CN113923153A - 一种应用于Mesh网络的路由选择方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于Mesh网络的路由选择方法，该方法包括以下步骤：对通往目的节点的所有路由条目进行度量计算；选择综合度量值最低的路由进行传输数据包；接收到数据回复时，计算传输延时；调整路由因子，继续选择度量路由；通过最近两次的传输时延变化趋势调整权衡因子；重复度量选择最佳路由路径传输数据包；利用本发明的方法，可以解决路由选择上评估方式单一、选择路由效果不佳的问题，通过实时调整路由评估方案、灵活控制最优路由选择算法，真正的提高路由乃至整个网络的传输性能。

Description

一种应用于Mesh网络的路由选择方法
技术领域
本发明涉及路由技术领域，特别涉及一种应用于Mesh网络的路由选择方法。
背景技术
路由选择是Mesh网络中一项重要的功能。选择传输可靠的路由将影响整个网络的传输性能。现阶段使用最多的路由技术大致分为两大类，一类是通过度量链路的矢量距离，选择路径最短的路由。这类选择路由的方法，充分考虑了传输距离因素，但忽略了传输路径中信道的物理状态，会影响传输的性能。另一类是通过评估链路的物理状态，选择通信质量最好的路由；这类选择路由方法着重考虑信道的物理状态，但忽略了传输距离，也会影响传输的性能。决定网络传输性能的因素有传输距离、信道质量以及噪声干扰等多个因素。单一的选择一个或一类因素作为选择路由的标准，大大降低了所选路由的可靠性。在众多因素的综合作用下，评估传输性能可靠的路由尤为重要。
当前Mesh网络对于路由的选择方案常采用两种或两种以上的评估方案进行切换适配。这种路由选择方案不能保证所选路由的通信质量，无法动态的评估链路的状况，不便于系统的管理路由。
发明内容
本发明针对上述Mesh网络中路由选择方案的不足之处，提出了一种应用于Mesh网络的路由选择方法，解决路由选择上评估方式单一、选择路由效果不佳的问题，通过实时调整路由评估方案、灵活控制最优路由选择算法，真正的提高路由乃至整个网络的传输性能。
本发明的目的通过以下技术实现：
本设计中，Mesh路由选择方法通过对路由传输时延的大小(Delay)、路由权衡因子(α)、路由开销(RC)、路由跳数(HOP)等参数进行动态评估调整，计算出一个综合度量路由值(Rv)，选择Rv值最小的路由作为传输路径。
综合度量路由值Rv的计算方式如下：
Rv＝α·HOPN+(1-α)·RCN (1)
其中，α表示评估路由跳数和路由开销的权重因子，α的取值范围为0≤α≤1。HOPN表示路由N经过节点的跳数。RCN表示路由N经过节点的路由开销。
综合度量路由值Rv的取值受HOPN和RCN的影响，在物理环境中，传输时延(Delay)也同样收到HOPN和RCN的影响，因此本设计中，设定Rv与传输时延(Delay)存在等价关系：
Rv<＝>Delay (2)
综合度量路由值(Rv)越小，则代表路由的性能越好，即路由的传输时延(Delay)越小，则表明路由的传输质量越好。
本设计为了平衡路由开销(RC)和路由跳数(HOP)对路由的传输质量的影响权重，借鉴梯度下降学习算法训练路由权衡因子(α)趋近于最佳权衡参数值。
路由权衡因子(α)的调整步长与路由的传输时延(Delay)紧密联系，关系如下：
1.初次对通往某节点的路由条目使用动态路由选择公式(1)进行路由评估时，路由权衡因子(α)的初始值为0.5；
2.第二次使用动态路由选择公式(1)进行路由评估时，路由权衡因子(α)的调整步长为(α＝α-step)。
3.从第三次使用动态路由选择公式(1)进行路由评估开始，路由权衡因子(α)的调整步长将依据传输时延(Delay)使用以下规则进行调整：
①Delayi-1＞Delayi(同向调整)
②Delayi-1＜＝Delayi(反向调整)
③同向调整与反向调整以Delayi-2到Delayi-1时路由权衡因子(α)的变化趋势为准(如Delayi-2到Delayi-1时，如果的α调整方向为α＝α-step，则同向调整为：α＝α-step，反向调整为：α＝α+step，如果的α调整方向为α＝α+step，则同向调整为：α＝α+step，反向调整为：α＝α-step)。
