[发明专利]认知网络多路径时延感知最佳路由选择方法

摘要

本发明公开了一种认知网络多路径时延感知最佳路由选择方法。其步骤为：将业务分为不同等级；通过路由发现建立多条路径；采用路由发现过程中记录的端到端时延作为Q值的初始值；利用Q学习算法对路径的Q值进行更新，更新时引入对节点排队时延的估计和对信道竞争时延的估计；根据Q值的大小选择激活路径发送数据包；利用Q学习算法减少路由控制分组开销；当多路径均无法满足业务的QoS需求时，重新开始上述过程。本发明具有高级业务发送快速，路径时延短，路由效率高和承载网络负荷能力大的优点，可用于认知无线网络。

主权项

一种认知网络多路径时延感知最佳路由选择方法，包括如下步骤：(1)根据业务类型将网络中的业务分为不同优先级，其中视频业务为最高优先级，语音业务为次级优先级，数据业务为最低优先级；(2)在路由表中增加代表视频、语音和数据3个不同优先级业务路径时延估计的Q值域，并将它们初始化为“零”；(3)在路由表中增加对应视频、语音和数据3个不同业务优先级的激活标志域，并将其初始化为“假”；(4)在路由应答RREP包中增加代表路径序号的路径号域，并将其初始化为“零”；(5)在节点之间增加传递Q值的认知询问Cognitive Hello包，以及认知应答Cognitive Echo包；(6)网络中的源节点采用广播泛洪的方式发送RREQ包，并记录本次发送RREQ包的时间；(7)收到RREQ包的中继节点，根据该节点是否为目的节点确定发送方式，如果该节点是目的节点，则回复RREP包，否则，中继节点将转发RREQ包，并记录下本次转发该RREQ包的时间；(8)目的节点在收到RREQ包时，读取包中的源节点，并根据在本次路由发现过程中接收到来自该源节点的RREQ包的次数确定是否回复RREP包，若次数大于等于3，则丢弃该RREQ包，否则回复RREP包；(9)收到RREP包的中继节点，读取RREP包中的路径号域的值，估计到达目的节点的时延值，并将其记录到路由表对应于本路径号的Q值域中，作为不同优先级Q值的初始值；(10)收到RREP包的源节点，估计到达目的节点的时延值，读取RREP包中的路径号域的值，然后将时延估计值记录到路由表中对应于本路径号的Q值域中，作为不同优先级Q值的初始值，完成源节点与目的节点之间的路由建立；(11)已建立路径上的每个节点通过交互认知询问Cognitive Hello包和认知应答Cognitive Echo包传递Q值，并通过如下公式更新路由表中的不同优先级的Q值： Q t x ( d , y ) i = ( 1 - α ) Q t - 1 x ( d , y ) i + α ( W i + T contention + min z Q t - 1 y ( d , z ) i ) 式中，α为学习因子，范围为0＜α＜1；Q值的下标i为数据包的业务优先级，i＝1，2，3；d表示目的节点，x为当前节点，y表示x的邻节点，z表示y的邻节点；t表示当前时刻，t-1表示上一时刻；Qt-1y(d，z)i为从Cognitive Echo包中读取的上一时刻邻节点到达目的节点的Q值；Qt-1x(d，y)i为从路由表中读取的上一时刻本节点到达目的节点的Q值；Qtx(d，y)i为更新后的本节点到达目的节点的Q值；Wi为非强插优先排队系统中优先级为i的包在队列中的排队时间估计， W i = Σ k = 1 3 λ k X k 2 ‾ 2 ( 1 - ρ 1 - · · · - ρ i - 1 ) ( 1 - ρ 1 - · · · - ρ i ) , 式中，i为数据包的优先级，i＝1，2，3；k为整数，k＝1，2，3；λk为优先级为k的数据包的到达率；Xk2为优先级为k的数据包的平均服务时间的二阶距；ρi为优先级i的包的利用率；Tcontention为基于802.11标准信道的信道竞争平均消耗的时间估计，Tcontention＝(1-Ptr)σ+PtrPsTs+Ptr(1-Ps)Tc，式中，σ为单位时隙长度，Ts为信道用于成功传输所经历的时间，Tc为信道发生碰撞所经历的时间，Ptr为任意时隙内n个邻节点中至少有一个节点发送包的概率，n为本节点的邻节点数，Ptr＝1-(1-τ)n，其中，τ为任意节点在任意时隙内发送包的概率，Ps为任意时隙内包发送成功的概率， P s = nτ ( 1 - τ ) n - 1 1 - ( 1 - τ ) n ; (12)源节点根据实时更新的Q值选择多路径中的一条路径作为激活路径，用于发送数据包；(13)源节点采用Q学习算法重新设置hello周期和本条路由的路由寿命；(14)若源节点的路由表中的Q值均无法满足所要发送的数据包优先级的QoS时延需求，则转到步骤(6)发起新的路由发现过程。