本发明专利技术涉及一种多速率无线Mesh网络路由度量与信道分配联合方法，该方法如下：确定多速率无线Mesh网络中的源节点到达目的节点的最短路径及对应的转发节点和所需传输速率，得到路由度量后的多速率无线Mesh网络；基于速率分离原则对网络各节点上不同速率链路进行分离，将不同速率链路分配到不同接口上，使各节点吞吐量权值最大化；以节点上的接口为单位，进行信道分配。本发明专利技术考虑了节点上不同速率链路间的竞争，能够有效解决多速率无线Mesh网络性能异常问题，实现链路速率分离，提高网络吞吐量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线Mesh网络路多速率传输领域，更具体地，涉及一种多速率无线Mesh网络路由度量与信道分配联合方法。
技术介绍
无线Mesh网络(WirelessMeshNetworks，WMNs)作为给用户提供Internet访问的下一代无线宽带网络，正受到全球范围的标准化组织以及各学术研究机构的广泛关注。WMNs可以有效的解决宽带Internet网络接入的“最后一公里”问题，在部署中具有显著的成本优势，并且灵活度高，部署后可以大范围的进行无线链路的重组。WMNs由一组固定的Mesh路由器形成无线骨干网，为无线Mesh客户端提供Internet的接入访问服务，部分Mesh路由器作为网关，通过高速有线链路连接至Internet。在多信道IEEE802.11协议的网络中，每个节点可以配备多个IEEE802.11接口，当两个相邻的接口在一个公共的信道上进行操作时，即可创建链路。IEEE802.11提供数量有限的非重叠信道，如IEEE802.11a和802.11b分别支持12个和3个互不干扰的非重叠信道。由于有限的信道数，WMNs的部分链路可能会使用相同的信道，导致使用相同信道的链路互相干扰，不能同时传输，限制了并行传输的数量，极大的降低了多信道WMNs网络的性能。现有的IEEE802.11协议中支持多速率传输的能力。例如，IEEE802.11b协议可以支持包括1Mbps、2Mbps、5.5Mbps和11Mbps四种数据传输速率，IEEE802.11a协议根据信道条件支持6Mbps-54Mbps中的八种速率。在非动态系统中，如固定Mesh路由器的WMNs，无线链路数据传输速率和两个路由器之间的距离有反比例关系。因此，如果两个路由器之间的距离较大，通常选择以较低的速率进行传输。通常情况下，在基于IEEE802.11协议的WMNs中，逻辑链路可以通过不同的数据速率传输。这就意味着，部分相邻的干扰链路可能在同一信道上使用不同的数据速率进行传输。Heusse在2003年指出，当多种传输速率并存时，会产生“性能异常”现象，即干扰链路共享一个公共的无线信道时，高速率的链路的容量会受到低速率链路的严重影响。这是由于IEEE802.11协议中链路公平竞争信道，链路在竞争获取信道时拥有均等的机会。在传输同等的数据量时，相较于高速率链路，较低速率的链路会占用较长的信道时间，导致高速率的链路不能充分发挥其速率优势，使网络整体性能急剧下降。目前，已有多种路由度量方法与信道分配方法被提出来解决多速率网络环境下的传输问题。但现有的针对多速率网络路由度量方法或信道分配方法中，并未考虑两者之间互相的影响，在路由度量后一般假设使用外部代理确定了信道分配并且信道分配不频繁改变，而信道分配一般假设以固定网络结构或生成树为基础进行分配，这并不能真实的体现网络的实际性能。综上，为缓解多信道多速率无线Mesh网络的性能异常问题，应联合路由度量与信道分配，在路由度量过程中充分考虑网络中的节点到网关的开销情况，反映网络的路由状况，并在路由度量的基础上，通过为不同大小的速率链路分配不同的信道，避免高速率与低速率链路进行竞争，减轻性能异常现象影响，提升网络整体性能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够有效解决多速率网络性能异常问题，实现链路速率分离，提高网络吞吐量的多速率无线Mesh网络路由度量与信道分配联合方法。为解决上述技术问题，本专利技术的多速率无线Mesh网络路由度量与信道分配联合方法的步骤如下：步骤1)确定多速率无线Mesh网络中的源节点到达目的节点的最短路径及对应的转发节点和所需传输速率，得到路由度量后的多速率无线Mesh网络；步骤2)基于速率分离原则对步骤1)得到的路由度量后的多速率无线Mesh网络各节点上不同速率链路进行分离，将不同速率链路分配到不同接口上，使各节点吞吐量权值最大化；对于其中任意节点i吞吐量权值最大化步骤如下：(1)网络中的传输节点i有3个接口m0、m1、m2，将节点i上的链路移入目标接口设为接口m1；(2)将连接到节点i的所有链路按照传输所需的预估时间T值的递增顺序进行排序，若连接到节点i的链路数为偶数，则将链路按照序列顺序从中间分开为数量相等的高速率与低速率两部分，若连接到节点i的链路数为奇数，则将处于中间的链路分配到高速率部分当中；将排序后高速率部分的链路分配给接口m0，低速率部分的链路分配给接口m2；对于当前的链路分配情况，计算出当前的节点i吞吐量权值；(3)将m0接口队列中按照排序序列T值最高的链路暂时从接口m0移动到目标接口m1，并计算链路重分配后的节点i新的吞吐量权值；如果新的吞吐量权值比之前的吞吐量权值大，即吞吐量