[發(fā)明專利]一種基于網(wǎng)絡(luò)情境感知的路由協(xié)議分布式自適應(yīng)切換方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810192615.7
• 申請日: 2018-03-09
• 公開（公告）號: CN108513330B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盛敏;劉菲菲;孫紅光;史琰;劉博濤;李建東;張琰;劉俊宇;文娟
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04L12/721;H04L12/741
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

1.一種基于網(wǎng)絡(luò)情境感知的路由協(xié)議分布式自適應(yīng)切換方法，其特征在于，所述基于網(wǎng)絡(luò)情境感知的路由協(xié)議分布式自適應(yīng)切換方法采用節(jié)點(diǎn)在介質(zhì)訪問控制層緩存隊(duì)列中的分組占用率作為業(yè)務(wù)量的表征，采用本節(jié)點(diǎn)一跳鄰居節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的鏈路的斷開率作為節(jié)點(diǎn)移動速度的表征；網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)周期性地感知本節(jié)點(diǎn)的MAC層分組緩存隊(duì)列中的分組占用率和到一跳鄰居鏈路的通斷狀態(tài)，獲知網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的情景；

所述基于網(wǎng)絡(luò)情境感知的路由協(xié)議分布式自適應(yīng)切換方法包括以下步驟：

步驟一，網(wǎng)絡(luò)情景要素的表征和感知方法，采用節(jié)點(diǎn)在MAC層緩存隊(duì)列中的分組占用率作為業(yè)務(wù)量的表征，采用本節(jié)點(diǎn)一跳鄰居節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的鏈路的斷開率作為節(jié)點(diǎn)移動速度的表征；網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)周期性地感知本節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)情景要素，并將獲取的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息周期性廣播；具體步驟如下所示：

(1)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)周期性檢測自己的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境參量，該網(wǎng)絡(luò)環(huán)境參量包括本節(jié)點(diǎn)一跳鄰居節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的鏈路的斷開率LB以及節(jié)點(diǎn)在MAC層緩存隊(duì)列中的分組占用率IFQ，并計(jì)算當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息；其中LB＝left_num/T，left_num即節(jié)點(diǎn)記錄T時(shí)間內(nèi)鄰居節(jié)點(diǎn)離開的個(gè)數(shù)，IFQ＝q/MAX_SIZE，q為當(dāng)前時(shí)刻本節(jié)點(diǎn)MAC層緩存隊(duì)列中的分組個(gè)數(shù)，MAX_SIZE為MAC層分組緩存隊(duì)列最大容量；

(2)根據(jù)得到的本節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，節(jié)點(diǎn)計(jì)算當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)場景下狀態(tài)信息包的發(fā)送周期h_t，以及節(jié)點(diǎn)檢測周期h_s；

(3)節(jié)點(diǎn)之間相互發(fā)送狀態(tài)信息包，并將包的發(fā)送周期初始化為h_t，其中h_t根據(jù)具體網(wǎng)絡(luò)場景而定；該狀態(tài)信息包的TTL值為1，只有本節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)才能收到，該狀態(tài)信息包包括本節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息，狀態(tài)信息序列號，節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載以及節(jié)點(diǎn)的移動性；其中狀態(tài)信息序列號的目的是為了能夠區(qū)分狀態(tài)信息的新舊；

(4)節(jié)點(diǎn)根據(jù)收集到的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載參量L以及移動性狀態(tài)參量m分別為：

L＝θ*L(k)+(1-θ)*L(k-1)；

其中L(k)表示在當(dāng)前第k個(gè)周期的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平均值，L(k-1)為上一周期計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平均值，θ為L(k)的權(quán)重因子，取值范圍為0～1，給第k個(gè)周期的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平均值給予較大的權(quán)重，例如θ＝0.6；為網(wǎng)絡(luò)中平均鏈路斷開率；

步驟二，基于效用的路由協(xié)議定量切換準(zhǔn)則，通過仿真獲得表驅(qū)動以及按需路由協(xié)議的性能，之后設(shè)計(jì)基于效用函數(shù)的路由協(xié)議切換準(zhǔn)則；節(jié)間根據(jù)在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中感知到的網(wǎng)絡(luò)情景判斷是否滿足切換條件，實(shí)現(xiàn)路由協(xié)議的自適應(yīng)切換；具體步驟如下所示：

