提高无线网络吞吐量的协作路由方法技术

本发明专利技术属于无线通信领域，主要应用于无线自组织网络。在不增加网络能耗的前提下，通过最大化每跳链路的网络吞吐量，有效提升整个路由路径的吞吐量性能，为达到前述目的，本发明专利技术采取的技术方案是，提高无线网络吞吐量的协作路由方法，源节点通过多跳将数据传输至目的节点，每跳链路的发射节点首先建立非协作最短路径路由，并通过已经建立好的路由表和邻居节点表建立候选中继节点集合；接着计算直接传输、单中继协作传输和双中继协作传输下的链路吞吐量，自适应选择最大吞吐量对应的传输模式作为本跳链路的传输方式；最后根据选中的传输方式动态调整功率并进行数据分组传输，直到源节点的数据传输至目的节点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信领域，特别涉及一种应用于无线自组网的协作路由技术，具体讲，涉及提高无线自组织网络吞吐量的自适应协作路由方法。
技术介绍
随着无线通信技术的发展，移动数据和信息业务大量增长。尤其是随着智能终端和多种移动应用的广泛普及，人们对无线数据服务的需求快速增长，因此对网络吞吐量等无线网络性能指标提出了更高的要求。然而，一方面，在实际的移动通信中，移动终端常常工作于城市建筑群或其它复杂多变的地理环境中，复杂的地物地貌使得接收端接收到的信号一般会遭受多径衰落、阴影衰落等影响。这种衰落会使得接收信号严重失真和畸变，降低信号功率，造成通信系统误码率升高。另一方面，无线网络带宽相对有线信道要低得多。随着移动互联网的迅速发展，无线网络信息流量急速增加，使得无线网络带宽不足，带宽资源更加稀缺，这些对无线网络吞吐量性能的提高都形成了很大的阻碍。在无线网络中，路由协议设计是非常重要的，其中最短路径路由协议是无线自组织网络中的一种常见路由协议，它可以缩短数据传输的距离，提升数据传输的速率。平面型最短路径路由协议可分为两种,分别为按需路由协议和先应式路由协议。具体而言，按需路由协议也称为反应式路由协议，该类协议在接收到请求之前并不生成路由，而在网络发出传输请求时，才开始搜索建立从源节点到目的节点的路由。因此，系统的路由信息是按需建立的，它仅仅反映整个网络拓扑结构信息的一部分。按需路由一般包括路由发现和路由维护两个阶段，这种协议包括无线自组网按需平面距离矢量路由协议(A0DV)、动态源路由协议(DSR)、临时按序路由算法(TORA)等。而对于先应式路由协议，又称表驱动路由协议，每个节点维护一张路由表，记录到各个节点的路由信息。节点周期性的广播路由分组，节点间彼此交换路由信息。当网络拓扑发生变化时，节点广播路由更新分组，把这个更新消息传遍整个网络，节点根据更新分组更新自己的路由表，从而获得最新的网络拓扑信息。因此，源节点一旦需要发送报文，可以立即准确获得到达目的节点的路由。这种协议包括目的序列距离矢量路由协议(DSDV)、鱼眼域路由协议(FSR)、最优化链路状态路由协议(OLSR)等。为了改善移动通信系统的性能，可以采用协作通信技术来改进接收信号的质量。在无线协作网络中移动终端可以选择在当前时隙其它处于空闲状态的一个或多个移动终端来协助传输信息，本移动终端在传输信息的过程中既利用了自己的又利用了协作移动终端的空间信道，通过共享彼此的天线，获得分集增益。在接收端接收到不同信道传来的携有相同信息的多个副本，通过一定的信号处理技术恢复出原信号。由于多个信道的传输特性不同，接收到的信号副本具有独立性的衰落特性，因此可以在不增加系统资源的情况下大大降低衰落的影响，扩大无线网络的覆盖范围、提高传输可靠性、降低发射功率，从而改善无线网络性能。进一步，可以将协作分集技术和路由选择相结合，设计基于协作通信的路由算法，即协作路由算法。