[发明专利]多速率无线Mesh网络路由度量与信道分配联合方法

权利要求书

1.一种多速率无线Mesh网络路由度量与信道分配联合方法，其特征在于步骤如下：

步骤1)确定多速率无线Mesh网络中的源节点到达目的节点的最短路径及对应的转发节点和所需传输速率，得到路由度量后的多速率无线Mesh网络；

步骤2)基于速率分离原则对步骤1)得到的路由度量后的多速率无线Mesh网络各节点上不同速率链路进行分离，将不同速率链路分配到不同接口上，使各节点吞吐量权值最大化；对于其中任意节点i吞吐量权值最大化步骤如下：

(1)网络中的传输节点i有3个接口m₀、m₁、m₂，将节点i上的链路移入目标接口设为接口m₁；

(2)将连接到节点i的所有链路按照传输所需的预估时间T值的递增顺序进行排序，若连接到节点i的链路数为偶数，则将链路按照序列顺序从中间分开为数量相等的高速率与低速率两部分，若连接到节点i的链路数为奇数，则将处于中间的链路分配到高速率部分当中；将排序后高速率部分的链路分配给接口m₀，低速率部分的链路分配给接口m₂；对于当前的链路分配情况，计算出当前的节点i吞吐量权值；

(3)将m₀接口队列中按照排序序列T值最高的链路暂时从接口m₀移动到目标接口m₁，并计算链路重分配后的节点i新的吞吐量权值；如果新的吞吐量权值比之前的吞吐量权值大，即吞吐量权值获得了增益，那么将此链路永久的与接口m₁绑定，将节点i吞吐量权值更新；如果新的吞吐量权值比之前的吞吐量权值小，那么将此链路移回接口m₀，节点吞吐量权值不变；逐次将m₀接口队列中T值最高的链路移动到目标接口m₁并重复上述步骤；直至移动到m₀接口上的链路不使节点i的吞吐量权值产生新的增益为止，将此时移动的链路移回原接口m₀，m₀接口链路分配结束；

(4)将m₂接口队列中按照排序序列T值最低的链路暂时从接口m₂移动到目标接口m₁，并计算当前链路重分配后节点i的新的吞吐量权值；如果新的吞吐量权值比之前的吞吐量权值更大，即吞吐量权值获得了增益，那么将此链路永久的与接口m₁绑定，将节点i吞吐量权值更新，如果新的吞吐量权值比之前的吞吐量权值小，那么将此链路移回接口m₁，节点i吞吐量权值不变；逐次将m₂接口队列中T值最高的链路移动到目标接口m₁并重复上述步骤，直至移动到m₂接口上的链路不使节点i的吞吐量权值产生新的增益为止，将此时移动的链路移回原接口m₂，m₂接口链路分配结束；节点i的链路分配结束；

其中路由度量后的多速率无线Mesh网络中任意节点i的吞吐量权值S_i的确定方法如下：

首先根据式(5)、式(6)、式(7)计算节点i的链路速率偏差V_i：

式中：m为节点i上的接口；v_m为节点i的接口m上链路速率偏差，M_i是节点i上接口的集合；l为接口m上的链路，L_m为接口m上的链路数，C_m为接口m上链路的集合；T_l为节点i的接口m上链路l传输所需的预估时间，s_l是节点i的接口m上链路l传输的数据包大小，r_l是节点i的接口m上链路l传输时所使用的速率；

根据式(9)求得节点i的Jain公平性指数J(i)为：

式中：m为节点i上的接口；L_m为接口m上的链路数，D为节点i的接口数；

根据式(10)求得节点i的吞吐量权值S_i：

S_i＝V_i×J(i) (10)

式中：V_i是式(5)得出的节点i链路速率偏差；J(i)是式(9)得出的节点i的Jain公平性指数；

步骤3)在步骤2)的基础上，以节点上的接口为单位，进行信道分配，其方法如下：

首先从目的节点开始，根据到达目的节点的跳数多少依次进行信道分配，到达目的节点跳数少的节点优先进行信道分配；对任一节点i上的接口m分配信道时，取节点2跳或3跳范围内的邻居节点为干扰节点，干扰节点上的传输链路为干扰链路，根据式(11)，分别求在各可用信道上节点接口上链路传输所需的预估时间；

式中：是节点i上的接口m分配信道k时接口m上的链路传输所需的预估时间；是节点i上的接口m分配信道k时，在无干扰节点条件下，接口m上的链路l_m传输的预估时间，为此条件下接口m上所有链路传输预估时间之和，C_m为接口m上链路的集合；是节点i的2跳或3跳范围内，与节点i的下一跳链路使用相同信道k的邻居干扰节点x上的干扰链路l_x传输预估时间；B是节点i的2跳或3跳范围内，与节点i的下一跳链路使用相同信道k的邻居干扰节点上的干扰链路的集合；

选出使得最小的信道，将该信道分配给接口m上的链路。

2.根据权利要求1所述的多速率无线Mesh网络路由度量与信道分配联合方法，其特征在于所述步骤1)中在多速率网络环境下，采取从目的节点逆向找路的方式，进行多速率最短路径路由度量，通过计算不同条件下源节点到目的节点的路径开销，获取源节点路径的最小开销，得到源节点到达目的节点的最短路径，并得出转发节点和所需传输速率；步骤如下：

(1)给定网络图G＝(V,E)，V是非空的由有限个节点所构成的集合，E是由节点对组成的边的集合；R为网络可用传输速率的集合；节点d为目的节点；将节点集V分为两组：置定节点集G_p和未置定节点集G_u，G_u＝G-G_p，其中G_p内的所有置定节点，是已完成最短路径的计算的节点，G_u内的节点是未置定节点；

(2)调整各未置定节点的最短路径：对G_u中的任一节点x，x∈G_u，将G_p中的所有可连接的节点作为其转发节点，对每种速率r∈R，依次计算从节点x使用速率r连接到G_p中各置定节点的路径开销；若节点x新计算出的路径开销小于上次计算的路径开销值，则更新节点x的路径开销W_x、转发节点F_x和传输速率R_x，否则该节点的路径开销、转发节点和传输速率均不变，直至遍历所有G_p中的可连接转发节点和可用传输速率为止，获得节点x的最小路径开销W_x、转发节点F_x和传输速率R_x；无法使用任一速率r通过置定节点集G_p中的节点作为转发节点连接到目的节点d的节点，路径开销为无穷大；G_u中所有节点获得最小路径开销后，对未置定节点集G_u中所有参与计算的节点x，x∈G_u，选出其中拥有最小路径开销的节点i，确定节点i的路径开销W_i，并确定此时节点i的转发节点F_i与所使用的传输速率R_i，之后将i划归到G_p中；在更替的过程中，需要总保持从目的节点d到G_p中各节点的最小路径开销不大于从目的节点d到G_u中任何节点的最小路径开销；

(3)重复步骤(2)，至G_u最终成为空集时，即求得所有节点到目的节点d的最短路径。