CN110708737B - 一种基于带宽的无线mesh网络路由优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于带宽的无线MESH网络路由优化方法，引入期望传输速率区间参数，当实际传输速率处于区间之外时，需要对TQ值做奖惩措施。在同一速率区间中，引入动态调节开关表示是否启用动态调节功能。同时，为了容易造成路由抖动的现象，对实际传输速率做加权平均处理。在得到网络带宽奖惩参数后，根据网络带宽奖惩参数得到改进后的链路质量，并最终得到源节点至目标节点改进后的TQ值。本发明与BATMAN‑adv协议原计算模型相比，增加了对网络带宽的判断，能有效选择高性能的传输路径，确保通信质量。

Description

一种基于带宽的无线MESH网络路由优化方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及到一种基于带宽的无线MESH网络路由优化方法。
背景技术
路由技术是无线MESH网络研究的核心问题之一，对提高网络整体性能有非常重要的意义。BATMAN-adv(Better Approach to Mobile Ad-hoc Networking Advanced)是一种支持多网卡、多信道的无线MESH组网路由协议。该协议通过周期性的广播OGM(OriginatorMessage)包来维护路由表的更新，接收节点使用滑动窗口机制来记录OGM包序号并通过如下公式计算得到TQ(Tx Quality)值：TQ＝EQ/RQ，其中EQ是指本节点发送给邻居节点又被该邻居节点转发回本节点的OGM包数，RQ是指本节点收到的所有该邻居节点发送的OGM包数。TQ是选择路径的依据，值越大，表明路径质量越好。
源节点广播OGM包中的TQ初始值为255，其它节点收到OGM包后，使用自己的TQ值乘以报文中的TQ值，并将结果更新到报文中继续转发，这样每个节点收到的OGM包中的TQ值都是源节点到自己的整个路径的质量。每个节点根据记录的源节点通过各邻居节点到达自己的TQ值的比较，选择值最大的邻居节点为下一条路由节点。
BATMAN-adv协议在抗干扰和多跳场景中的性能表现比较突然，但是由于它只使用数据传输成功率作为唯一的路径质量判断标准，并未考虑到网络带宽对路径选择的影响，导致存在选中较低传输速率路径的情形。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种基于带宽的无线MESH网络路由优化方法，在BATMAN-adv协议的基础上，通过增加对网络带宽的考量，从而选取出高性能传输路径。
技术方案：一种基于带宽的无线MESH网络路由优化方法，包括如下步骤：设期望传输速率区间参数[Rlow，Rhigh]，其中Rlow为期望传输最小速率，Rhigh为期望传输最大速率，当实际传输速率R处于区间[Rlow，Rhigh]之外时，对TQ值做奖惩措施，记网络带宽奖惩值为TQbw，得到改进后的链路质量TQ'，具体奖惩措施如下：当R大于Rhigh时，增加网络带宽的奖励；当R小于Rlow时，增加网络带宽的惩罚。
进一步的，还包括对所述实际传输速率R做加权平均处理，得到实时加权平均速率为
Figure BDA0002255283320000021
计算公式可为：
Figure BDA0002255283320000022
其中，δ为加权系数，
Figure BDA0002255283320000023
为历史最新加权平均速率。
进一步的，引入动态调节开关λ，当λ＝0时，表示不启用动态调节功能，使用固定值做奖惩计算，当λ＝1时，表示使用实时速率动态计算奖惩数值；设网络带宽奖惩参数为β，表示为：
Figure BDA0002255283320000024
其中，TQdef为默认TQ值。
进一步的，根据所述网络带宽奖惩参数为β得到改进后的链路质量TQ'(vi,vi+1)为：
TQ'(vi,vi+1)＝(1+βi)×TQ(vi,vi+1)
其中，TQ(vi,vi+1)为节点vi与其邻居节点vi+1之间的TQ值；βi为节点vi与其邻居节点vi+1之间的β值。
进一步的，根据所述改进后的链路质量TQ'(vi,vi+1)得到源节点至目标节点改进后的TQ'(s,d)为：
Figure BDA0002255283320000025
其中，TQhop为单跳惩罚值；n为OGM包从s到d经过的节点数量，n-1为路径跳数。
有益效果：本发明与BATMAN-adv协议原计算模型相比，增加了对网络带宽的判断，能有效选择高性能的传输路径，确保通信质量。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的OGM处理流程示意图；
图2为本发明实施例所提供的基于带宽的无线MESH网络路由优化方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
在BATMAN-adv协议中，源节点为s到目标节点d的TQ值TQ(s,d)的计算公式表示为：
Figure BDA0002255283320000031