④路由权衡因子(α)的调整的步长为step＝0.1。
⑤当路由权衡因子(α)等于0或者等于1时，不再调整步长。直到新增路由条目，进行反向调整。
动态综合度量路由矢量距离与信道物理状态的路由选择方法包括以下步骤：
步骤1：当有数据包需要发送时，查找路由表，统计出能够通往目的地的所有路由；
步骤2：对所有路由条目中的路由开销与路由跳数等参数带入公式(1)计算，得出路由选择结果Rv(对一个目的地初次度量时，使用α的默认值)。
步骤3：选择Rv值最小的路由作为本次发送路径，并记录当前发送时间Timestamp，本次发送完成；
Min(Rv1，Rv2，Rv3，，，Rvn)
步骤4：接收到数据回复时，则获取当前时间与路由表条目中Timestamp进行减法运算，得到一个时间值Delay，存入路由表条目中，并把Timestamp字段置为0。
步骤5：当第二次有数据包需要向同一目的地发送时，将调整公式(1)中α的值(α＝α-step)，重复步骤2、3、4、5、6；
步骤6：两次发送完成并计算出时间值时，对比时间值Delay的大小；
步骤7：如果Delayl＞Delay2，调整公式(1)中α的值(α＝α-step)，反之(α＝α+step)。注：α的最大值为1；
步骤8：当第三次有数据包需要发送到该目的地时，使用调整后的α值度量选择一条路径进行发送，重复上述步骤5、6、7得出时间值Delay，如果Delay的变化趋势不变，则α的调整方向不变，反之如果Delay的变化趋势与上一次的Delay变化趋势相反，则α的调整方向也随之改变。
步骤9：不断根据上一次的Delay值调整α的取值，进行路由选择。
以此达到一个动态的评估效果，能够向传输时延最低的路由选择方向靠近，达到本设计目的。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是动态评估路由算法工作流程图。
图2是源节点通往目的节点的路由表条目。
图3是第一次向节点F发送数据包时，使用公式(1)评估路由的结果示意图。
图4是接收到来自节点F发送的数据回复时，计算传输时延Delay值的示意图。
图5是第二次向节点F发送数据包时，使用公式(1)评估路由的结果示意图。
图6是第二次接收到来自节点F发送的数据回复时，计算传输时延Delay值的示意图。
图7是第三次向节点F发送数据包时，使用公式(1)评估路由的结果示意图。
具体实施方式
为进一步说明本发明对路由的选择方法的目的、技术方案及优点，结合以下例子及附图，对本发明进行详细阐述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
结合附图1，一种应用于Mesh网络的路由选择方法，包括以下步骤：
步骤1：如附图2所示节点A有数据包需要发送到节点F，此时，将所有通往节点F的路由条目中的路由开销和路由跳数等参数带入公式(1)计算出路由选择值Rv。
步骤2：如附图3所示，计算所得结果在Rv字段罗列，其中Path4(第四条路由条目或第四条路径)的Rv值与Path8的值最小(默认选择前置位路径)。则使用Path4进行发送，并记录当前时间戳。
步骤3：如附图4所示，当节点A接收到来自节点F的数据回复时，获取当前系统时间，并与Path4中的Timestamp记录的时间戳进行减法运算得到Delay值保存到路由表中。
步骤4：如附图5所示，当节点A第二次需要发送数据包到节点F时，将公式(1)中的参数α置为(α＝α-step)。重复步骤1的操作。
步骤5：计算所得结果在Rv字段罗列，其中Path4的Rv值最小，则使用Path4进行发送，并记录当前时间戳。
步骤6：如附图6所示，重复步骤3的操作，将得到的Delay值与上一次的Delay值进行比较，得出Delay1＜Delay2，此时，确定一个Delay值变化的初始趋势，α的调整趋势与前一次的调整方向相同，α置为(α＝α-step)。
步骤7：如附图7所示，当节点A第三次需要发送数据包到节点F时，将重复步骤4、5、6的操作。
步骤8：之后的每一次传输数据包都根据Delay的变化趋势调整α的调整方向，达到动态的评估一条传输效率最高的路由路径。
