一种干扰感知的源节点和路由选择方法技术

本发明专利技术公开了一种干扰感知的源节点和路由选择方法，设计了一个新的路由指标MIPC，来表征考虑无线传输干扰下的路径的吞吐量，该路由指标不仅考虑了流间的干扰，而且也考虑了流内干扰。其次，根据新的路由指标，本发明专利技术提出了一种联合源节点选择、路由选择和信道分配的方法。该方法能从多个源节点中，为目的节点找到使得整体网络聚合吞吐量最大的源节点子集，以及这些选定源节点子集和目的节点之间对应的路由及信道分配。本发明专利技术的方法可以在充分考虑干扰的影响下同时进行源节点选择、路由选择和信道分配，同时考虑了流内干扰和流间干扰，选择并确定最优服务源节点子集，并计算源节点到目的节点的路由和路由上每跳链路的信道分配，最大化了目的节点的聚合吞吐量。

【技术实现步骤摘要】
一种干扰感知的源节点和路由选择方法
本专利技术涉及无线网络领域，具体为一种干扰感知的源节点和路由选择方法。
技术介绍
在有线网络中，多个源节点同时向同一个目的节点传输数据时，网络中会存在多条到达目的节点路径，参与传输的源节点越多，目的节点获得的下载服务就越好。如有线网络的P2P传输，网络中的流媒体服务器及缓存了相应流媒体资源的peer节点都可以充当数据请求节点的源节点，同时为用户传输数据，使得用户获得更高的下载速度。参与传输的peer越多，系统的整体服务能力越强。然而在无线网络中，由于不可避免的无线信道干扰，对于多个源节点向同一个目的节点传输数据的方式，并不是选择越多的源节点给目的节点提供服务就可以得到更大的网络吞吐量。此外路由与信道之间相互影响，从而影响源节点的确定。源节点的选择、路由选择和信道分配三者之间相互影响，源节点的选择必须和路由选择和信道分配联合进行考虑。我们以图1、图2、图3为例说明为了最大化目的节点的下载吞吐量，在存在多个源节点时，联合源节点选择、路由选择和信道分配问题的挑战。当全部源节点都被选择为目的节点提供服务，如图1所示，存在3条到达目的节点的路径，分别为p1，p2，p3。路径p1由链路e(1,5,Ch1)，e(5,9,Ch2)，e(9,12,Ch2)，e(12,17,Ch3)，e(17,22,Ch3)组成，各链路容量分别为8，8.33，4.6，4.8，6.75。因为数据流传输时，不可避免存在无线链路之间的干扰，链路两跳范围内的其他路径上的链路使用相同的信道会对本链路产生干扰，影响链路的可用容量。以链路e(1,5,Ch1)为例，它的初始容量为24，使用的信道为Ch1。由于p2路径上的链路e(2,5,Ch1)和p3路径上的链路e(3,6,Ch1)都在链路e(1,5,Ch1)的干扰范围内，且同样使用了信道Ch1，因此链路e(2,5,Ch1)和e(3,6,Ch1)与链路e(1,5,Ch1)之间存在干扰。如果干扰的链路采用TDMA的MAC层协议公平地使用无线信道，链路e(1,5,Ch1)的可用容量可计算为8＝24/(2+1)。路径p1的其他链路的容量的计算方法与此类似。路径的容量由链路的最小容量确定，由此可得到路径p1的容量为4.6。类似的，在考虑干扰的情况下，路径p2由链路e(2,5,Ch1)，e(5,10,Ch2)，e(10,13,Ch3)，e(13,18,Ch2)，e(18,22,Ch3)组成，各链路的可用容量分别为7.33，6.5，6.25，5.6，5.2。因此路径p2的容量为5.2。在考虑干扰的情况下路径p3由链路e(3,6,Ch1)，e(6,14,Ch3)，e(14,19,Ch2)，e(19,23,Ch3)，e(23,22,Ch2)组成，各链路的可用容量为别为7.67，5.75，5.67，5.8，8.67。因此路径p3的容量为5.67。由此可得图1中3条路径的总容量为路径p1、p2、p3容量之和，为15.47。当部分源节点被选择为目的节点服务时，如图2所示，源节点1、2被选择为目的节点提供服务，存在2条到达目的节点的路径，分别为p1和p2。路径p1的容量为8，路径p2的容量为13，因此图2中2条路径的总容量为21。虽然图2中只有两个源节点为目的节点提供数据下载服务，但是图2中的聚合可用容量大于图1中三个源节点同时为目的节点提供服务的聚合容量。在图2的基础上，为了进一步减低无线干扰对无线传输的影响，我们对图2所选的路径进行信道的重新调整，如图3所示。调整后的两条路径仍然为p1和p2，由于我们将链路e(19,23)的信道进行调整，改用信道Ch1，降低了链路间的无线干扰，两条路径的容量分别为11.5，13，总容量为24.5，大于图2中未合理分配信道时的总容量。从上面的例子可知，由于不可避免的无线传输干扰，与有线网络不同的是，并不是选择越多的源节点给目的节点提供服务就可以得到更大的网络吞吐量，最优的源节点选择往往是所有备选源节点的子集。因此，为请求服务的目的节点选择提供服务的源节点是一个组合优化问题。进一步，源节点的选择、路由选择和信道分配三者之间相互影响，源节点的选择必须和路由选择和信道分配联合进行考虑。首先，无线网络干扰的存在，不仅影响到数据传输中源节点的选择，还影响了数据传输路径的计算。