权值获得了增益，那么将此链路永久的与接口m1绑定，将节点i吞吐量权值更新；如果新的吞吐量权值比之前的吞吐量权值小，那么将此链路移回接口m0，节点吞吐量权值不变；逐次将m0接口队列中T值最高的链路移动到目标接口m1并重复上述步骤；直至移动到m0接口上的链路不使节点i的吞吐量权值产生新的增益为止，将此时移动的链路移回原接口m0，m0接口链路分配结束；(4)将m2接口队列中按照排序序列T值最低的链路暂时从接口m2移动到目标接口m1，并计算当前链路重分配后节点i的新的吞吐量权值；如果新的吞吐量权值比之前的吞吐量权值更大，即吞吐量权值获得了增益，那么将此链路永久的与接口m1绑定，将节点i吞吐量权值更新，如果新的吞吐量权值比之前的吞吐量权值小，那么将此链路移回接口m1，节点i吞吐量权值不变；逐次将m2接口队列中T值最高的链路移动到目标接口m1并重复上述步骤，直至移动到m2接口上的链路不使节点i的吞吐量权值产生新的增益为止，将此时移动的链路移回原接口m2，m2接口链路分配结束；节点i的链路分配结束；其中路由度量后的多速率无线Mesh网络中任意节点i的吞吐量权值Si的确定方法如下：首先根据式(5)、式(6)、式(7)计算节点i的链路速率偏差Vi：Vi=Σm∈Mivm---(5)]]>vm=1/(1+(1Lm·Σl∈Cm(Tl-1Lm·Σl∈CmTl)2)1/2)---(6)]]>Tl=slrl---(7)]]>式中：m为节点i上的接口；vm为节点i的接口m上链路速率偏差，Mi是节点i上接口的集合；l为接口m上的链路，Lm为接口m上的链路数，Cm为接口m上链路的集合；Tl为节点i的接口m上链路l传输所需的预估时间，s本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多速率无线Mesh网络路由度量与信道分配联合方法，其特征在于步骤如下：步骤1)确定多速率无线Mesh网络中的源节点到达目的节点的最短路径及对应的转发节点和所需传输速率，得到路由度量后的多速率无线Mesh网络；步骤2)基于速率分离原则对步骤1)得到的路由度量后的多速率无线Mesh网络各节点上不同速率链路进行分离，将不同速率链路分配到不同接口上，使各节点吞吐量权值最大化；对于其中任意节点i吞吐量权值最大化步骤如下：(1)网络中的传输节点i有3个接口m0、m1、m2，将节点i上的链路移入目标接口设为接口m1；(2)将连接到节点i的所有链路按照传输所需的预估时间T值的递增顺序进行排序，若连接到节点i的链路数为偶数，则将链路按照序列顺序从中间分开为数量相等的高速率与低速率两部分，若连接到节点i的链路数为奇数，则将处于中间的链路分配到高速率部分当中；将排序后高速率部分的链路分配给接口m0，低速率部分的链路分配给接口m2；对于当前的链路分配情况，计算出当前的节点i吞吐量权值；(3)将m0接口队列中按照排序序列T值最高的链路暂时从接口m0移动到目标接口m1，并计算链路重分配后的节点i新的吞吐量权值；如果新的吞吐量权值比之前的吞吐量权值大，即吞吐量权值获得了增益，那么将此链路永久的与接口m1绑定，将节点i吞吐量权值更新；如果新的吞吐量权值比之前的吞吐量权值小，那么将此链路移回接口m0，节点吞吐量权值不变；逐次将m0接口队列中T值最高的链路移动到目标接口m1并重复上述步骤；直至移动到m0接口上的链路不使节点i的吞吐量权值产生新的增益为止，将此时移动的链路移回原接口m0，m0接口链路分配结束；(4)将m2接口队列中按照排序序列T值最低的链路暂时从接口m2移动到目标接口m1，并计算当前链路重分配后节点i的新的吞吐量权值；如果新的吞吐量权值比之前的吞吐量权值更大，即吞吐量权值获得了增益，那么将此链路永久的与接口m1绑定，将节点i吞吐量权值更新，如果新的吞吐量权值比之前的吞吐量权值小，那么将此链路移回接口m1，节点i吞吐量权值不变；逐次将m2接口队列中T值最高的链路移动到目标接口m1并重复上述步骤，直至移动到m2接口上的链路不使节点i的吞吐量权值产生新的增益为止，将此时移动的链路移回原接口m2，m2接口链路分配结束；节点i的链路分配结束；其中路由度量后的多速率无线Mesh网络中任意节点i的吞吐量权值Si的确定方法如下：首先根据式(5)、式(6)、式(7)计算节点i的链路速率偏差Vi：Vi=Σm∈Mivm---(5)]]>vm=1/(1+(1Lm·Σl∈Cm(Tl-1Lm·Σl∈CmTl)2)1/2)---(6)]]>Tl=slrl---(7)]]>式中：m为节点i上的接口；vm为节点i的接口m上链路速率偏差，Mi是节点i上接口的集合；l为接口m上的链路，Lm为接口m上的链路数，Cm为接口m上链路的集合；Tl为节点i的接口m上链路l传输所需的预估时间，sl是节点i的接口m上链路l传输的数据包大小，rl是节点i的接口m上链路l传输时所使用的速率；根据式(9)求得节点i的Jain公平性指数J(i)为：J(i)=(Σm=1DLm)2D·Σm=1DLm2---(9)]]>式中：m为节点i上的接口；Lm为接口m上的链路数，D为节点i的接口数；根据式(10)求得节点i的吞吐量权值Si：Si＝Vi×J(i) (10)式中：Vi是式(5)得出的节点i链路速率偏差；J(i)是式(9)得出的节点i的Jain公平性指数；步骤3)在步骤2)的基础上，以节点上的接口为单位，进行信道分配。...
