本发明专利技术公开了一种多接口多跳无线网络下分布式协作路由方法，包括多接口多跳协作无线网络，该无线协作网络中的节点间可以采用协作传输和直接传输两种传输方式，本发明专利技术在多接口多跳协作网络中，设计一种分布式的协作路由方法，该方法能为每个数据流找到一条协作路由路径，而且可以使得网络接口在多个数据流中进行合理的分配，从而最大化最小网络数据流的吞吐量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线网络领域，特别是涉及支持协作通信技术的无线网络，具体为ー种多接ロ多跳无线网络下分布式协作路由方法。
技术介绍
MIMO (Multiple Input Multiple Output)技术利用多天线来抑制信道衰落,是下一代无线通信系统的主流性能优化技木。但是，MMO技术需要在网络节点上安装多根天线，带来了高复杂、高成本和高能耗等问题。由于无线网络(如多跳无线mesh网络，多跳无线ad hoc网络，多跳无线传感器网络)节点的设备体积和硬件成本的限制，MIMO技术无法直接应用于多跳无线网络。与MIMO技术相比，物理层的协作通信技术(Cooperative Communication)是适合于单天线用户的空间分集技木。它利用无线信道的广播特性，允许单天线终端设备在多用户环境中共享它们的物理资源来进行通信，形成虚拟天线阵列。參与协作通信的设备可相互转发信息，同一信息的多个复本能够通过相互独立的无线信道到达接收端，从而获得空间分集増益一协作分集増益。如图1是ー个简单的3节点协作通信模型。信源S和协作节点R形成相互独立的通信信道。发送端发送的多个信号复本通过相互独立的信道到达接收端，便可产生分集增益。按照协作节点对信号的不同处理方式，目前主要存在2种协作分集方案:放大-转发(AF, amplify and forward)、解码-转发(D F，decode and forward)。作为一种可以克服信道衰落、提高传输容量和可靠性、扩展覆盖范围以及降低能量消耗的有效方法，协作通信在单跳无线网络中的优势已经得以证实，然而将协作通信应用于多跳无线网络，仍然是极具挑战性的问题。将物理层协作通信技术和网络层路由选择结合设计跨层路由方案一协作路由，成为协作通信应用于多跳无线网络的解决方案。该方案充分利用无线信道的广播特性，将多个节点组成协作通信模块来选择最优路径，使得同一信息能够通过不同独立无线信道到达路由的下一跳。这样，即使在信道条件比较恶劣的情况下，仍然能够保证网络的高可靠性，保持良好的网络性能。如图2所示为ー种典型的协作路由方案，数据从源节点S经过多跳传输到目的节点D。其中协作传输(CT)和直接传输(DT)构成了路由的基本単元，如节点3，4，5构成ー个协作通信模块(节点3可以通过3->5和3->4->5两路传输数据到节点5)，节点6，7，8，9也构成ー个协作通信模块。协作路由作为探索协作通信技术在多跳网络中的尝试，已越来越引起研究人员的重视。按照其实现目的的不同，现有的协作路由主要可以分为能量优化的协作路由、传输中断优化的协作路由、传输时延优化的协作路由和传输速率优化的协作路由等。多接ロ无线网络可以为每ー个无线节点配备多接ロ。现有的研究表明，相比于单接ロ网络，多接ロ网络可以提高传输性能和可靠性。然而，现有的协作路由方法主要集中在单接ロ多跳无线网络，研究多接ロ多跳网络环境下的协作路由方法，极具挑战性。多接ロ无线网络可以为协作通信和协作路由提供更多的资源，使得节点在发送数据的过程中能够有更大的空间来选择下ー跳转发节点和协作中继节点。在多接ロ协作无线网络中，节点的多个接ロ既可以服务某些数据流进行直接传输，又可以用作协作中继节点为另外一些数据流进行协作通信服务。如何在多个数据流存在的情况下，合理的将节点中的接ロ在多个数据流中进行接ロ分配，联合中继选择来设计多接ロ网络下分布式协作路由方法，成为极具挑战性的问题，亦成为多跳多接ロ网络中实现协作通信的关键和难点。
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，提供一种多接ロ多跳无线网络下分布式协作路由方法，分布式地为网络中的多条数据流选择最优的协作路由，同时确定无线网络的多个接ロ在多条数据流中的合理分配，从而最大化最小网络数据流的端到端吞吐量。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是:一种多接ロ多跳无线网络下分布式协作路由方法，该方法为:I)计算每个网络节点 i与其每个邻居节点j之间进行直接传输的链路容量，计算每个网络节点i和其邻居节点j通过节点k采用协作传输的链路容量，其中，j G N(i),N(i)为节点i的所有邻居节点集合，k G N(i)且kデj ;2)取步骤I)所计算的所有容量值的最大值为链路(i，j)的链路容量，如果链路(i，j)的容量是通过节点k采用协作传输达到的，则节点i，j，k构成协作传输模块，链路(i，j)采用协作传输方式，否则链路(i，j)就采用直接传输方式；3)给定数据流的源节点和目的节点，将步骤2)中计算的(i，j)的链路容量应用到分布式Bellman-Ford最短路径算法中，网络中每个节点i都迭代执行$ =ま、(iI;:ち)来获得节点i到目的节点的端到端容量，其中P〗代表从节点j到目的节点的端到端容量，Py是步骤2)所计算的链路(i，j)的链路容量，在经过多轮迭代后，数据流的源节点就获得了最大的端到端的路径和容量，选择这个路径为初始的协作路由路径；4)每个网络节点i统计參与数据流协作路由的次数，记为L(i)，比较L(i)和R(i)的大小，其中R(i)是节点i配置的网络接ロ的数目，如果L(i)〈R(i)，则节点i为每条经过的数据流分配一个网络接ロ ；否则进入步骤5)；5)对于任意通过网络节点i的数据流P，根据步骤3)所选择的初始协作路由路径，确定节点i的上一跳节点jp和下一跳节点kp,记数据流的当前路径为Optp (jp, kp),在节点jp和节点kp之间选择一条不通过节点i的备用路径段Canp (jp, kp)，而且该备用路径段中的节点不包含參与数据流协作路由的次数大于所配置的网络接口数的节点，其中P G Flow(i),Flow(i)表示通过节点i的数据流集合，；6)统计经过网络节点i的所有数据流Flow(i)中备用路径段容量大于该数据流端到端容量的数据流个数，记为nl，统计经过网络节点i的所有Flow(i)中备用路径段容量等于该数据流端到端容量的数据流个数，记为n2，统计经过网络节点i的所有Flow (i)中备用路径段容量小于该数据流端到端容量的数据流个数，记为n3 ；7)如果0彡n2+n3彡R(i)，网络节点i在所有的Flow⑴集合中选择L (i)-R(i)条备用路径段容量大于该数据流端到端容量的数据流进行切換，将该数据流从当前路径段Optp(jp, kp)切换到对应的备用路径段Canp(jp，kp)，否则n2+n3>R(i)，进入步骤8)；8)网络节点i首先将所有的备用路径段Canp(jp，kp)容量大于该数据流端到端容量的数据流切换到对应的备用路径段，然后对剰余的n2+n3条数据流按相应的备用路径段容量进行升序排列，然后将排序在前的n2+n3-R (i)条数据流从当前路径段Optp(jp，kp)切换到对应的备用路径段Canp (jp, kp)。与现有 技术相比，本专利技术所具有的有益效果为:本专利技术的方法可以分布式地为网络中的多条数据流选择最优的协作路由，同时确定无线网络的多个接ロ在多条数据流中的合理分配，从而最大化最小网络数据流的端到端呑吐量。附图说明图1为协作通信模型示意图；图2为协作路由原理示意图；图3为专利技术方法中步骤3)通过迭代方法获得初始协作路由路径；图3(a)获得链路容量后本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多接口多跳无线网络下分布式协作路由方法，其特征在于，该方法为：1)计算每个网络节点i与其每个邻居节点j之间进行直接传输的链路容量，计算每个网络节点i和其邻居节点j通过节点k采用协作传输的链路容量，其中，j∈N(i)，N(i)为节点i的所有邻居节点集合，k∈N(i)且k≠j；2)取步骤1)所计算的所有容量值的最大值为链路(i，j)的链路容量，如果链路(i，j)的容量是通过节点k采用协作传输达到的，则节点i，j，k构成协作传输模块，链路(i，j)采用协作传输方式，否则链路(i，j)就采用直接传输方式；3)给定数据流的源节点和目的节点，将步骤2)中计算的链路(i，j)的链路容量应用到分布式Bellman?Ford最短路径算法中，网络中每个节点i都迭代执行来获得节点i到目的节点的端到端容量，其中Pj代表从节点j到目的节点的端到端容量，Pi，j是步骤2)所计算的链路(i，j)的链路容量，在经过多轮迭代后，数据流的源节点就获得了最大的端到端的路径和容量，选择这个路径为初始的协作路由路径；4)每个网络节点i统计参与数据流协作路由的次数，记为L(i)，比较L(i)和R(i)的大小，其中R(i)是节点i配置的网络接口的数目，如果L(i)R(i)，进入步骤8)；8)网络节点i首先将所有的备用路径段Canp(jp,kp)容量大于该数据流端到端容量的数据流切换到对应的备用路径段，然后对剩余的(n2+n3)条数据流按相应的备用路径段容量进行升序排列，然后将排序在前的(n2+n3?R(i))条数据流从当前路径段Optp(jp,kp)切换到对应的备用路径段Canp(jp,kp)。FDA00002847284600011.jpg...
【技术特征摘要】
1.一种多接ロ多跳无线网络下分布式协作路由方法，其特征在于，该方法 为: 1)计算每个网络节点i与其每个邻居节点j之间进行直接传输的链路容量，计算每个网络节点i和其邻居节点j通过节点k采用协作传输的链路容量，其中，j G N(i),N(i)为节点i的所有邻居节点集合，k G N(i)且kデj ; 2)取步骤 1)所计算的所有容量值的最大值为链路(i，j)的链路容量，如果链路(i，j)的容量是通过节点k采用协作传输达到的，则节点i，j，k构成协作传输模块，链路(i，j)采用协作传输方式，否则链路(i，j)就采用直接传输方式； 3)给定数据流的源节点和目的节点，将步骤2)中计算的链路(i，j)的链路容量应用到分布式Bellman-Ford最短路径算法中，网络中每个节点i都迭代执行；=巧)来获得节点i到目的节点的端到端容量，其中P〗代表从节点j到目的节点的端到端容量，Py是步骤2)所计算的链路(i，j)的链路容量，在经过多轮迭代后，数据流的源节点就获得了最大的端到端的路径和容量，选择这个路径为初始的协作路由路径； 4)每个网络节点i统计參与数据流协作路由的次数，记为L(i)，比较L(i)和R(i)的大小，其中R(i)是节点i配置的网络接ロ的数目，如果L(i)〈R(i)，则节点i为每条经过的数据流分配一个网络接ロ ；否则进入步骤5)； 5)对于任意通过网络节点i的数据流P，根据步骤3)所选择的初始协作路由路径，确定节点i...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢鲲，王玲，文吉刚，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
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