这是因为在给定所选择的多个源节点时，只有优化计算多个源节点到资源请求节点的多条路由路径，才能降低无线传输干扰，提高数据传输的性能。更为重要的是，源节点的选择和路由选择是紧密相关的，不同的路由选择方案反过来又会影响源节点选择结果。其次，无线信道分配直接影响网络拓扑。为了最大化目的节点的聚合吞吐量，路由的选择由路径的容量决定，而路径容量又受到干扰链路的影响。干扰链路数一部分由信道分配决定。此外，信道分配会影响路由的选择，节点间若不存在相同的信道则无法通信。反过来，不同的路由选择会产生不同的干扰链路，从而影响信道的分配。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种干扰感知的源节点和路由选择方法，在全部源节点集合中，选择并确定最优服务源节点子集，并计算源节点到目的节点的路由和每跳路由的信道分配，最大化目的节点的聚合吞吐量。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种干扰感知的源节点和路由选择方法，该方法为：1)设置一个虚拟源节点s'，由s'连接所有的真实源节点s，设s'与真实源节点间链路的初始容量为+∞；2)由虚拟源节点s'找到到目的节点D的一条最大吞吐量路径并确定该路径的信道分配，将该路径记为p1，此时选定的路径解集为P＝{p1}，选定的真实源节点子集为R＝{s(p1)}，其中s(p1)为路径p1对应的真实源节点；3)虚拟源节点s'根据如下步骤确定最终的路径解集和源节点子集：a)令i＝|P|，由虚拟源节点s'找到不经过上述真实源节点子集R的、到目的节点D的最大吞吐量路径pi+1，并确定该最大吞吐量路径pi+1的信道分配；b)虚拟源节点s'计算当前所有路径的聚合吞吐量MIPC(P+{pi+1})，如果聚合吞吐量MIPC(P+{pi+1})相比上述选定的路径解集P的聚合吞吐量MIPC(P)增加β，则进入步骤c)，否则进入步骤d)；c)更新所述路径解集P和真实源节点子集R，得到更新后的路径解集P1＝P+{pi+1}，以及更新后的真实源节点子集R1＝R+{s(pi+1)}，并将P1作为选定的路径解集P，将R1作为真实源节点子集R，返回步骤a)；其中s(pi+1)为路径pi+1对应的真实源节点；d)对所述路径解集P进行局部路由调整，得到调整后的路径解集P'，如果路径解集P'的聚合吞吐量MIPC(P'+{pi+1})相比路径解集P的聚合吞吐量MIPC(P)增加β,则进入步骤e)，否则进入步骤f)；e)更新所述路径解集P和真实源节点子集R，得到更新后的路径解集P2＝P'+{pi+1}，以及更新后的真实源节点子集R2＝R+{s(pi+1)}，并将P2作为选定的路径解集P，将R2作为真实源节点子集R，返回步骤a)；f)路径解集P中的路径即为所找到的使得网络聚合吞吐量最大的所有路径，路径解集P中路径所连接的真实源节点即构成最后选定的源节点子集。所述路径解集P的聚合吞吐量为所述路径解集本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种干扰感知的源节点和路由选择方法，其特征在于，该方法为：1）设置一个虚拟源节点s'，由s'连接所有的真实源节点s，设s'与真实源节点间链路的初始容量为+∞；2）由虚拟源节点s'找到到目的节点D的一条最大吞吐量路径并确定该路径的信道分配，将该路径记为p1，此时选定的路径解集为P={p1}，选定的真实源节点子集为R={s(p1)}，其中s(p1)为路径p1对应的真实源节点；3）虚拟源节点s'根据如下步骤确定最终的路径解集和源节点子集：a）令i=|P|，由虚拟源节点s'找到不经过上述真实源节点子集R的、到目的节点D的最大吞吐量路径pi+1，并确定该最大吞吐量路径pi+1的信道分配；b）虚拟源节点s'计算当前所有路径的聚合吞吐量MIPC(P+{pi+1})，如果聚合吞吐量MIPC(P+{pi+1})相比上述选定的路径解集P的聚合吞吐量MIPC(P)增加β，则进入步骤c），否则进入步骤d）；c）更新所述路径解集P和真实源节点子集R，得到更新后的路径解集P1=P+{pi+1}，以及更新后的真实源节点子集R1=R+{s(pi+1)}，并将P1作为选定的路径解集P，将R1作为真实源节点子集R，返回步骤a）；其中s(pi+1)为路径pi+1对应的真实源节点；d）对所述路径解集P进行局部路由调整，得到调整后的路径解集P'，如果路径解集P'的聚合吞吐量MIPC(P'+{pi+1})相比路径解集P的聚合吞吐量MIPC(P)增加β,则进入步骤e），否则进入步骤f）；e）更新所述路径解集P和真实源节点子集R，得到更新后的路径解集P2=P'+{pi+1}，以及更新后的真实源节点子集R2=R+{s(pi+1)}，并将P2作为选定的路径解集P，将R2作为真实源节点子集R，返回步骤a）；f）路径解集P中的路径即为所找到的使得网络聚合吞吐量最大的所有路径，路径解集P中路径所连接的真实源节点即构成最后选定的源节点子集。...

