一种基于路径质量感知的移动自组网Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网关路由选择方法技术

本发明专利技术涉及一种路径质量感知的移动自组网Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网关路由选择方法。利用８０２．１１ＭＡＣ层载波监听机制估计链路剩余可用带宽，并将路径质量信息通过加权方式整合成多目标路由选择判据：Ｍｅｔｒｉｃ＝α.ＭＢＲ＋β.ＰＤＲ＋γ.ＮＱＲ。需要进行网关发现的节点发起网关路由请求，路由请求沿途统计每条路径的路径质量信息，网关收到网关路由请求后根据路由选择判据计算路径Ｍｅｔｒｉｃ，并单播网关路由答复返回源节点，源节点选择具有最大Ｍｅｔｒｉｃ的路由作为至网关的默认路由并予以维护。仿真结果表明，本发明专利技术能够为移动节点提供最优的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ互连性能，满足互联业务的ＱｏＳ需求，并保持合理的控制开销。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种无线网络通信
的Internet网关路由选择方法，特别是 一种基于路径质量感知的移动自组网(Mobile Ad Hoc Network，MANET) Internet网关路由 选择方法，利用跨层设计思想估计链路剩余可用带宽，并通过计算网关路由选择判据选取 至Internet网关路由的方法。
技术介绍
近年来，通信领域的高速发展已经将人们带进了一个前所未有的信息化时代。移 动通信的迅速发展更是使人们的生活发生了翻天覆地的变化，成为网络服务的一大亮点。 作为现代通信技术的几个重要领域，无线局域网WLAN、无线城域网Wimax，以及传统的GSM、 CDMA电话网络，从不同的角度满足了人们的需求。然而从网络结构上看，上述网络还仅仅是 单一的星形网络连接，移动节点之间的通信都要通过固定节点，这种模型需要永久性的固 定设施，而对于某些特殊区域，如大海、沙漠，以及被地震破坏的城市，战场等，上述移动通 信网就不能满足要求，这就需要一种特殊网络，能够临时快速自动组网，移动节点间可以通 过无线链路直接进行信息交互。一种全新的移动多跳网络——移动自组网的出现，解决了 这一问题。移动自组网是由一组带有无线通信收发装置的移动终端节点组成的，具有自组 织、自恢复、自适应的多跳临时性无中心网络。该网络不依赖于基站之类的基础设施，所有 节点分布式运行，在任一时刻，节点通过无线信道形成一个任意的网络拓扑结构。在MANET 网络中，每个节点同时承担主机和路由器两种角色，整个网络的控制通过各个节点之间进 行分布式控制。节点作为路由器需要运行相关路由协议，进行路由发现、路由维护等常见的 路由操作，对接收到的信宿不是自己的分组需要进行分组转发。MANET可以在没有或不便利 用现有的网络基础设施的情况下提供一种通信支撑环境，从而拓宽了移动通信网络的应用 环境。移动自组网的特点可以归纳为以下几点(1)多跳路由。由于节点发射功率的限制节点的范围是有限的，当要与其覆盖范围 之外的节点进行通信时，需要中间节点的转发，即要经过多跳。MANET网络中的多跳路由是 由普通节点共同完成的，而不是由专用的路由设备(如路由器)完成的。(2)动态网络拓扑结构。节点间通过无线信道连接形成一个任意的网状拓扑结构， 节点之间的连接由于节点的离开和新的节点的到达，以及节点的任意移动，加上无线发送 装置发送功率的变化、无线信道动态特性等综合因素影响下，可能导致网络拓扑结构发生 剧烈动态变化，而且这种变化是不可预测的。(3)移动终端的便携性。移动终端具有携带方便、轻便灵巧等特点，网络搬迁异常 方便，但也存在固有缺陷，如能源受限、内存较小、CUP处理能力较低和成本较高等。移动节 点一般都依靠能量有限的电池来供电，因此如何高效的使用节点的电池能量以及延长节点的生存时间以及整个网络的生存时间就成为了一个十分突出的问题。(4)有限的无线传输带宽。由于无线信道本身的物理特性，它所能提供的网络带宽 相对有线信道要低得多。除此之外，考虑到竞争共享无线信道产生碰撞、信号衰减、噪音干 扰、信道间干扰等因素，节点可得到的实际带宽远远小于理论上的带宽值。(5)分布式控制。MANET网络中所有的网络行为，包括拓扑结构的发现和消息的传 递，都必须由节点自己来完成。