(1)通過改變網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量以及節(jié)點(diǎn)移動速度構(gòu)造若干場景，并仿真獲得各場景下表驅(qū)動以及按需路由協(xié)議的性能：投遞率、開銷；

(2)設(shè)計(jì)效用函數(shù)，綜合考慮投遞率以及開銷，獲得不同場景下的最優(yōu)路由協(xié)議；

(3)將仿真場景與節(jié)點(diǎn)感知的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)參量進(jìn)行映射，例如在低業(yè)務(wù)負(fù)載下，節(jié)點(diǎn)移動速度v處于v₁～v₂，那么網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)參量可能是以下情況：L₀≤L≤L₁，m₀≤m≤m₁，通過仿真場景與網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)參量之間進(jìn)行映射，獲得適合按需路由協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)場景集合以及適合表驅(qū)動路由協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)場景集合

(4)節(jié)點(diǎn)根據(jù)感知到的網(wǎng)絡(luò)中的負(fù)載參量L以及移動性狀態(tài)參量m，判斷是否進(jìn)行路由協(xié)議切換；

(5)若進(jìn)行路由協(xié)議切換，保留原路由協(xié)議生成的路由表中的有效部分，并立刻運(yùn)行決策產(chǎn)生的路由協(xié)議；

步驟三，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)S需要向目的節(jié)點(diǎn)D發(fā)送數(shù)據(jù)，優(yōu)先查找本節(jié)點(diǎn)運(yùn)行路由協(xié)議所生成的路由表，若無路徑，在進(jìn)行次優(yōu)路由表的查找；仍未找到到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路徑，S若工作在按需路由協(xié)議下，直接按照按需路由模式發(fā)出尋路請求；若S工作在表驅(qū)動路由協(xié)議下，調(diào)用按需路由協(xié)議的相關(guān)函數(shù)發(fā)送尋路請求；工作在表驅(qū)動狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)對收到的按需路由協(xié)議信息進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)發(fā)；具體步驟如下所示：

(1)若本節(jié)點(diǎn)運(yùn)行的是表驅(qū)動路由協(xié)議，當(dāng)發(fā)現(xiàn)鄰居節(jié)點(diǎn)運(yùn)行的路由模式由按需轉(zhuǎn)變成表驅(qū)動時(shí)，立即向其發(fā)送自身的路由表，反之，如果鄰居節(jié)點(diǎn)運(yùn)行的路由模式由表驅(qū)動轉(zhuǎn)變成按需時(shí)，刪除與該節(jié)點(diǎn)相關(guān)的信息；

(2)普通節(jié)點(diǎn)S需要向D發(fā)送數(shù)據(jù)包，路由建立以及數(shù)據(jù)包發(fā)送過程：

(2a)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)u_i是數(shù)據(jù)包的目的節(jié)點(diǎn)，取出該數(shù)據(jù)包并發(fā)往上層；

(2b)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)u_i存在到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路徑，則從路由表中取出該節(jié)點(diǎn)應(yīng)該去往的下一跳節(jié)點(diǎn)N，并將此分組發(fā)往下一跳節(jié)點(diǎn)N，執(zhí)行(2a)；若沒有到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路徑，設(shè)置超時(shí)定時(shí)器t_out，將分組放入緩存隊(duì)列中，執(zhí)行步驟(2c)；

(2c)若u_i工作在按需路由模式下，首先查找按需路由表，若無路徑，查找表驅(qū)動路由表，若仍無路徑，發(fā)送尋路請求，處于表驅(qū)動狀態(tài)下的中間節(jié)點(diǎn)調(diào)用按需路由相關(guān)函數(shù)做出處理；u_i若工作在表驅(qū)動模式下，首先查找表驅(qū)動路由表，若無路徑，查找按需路由表，若仍無路徑，調(diào)用按需路由相關(guān)函數(shù)發(fā)送尋路請求；工作在按需路由模式下的中間節(jié)點(diǎn)接收表驅(qū)動路由模式下信息包，并調(diào)用本節(jié)點(diǎn)的表驅(qū)動路由進(jìn)行信息包處理，但是并不進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；

(2d)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)u_i如果在分組的生存期t_out內(nèi)找到路由，則執(zhí)行(2b)，否則此路由過程失敗，將分組丟棄。