络态势示意图，链路4-5和链路6-7由于遮挡无法连通，链路8-9因距离过远无法连通。
图3是距离受限情况下的链路优化示意图，节点i和j因距离受限不能直接通信，f、g、k、m为已与节点i直连的节点，g、h、k、n为已与节点j直连的节点，lij为当前两节点的距离，i’、j’为优化后两节点机动位置，li’m、lj’n表示节点i、j机动后与原直连节点m、n的距离，各以i、j和i’、j’为圆心的实现和虚线圆表示节点可通信范围。
图4是有遮挡的情况下的链路优化示意图，节点i和j因遮挡不能直接通信，g、m为已与节点i直连的节点，g、n为已与节点j直连的节点，AiB为节点i被遮挡的范围，j’为优化后节点机动位置，各以i、j和j’为圆心的实现和虚线圆表示节点可通信范围。
图5是网络态势优化结果示意图。
具体实施方式
本发明的实施过程为：网络初始化连接后形成初始网络态势，经过步骤S01～S05完成网络态势优化，形成优化的网络连接拓扑态势和路由；然后进行S06网络各连通链路的QoS计算，形成链路-QoS特性表；最后通过S07基于需求分析的最优路由表提取执行路由表；如附图1所示。
无线自组织网络建立后，各节点根据汇集的网内所有节点位置信息及初始路由信息，形成统一的网络拓扑态势和初始连接表，如表1所示；依据网络位置信息及初始连接表，提取可优化连接链路完成自适应优化。
表1初始连接表
Figure GDA0002744334400000021
Figure GDA0002744334400000031
S01各节点位置信息及初始连接表提取，计算各节点i和未与其直连节点j的距离lij。
S02设定机动距离阈值d；依据各节点机动速度vi及可机动距离li设定机动距离阈值di＝min(vi·T,li),T为设定的网络优化可用时间。
S03判断是否距离过远导致不能连接；依据节点i、j的可通信距离Li、Lj和lij，若lij>min(Li,Lj)则表示两节点因距离过远而无法连接，转到S04，否则转到S05。
S04距离受限无法连接的网络态势优化；如附图3所示，进行节点i、j直接连接优化的条件为两节点距离lij与两节点的最小可通信距离之差不大于di和dj的最小值，且优化后两节点与其他原已直连节点f、g、h、k、m、n的距离不能超过可通信距离，具体表示公式如下所示：
必要条件：(lij-min(Li,Lj))≤min(di,dj)
约束条件：①li’m、li’f、li’g、li’k<Li②lj’g、lj’k、lj’h、lj’n<Lj③li’j’<min(Li,Lj)
S05因遮挡无法连接的网络态势优化；如附图4所示，两节点因遮挡不能通视造成连接失败，可根据地理位置信息进行适当机动优化，其中优化的约束条件与S04相同，依据地理位置信息可得到节点i的被遮挡范围及角度θAiB，同理可得到节点j的被遮挡范围及角度，选择被遮挡角度大的节点j进行机动至j’，且机动距离sj必须小于dj。
优化结果如附图5所示。
S06网络各连通链路QoS计算：提取全网各连通链路的吞吐量、传输时延、时延抖动、丢包率、误码率等相关QoS参数计算当前链路的各项QoS特性值，形成链路-QoS特性表，如表2所示。
表2链路-QoS特性表
Figure GDA0002744334400000032
QoS特性值计算方法：将所有链路的各项QoS参数值排序，根据参数代表含义的不同按照从大到小或从小到大的顺序排列，那么，链路i的第j项QoS特性参数QoSj的排列序号为Ni,j，则链路i的第j项参数的特性值
Figure GDA0002744334400000041
各项QoS特性值Qi,j满足
Figure GDA0002744334400000042
m表示共m条链路。
S07基于需求分析的最优执行路由表提取：依据不同应用种类(视频、短信、文件等)的不同需求，设计各应用的相应QoS特性的权值，形成应用-QoS权值表，然后结合链路-QoS特性表计算各应用在每个链路执行的QoS，得到QoS链路-应用表；最后通过优化后的网络拓扑态势提取各节点当前可用路由，计算各应用当前可用路由的QoS，选取QoS最大的路由作为最优执行路由表。
最优执行路由表提取步骤如下：
S71设计各应用的各项QoS特性权值，形成应用-QoS权值表，如表3所示。其中应用i相应QoS特性的权值wi,n满足：
Figure GDA0002744334400000043
n表示Qos参数的总个数。
各项权值大小的设计可根据应用对各项QoS特性指标要求的不同进行设计，语音，视频等实时性业务对网络时延的要求较高，但可以容忍一定的帧丢失，相反对于数据类型的业务则要求较高的准确度。例如，在设计3种QoS参数情况下，QoS1代表传输时延，QoS2代表丢包率，QoS3代表吞吐量，那么可以设计语音应用的QoS权值为[0.7，0.1，0.2]，设计短信应用的QoS权值为[0.3，0.6，0.1]。
表3应用-QoS权值表
Figure GDA0002744334400000044
S72依据链路-QoS特性表和应用-QoS权值表，计算各应用在每个链路执行的QoS，得到QoS链路-应用表，如表4所示。
应用A在链路B执行的QoS值为：
Figure GDA0002744334400000045
表4 QoS链路-应用表
Figure GDA0002744334400000051
S73通过优化后的网络拓扑态势可得到各节点的路由表，其中路由的选取以跳数最少为佳；然后结合QoS链路-应用表计算各节点执行各应用的所有可用路由的路由-QoS值，形成各应用各节点的路由-QoS表；路由-QoS值为在该路由的所有链路执行该应用的QoS值之和。
例如，表5所示为节点4的路由表，如附图5所示，节点4与1通信的路由1包含链路1、2、16，那么应用A在该路由执行的路由-QoS值为RQA,1,1＝VQA,1+VQA,2+VQA,16，应用A、节点4的路由-QoS表如表6所示。
表5节点4路由表
Figure GDA0002744334400000052
表6应用A节点4的路由-QoS表
Figure GDA0002744334400000053
Figure GDA0002744334400000061
S74依据各应用各节点的路由-QoS表，选择各应用的最大QoS路由形成各节点的最佳执行路由表。
即依据表6，若RQi,j,X＝max(RQi,j,1…x)，那么路由X为应用i、节点4与节点j的最佳执行路由，表7所示为节点4的最佳执行路由表。
表7节点4的最佳执行路由表
Figure GDA0002744334400000062