也就是说，路由功能必须集成在移动节点中，不存在类似基 站的集中网络中心控制点，因而是一种分布式控制网络。(6)可能存在单向无线信道。由于各节点发射功率不同，信号传播范围也不同，可 能会有A能听到B，而B听不到A的情况。 (7)带宽受限。无线链路的容量大大低于有线链路的容量，且因受到噪声，衰落，干 扰的影响实际容量更低。这些特点使得固定有线网络从源到目的节点的最短路由一般很难直接应用于 MANET网络中，此时，可变的无线链路的质量是必须考虑的重要因素，网络应该能够自适应 地改变路由来减轻这些因素的影响。随着移动自组网对Internet实时业务需求的日益增加和移动终端技术的不断发 展，移动自组网与Internet的互联逐渐成为业界研究的热点。承载因特网业务更需注重网 络负载均衡及QoS保障，而位于移动自组网边缘的Internet网关在作为异构网络连接桥梁 的同时，也成为潜在的负载瓶颈。因此，发现和选择较低负载的可用网关则成为移动自组网 接入Internet需要考虑的重点问题。由于特殊的接入网属性，拥塞控制问题显得尤为突 出，而已有的接入机制大多基于最小跳数准则，无法感知路径质量以满足用户的QoS需求 和传输公平性，互连性能并不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种将链路的质量状况与网关路由选择结合起来，旨在为移 动自组网(MobileAd hoc Network, MANET) Internet网关发现提供QoS保障的路由选择方法。为了实现上述目的，本专利技术根据跨层设计思想估计链路剩余可用带宽，并引入网 关路由选择判据函数对移动自组网内源节点至Internet网关的路由进行选择，综合考虑 了链路的剩余可用带宽、投递率及队列负载等多方面因素，讨论了一种可行的路径质量状 态模型，即基于跨层设计的网关路由选择判据，并提出了一种基于路径质量感知和跨层设 计的移动自组网Internet网关路由选择方法。本专利技术的具体步骤是第一步骤选择基于路径质量感知的网关路由选择判据Metric = α · MBR+ β ‘ PDR+ γ · NQR(1)定义路径最小带宽可用率MBR本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于路径质量感知的移动自组网Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网关路由选择方法，其具体步骤是：第一步骤：选择基于路径质量感知的网关路由选择判据：Ｍｅｔｒｉｃ＝α.ＭＢＲ＋β.ＰＤＲ＋γ.ＮＱＲ（１）定义路径最小带宽可用率ＭＢＲ：ＭＢＲ＝ｍｉｎ（Ｂｗ↓［１］，Ｂｗ↓［２］，…，Ｂｗ↓［ｉ］，…，Ｂｗ↓［ｎ］）／Ｂ（２）定义路径累积投递率ＰＤＲ：ＰＤＲ＝＊ｐｄｒ（ｉ，ｉ＋１）（３）定义路径最低队列剩余负载可用率ＮＱＲ：ＮＱＲ＝ｍｉｎ（Ｑ↓［１］－ｑ↓［１］／Ｑ↓［１］，…，Ｑ↓［ｉ］－ｑ↓［ｉ］／Ｑ↓［ｉ］，…，Ｑ↓［ｎ］－ｑ↓［ｎ］／Ｑ↓［ｎ］）（４）其中ｎ为路径长度，Ｂｗ↓［ｉ］为节点ｉ的剩余可用带宽，Ｂ为基本数据带宽；ｐｄｒ（ｉ，ｉ＋１）表示节点ｉ到节点ｉ＋１的投递率；ｑ↓［ｉ］表示节点ｉ的负载队列长度，Ｑ↓［ｉ］为节点ｉ的缓存大小；α，β，γ为加权因子，且α，β，γ≥０，α＋β＋γ＝１。第二步骤：基于跨层设计的剩余可用带宽估计方法利用８０２．１１ＭＡＣ层的载波监听机制结合ＭＡＣ帧帧头的网络分配矢量（ＮＡＶ）字段进行估计剩余可用带宽。节点信道忙闲比，即信道空闲度与信道可得平均剩余带宽近似成正比。定义剩余带宽估计表达式：Ｂｗ↓［ｉ］＝ｋＢΔ－＊（ＮＡＶ↓［ｊ］＋ＤＩＦＳ）－Ｂａｃｋｏｆｆ↓［ｉ］／Δ（５）其中，Ｂ表示链路平均带宽；Δ表示测量周期；ＮＡＶ↓［ｊ］为节点ｉ的邻节点在Δ内的ＮＡＶ值；ＤＩＦＳ为ＤＣＦ帧间间隔；Ｂａｃｋｏｆｆ↓［ｉ］为节点ｉ避退计数器的值。由于ＩＥＥＥ８０２．１１特性，在避退策略影响下节点的可用带宽不可能达到理论上线，故设定修正因子ｋ，取值为０．８９。第三步骤：选择到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网关路由的方法移动自组网内部所有节点进行按需式路由发现，并将其到网关的路由作为默认路由予以维持。没有默认路由的节点若有Ｉｎｔｅｒｎｅｔ业务需求需要发起网关路由请求。网关路由请求包中扩展了路径质量信息字段，包括路径最小带宽可用率ＭＢＲ、路径累积投递率ＰＤＲ、路径最低队列剩余负载可用率ＮＱＲ以及网关选择判据Ｍｅｔｒｉｃ。网关路由请求沿途记录下每条链路的路径质量信息，网关在接收到网关路由请求后，根据路径质量按照（１）计算网关选择判据Ｍｅｔｒｉｃ，并将Ｍｅｔｒｉｃ添加到网关路由答复包中，并将该网关路由答复包单播返回源节点。源节点从接收到的Ｌ条来自相同或不同网关的路由答复记录中，选择具有最大Ｍｅｔｒｉｃ值的路由作为到网关的默认路由，同时...

