[發(fā)明專利]一種多接口多跳無線網(wǎng)絡下分布式協(xié)作路由方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310055368.3
• 申請日: 2013-02-21
• 公開（公告）號: CN103096413A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設計）人: 謝鯤;王玲;文吉剛
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H04W40/04
• 分類號: H04W40/04
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡領域，特別是涉及支持協(xié)作通信技術的無線網(wǎng)絡，具體為一種多接口多跳無線網(wǎng)絡下分布式協(xié)作路由方法。

背景技術

MIMO（Multiple?Input?Multiple?Output）技術利用多天線來抑制信道衰落，是下一代無線通信系統(tǒng)的主流性能優(yōu)化技術。但是，MIMO技術需要在網(wǎng)絡節(jié)點上安裝多根天線，帶來了高復雜、高成本和高能耗等問題。由于無線網(wǎng)絡（如多跳無線mesh網(wǎng)絡，多跳無線ad?hoc網(wǎng)絡，多跳無線傳感器網(wǎng)絡）節(jié)點的設備體積和硬件成本的限制，MIMO技術無法直接應用于多跳無線網(wǎng)絡。

與MIMO技術相比，物理層的協(xié)作通信技術（Cooperative?Communication）是適合于單天線用戶的空間分集技術。它利用無線信道的廣播特性，允許單天線終端設備在多用戶環(huán)境中共享它們的物理資源來進行通信，形成虛擬天線陣列。參與協(xié)作通信的設備可相互轉發(fā)信息，同一信息的多個復本能夠通過相互獨立的無線信道到達接收端，從而獲得空間分集增益—協(xié)作分集增益。

如圖1是一個簡單的3節(jié)點協(xié)作通信模型。信源S和協(xié)作節(jié)點R形成相互獨立的通信信道。發(fā)送端發(fā)送的多個信號復本通過相互獨立的信道到達接收端，便可產(chǎn)生分集增益。按照協(xié)作節(jié)點對信號的不同處理方式，目前主要存在2種協(xié)作分集方案：放大-轉發(fā)（AF，amplify?and?forward）、解碼-轉發(fā)（D?F,decode?and?forward）。作為一種可以克服信道衰落、提高傳輸容量和可靠性、擴展覆蓋范圍以及降低能量消耗的有效方法，協(xié)作通信在單跳無線網(wǎng)絡中的優(yōu)勢已經(jīng)得以證實，然而將協(xié)作通信應用于多跳無線網(wǎng)絡，仍然是極具挑戰(zhàn)性的問題。

將物理層協(xié)作通信技術和網(wǎng)絡層路由選擇結合設計跨層路由方案—協(xié)作路由，成為協(xié)作通信應用于多跳無線網(wǎng)絡的解決方案。該方案充分利用無線信道的廣播特性，將多個節(jié)點組成協(xié)作通信模塊來選擇最優(yōu)路徑，使得同一信息能夠通過不同獨立無線信道到達路由的下一跳。這樣，即使在信道條件比較惡劣的情況下，仍然能夠保證網(wǎng)絡的高可靠性，保持良好的網(wǎng)絡性能。如圖2所示為一種典型的協(xié)作路由方案，數(shù)據(jù)從源節(jié)點S經(jīng)過多跳傳輸?shù)侥康墓?jié)點D。其中協(xié)作傳輸（CT）和直接傳輸（DT）構成了路由的基本單元，如節(jié)點3，4，5構成一個協(xié)作通信模塊（節(jié)點3可以通過3->5和3->4->5兩路傳輸數(shù)據(jù)到節(jié)點5），節(jié)點6，7，8，9也構成一個協(xié)作通信模塊。

協(xié)作路由作為探索協(xié)作通信技術在多跳網(wǎng)絡中的嘗試，已越來越引起研究人員的重視。按照其實現(xiàn)目的的不同，現(xiàn)有的協(xié)作路由主要可以分為能量優(yōu)化的協(xié)作路由、傳輸中斷優(yōu)化的協(xié)作路由、傳輸時延優(yōu)化的協(xié)作路由和傳輸速率優(yōu)化的協(xié)作路由等。

多接口無線網(wǎng)絡可以為每一個無線節(jié)點配備多接口?，F(xiàn)有的研究表明，相比于單接口網(wǎng)絡，多接口網(wǎng)絡可以提高傳輸性能和可靠性。然而，現(xiàn)有的協(xié)作路由方法主要集中在單接口多跳無線網(wǎng)絡，研究多接口多跳網(wǎng)絡環(huán)境下的協(xié)作路由方法，極具挑戰(zhàn)性。

多接口無線網(wǎng)絡可以為協(xié)作通信和協(xié)作路由提供更多的資源，使得節(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中能夠有更大的空間來選擇下一跳轉發(fā)節(jié)點和協(xié)作中繼節(jié)點。在多接口協(xié)作無線網(wǎng)絡中，節(jié)點的多個接口既可以服務某些數(shù)據(jù)流進行直接傳輸，又可以用作協(xié)作中繼節(jié)點為另外一些數(shù)據(jù)流進行協(xié)作通信服務。如何在多個數(shù)據(jù)流存在的情況下，合理的將節(jié)點中的接口在多個數(shù)據(jù)流中進行接口分配，聯(lián)合中繼選擇來設計多接口網(wǎng)絡下分布式協(xié)作路由方法，成為極具挑戰(zhàn)性的問題，亦成為多跳多接口網(wǎng)絡中實現(xiàn)協(xié)作通信的關鍵和難點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術不足，提供一種多接口多跳無線網(wǎng)絡下分布式協(xié)作路由方法，分布式地為網(wǎng)絡中的多條數(shù)據(jù)流選擇最優(yōu)的協(xié)作路由，同時確定無線網(wǎng)絡的多個接口在多條數(shù)據(jù)流中的合理分配，從而最大化最小網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流的端到端吞吐量。

為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種多接口多跳無線網(wǎng)絡下分布式協(xié)作路由方法，該方法為：

1）計算每個網(wǎng)絡節(jié)點i與其每個鄰居節(jié)點j之間進行直接傳輸?shù)逆溌啡萘?，計算每個網(wǎng)絡節(jié)點i和其鄰居節(jié)點j通過節(jié)點k采用協(xié)作傳輸?shù)逆溌啡萘?，其中，j∈N(i)，N(i)為節(jié)點i的所有鄰居節(jié)點集合，k∈N(i)且k≠j；

2）取步驟1）所計算的所有容量值的最大值為鏈路（i，j）的鏈路容量，如果鏈路（i，j）的容量是通過節(jié)點k采用協(xié)作傳輸達到的，則節(jié)點i，j，k構成協(xié)作傳輸模塊，鏈路（i，j）采用協(xié)作傳輸方式，否則鏈路（i，j）就采用直接傳輸方式；