【技术特征摘要】
1.一种干扰感知的源节点和路由选择方法，其特征在于，该方法为：1)设置一个虚拟源节点s'，由s'连接所有的真实源节点s，设s'与真实源节点间链路的初始容量为+∞；2)由虚拟源节点s'找到到目的节点D的一条最大吞吐量路径并确定该路径的信道分配，将该路径记为p1，此时选定的路径解集为P＝{p1}，选定的真实源节点子集为R＝{s(p1)}，其中s(p1)为路径p1对应的真实源节点；所述路径解集P的聚合吞吐量为所述路径解集P中所有路径的吞吐量之和，其中所述路径解集P中的任一条路径p的吞吐量MIPC(p)的计算公式如下：其中，为路径p上链路e的可用容量，Ce为链路e的初始容量，α为路径解集P中与链路e相干扰的链路数目；IFIj为路径p上节点j处的流内干扰系数，其中Ch(f(i,j))表示路径p中节点j的上一跳链路f(i,j)使用的信道，Ch(f(j,k))表示路径p中节点j的下一跳链路f(j,k)使用的信道；3)虚拟源节点s'根据如下步骤确定最终的路径解集和源节点子集：a)令i＝|P|，由虚拟源节点s'找到不经过上述真实源节点子集R的、到目的节点D的最大吞吐量路径pi+1，并确定该最大吞吐量路径pi+1的信道分配；b)虚拟源节点s'计算当前所有路径的聚合吞吐量MIPC(P+{pi+1})，如果聚合吞吐量MIPC(P+{pi+1})相比上述选定的路径解集P的聚合吞吐量MIPC(P)增加β，则进入步骤c)，否则进入步骤d)；c)更新所述路径解集P和真实源节点子集R，得到更新后的路径解集P1＝P+{pi+1}，以及更新后的真实源节点子集R1＝R+{s(pi+1)}，并将P1作为选定的路径解集P，将R1作为真实源节点子集R，返回步骤a)；其中s(pi+1)为路径pi+1对应的真实源节点；d)对所述路径解集P进行局部路由调整，得到调整后的路径解集P'，如果路径解集P'的聚合吞吐量MIPC(P'+{pi+1})相比路径解集P的聚合吞吐量MIPC(P)增加β,则进入步骤e)，否则进入步骤f)；e)更新所述路径解集P和真实源节点子集R，得到更新后的路径解集P2＝P'+{pi+1}，以及更新后的真实源节点子集R2＝R+{s(pi+1)}，并将P2作为选定的路径解集P，将R2作为真实源节点子集R，返回步骤a)；f)路径解集P中的路径即为所找到的使得网络聚合吞吐量最大的所有路径，路径解集P中路径所连接的真实源节点即构成最后选定的源节点子集。2.根据权利要求1所述的干扰感知的源节点和路由选择方法，其特征在于，所述最大吞吐量路径pi+1的确定方法为：1)虚拟源节点s'广播路由请求RREQ消息，将选定的真实源节点子集R中的节点ID插入到上述RREQ消息中；2)当多射频多信道无线网络中任意节点x收到来自其上一跳节点y的RREQ消息时，节点x进行如下操作：a)若节点x为真实源节点，则：i.如果节点x不在RREQ消息携带的选定的真实源节点子集R中，进入步骤ii)，否则，进入步骤iii)；ii.将节点x自身的ID以及虚拟源节点s'到节点x的可用容量Cx＝+∞插入到RREQ消息中，得到更新后的RREQ消息，广播更新后的RREQ消息；iii.丢弃RREQ消息；b)若节点x为非真实源节点和目的节点的普通节点，则：i)如果RREQ消息中不包含节点x的ID，进入步骤ii)，否则进入步骤i...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢鲲，谢可欣，文吉刚，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43