【技术特征摘要】
一种基于路径质量感知的移动自组网Internet网关路由选择方法，其具体步骤是第一步骤选择基于路径质量感知的网关路由选择判据Metric＝α·MBR+β·PDR+γ·NQR (1)定义路径最小带宽可用率MBR <mrow><mi>MBR</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>min</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>Bw</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>,</mo> <msub><mi>Bw</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>,</mo> <mo>&CenterDot;</mo> <mo>&CenterDot;</mo> <mo>&CenterDot;</mo> <mo>,</mo> <msub><mi>Bw</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>,</mo> <mo>&CenterDot;</mo> <mo>&CenterDot;</mo> <mo>&CenterDot;</mo> <mo>,</mo> <msub><mi>Bw</mi><mi>n</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mi>B</mi></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>定义路径累积投递率PDR <mrow><mi>PDR</mi><mo>=</mo><munderover> <mi>&Pi;</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mrow><mi>n</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></munderover><mi>pdr</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>定义路径最低队列剩余负载可用率NQR <mrow><mi>NQR</mi><mo>=</mo><mi>min</mi><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mrow> <msub><mi>Q</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>q</mi><mn>1</mn> </msub></mrow><msub> <mi>Q</mi> <mn>1</mn></msub> </mfrac> <mo>,</mo> <mo>&CenterDot;</mo> <mo>&CenterDot;</mo> <mo>&CenterDot;</mo> <mo>,</mo> <mfrac><mrow> <msub><mi>Q</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>q</mi><mi>i</mi> </msub></mrow><msub> <mi>Q</mi> <mi>i</mi></msub> </mfrac> <mo>,</mo> <mo>&CenterDot;</mo> <mo>&Ce...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘元安，庄琳，刘凯明，唐碧华，谢刚，高锦春，李莉，黎淑兰，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]