[發明專利]應用于TDMA自組網的跨層路由協議實現方法

有效

• 申請號: 201810074089.4
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108495338B
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 史琰;王浩;盛敏;孫紅光;仲偉慧;趙陽;陳馳
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W28/08
• 分類號: H04W28/08;H04W40/02;H04W40/12;H04W84/18
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華

本發明公開了一種應用于TDMA自組網的跨層路由協議實現方法，主要解決現有的多徑路由協議網絡時延大和吞吐量低的問題。其方案是：1.每個節點的網絡層通過跨層方式獲取本節點占用的時隙個數、本節點到各個鄰居節點的鏈路最大傳輸單元以及本節點的排隊時延；2.每個節點周期性地廣播各條路徑的路徑時延、路徑最大傳輸單元和路徑上節點占用的時隙數總和；3.網絡層收到路由廣播報文，計算本節點到目的節點各條路徑的權值，將最優路徑與備選路徑通知給MAC層；4.MAC層在隊列調度時結合多徑信息進行幀聚合。本發明既達到了對服務質量的保障，降低了網絡時延，又充分利用了鏈路多速率，提高了網絡吞吐量，可用于無線自組織網絡。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，更進一步涉及跨層路由協議實現方法，可用于時分多址TDMA和鏈路多速率傳輸的無線自組織網絡中。

背景技術

當前針對自組織網絡研究的路由協議大部分都是基于載波偵聽多址訪問或沖突避免CSMA/CA的信道接入方式，但是由于CSMA/CA不能提供服務質量保障，對于網絡堵塞或者碰撞的問題很難保證網絡傳輸的實時性。另一方面，無論是表驅動方式的DSDV路由算法還是按需方式的DSR和AODV等路由算法，都是基于單速率環境下設計的，大部分都是簡單地以源節點與目的節點之間的跳數作為路由選擇的權衡依據。然而，隨著物理層能提供多速率能力，最小跳數的算法傾向于選擇長距離低速率的鏈路，嚴重限制了吞吐量的提高。因此，為了能充分利用鏈路多速率傳輸，提高吞吐量，路由協議的設計也需要考慮鏈路速率自適應帶來的影響。

目前，還沒有較成熟的路由協議算法既考慮物理層TDMA的多址接入方式又綜合利用鏈路多速率傳輸。作者魯頂芝在其發表的論文“多速率環境下無線 Adhoc網絡的路由研究”(《合肥工業大學》，2011年)中，通過在按需路由的RREQ 分組頭部添加累計的端到端延遲值，通過評估CSMA/CA的接入延遲與沖突重傳來計算該值，之后源節點選擇到目的節點的延遲值最小值來作為傳輸路徑。但是該方法仍然是基于CSMA/CA的多址接入方式，同時存在著沒有考慮負載均衡與無法適應快速移動的Ad hoc網絡等弊端。

作者姜少峰在其發表的論文“Ad hoc網絡中一種負載均衡的多速率路由算法”(《北京理工大學學報》，2006年5月)中提出一種基于表驅動的路由算法，該算法根據收集到的鄰居節點排隊隊列的長度，在轉發數據包時，通過選擇一條時延低的鄰居節點來多跳轉發到原定的下一跳節點，以避免加重局部擁塞。但是該方法仍做不到對源節點到目的節點整條路徑的時延權衡，因而無法實現全網絡的負載均衡。

發明內容

本發明的目的在于針對上述已有多速率傳輸條件下的路由協議算法的不足，提出一種應用于TDMA自組網的跨層路由協議實現方法，以通過對源節點到目的節點整條路徑的時延權衡，降低時延，實現全網絡的負載均衡。

本發明技術思路是：根據TDMA時隙長度固定的特性，發送不同長度的數據包使其鏈路利用率也隨之變化，同時為了充分利用鏈路傳輸能力，通過幀聚合方式獲得較高的鏈路利用率，其實現方案包括如下：

(1)MAC層采用TDMA的多址接入方式，路由采用表驅動的方式；

(2)MAC層計算本節點到每個鄰居節點n_i的鏈路最大傳輸單元lm_ni，并計算本節點的排隊時延t_i；

(3)確定路由協議的報文攜帶內容，該內容包括本節點到各個可達的目的節點d_i的最優路由路徑信息，每條路徑信息包括本條路徑的排隊時延t_delay、本條路徑的最大傳輸單元pm、本條路徑上節點占用的時隙數總和slot、本條路徑的跳數hop和完整路徑信息，即該條路由經過的每一個節點號；

(4)MAC層將鏈路最大傳輸單元lm_ni、本節點的排隊時延t_i和本節點在一個幀長內占用的時隙數slot_i這三種反饋給網絡層；