一种基于链路质量和排队时延的路由方法技术

本发明专利技术提供了一种基于链路质量和排队时延的路由方法，首先依据网内节点周期广播自身状态和邻居节点消息数目来统计节点间通信链路质量，并利用业务发送流量估计出排队时延。其次从邻居节点信息中提取网络拓扑结构，并结合节点自身状态信息组建信息表。最后根据业务特征从可达的路径中选取最佳路由。本发明专利技术无需人工预先指定路径，能够为寻址类业务动态地选取出路由，从而适应数据链网络拓扑动态变化。此外，本发明专利技术在选择路由时考虑了业务特征对链路质量和时延的要求，且该方法已在实际工程上得到应用，性能达到研制要求。

A routing method based on link quality and queuing delay

The present invention provides a link quality and queuing delay routing method based on first, based on the number of network nodes periodically broadcast their own state and the neighbor node message to statistical quality communication links between nodes, and estimate the queuing delay by sending traffic. Secondly, the network topology is extracted from the neighbor node information, and the information table is established according to the node's own state information. Finally, the best route is selected from the reachable path according to the business characteristics. The invention can dynamically select routing for address class service without manual pre designated path, thus adapting to dynamic change of data chain network topology. In addition, the invention considers the requirement of link quality and delay when the route is selected, and the method has been applied in practical engineering, and the performance can meet the requirements of the development.

