[發(fā)明專利]基于改進等價多路由的最佳路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210088629.0
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114567915A
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設計）人: 彭迎春;梅妍;施淵籍;石晶林
• 申請（專利權）人: 中科南京移動通信與計算創(chuàng)新研究院
• 主分類號: H04W40/12
• 分類號: H04W40/12;H04W40/04;H04W84/18;H04W28/02;H04W28/08
• 代理公司: 南京泰普專利代理事務所(普通合伙) 32360
• 代理人: 張帆

本發(fā)明提供一種基于改進等價多路由的最佳路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)。步驟如下：當無線通信網(wǎng)絡節(jié)點收到數(shù)據(jù)流后調度數(shù)據(jù)流；采集網(wǎng)鏈路使用情況以及數(shù)據(jù)流信息，每隔預定時間間隔將采集到的網(wǎng)絡信息傳輸?shù)娇刂茮Q策模塊；控制決策模塊計算鏈路利用率以及識別大數(shù)據(jù)流；控制決策模塊判斷識別出的大數(shù)據(jù)流途經(jīng)鏈路利用率是否大于閾值；若大于閾值，則轉下一步；控制器根據(jù)當前鏈路使用狀態(tài)，調用蟻群算法求解流量，為大數(shù)據(jù)流計算出多條最佳路徑。本發(fā)明針對無線通信網(wǎng)絡中ECMP調度大數(shù)據(jù)流易造成網(wǎng)絡擁塞和負載不均衡等問題，使用蟻群算法根據(jù)當前鏈路帶寬及其利用率重新分配多條最佳路徑。對于小數(shù)據(jù)流使用ECMP等價路由快速轉發(fā)數(shù)據(jù)，減少延時。

技術領域

本發(fā)明涉及無線自組網(wǎng)領域，尤其涉及一種基于改進等價多路由的最佳路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)。

背景技術

無線傳感器網(wǎng)絡是具有一定的計算、存儲和無線通信能力的節(jié)點組成的無線通信網(wǎng)絡。 此類網(wǎng)絡通常是隨機部署, 節(jié)點的位置沒有任何結構和模式, 因此應根據(jù)部署任務進行自組織。在這種網(wǎng)絡中，當?shù)竭_一個目的節(jié)點有多條可用最短路徑時，等價多路徑路由（Equal-CostMultipathRouting，ECMP）算法可將它們調度到多條最短路徑上。由此 ECMP可以實現(xiàn)網(wǎng)絡的負載均衡以及數(shù)據(jù)流的快速轉發(fā)。但通信流量有大數(shù)據(jù)流和小數(shù)據(jù)流址之分，其中，大數(shù)據(jù)流是指傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量超過鏈路帶寬10%的數(shù)據(jù)流。實際場景中90%的數(shù)據(jù)流屬于小數(shù)據(jù)流，但大數(shù)據(jù)流傳輸了超過90%的字節(jié)。這兩種數(shù)據(jù)流的傳輸性能要求不同，大數(shù)據(jù)流對網(wǎng)絡吞吐量要求較高，而小數(shù)據(jù)流對時延要求較高。ECMP算法可有效地調度大量的小數(shù)據(jù)流。

然而對于持續(xù)時間較長的大數(shù)據(jù)流，ECMP可能將多條大數(shù)據(jù)流調度到同一條鏈路上，造成數(shù)據(jù)流碰撞、網(wǎng)絡擁塞，造成網(wǎng)絡負載不均衡，降低無線通信網(wǎng)絡的吞吐量，甚至會阻塞小數(shù)據(jù)流，造成小數(shù)據(jù)流長時間延遲。

發(fā)明內容

發(fā)明目的：針對無線通信網(wǎng)絡中ECMP 調度大數(shù)據(jù)流易造成網(wǎng)絡擁塞和負載不均衡等問題，提出一種基于改進等價多路由的最佳路徑規(guī)劃方法，并進一步提出一種用于實現(xiàn)上述方法的系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術存在的上述問題。

第一方面，提出一種基于改進等價多路由的最佳路徑規(guī)劃方法，該方法步驟如下：

步驟1、當無線通信網(wǎng)絡節(jié)點收到數(shù)據(jù)流后，首先按ECMP 算法來調度數(shù)據(jù)流；同時，網(wǎng)絡狀態(tài)采集模塊采集網(wǎng)鏈路使用情況以及數(shù)據(jù)流信息，每隔預定時間間隔將采集到的網(wǎng)絡信息傳輸?shù)娇刂茮Q策模塊；

步驟2、依據(jù)接收到的信息，控制決策模塊計算鏈路利用率以及識別大數(shù)據(jù)流；若單條數(shù)據(jù)流的帶寬超過鏈路容量的t_th倍，則被標記為大數(shù)據(jù)流；

步驟3、控制決策模塊判斷識別出的大數(shù)據(jù)流途經(jīng)鏈路利用率是否大于閾值；若大于閾值，則轉步驟4，否則轉步驟1；

步驟4、控制器根據(jù)當前鏈路使用狀態(tài)，調用蟻群算法求解流量，為大數(shù)據(jù)流計算出多條最佳路徑。

在第一方面的一些可實現(xiàn)方式中，步驟1中所述網(wǎng)絡狀態(tài)采集模塊周期性監(jiān)測無線網(wǎng)絡中各節(jié)點的節(jié)點間鏈路信息、鏈路帶寬、鏈路延遲信息。

在第一方面的一些可實現(xiàn)方式中，鏈路延遲信息的獲取方式如下：

由控制器發(fā)送探測報文，經(jīng)待測鏈路回到控制器，再根據(jù)EchoRequset消息測得往返時延值，計算控制鏈路延遲時間，則待測單向鏈路延遲定義為：

式中，表示探測報文從控制器發(fā)出的時間，表示探測報文發(fā)出后再次返回控制器的時間，表示EchoRequest消息由控制器到節(jié)點的往返時間，表示EchoRequest 消息由控制器到節(jié)點的往返時間，表示節(jié)點與節(jié)點之間的延遲時間。

在第一方面的一些可實現(xiàn)方式中，步驟2中識別大數(shù)據(jù)流的規(guī)則如下：

計算當前數(shù)據(jù)流大小與流平均值之間的比值R：

式中，f表示當前數(shù)據(jù)流大小，表示x個數(shù)據(jù)流的平均值，表示表示鏈路中被標記的大數(shù)據(jù)流；