本实施例利用动态选择路由公式(1)不断选择传输路径，通过对传输延时评估调整选择因子，达到筛选传输效果最佳的路由。
上述例子是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。

Claims (5)

1.一种应用于Mesh网络的路由选择方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：当有数据包需要发送时，查找路由表，统计出能够通往目的地的所有路由；
步骤2：对所有路由条目中的路由开销与路由跳数带入公式(1)计算，得出路由选择结果Rv(对一个目的地初次度量时，使用α的默认值)。
步骤3：选择Rv值最小的路由作为本次发送路径，并记录当前发送时间Timestamp，本次发送完成；
Min(Rv1，Rv2，Rv3，，，Rvn)
步骤4：接收到数据回复时，获取当前系统时间与路由表条目中Timestamp进行减法运算，得到一个时间值Delay，存入路由表条目中，并把Timestamp字段置为0；
步骤5：当第二次有数据包需要向同一目的地发送时，将调整公式(1)中α的值(α＝α-step)，重复步骤2、3、4、5、6；
步骤6：两次发送完成并计算出时间值时，对比时间值Delay的大小；
步骤7：如果Delay1＞Delay2，调整公式(1)中α的值(α＝α-step)，反之(α＝α+step)。注：α的最大值为1；
步骤8：当第三次有数据包需要发送到该目的地时，使用调整后的α值度量选择一条路径进行发送，重复上述步骤5、6、7得出时间值Delay，如果Delay的变化趋势不变，则α的调整方向不变，反之如果Delay的变化趋势与上一次的Delay变化趋势相反，则α的调整方向也随之改变；
步骤9：不断根据上一次的Delay值调整α的取值，进行路由选择。
2.根据权利要求1所述的一种应用于Mesh网络的路由选择方法，其特征在于，动态路由选择公式，如下所示：
综合度量路由值Rv的计算方式如下：
Rv＝α·HOPN+(1-α)·RCN (1)
其中，α表示评估路由跳数和路由开销的权重因子，α的取值范围为0≤α≤1；HOPN表示路由N经过节点的跳数；RCN表示路由N经过节点间的路由开销。
综合度量路由值Rv的取值受HOPN和RCN的影响，在物理环境中，传输时延(Delay)也同样收到HOPN和RCN的影响，因此本设计中，设定Rv与传输时延(Delay)存在等价关系：
Rv＜＝＞Delay (2)
综合度量路由值(Rv)越小，则代表路由的性能越好，即路由的传输时延(Delay)越小，则表明路由的传输质量越好。
本设计为了平衡路由开销(RC)和路由跳数(HOP)对路由的传输质量的影响权重，借鉴梯度下降学习算法训练路由权衡因子(α)趋近于最佳权衡参数值。
3.根据权利要求1所述的一种应用于Mesh网络的路由选择方法，其特征在于，初次对通往某节点的路由条目使用动态路由选择公式(1)进行路由评估时，路由权衡因子(α)的初始值为0.5。
4.根据权利要求1所述的一种应用于Mesh网络的路由选择方法，其特征在于，第二次使用动态路由选择公式(1)进行路由评估时，路由权衡因子(α)的调整步长为(α＝α-step)。
5.根据权利要求1所述的一种应用于Mesh网络的路由选择方法，其特征在于，从第三次使用动态路由选择公式(1)进行路由评估开始，路由权衡因子(α)的调整步长将依据传输时延(Delay)按照一下规则进行调整：
①Delayi-1＞＝Delayi(同向调整)
②Delayi-1＜＝Delayi(反向调整)
③同向调整与反向调整以Delayi-2到Delayi-1时路由权衡因子(α)的变化趋势为准(如Delayi-2到Delayi-1时，如果的α调整方向为α＝α-step，则同向调整为：α＝α-step，反向调整为：α＝α+step，如果的α调整方向为α＝α+step，则同向调整为：α＝α+step，反向调整为：α＝α-step)；
④路由权衡因子(α)调整的步长step＝0.1；
⑤当路由权衡因子(α)等于0或者等于1时，不再调整步长；直到新增路由条目，进行反向调整。
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