目前，对于协作路由算法的研究大致可以分为能量有效和最优化网络服务质量(QoS)的路由算法两类。具体而言，对于能量有效的路由算法，主要思想是依据一定的规则在无线网络中建立协作路由，使系统消耗的功率最少；而最优化QoS的路由算法则通过建立协作路由达到最优化通信系统QoS的目的。随着网络中对QoS严格要求的业务如实时多媒体业务、网络电话等出现，需要移动无线网络能够提供相应的QoS保障，因此设计最优化QoS路由算法具有重要意义。但是移动无线网络节点的移动性、网络带宽资源的有限性、网络拓扑结构的动态变化、移动节点的计算能力和存储容量较低、能量受限等特点，对最优化QoS的协作路由算法设计形成了挑战。尤其是由于网络节点的移动性，网络拓扑不断变化，之前参与协作的中继节点可能会离开协作通信范围，从而导致协作链路失效。协作路由在选择中继节点时，需要通过实时的信道状况选择适当的中继节点来参与协作。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的不足，提出一种提高无线网络吞吐量的自适应协作路由传输方法，以提高无线网络的传输性能。本专利技术采取的技术方案是，，包括如下步骤:在多跳非协作最短路径路由的基础上进行进一步路由选择，源节点通过多跳的方式将需要发送的数据传输至目的节点，每跳链路经历候选中继节点集合建立、传输模式选择和数据分组的分阶段传输三个阶段，在第一阶段，根据已建立的非协作多跳路由路径，每跳链路的发射节点Xi通过已经建立好的路由表和邻居节点表建立候选中继节点集合Qi ;第二阶段，当前链路的发射节点Xi遍历所有的传输模式，计算得到直接传输、单中继协作传输和双中继协作传输这三种基本传输单元中具有最大链路吞吐量的传输模式作为当前链路的最终传输模式，并选择相应的候选中继节点集合中的节点作为中继节点；在第三阶段，发射节点Xi根据最终选择的链路传输模式动态分配参与该链路数据传输的节点的发射功率，并进行数据传输，如果最大链路吞吐量的传输模式为直接传输，则该发射节点Xi通过直接传输的方式将数据发送至当前跳链路的接收节点Zi ;如果最大链路吞吐量的传输模式为协作传输，则该发射节点Xi根据计算结果从候选中继集合Qi中选出相应的中继节点协助发射节点Xi向接收节点Zi传输信息。本专利技术提出的路由算法由直接传输、单中继协作传输以及双中继协作传输三种基本链路传输单元构成；源节点s通过η跳将数据传输至目的节点d，其中第i (KiSn)跳所对应链路的发射节点Xi选择直接传输模式、单中继协作传输模式或双中继协作传输模式将数据传输至该跳链路的接收节点Zi ;具体而言，直接传输模式为当前链路的发射节点Xi通过直传的方式将数据传输至接收节点Zi，由(Xi，Zi)表示该链路，该链路的吞吐量记为η --;单中继协作传输模式为当前链路的发射节点^从候选中继节点集合Qi中选择一个节点作为中继节点A协助发射节点Xi传输数据到接收节点Zi,由(Xi, T1, Z1)表示该链路,该链路的吞吐量记为I—-,;双中继协作传输模式为当前链路的发射节点\从候选中继节点集合Ω J中选择两个节点作为中继节点r/和r/协助发射节点Xi传输数据到接收节点Zi,由(Χ ，ι./，ι.ΛΖ )表示该链路，该链路的吞吐量记为,:路由算法的实现依次包含以下步骤:步骤I在无线网络中利用非协作最短路径路由算法构建从源节点s到目的节点d的多跳最短路径路由，该路由路径中的每个节点建立并实时更新自身的路由表和邻节点表，同时令源节点s作为第i = I跳链路的发射节点X1 ；步骤2第i跳链路的发射节点Xi查询自身的邻节点表，获得既能与发射节点Xi又能与该跳链路的接收节点Zi进行通信的所有节点，这些节点所组成的集合为该跳链路的候选中继节点集合Qi ;步骤3第i跳链路的发射节点Xi遍历候选中继集合Qi中的所有节点，计算该跳链路的直接传输模式下的吞吐量77^,、所有可能的单中继传输模式下的吞吐量以及双中继传输模式下的吞吐量，具体操作如下:步骤3.1第i跳链路的发射节点Xi计算直接传输链路(Xi，Zi)的链路吞吐量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高无线网络吞吐量的协作路由方法，其特征是，在多跳非协作最短路径路由的基础上进行进一步路由选择，源节点通过多跳的方式将需要发送的数据传输至目的节点，每跳链路经历候选中继节点集合建立、传输模式选择和数据分组的分阶段传输三个阶段，在第一阶段，根据已建立的非协作多跳路由路径，每跳链路的发射节点xi通过已经建立好的路由表和邻居节点表建立候选中继节点集合Ωi；第二阶段，当前链路的发射节点xi遍历所有的传输模式，计算得到直接传输、单中继协作传输和双中继协作传输这三种基本传输单元中具有最大链路吞吐量的传输模式作为当前链路的最终传输模式，并选择相应的候选中继节点集合中的节点作为中继节点；在第三阶段，发射节点xi根据最终选择的链路传输模式动态分配参与该链路数据传输的节点的发射功率，并进行数据传输，如果最大链路吞吐量的传输模式为直接传输，则该发射节点xi通过直接传输的方式将数据发送至当前跳链路的接收节点zi；如果最大链路吞吐量的传输模式为协作传输，则该发射节点xi根据计算结果从候选中继集合Ωi中选出相应的中继节点协助发射节点xi向接收节点zi传输信息。

【技术特征摘要】
1.一种提高无线网络吞吐量的协作路由方法，其特征是，在多跳非协作最短路径路由的基础上进行进一步路由选择，源节点通过多跳的方式将需要发送的数据传输至目的节点，每跳链路经历候选中继节点集合建立、传输模式选择和数据分组的分阶段传输三个阶段，在第一阶段，根据已建立的非协作多跳路由路径，每跳链路的发射节点Xi通过已经建立好的路由表和邻居节点表建立候选中继节点集合;第二阶段,当前链路的发射节点Xi遍历所有的传输模式，计算得到直接传输、单中继协作传输和双中继协作传输这三种基本传输单元中具有最大链路吞吐量的传输模式作为当前链路的最终传输模式，并选择相应的候选中继节点集合中的节点作为中继节点；在第三阶段，发射节点Xi根据最终选择的链路传输模式动态分配参与该链路数据传输的节点的发射功率，并进行数据传输，如果最大链路吞吐量的传输模式为直接传输，则该发射节点Xi通过直接传输的方式将数据发送至当前跳链路的接收节点Zi ;如果最大链路吞吐量的传输模式为协作传输，则该发射节点Xi根据计算结果从候选中继集合Qi中选出相应的中继节点协助发射节点Xi向接收节点Zi传输信肩、O2.如权利要求1所述的一种提高无线网络吞吐量的协作路由方法，其特征是，路由算法由直接传输、单中继协作传输以及双中继协作传输三种基本链路传输单元构成；源节点s通过η跳将数据传输至目的节点d，其中第i跳所对应链路的发射节点Xi选择直接传输模式、单中继协作传输模式或双中继协作传输模式将数据传输至该跳链路的接收节点Zi，l^i^n ;具体而言，直接传输模式为当前链路的发射节点Xi通过直传的方式将数据传输至接收节点Zi，由(Xi，Zi)表示该链路，该链路的吞吐量记为\,V单中继协作传输模式为当前链路的发射节点Xi从候选中继节点集合Qi中选择一个节点作为中继节点ri协助发射节点Xi传输数据到接收节点Zi,由(Xi, T1, Z...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩昌彩，黄静，赵方圆，李媛，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：