【技术实现步骤摘要】
一种基于链路质量和排队时延的路由方法
本专利技术涉及一种数据链网络
，特别涉及两跳网络中基于链路质量和排队时延的路由方法。
技术介绍
数据链网络是一个无中心、分布式网络架构，它要求保证业务既可靠又快速地送达目的节点。在全向通信的数据链网络体制中，为扩展网络通信覆盖范围，其通过设定的中继节点转发业务。在上述网络中，首先需要预先人工指定业务的转发节点，网络在运行过程中节点不能依据拓扑变化自动选取业务最优路径，缺少灵活性。其次，当指定的中继节点不能正常工作时会影响到整个网络的通信覆盖范围，网络运行的健壮性不高。最后，由于受无线网络复杂多变的拓扑结构影响，指定的转发节点无法保证转发业务可靠送达。针对以上问题，一些学者提出采用按表驱动的路由方法动态选取路径，期望解决人工指定转发节点的不足之处。但是，其仅把节点间连通率作为业务可达的唯一依据，没有将节点间链路质量和队列处理调度时延两个重要因素纳入到路由选取方法中，更没有考虑网络动态性和业务特征对路由的适应性影响，且只停留在实验室环境下演示，在数据链网络中上并未得到应用。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于链路质量和排队时延的路由方法，针对两跳可达网络，综合业务特征和链路状态选取最优可达链路，解决业务送达的路径问题，有效地满足了数据链网络动态性的需求，在实际工程上得到应用。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：(1)网内节点以节点自身状态信息和邻居节点信息两类组网业务为统计样本，节点自身状态信息包括节点ID、网络责任和节点位置，网络责任分为主网管、替补网管、中继和替补中继四种类型；邻居节点信息包括节点自身ID、邻居节点ID、邻居节点到本节点链路质量和本节点到邻居节点链路质量；网内节点周期广播发送两类组网业务，并统计在单个周期内收到邻居节点发送的组网业务数目，随后在本周期末计算当前周期与上两个周期统计收到的消息，将消息相加后的结果作为邻居节点到本节点的链路质量，并从上一个周期邻居节点消息中获取本节点到邻居节点链路质量；在节点运行的初始时刻链路质量默认为0；(2)节点内部依据消息的优先级建立不同的队列，在估算排队时延时首先统计在固定周期内各优先级队列发送的业务数量，然后在每个周期末计算发送流量，即在考虑队列调度时每毫秒各优先级队列能调度发送多少个字节，同时对上个周期与当前周期的发送流量进行加权处理；本周期的权值为0.7，上一周期的权值为0.3；(3)每个节点根据节点自身状态信息和邻居节点消息建立并更新维护节点信息表，节点信息表包括节点内部各优先级业务的排队估计时延、周围一跳节点数目及节点ID、自身节点与一跳可达节点双向链路质量、以及该节点承担的网络责任；(4)通过查找节点信息表提取到达目的节点存在的可能路径；如果目的节点在业务产生节点的邻居中，则标记为一跳可达并提取到达该节点的链路质量；如果目的节点为业务产生节点的一跳节点的邻居节点，则标记为两跳可达并计算到达目的节点的链路质量和转发节点排队时延；该路径的链路质量为业务产生节点到转发节点链路质量与转发节点到目的节点质量相乘，并将其与固定数值相比折算成该路径送达率；(5)将应用业务分为时敏业务和可靠业务两大类，时敏业务是指业务对时延有要求，若超过生命周期则该业务将失效；可靠业务是指业务要求能够准确送达目的节点；对于时敏业务，优先选择在其容忍排队时延阈值下链路质量最优的路径；对于可靠业务，在高于链路质量门限上选取排队时延最小的路径；如果当前网络状况不能满足应用业务的链路质量要求或时延要求，则选取链路质量最好的路径；如果在同等条件下有多条路径可达目的节点，则选择不经主网管或中继转发的路径。本专利技术的有益效果是：首先，本专利技术无需人工预先指定转发路径，能够依据节点间链路质量和排队时延动态地选取出路由，从而可以适应数据链网络拓扑的动态变化。其次，本专利技术综合考虑了应用业务特征，将其分为时敏业务和可靠业务，保证所选路由为最优。此外，本专利技术已在实际工程上得到应用，演示验证效果表明，在复杂网络环境下，它能够为各类业务找到最佳路由。附图说明图1是本专利技术的方法流程图。图2是本专利技术实施例的网络拓扑图。图3是本专利技术实施例的时隙示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。本专利技术包括以下步骤：(1)统计链路质量链路质量统计是以节点自身状态和邻居节点信息两类组网业务为统计样本，不占用额外带宽。节点状态信息数据元素包括节点ID、网络责任、节点位置数据项。网络责任为主网管、替补网管、中继、替补中继四种类型。邻居节点信息的数据元素包括节点自身ID、邻居节点ID、邻居节点到本节点链路质量、本节点到邻居节点链路质量。网内节点周期广播发送两类组网业务，并统计在单个周期内收到周围邻居节点发送的组网业务数目，随后在本周期末时刻计算当前周期与上两个周期统计收到的消息，将消息相加后的结果作为邻居节点到本节点的链路质量，本节点到邻居节点链路质量可以从上一个周期邻居节点消息中获取。在节点运行的初始时刻链路质量默认为0。为了便于链路质量统计，约定节点在每个周期发送的组网业务数目为固定值。(2)估算排队时延节点内部依据消息的优先级建立不同的队列，在估算排队时延时首先统计在固定周期内各优先级队列发送的业务数量，然后在每个周期末时刻依据这些信息计算出发送流量，即在考虑队列调度时每毫秒各队列能调度发送多少个字节，同时对上个周期与当前周期的发送流量进行加权处理。本周期的权值为0.7，上一周期的权值为0.3。(3)建立维护节点信息表每个节点根据收到的状态消息和邻居节点消息建立并更新维护网内节点的信息表，其具体消息元素包括节点内部各优先级业务排队估计时延，周围一跳节点数目及节点ID，自身节点与一跳可达节点双向链路质量，以及该节点承担的网络责任。(4)提取可达路径通过查找节点信息表来提取到达目的节点存在的可能路径。如果目的节点在业务产生节点的邻居中，则标记为一跳可达并提取到达该节点链路质量。如果目的节点为业务源一跳节点信息表中的邻居节点，则标记为两跳可达并计算到达目的节点的链路质量和转发节点排队时延。此时该路径的链路质量为业务产生节点到转发节点链路质量与转发节点到目的节点质量相乘，并将其与固定数值相比折算成该路径送达率。(5)确定最优路由将应用业务分为时敏业务和可靠业务两大类。时敏业务是指业务对时延有要求，若超过生命周期则该业务将失效。可靠业务是指业务要求能够准确送达目的节点。对于时敏业务，优先选择在其容忍排队时延阈值下链路质量最优的路径。对于可靠业务，在高于链路质量门限上选取排队时延最小的即为最佳路由。如果当前网络状况确实不能满足应用业务对链路质量或时延要求，但该业务还要求紧急发出去，则在门限值外选取链路质量最好的路径。如果在同等条件下，业务有多条路径可送达目的节点，优先选择不经主网管或中继转发的路径。如图1所示，本专利技术能够依据当前网络状态为寻址业务动态地选取路由。下面结合图2对本专利技术的具体实施方法进行详细介绍：(1)假设网络中有4个节点，其ID号分别为1、2、3、4。在统一的时间轴上，每个节点依据ID号从小到大以5秒一个周期顺次发送5包组网业务。在节点4组网业务发送时隙的第二个时隙统计本周期与上两个周本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于链路质量和排队时延的路由方法，其特征在于包括下述步骤：(1)网内节点以节点自身状态信息和邻居节点信息两类组网业务为统计样本，节点自身状态信息包括节点ID、网络责任和节点位置，网络责任分为主网管、替补网管、中继和替补中继四种类型；邻居节点信息包括节点自身ID、邻居节点ID、邻居节点到本节点链路质量和本节点到邻居节点链路质量；网内节点周期广播发送两类组网业务，并统计在单个周期内收到邻居节点发送的组网业务数目，随后在本周期末计算当前周期与上两个周期统计收到的消息，将消息相加后的结果作为邻居节点到本节点的链路质量，并从上一个周期邻居节点消息中获取本节点到邻居节点链路质量；在节点运行的初始时刻链路质量默认为0；(2)节点内部依据消息的优先级建立不同的队列，在估算排队时延时首先统计在固定周期内各优先级队列发送的业务数量，然后在每个周期末计算发送流量，即在考虑队列调度时每毫秒各优先级队列能调度发送多少个字节，同时对上个周期与当前周期的发送流量进行加权处理；本周期的权值为0.7，上一周期的权值为0.3；(3)每个节点根据节点自身状态信息和邻居节点消息建立并更新维护节点信息表，节点信息表包括节点内部各优先级业务的排队估计时延、周围一跳节点数目及节点ID、自身节点与一跳可达节点双向链路质量、以及该节点承担的网络责任；(4)通过查找节点信息表提取到达目的节点存在的可能路径；如果目的节点在业务产生节点的邻居中，则标记为一跳可达并提取到达该节点的链路质量；如果目的节点为业务产生节点的一跳节点的邻居节点，则标记为两跳可达并计算到达目的节点的链路质量和转发节点排队时延；该路径的链路质量为业务产生节点到转发节点链路质量与转发节点到目的节点质量相乘，并将其与固定数值相比折算成该路径送达率；(5)将应用业务分为时敏业务和可靠业务两大类，时敏业务是指业务对时延有要求，若超过生命周期则该业务将失效；可靠业务是指业务要求能够准确送达目的节点；对于时敏业务，优先选择在其容忍排队时延阈值下链路质量最优的路径；对于可靠业务，在高于链路质量门限上选取排队时延最小的路径；如果当前网络状况不能满足应用业务的链路质量要求或时延要求，则选取链路质量最好的路径；如果在同等条件下有多条路径可达目的节点，则选择不经主网管或中继转发的路径。...