Claims (1)

1.基于位置和服务质量的移动自组织网络路由优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：各节点位置信息及初始连接表提取，计算各节点和与其未直连节点的距离；
S02：依据各节点机动速度vi及可机动距离li设定机动距离阈值di＝min(vi·T,li),T为设定的网络优化可用时间；
S03：判断是否距离过远导致不能连接，依据节点i、j的可通信距离Li、Lj和lij，若lij>min(Li,Lj)则表示两节点因距离过远而无法连接，转到S04，否则转到S05；
S04：距离受限节点网络态势优化，进行优化的必要条件是两节点距离与两节点的最小可通信距离之差不大于两节点机动距离阈值的最小值，且优化后两节点与其他原已直连节点的距离不能超过可通信距离；
S05：遮挡节点的网络态势优化，依据地理位置信息得到两节点的被遮挡范围及角度θ，选择被遮挡角度大的节点进行机动，机动距离必须小于该节点的机动距离阈值，且优化后两节点与其他原已直连节点的距离不能超过可通信距离；
S06：将所有链路的各项QoS参数值排序，根据参数代表含义的不同按照从大到小或从小到大的顺序排列，计算各链路的各项QoS参数的特性值
Figure FDA0002961928150000011
形成链路-QoS特性表，Ni,j为链路i的第j项QoS参数的排列序号，各项QoS特性值Qi,j满足
Figure FDA0002961928150000012
m表示共m条链路；
S07：基于需求分析的最优执行路由表提取，依据不同应用种类的不同需求，设计各应用的相应QoS特性的权值，形成应用-QoS权值表，然后结合链路-QoS特性表计算各应用在每个链路执行的QoS，得到QoS链路-应用表；最后通过优化后的网络拓扑态势提取各节点当前可用路由，计算各应用当前可用路由的QoS，选取QoS最大的路由作为最优执行路由表。
CN201810181999.2A 2018-03-06 2018-03-06 基于位置和服务质量的移动自组织网络路由优化方法 Active CN108184246B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810181999.2A CN108184246B (zh) 2018-03-06 2018-03-06 基于位置和服务质量的移动自组织网络路由优化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810181999.2A CN108184246B (zh) 2018-03-06 2018-03-06 基于位置和服务质量的移动自组织网络路由优化方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108184246A CN108184246A (zh) 2018-06-19
CN108184246B true CN108184246B (zh) 2021-05-28

