[發明專利]基于雙曲正割學習率因子的Q路由方法

有效

• 申請號: 201910940701.6
• 申請日: 2019-09-30
• 公開（公告）號: CN110691364B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 黃慶東;袁潤芝;李曉瑞
• 申請（專利權）人: 西安郵電大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W24/06;H04W40/02;H04W40/12;H04W84/18;G06N20/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞

1.一種基于雙曲正割學習率因子的Q路由方法，其特征在于：包括有如下步驟：

步驟1布局網絡拓撲：在一塊矩形平面區域內布置N個同構的無線自組織網絡節點，或在m×m的矩形區域內根據動態隨機游走模型布置M個移動節點，節點的通信距離為r，根據通信距離建立節點間的聯接關系，形成網絡拓撲；

步驟2建立網絡Q值表：將網絡中信源節點為o，信宿節點為d的數據包表示為P(o,d)；網絡中每一節點對應于其它任一信宿節點經由某一鄰居節點傳輸數據包時建立一個Q值變量，簡稱Q值，用來表示數據包經由此節點通過某一鄰居節點傳遞到其它任一信宿節點所需的時間代價估計；將網絡中當前節點x對應于信宿節點d經由鄰居y的Q值表示為Q_x(d,y)，其中y為x的任一鄰居節點；當前節點x遍歷所有不同鄰居和所有不同信宿節點的Q值，構成了當前節點的本地Q值表，所有節點的本地Q值表構成了整個網絡的Q值表；Q值表中Q_x(d,y)值的大小表示當前節點x將數據包經由鄰居y傳遞到信宿節點d的估計時間代價；

步驟3網絡節點獲得數據包傳輸最小時間代價鄰居的估計值t：當前節點x收到數據包P(o,d)后，將數據包P(o,d)發送給其Q值表中信宿節點d對應具有最小時間代價的鄰居y₁，同時y₁會返回當前節點x一個y₁傳遞數據包到信宿節點d的估計值t；

步驟4路由決策和對數據包傳輸最小時間代價鄰居節點Q值進行更新：當前節點x根據當前傳輸數據包選擇鄰居節點中具有最小時間代價的鄰居y₁作為數據包傳輸下一跳節點，決策出傳輸的下一跳節點后，進行數據包的傳輸；根據最小時間代價鄰居Q值更新公式更新當前節點x的Q值表中對應信宿節點d和鄰居節點y₁的Q_x(d,y₁)值：

式中是T時刻的Q_x(d,y₁)值表示，是T+1時刻更新的Q_x(d,y₁)的值表示；其中η代表基礎學習率，為一個常數；q是數據包在節點x傳輸隊列中的等待時間；s是數據包從x到鄰居節點y₁的鏈路傳輸時間；t為y₁傳遞數據包到信宿節點d的Q值；當前節點x將計算出的Q_x(d,y)分享給它的所有鄰居節點，供鄰居節點將來計算信宿為d的數據包對應Q值時對應的估計值t使用；

步驟5當前節點對其它鄰居節點Q值利用雙曲正割學習率因子進行更新：當前節點x如果存在y₁以外的其它鄰居節點，則對當前節點x的Q值表中對應信宿d和其它鄰居節點的各個Q值，逐一使用雙曲正割學習率因子η'執行更新，通過對雙曲正割學習率因子η'的自適應調節，并對該節點的Q值執行更新；

步驟6路由過程循環：網絡中各節點在傳輸數據包時，對數據包P(o,d)途經的節點依次重復執行步驟3～5；網絡中各節點進行數據包路由的Q值表更新和路由決策，直至網絡生命周期結束。

2.如權利要求1所述的基于雙曲正割學習率因子的Q路由方法，其特征在于：步驟5中所述的對當前節點x的Q值表中對應信宿d和其它鄰居節點y₂的各個Q值，逐一使用雙曲正割學習率因子η'執行更新，計算公式如下式所示：

其中y₂為當前節點x的任一其它鄰居節點；η'為雙曲正割學習率因子，η'的值在(0,1)范圍；s₂是數據包從x到節點y₂的鏈路傳輸時間；式中是T時刻的Q_x(d,y₂)值表示，是T+1時刻更新的Q_x(d,y₂)的值表示。

3.如權利要求1或2所述的基于雙曲正割學習率因子的Q路由方法，其特征在于：步驟5所述的雙曲正割學習率因子，根據Q值表對應節點的Q值計算出當前節點x所有鄰居y間最大遞交時間T_max與平均遞交時間T_est之差，并對當前節點x的其它鄰居節點y₂使用雙曲正割學習率因子η'計算當前節點學習率，計算公式如下：

η'＝η.sech[(T_max-T_est)/k₂]；

式中k₂為常數，取值范圍為(0,1]；其中T_est由節點x的Q值表中對應信宿d所有Q值的算術平均值計算所得；T_max是節點x到目前為止，曾經所得所有T_est值中的最大值。