【技术特征摘要】
1.一种基于链路质量和排队时延的路由方法，其特征在于包括下述步骤：(1)网内节点以节点自身状态信息和邻居节点信息两类组网业务为统计样本，节点自身状态信息包括节点ID、网络责任和节点位置，网络责任分为主网管、替补网管、中继和替补中继四种类型；邻居节点信息包括节点自身ID、邻居节点ID、邻居节点到本节点链路质量和本节点到邻居节点链路质量；网内节点周期广播发送两类组网业务，并统计在单个周期内收到邻居节点发送的组网业务数目，随后在本周期末计算当前周期与上两个周期统计收到的消息，将消息相加后的结果作为邻居节点到本节点的链路质量，并从上一个周期邻居节点消息中获取本节点到邻居节点链路质量；在节点运行的初始时刻链路质量默认为0；(2)节点内部依据消息的优先级建立不同的队列，在估算排队时延时首先统计在固定周期内各优先级队列发送的业务数量，然后在每个周期末计算发送流量，即在考虑队列调度时每毫秒各优先级队列能调度发送多少个字节，同时对上个周期与当前周期的发送流量进行加权处理；本周期的权值为0.7，上一周期的权值为0.3；(3)每个节点根据节点自身状态信息和邻居节点消息...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓锋，任磊，石伟明，李建，张拓，陈少峰，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61