异构无线回传网络认知路由协议方法

摘要

本发明属于无线通信领域，公开了一种适用于异构无线回传网络认知路由协议方法。主要解决了针对异构网络各节点使用频率不同，端到端如何有效选择路径的问题。当源节点发送RREQ，中间节点收到RREQ时，根据MAC层传递的消息，通过维纳预测，将得到的链路时延EED和链路等效带宽ABITF添加到RREQ中。目的节点根据RREQ携带的路由信息，考虑排队时延，传输时延，干扰和链路频率分集等因素选择路径回复。源节点收到返回的RREP后，根据预测的端到端时延，动态调整路由生存时间，提高路径的有效利用率。本发明根据异构网络的特点，综合考虑频率分集，链路干扰，并引入维纳预测，Q学，进行路由选择。提高了端到端吞吐量，降低路由开销，充分利用了网络资源。

主权项

一种异构无线回传网络认知路由协议方法，其特征在于：利用跨层设计从MAC层获得网络层路由参数；使用维纳预测对路由参数进行预测；路由发现过程建立多条相互无干扰的路径；源节点根据端到端时延使用Q学习动态调整路由生存时间；具体步骤有：步骤一：路由表中添加信道号域；在RREQ包中添加时延和域、信道号域、链路等效带宽域和干扰域；在RREP包中添加时延和域和RREP序列号；步骤二：网络中各节点周期性从MAC层读取本节点缓存中包队列的长度、丢包率和各个接口的干扰功率值；在网络层计算该节点的路由度量时延值和链路等效带宽值，并利用维纳预测对时延以及链路等效带宽进行采样和预测；步骤三：源节点在所有接口上以泛洪的方式发送RREQ包；并在路径序列域记录该节点ID，在信道号域记录发送使用的接口ID；步骤四：收到RREQ包的中继节点，判断自己是否为目的节点，如果不是，信道号域记录接收接口ID，并在该节点的所有接口广播该RREQ包，将节点ID和发送接口ID填入路径序列域和信道号域；时延和域记录发送链路端到端时延和，链路等效带宽域记录接收链路等效带宽，干扰域记录干扰节点ID；步骤五：目的节点在首次收到RREQ包时，启动定时器，将后续收到的RREQ包添加到RREQ队列中；当定时器超时或RREQ队列中RREQ包等于5个时，根据RREQ队列中RREQ包携带的路由信息，计算路由判据WEED metric，选择WEED metric值最小的路径回复RREP包；并比较RREQ队列中其他RREQ包的干扰域与该路径RREQ包中干扰域是否有交集，若无，则RREP序列号加1，回复该RREQ包；步骤六：RREP包在返回源节点的途中，将路径上各节点新预测的时延值进行累加并记录到RREP包中；步骤七：源节点收到RREP包后，根据RREP包中携带的时延和信息，使用Q学习根据网络状态动态调整路由生存时间；源节点从收到的RREP包中读取路径估计的端到端时延，并使用Q学习方法调整路由生存时间，步骤如下：5a.读取RREP包中时延和域，得到估计的源到目的端到端时延T_est；5b.根据上述估计的时延T_est，通过如下公式计算归一化路径时延估计值γ：γ＝T_est/ete_max其中，ete_max表示网络允许的端到端时延的最大值；根据上述归一化路径时延估计值γ，对描述网络稳定性的Q_s值和不稳定性的Q_ums值分别进行更新，得到更新后的网络稳定性Q_s[t]值和不稳定性的Q_uns[t]值：$\left\{\begin{array}{c}{Q}_s\left[t\right]=\partial *Q_s[t-1]+(1-\partial )\gamma \\ Q_{\mathrm{uns}}\left[t\right]=\partial *Q_{\mathrm{uns}}[t-1]+1-\partial /\gamma \end{array}\right.$式中，Q_s[t‑1]表示节点在t‑1时刻网络稳定性的Q_s值；Q_s[t]表示节点在t时刻网络稳定性的Q_s值；Q_uns[t‑1]表示节点在t‑1时刻网络不稳定性的Q_uns值；Q_uns[t]表示节点在t时刻网络不稳定性的Q_uns值；是指学习因子，取值范围为$0\le \partial <1;$5c.源节点根据更新结果执行不同操作，当Q_s[t]＞Q_uns[t]时，推断网络状态不稳定，减小本条路由的路由寿命；当Q_s[t]＜Q_uns[t]时，推断网络状态稳定，增大本条路由的路由寿命；步骤八：若源节点和目的节点间存在两条路径，由于这两条路径之间无干扰，源节点利用这两条路径并行发送数据；如果其中一条路由生存时间到期，仅使用另一条发送数据，两条路由生存时间均到期，重新路由查找。