[發明專利]多跳無線網絡中傳輸實時視頻流的機會路由方法

有效

• 申請號: 201710936588.5
• 申請日: 2017-10-10
• 公開（公告）號: CN107809784B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 熊紅凱;李成林;鄒君妮;唐可欣
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04W40/22
• 分類號: H04W40/22;H04L12/727
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀

1.一種多跳無線網絡中傳輸實時視頻流的機會路由方法，其特征在于，應用在包含多個中繼節點的無線網絡中，將當前時刻負責轉發視頻數據包的中繼節點記為第一中繼節點，將第一中繼節點所選定的下一跳中繼節點記為第二中繼節點；所述方法，包括：

第一中繼節點根據待轉發的視頻數據包，確定所述視頻數據包的目的節點，并構建與所述目的節點相對應的候選中繼節點集；

將所述候選中繼節點集的信息附加在所述視頻數據包上，并將所述視頻數據包廣播給與所述第一中繼節點相鄰的所有節點；

接收來自成功接收到所述視頻數據包的候選中繼節點所反饋的應答消息，提取所述應答消息中包含的對應候選中繼節點到所述目的節點的期望任意路徑時延；

從反饋了所述應答消息的候選中繼節點中，選取中繼優先級最高的一個節點作為下一跳中繼節點，將所述下一跳中繼節點記為第二中繼節點；并向所述第一中繼節點的相鄰節點廣播告知中繼消息，所述告知中繼消息中包括所述第二中繼節點的信息；

根據所述應答消息中包含的對應候選中繼節點到所述目的節點的期望任意路徑時延，構建到所述目的節點的新的候選中繼節點集；并通過增強學習更新所述第一中繼節點到所述目的節點的期望任意路徑時延；

所述候選中繼節點到所述目的節點的期望任意路徑時延，用于度量在某一時刻按照機會路由的轉發方式將所述視頻數據包從所述候選中繼節點傳輸到所述目的節點所需的期望遞交時延；所述期望任意路徑時延包括：期望排隊時延、期望一跳傳輸時延，剩余路徑上的期望遞交時延；

所述通過增強學習更新所述第一中繼節點到所述目的節點的期望任意路徑時延，包括：

所述第一中繼節點根據所述應答消息中包含的對應候選中繼節點到所述目的節點的期望任意路徑時延，構建當前時刻t所述第一中繼節點i到所述目的節點d的新的候選中繼節點集F_i(t)；

分別估計當前時刻t所述第一中繼節點i上的期望排隊時延Q_i(t)、所述第一中繼節點i到所述候選中繼節點集F_i(t)的期望一跳傳輸時延所述視頻數據包在剩余路徑上的期望遞交時延

估計當前時刻t所述視頻數據包從所述第一中繼節點i到所述目的節點d的期望任意路徑時延的估計值計算公式如下：

根據所述第一中繼節點i到所述目的節點d的期望任意路徑時延的估計值使用增強學習算法更新當前時刻t所述第一中繼節點i到所述目的節點d的期望任意路徑時延，計算公式如下：

式中：表示上一時刻所述第一中繼節點i到所述目的節點d的期望任意路徑時延，μ表示學習速率；

所述第一中繼節點i上的期望排隊時延Q_i(t)，度量了一個視頻數據包在節點MAC層隊列里所需的期望等待時間，采用滑動平均的方法估計Q_i(t)，計算公式如下：

式中：q_i(t)表示時刻t在第一中繼節點i上的瞬時排隊時延，M表示滑動窗的大??；

所述期望一跳傳輸時延用于度量所述視頻數據包從所述第一中繼節點被成功地傳輸到至少一個候選中繼節點所需的期望遞交時間，的公式如下：

式中：表示期望一跳傳輸次數，即視頻數據包從所述第一中繼節點被成功地傳輸到至少一個候選中繼節點所需的期望傳輸次數；S表示視頻數據包的大小，R表示數據的傳輸速率，相應地，表示視頻數據包單次傳輸所需要的遞交時間；

所述視頻數據包在剩余路徑上的期望遞交時延是所有候選中繼節點到所述目的節點的期望任意路徑時延的加權求和，計算公式如下：

式中，f_j(t)表示具有第j級中繼優先級的候選中繼節點，表示所述候選中繼節點f_j(t)到所述目的節點d的期望任意路徑時延，權重ω_j表示所述候選中繼節點f_j(t)被選作下一跳中繼節點的概率，計算公式如下：

式中，表示所述候選中繼節點f_j(t)成功收到所述第一中繼節點i發送的視頻數據包的概率，表示視頻數據包被成功地遞交到中繼優先級高于f_j(t)的候選中繼節點f_k(t)(k＝1,2,…,j-1)的概率，表示視頻數據包被成功地遞交到至少一個候選中繼節點的概率，計算方式如下：

構建到所述目的節點的新的候選中繼節點集，包括：

查詢所述第一中繼節點的所有相鄰節點到所述目的節點的期望任意路徑時延的大小，若所述相鄰節點到所述目的節點的期望任意路徑時延小于所述第一中繼節點到所述目的節點的期望任意路徑時延，則將所述相鄰節點加入到臨時候選中繼節點集中；

依據候選中繼節點到目的節點的期望任意路徑時延越小則分配越高的中繼優先級原則，將所述臨時候選中繼節點集中的候選中繼節點按照中繼優先級遞減的順序重新排列，即得到了候選中繼節點集。