其中，TQhop为单跳惩罚值，通过该参数可以突出短跳数路径的优势；TQdef为默认TQ值，一般为255；n为OGM包从s到d经过的节点数量，n-1为路径跳数；TQ(vi,vi+1)为节点vi与其邻居节点vi+1之间的TQ值。
BATMAN-adv为数据链路层协议，运行于物理层之上，不同的物理层协议具有不同的最大数据传输速率，如IEEE 802.11n支持的最大传输速率为150Mbps(HT40,1*1)，IEEE802.11ac支持的最大传输速率为433Mbps(HT80,1*1)，IEEE 802.11ax支持的最大传输速率为600Mbps(HT80,1*1)。为了尽量选用合适传输速率的路径，现引入期望传输速率区间参数[Rlow，Rhigh]，其中Rlow为期望传输最小速率，Rhigh为期望传输最大速率。当实际传输速率R处于区间[Rlow，Rhigh]之外时，需要对TQ值做奖惩措施，记网络带宽奖惩值为TQbw。具体奖惩措施如下：当R大于Rhigh时，表示链路速率较高，则增加网络带宽的奖励；当R小于Rlow时，表示链路速率较低，则增加网络带宽的惩罚。
在同一速率区间中，为了体现不同速率的奖惩效果差异，现引入动态调节开关λ，当λ＝0时，表示不启用动态调节功能，使用固定值做奖惩计算，当λ＝1时，表示使用实时速率动态计算奖惩数值。
在实际运行环境中，实时速率R变化较快，容易造成路由抖动的现象，需对其做加权平均处理，记实时加权平均速率为
Figure BDA0002255283320000041
其计算公式表示为
Figure BDA0002255283320000042
其中，δ为加权系数，
Figure BDA0002255283320000043
为历史最新加权平均速率。
综上所述，网络带宽奖惩参数β用公式表示为：
Figure BDA0002255283320000044
由此得到改进后的链路质量TQ'(vi,vi+1)的计算公式：
TQ'(vi,vi+1)＝(1+βi)×TQ(vi,vi+1)
其中，βi为节点vi与其邻居节点vi+1之间的β值；
最终得出源节点至目标节点改进后的TQ'(s,d)的计算公式如下：
Figure BDA0002255283320000045
如图1所示为本发明实施例所提供的OGM包处理流程，其中TQ值优化过程如图2所示，具体包括以下步骤：
步骤1，节点收到OGM包后判断该包是否来自本节点，若是则统计包数量，更新EQ值后丢弃，否则进入步骤2；
步骤2，判断该OGM包是否来自邻居节点，若是则进入步骤3，否则丢弃；
步骤3，判断该OGM包是否为第一次收到，若是则进入步骤4，否则丢弃；
步骤4，更新滑动窗口，并统计RQ的值；
步骤5，通过上述步骤得出的EQ与RQ，计算原始模型的TQ值；
步骤6，计算新模型中的实时加权平均速率
Figure BDA0002255283320000046
步骤7，计算新模型中的网络带宽奖惩参数β；
步骤8，计算新模型的TQ'值；
步骤9，更新路由表项，并转发OGM包。
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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于带宽的无线MESH网络路由优化方法，其特征在于，包括如下步骤：设期望传输速率区间参数[Rlow，Rhigh]，其中Rlow为期望传输最小速率，Rhigh为期望传输最大速率，当实际传输速率R处于区间[Rlow，Rhigh]之外时，对TQ值做奖惩措施，记网络带宽奖惩值为TQbw，得到改进后的链路质量TQ'，具体奖惩措施如下：当R大于Rhigh时，增加网络带宽的奖励；当R小于Rlow时，增加网络带宽的惩罚；
还包括对所述实际传输速率R做加权平均处理，得到实时加权平均速率为
Figure FDA0002847142280000011
计算公式为：
Figure FDA0002847142280000012
其中，δ为加权系数，
Figure FDA0002847142280000013
为历史最新加权平均速率；
引入动态调节开关λ，当λ＝0时，表示不启用动态调节功能，使用固定值做奖惩计算，当λ＝1时，表示使用实时速率动态计算奖惩数值；设网络带宽奖惩参数为β，表示为：
Figure FDA0002847142280000014
其中，TQdef为默认TQ值；
根据所述网络带宽奖惩参数为β得到改进后的链路质量TQ'(vi,vi+1)为：
TQ'(vi,vi+1)＝(1+βi)×TQ(vi,vi+1)
其中，TQ(vi,vi+1)为节点vi与其邻居节点vi+1之间的TQ值；βi为节点vi与其邻居节点vi+1之间的β值；
根据所述改进后的链路质量TQ'(vi,vi+1)得到源节点至目标节点改进后的TQ'(s,d)为：
Figure FDA0002847142280000015
其中，TQhop为单跳惩罚值；n为OGM包从s到d经过的节点数量，n-1为路径跳数。
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