【技术特征摘要】
1.一种多速率无线Mesh网络路由度量与信道分配联合方法，其特征在于步骤如下：
步骤1)确定多速率无线Mesh网络中的源节点到达目的节点的最短路径及对应的转发
节点和所需传输速率，得到路由度量后的多速率无线Mesh网络；
步骤2)基于速率分离原则对步骤1)得到的路由度量后的多速率无线Mesh网络各节点
上不同速率链路进行分离，将不同速率链路分配到不同接口上，使各节点吞吐量权值最大
化；对于其中任意节点i吞吐量权值最大化步骤如下：
(1)网络中的传输节点i有3个接口m0、m1、m2，将节点i上的链路移入目标接口设为接口
m1；
(2)将连接到节点i的所有链路按照传输所需的预估时间T值的递增顺序进行排序，若
连接到节点i的链路数为偶数，则将链路按照序列顺序从中间分开为数量相等的高速率与
低速率两部分，若连接到节点i的链路数为奇数，则将处于中间的链路分配到高速率部分当
中；将排序后高速率部分的链路分配给接口m0，低速率部分的链路分配给接口m2；对于当前
的链路分配情况，计算出当前的节点i吞吐量权值；
(3)将m0接口队列中按照排序序列T值最高的链路暂时从接口m0移动到目标接口m1，并
计算链路重分配后的节点i新的吞吐量权值；如果新的吞吐量权值比之前的吞吐量权值大，
即吞吐量权值获得了增益，那么将此链路永久的与接口m1绑定，将节点i吞吐量权值更新；
如果新的吞吐量权值比之前的吞吐量权值小，那么将此链路移回接口m0，节点吞吐量权值
不变；逐次将m0接口队列中T值最高的链路移动到目标接口m1并重复上述步骤；直至移动到
m0接口上的链路不使节点i的吞吐量权值产生新的增益为止，将此时移动的链路移回原接
口m0，m0接口链路分配结束；
(4)将m2接口队列中按照排序序列T值最低的链路暂时从接口m2移动到目标接口m1，并
计算当前链路重分配后节点i的新的吞吐量权值；如果新的吞吐量权值比之前的吞吐量权
值更大，即吞吐量权值获得了增益，那么将此链路永久的与接口m1绑定，将节点i吞吐量权
值更新，如果新的吞吐量权值比之前的吞吐量权值小，那么将此链路移回接口m1，节点i吞
吐量权值不变；逐次将m2接口队列中T值最高的链路移动到目标接口m1并重复上述步骤，直
至移动到m2接口上的链路不使节点i的吞吐量权值产生新的增益为止，将此时移动的链路
移回原接口m2，m2接口链路分配结束；节点i的链路分配结束；
其中路由度量后的多速率无线Mesh网络中任意节点i的吞吐量权值Si的确定方法如下：
首先根据式(5)、式(6)、式(7)计算节点i的链路速率偏差Vi：
Vi=Σm∈Mivm---(5)]]>vm=1/(1+(1Lm·Σl∈Cm(Tl-1Lm·Σl∈CmTl)2)1/2)---(6)]]>Tl=slrl---(7)]]>式中：m为节点i上的接口；vm为节点i的接口m上链路速率偏差，Mi是节点i上接口的集
合；l为接口m上的链路，Lm为接口m上的链路数，Cm为接口m上链路的集合；Tl为节点i的接口m
上链路l传输所需的预估时间，sl是节点i的接口m上链路l传输的数据包大小，rl是节点i的
接口m上链路l传输时所使用的速率；
根据式(9)求得节点i的Jain公平性指数J(i)为：
J(i)=(Σm=1DLm)2D·Σm=1DLm2---(9)]]>式中：m为节点i上的接口；Lm为接口m上的链路数，D为节点i的接...
【专利技术属性】
技术研发人员：石文孝，刘吉平，王继红，崔克强，柴媛，吴芃霞，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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