Family

ID=62553439

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810181999.2A Active CN108184246B (zh) 2018-03-06 2018-03-06 基于位置和服务质量的移动自组织网络路由优化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108184246B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101069392A (zh) * 2004-12-01 2007-11-07 法国电信公司 在ad hoc网络中用于动态适配服务质量标准的方法和系统
CN101262428A (zh) * 2008-04-24 2008-09-10 西南科技大学 稀疏ad-hoc网络中基于多目标优化的势场路由算法
US20100142445A1 (en) * 2008-09-04 2010-06-10 Ludger Schlicht Environments for a mobile, broadband, routable internet
CN105577547A (zh) * 2016-01-18 2016-05-11 重庆邮电大学 一种移动自组织网络中基于多Qos路由选择方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101069392A (zh) * 2004-12-01 2007-11-07 法国电信公司 在ad hoc网络中用于动态适配服务质量标准的方法和系统
CN101262428A (zh) * 2008-04-24 2008-09-10 西南科技大学 稀疏ad-hoc网络中基于多目标优化的势场路由算法
US20100142445A1 (en) * 2008-09-04 2010-06-10 Ludger Schlicht Environments for a mobile, broadband, routable internet
CN105577547A (zh) * 2016-01-18 2016-05-11 重庆邮电大学 一种移动自组织网络中基于多Qos路由选择方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
移动自组网中一种基于最稳路径的QoS路由;邓曙光等;《计算机工程》;20020930;正文第45-47页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108184246A (zh) 2018-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101945432B (zh) 一种用于无线mesh网络的多速率机会路由方法
CN107517158B (zh) 无人机通信网络联合路由协议的设计方法
CN101006690A (zh) 通信网络的拓扑和服务质量管理装置和方法
CN106572513A (zh) 基于模糊多属性决策的无线传感器路由算法
CN105530679A (zh) 一种基于软件定义网络的无线传感器网络路由方法
CN105472484A (zh) 一种电力骨干光传输网波道均衡路由波长分配方法
CN111132236B (zh) 基于改进olsr协议的多无人机自组织网络mpr节点选择方法
Le et al. A new evolutionary approach for gateway placement in wireless mesh networks
Zhao et al. Transfer learning: A paradigm for dynamic spectrum and topology management in flexible architectures
Zhu et al. Efficient hybrid multicast approach in wireless data center network
CN103067294B (zh) 多下一跳转发路由器中基于流保序的数据流均衡处理的方法
Baba et al. Improving the network life time of a wireless sensor network using the integration of progressive sleep scheduling algorithm with opportunistic routing protocol
CN108093496B (zh) 一种基于ISA100.11a标准的一致性组网方法
CN108184246B (zh) 基于位置和服务质量的移动自组织网络路由优化方法
CN116456419A (zh) 面向能量均衡高可靠传输的多无人机数据回传路由方法
CN116133082A (zh) 一种提高航空自组网拓扑持续时间的多跳分簇方法
Sharma et al. Qos-aware routing in wireless networks using aerial vehicles
Le A comparatives study of gateway placement optimization in wireless mesh network using ga, pso and aco
Quy et al. PRP: A high-performance routing protocol for mobile ad-hoc networks
Gupta et al. Optimization of routing algorithm in wireless mesh networks
CN103596221B (zh) 一种移动Ad Hoc网络的数据传输方法及系统
CN106454899A (zh) 一种无线mesh网络生存时间优化方法
Srivastava et al. Clustering based Load Balanced Gateway Placement Approach
CN108040346A (zh) 高动态地空网络的自动中继方法
Prema et al. Effective Routing Using Multi-Objective Levy flight-Artificial Rabbit Optimization Algorithm for Wireless Mesh Networks.

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant