一种基于剩余带宽的毫米波网络多路径回传路由方法技术

本发明专利技术提供了一种基于剩余带宽的毫米波网络多路径回传路由方法，涉及通信技术领域，利用动态源路由原理进行路径发现和路径维护，当源节点检测到当前路由路径的带宽不能够满足本节点所承担的回传负载时，发起路由发现流程，当已建立的某个路径路由生存时间小于门限值时，对该路径进行预约及维护，当源节点检测到当前路由路径的带宽超过本节点所承担的回传负载对应的门限值时，拆除一条路由路径，本发明专利技术由于采用源路由的方法，解决了毫米波微小区网络中的分布式回传路由问题，仅需将程序加载到各个节点，流程简单实现容易，相对于按需路由协议大幅降低了网络端到端时延，本发明专利技术是一种分布式的路由方式，无须中心控制节点及全网实时同步。

Multipath routing method for millimeter wave network based on residual bandwidth

The invention provides a millimeter wave network multi path routing method based on feedback bandwidth, relates to the communication technology field, maintenance path discovery and path using dynamic source routing principle, when the source node detects the current routing path bandwidth can not meet the commitment of the node return load, initiate route discovery process, when time is a route established survival is less than the threshold, the path of appointment and maintenance, when the source node to the current threshold detection of routing path bandwidth of more than for the node load corresponding to the return value, removal of a routing path, the invention adopts the method of source routing, solution distributed feedback routing problem of millimeter wave micro cells in the network, only need to load the program to each node, simple process and easy realization, compared to on-demand routing The invention has the advantages of greatly reducing the end-to-end delay of the network, and the invention is a distributed routing mode.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
，尤其是一种毫米波微小区网络的回传路由方法。
技术介绍
毫米波通信技术用于拓展5G移动通信系统的传输带宽在业界已经达成共识。大规模MIMO技术助力毫米波通信提升5G蜂窝网络频谱效率，而毫米波的高路损、易衰落等特性决定其传输方式为视距(LineofSight，LOS)传播方式，这也使得其覆盖范围低至50m-100m的范围内。因此，5G蜂窝网络中产生了毫米波微小区的概念。这种超密集部署的毫米波微小区网络对于满足提升网络性能的需求有诸多裨益，此时最关键的问题是如何将微小区基站的用户数据回传至核心网络，即回传问题成为最大的挑战。目前在回传方法的设计中，一种方案是利用光纤的方式将各毫米波微小区基站直接连接至核心网络，该方案虽然能够在数据传输的可靠性和实时性方面表现出显著优势，但其实施难度和建设代价都让业界难以接受，在本专利技术中将该类方案称为“全光纤回传”方案；另一种方案是利用毫米波无线通信在大部分微小区基站间进行数据传输，而在少数毫米波微小区基站上利用光纤通信的方式连接至核心网络，所有未连接光纤的微小区基站通过毫米波无线多跳中继的方式将数据传输至连接光纤的微小区基站，在本专利技术中将该类方案称为“光纤/毫米波混合回传”方案，光纤/毫米波混合回传方案不但在一定程度上能够保证数据传输质量，而且在实现代价上也有突出优势，因此该方案成为5G毫米波微小区网络中的潜在回传方案。但在这种光纤/毫米波混合回传方案中，如何将全网数据通过无线多跳的方式汇聚至连接光纤的微小区基站是实现数据传输的关键问题。具体的问题主要有：路径建立、路径维护、路径拆除等。专利
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提出了一种基于剩余带宽的多径多汇回传路由方法，利用动态源路由原理进行路径发现和路径维护，并完成：1)当源节点(即发起路径建立流程的毫米波微小区基站)检测到当前路由路径的带宽不能够满足本节点所承担的回传负载时，发起路由发现流程；2)当已建立的某个路径路由生存时间小于门限值时，对该路径进行预约及维护；3)当源节点检测到当前路由路径的带宽超过本节点所承担的回传负载对应的门限值时，拆除一条路由路径。另外，本专利技术不需要各节点存储全网的路径信息，仅需要存储其邻居节点的信息即可。本专利技术中，当毫米波蜂窝回传网络中的所有基站完成加电启动、波束扫描、波束对准以及相邻节点发现等一系列与入网相关的初始化工作之后，将在节点路由层依次执行下述实施步骤：步骤1.创建用于存储邻居节点信息和路由信息的邻节点表和路由表，其中邻节点表如下表所示：其中，NbrID为邻居节点表节点序列号，Nbr_Addr为邻节点地址号，BH_BW_LEFT为邻节点回传链路剩余总带宽，NBR_LINK_BW_LEFT(NeighborhoodLinkBandwidthLeft)为与该邻节点所有回传链路上的剩余带宽，Self_Sector_Links为与该邻节点在某扇区中相连的所有回传链路数；路由表如下表所示：PathIDDestination_PathnoValidBWLefttimeStamps/PathRealloc12其中，PathID为路径ID号，Destination_Pathno为路径目的端指定的序列号，设置为RREP包中的PATHNO，Valid表示该路径目前是否有效可用的标示位，BW为该路径的带宽，该值设置为RREP包中的BH_BW_REQ，Lefttime为该路径的有效生存时间，初始化为T，Stamps/Path为该路径上所有节点的ID/地址，realloc为扩展路由表信息预留字段；设置邻节点发现计时器Nbr_Timer之后转入步骤2，否则继续停留在步骤1建立节点的邻节点表和路由表；步骤2.判断邻节点发现计时器Nbr_Timer是否超时，如果Nbr_Timer超时则转步骤3，否则转步骤4；步骤3.创建用于邻节点间带宽信息交互的信令包HELLO，具体的包格式及字段划分如下：TYPESEQNOSADABH_BW_LEFTNBR_LINK_BW_LEFT其中，TYPE表示HELLO包的类型标志位，本专利技术设为0；SEQNO(SequenceNumber)表示此HELLO信令包的序列号，SA(SourceAddress)表示此HELLO信令包的源地址，DA(DestinationAddress)表示此HELLO信令包的目的端地址，即邻居节点地址，BH_BW_LEFT(BackhaulBandwidth)表示本节点所有回传路径总的剩余带宽，当节点无回传路径路由时，该值设为0，NBR_LINK_BW_LEFT表示与该邻节点的所有回传链路上的剩余带宽；向所有邻节点发送HELLO包，并重置邻节点发现计时器Nbr_Timer，之后转入步骤2，否则继续停留在步骤3建立HELLO信令包并向邻节点发送；步骤4.路由表检查与维护通过步骤4.1的计算检查是否需要建立新的路径，通过步骤4.2计算检查是否需要拆除某条路径，通过步骤4.3检查路由表中是否有超过有效时间失效的路径；步骤4.1：判断节点当前所有路径的带宽之和与回传负载BW_LOAD的关系，如则确定回传请求带宽其中α为权重因子，取值范围为[0,1]，S为扇区个数，B为波束个数，S和B均取非负整数，转入步骤6开启路由发现，否则时转步骤4.2；步骤4.2：如果则从路由表中随机选择一条带宽小于α×BW_LOAD的路径，产生路径删除信令包RDEL，具体包格式及字段划分如下：TYPEPATHNOSADABH_BW_REQSTAMP_NUMSTAMP1…STAMPn其中TYPE表示RDEL包类型标志位，本专利技术中设为3，PATHNO表示根据路由的目的节点所确定的路径序列号，SA表示发送端地址，DA表示接收端地址，BH_BW_REQ表示待删除路径上的带宽，即原RREQ中的剩余带宽请求值，STAMP_NUM表示待删除路径中的所有节点数，STAMP1到STAMPn分别表示待删除路径上第1到第n个中间节点的地址；节点找出自己路由表中Destination_Pathno为PATHNO所包含的Stamps/Path，复制在删除信令包RDEL的STAMP域内并向下一跳邻节点发送，更新节点回传链路剩余带宽信息，即找出邻居节点表中Nbr_Addr为RDEL中STAMP2的NBR_LINK_BW_LEFT和BH_BW_LEFT，NBR_LINK_BW_LEFT＝NBR_LINK_BW_LEFT+BH_BW_REQ，BH_BW_LEFT＝BH_BW_LEFT+BH_BW_REQ，同时删除路由表中该条路径信息，否则转入步骤4.3；步骤4.3：查找邻居节点表中NbrAddr和路由表STAMP域中相同的条目，对比邻居节点表中的NBR_LINK_BW_LEFT和路由表中的BW，若NBR_LINK_BW_LEFT>BW，则找出路由表中Valid＝0的路由条目，当路由路径剩余生存时间小于门限时，设置Valid＝1；否则查找路由表中路径valid＝0且其剩余生存时间小于门限的条目，产生该路径的路径删除信令包RDEL并发送，删除路由表中该条路径信息，更新链路剩余带宽信息，以释放该条路径，否则转入步骤5；步骤5.如果节点接收到数据包则判断接收到的数据包的类型，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于剩余带宽的毫米波网络多路径回传路由方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1.创建用于存储邻居节点信息和路由信息的邻节点表和路由表，其中邻节点表如下表所示：其中，NbrID为邻居节点表节点序列号，Nbr_Addr为邻节点地址号，BH_BW_LEFT为邻节点回传链路剩余总带宽，NBR_LINK_BW_LEFT(Neighborhood Link Bandwidth Left)为与该邻节点所有回传链路上的剩余带宽，Self_Sector_Links为与该邻节点在某扇区中相连的所有回传链路数；路由表如下表所示：PathIDDestination_PathnoValidBWLefttimeStamps/PathRealloc1      2      其中，PathID为路径ID号，Destination_Pathno为路径目的端指定的序列号，设置为RREP包中的PATHNO，Valid表示该路径目前是否有效可用的标示位，BW为该路径的带宽，该值设置为RREP包中的BH_BW_REQ，Lefttime为该路径的有效生存时间，初始化为T，Stamps/Path为该路径上所有节点的ID/地址，realloc为扩展路由表信息预留字段；设置邻节点发现计时器Nbr_Timer之后转入步骤2，否则继续停留在步骤1建立节点的邻节点表和路由表；步骤2.判断邻节点发现计时器Nbr_Timer是否超时，如果Nbr_Timer超时则转步骤3，否则转步骤4；步骤3.创建用于邻节点间带宽信息交互的信令包HELLO，具体的包格式及字段划分如下：TYPESEQNOSADABH_BW_LEFTNBR_LINK_BW_LEFT其中，TYPE表示HELLO包的类型标志位，本专利技术设为0；SEQNO(Sequence Number)表示此HELLO信令包的序列号，SA(Source Address)表示此HELLO信令包的源地址，DA(Destination Address)表示此HELLO信令包的目的端地址，即邻居节点地址，BH_BW_LEFT(Backhaul Bandwidth)表示本节点所有回传路径总的剩余带宽，当节点无回传路径路由时，该值设为0，NBR_LINK_BW_LEFT表示与该邻节点的所有回传链路上的剩余带宽；向所有邻节点发送HELLO包，并重置邻节点发现计时器Nbr_Timer，之后转入步骤2，否则继续停留在步骤3建立HELLO信令包并向邻节点发送；步骤4.路由表检查与维护通过步骤4.1的计算检查是否需要建立新的路径，通过步骤4.2计算检查是否需要拆除某条路径，通过步骤4.3检查路由表中是否有超过有效时间失效的路径；步骤4.1：判断节点当前所有路径的带宽之和与回传负载BW_LOAD的关系，如则确定回传请求带宽其中α为权重因子，取值范围为[0,1]，S为扇区个数，B为波束个数，S和B均取非负整数，转入步骤6开启路由发现，否则时转步骤4.2；步骤4.2：如果则从路由表中随机选择一条带宽小于α×BW_LOAD的路径，产生路径删除信令包RDEL，具体包格式及字段划分如下：TYPEPATHNOSADABH_BW_REQSTAMP_NUMSTAMP1…STAMPn其中TYPE表示RDEL包类型标志位，本专利技术中设为3，PATHNO表示根据路由的目的节点所确定的路径序列号，SA表示发送端地址，DA表示接收端地址，BH_BW_REQ表示待删除路径上的带宽，即原RREQ中的剩余带宽请求值，STAMP_NUM表示待删除路径中的所有节点数，STAMP1到STAMPn分别表示待删除路径上第1到第n个中间节点的地址；节点找出自己路由表中Destination_Pathno为PATHNO所包含的Stamps/Path，复制在删除信令包RDEL的STAMP域内并向下一跳邻节点发送，更新节点回传链路剩余带宽信息，即找出邻居节点表中Nbr_Addr为RDEL中STAMP2的NBR_LINK_BW_LEFT和BH_BW_LEFT，NBR_LINK_BW_LEFT＝NBR_LINK_BW_LEFT+BH_BW_REQ，BH_BW_LEFT＝BH_BW_LEFT+BH_BW_REQ，同时删除路由表中该条路径信息，否则转入步骤4.3；步骤4.3：查找邻居节点表中NbrAddr和路由表STAMP域中相同的条目，对比邻居节点表中的NBR_LINK_BW_LEFT和路由表中的BW，若NBR_LINK_BW_LEFT>BW，则找出路由表中Valid＝0的路由条目，当路由路径剩余生存时间小于门限时，设置Valid＝1；否则查找路由表中路径valid＝0且其剩余生存时间小于门限的条目，产生该路径的路径删除信令包RDEL并发送，删除路由表中该条路径信息，更新链路剩余带宽信息，以释放该条路径，否则转入步骤...

【技术特征摘要】
1.一种基于剩余带宽的毫米波网络多路径回传路由方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1.创建用于存储邻居节点信息和路由信息的邻节点表和路由表，其中邻节点表如下表所示：其中，NbrID为邻居节点表节点序列号，Nbr_Addr为邻节点地址号，BH_BW_LEFT为邻节点回传链路剩余总带宽，NBR_LINK_BW_LEFT(NeighborhoodLinkBandwidthLeft)为与该邻节点所有回传链路上的剩余带宽，Self_Sector_Links为与该邻节点在某扇区中相连的所有回传链路数；路由表如下表所示：PathIDDestination_PathnoValidBWLefttimeStamps/PathRealloc12其中，PathID为路径ID号，Destination_Pathno为路径目的端指定的序列号，设置为RREP包中的PATHNO，Valid表示该路径目前是否有效可用的标示位，BW为该路径的带宽，该值设置为RREP包中的BH_BW_REQ，Lefttime为该路径的有效生存时间，初始化为T，Stamps/Path为该路径上所有节点的ID/地址，realloc为扩展路由表信息预留字段；设置邻节点发现计时器Nbr_Timer之后转入步骤2，否则继续停留在步骤1建立节点的邻节点表和路由表；步骤2.判断邻节点发现计时器Nbr_Timer是否超时，如果Nbr_Timer超时则转步骤3，否则转步骤4；步骤3.创建用于邻节点间带宽信息交互的信令包HELLO，具体的包格式及字段划分如下：TYPESEQNOSADABH_BW_LEFTNBR_LINK_BW_LEFT其中，TYPE表示HELLO包的类型标志位，本发明设为0；SEQNO(SequenceNumber)表示此HELLO信令包的序列号，SA(SourceAddress)表示此HELLO信令包的源地址，DA(DestinationAddress)表示此HELLO信令包的目的端地址，即邻居节点地址，BH_BW_LEFT(BackhaulBandwidth)表示本节点所有回传路径总的剩余带宽，当节点无回传路径路由时，该值设为0，NBR_LINK_BW_LEFT表示与该邻节点的所有回传链路上的剩余带宽；向所有邻节点发送HELLO包，并重置邻节点发现计时器Nbr_Timer，之后转入步骤2，否则继续停留在步骤3建立HELLO信令包并向邻节点发送；步骤4.路由表检查与维护通过步骤4.1的计算检查是否需要建立新的路径，通过步骤4.2计算检查是否需要拆除某条路径，通过步骤4.3检查路由表中是否有超过有效时间失效的路径；步骤4.1：判断节点当前所有路径的带宽之和与回传负载BW_LOAD的关系，如则确定回传请求带宽其中α为权重因子，取值范围为[0,1]，S为扇区个数，B为波束个数，S和B均取非负整数，转入步骤6开启路由发现，否则时转步骤4.2；步骤4.2：如果则从路由表中随机选择一条带宽小于α×BW_LOAD的路径，产生路径删除信令包RDEL，具体包格式及字段划分如下：TYPEPATHNOSADABH_BW_REQSTAMP_NUMSTAMP1…STAMPn其中TYPE表示RDEL包类型标志位，本发明中设为3，PATHNO表示根据路由的目的节点所确定的路径序列号，SA表示发送端地址，DA表示接收端地址，BH_BW_REQ表示待删除路径上的带宽，即原RREQ中的剩余带宽请求值，STAMP_NUM表示待删除路径中的所有节点数，STAMP1到STAMPn分别表示待删除路径上第1到第n个中间节点的地址；节点找出自己路由表中Destination_Pathno为PATHNO所包含的Stamps/Path，复制在删除信令包RDEL的STAMP域内并向下一跳邻节点发送，更新节点回传链路剩余带宽信息，即找出邻居节点表中Nbr_Addr为RDEL中STAMP2的NBR_LINK_BW_LEFT和BH_BW_LEFT，NBR_LINK_BW_LEFT＝NBR_LINK_BW_LEFT+BH_BW_REQ，BH_BW_LEFT＝BH_BW_LEFT+BH_BW_REQ，同时删除路由表中该条路径信息，否则转入步骤4.3；步骤4.3：查找邻居节点表中NbrAddr和路由表STAMP域中相同的条目，对比邻居节点表中的NBR_LINK_BW_LEFT和路由表中的BW，若NBR_LINK_BW_LEFT>BW，则找出路由表中Valid＝0的路由条目，当路由路径剩余生存时间小于门限时，设置Valid＝1；否则查找路由表中路径valid＝0且其剩余生存时间小于门限的条目，产生该路径的路径删除信令包RDEL并发送，删除路由表中该条路径信息，更新链路剩余带宽信息，以释放该条路径，否则转入步骤5；步骤5.如果节点接收到数据包则判断接收到的数据包的类型，则做出如下处理：首先判断该包是否是来自本节点上层，如果是则转步骤5.1，否则数据包是下层提交至路由层的，进而判断如果接收到的是HELLO信令包则转步骤5...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫中江，马忠彧，李波，杨懋，左晓亚，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61