技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信網(wǎng)絡(luò)中的路由方法，更具體地，涉及一種多約束服務(wù)質(zhì)量路由選擇的優(yōu)化方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

多媒體應(yīng)用業(yè)務(wù)要求網(wǎng)絡(luò)在傳輸數(shù)據(jù)時能滿足某些特定的參數(shù)要求，即服務(wù)質(zhì)量(QoS)約束。

QoS路由是一種基于網(wǎng)絡(luò)的可用資源和業(yè)務(wù)流的QoS要求來選擇路徑的路由機(jī)制或一種包含各種QoS參數(shù)的動態(tài)路由協(xié)議。簡而言之，QoS路由用來查找滿足QoS要求的路徑。QoS要求可以是一維的參數(shù)，也可以是多維的參數(shù)，相應(yīng)的QoS路由被稱為單維或多維QoS路由。衡量QoS的約束條件很多，包括延時、帶寬、分組丟失率和網(wǎng)絡(luò)吞吐量等。尋找一條滿足多個QoS約束條件的路由路徑通常是多項(xiàng)式復(fù)雜程度的非確定性問題(NP完全問題)，所以實(shí)現(xiàn)多維的QoS指標(biāo)較為困難。

對于多媒體應(yīng)用而言，通常需要占用大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬，甚至?xí)蓴_正常的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。作為承載教學(xué)科研任務(wù)的校園網(wǎng)，也面臨同樣的困擾。尤其是在涉及多校區(qū)互聯(lián)的情況下，這一問題尤為突出。當(dāng)前國內(nèi)很多ISP或者網(wǎng)絡(luò)中心粗暴地對涉及的多媒體應(yīng)用進(jìn)行封殺，這種因噎廢食的做法弊端越來越明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種多約束服務(wù)質(zhì)量路由選擇的優(yōu)化方法及系統(tǒng)，關(guān)注多約束QoS條件下路由算法的性能，在提供多媒體應(yīng)用的同時保證QoS需求，從而進(jìn)一步提高校園網(wǎng)的帶寬利用率，將成果更好地應(yīng)用于校園網(wǎng)中，能夠在路由發(fā)現(xiàn)中解決實(shí)現(xiàn)多維的QoS指標(biāo)比較困難的問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供了一種多約束QoS路由選擇的優(yōu)化方法，所述方法包括：

起始節(jié)點(diǎn)發(fā)送的路由請求消息通過中間節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)；

目的節(jié)點(diǎn)針對接收到的每條路由路徑傳輸過來的路由請求消息，通過反向路由將每條路由路徑的鏈路質(zhì)量信息返回給起始節(jié)點(diǎn)；

起始節(jié)點(diǎn)計(jì)算出不滿意度最低的路由路徑作為最優(yōu)路由，并利用最優(yōu)路由傳輸數(shù)據(jù)。

其中，所述傳輸數(shù)據(jù)后，還包括：目的節(jié)點(diǎn)監(jiān)測整個路由路徑上的實(shí)際延時，當(dāng)延時超過閥值后，發(fā)送預(yù)警消息給需要發(fā)起路由請求的起始節(jié)點(diǎn)；起始節(jié)點(diǎn)重新開始發(fā)起路由請求尋找最優(yōu)路由，并利用最優(yōu)路由傳輸數(shù)據(jù)。

其中，所述起始節(jié)點(diǎn)，包括：發(fā)送數(shù)據(jù)的源節(jié)點(diǎn)或瓶頸節(jié)點(diǎn)。

其中，所述通過中間節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的方式具體是中間節(jié)點(diǎn)通過廣播的方式發(fā)送路由請求消息給相鄰節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過一個或多個節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。

其中，所述中間節(jié)點(diǎn)通過廣播的方式發(fā)送路由請求消息之前，還包括：將上一次發(fā)送過程中兩個節(jié)點(diǎn)間的鏈路質(zhì)量信息記錄在路由請求消息中。

其中，所述計(jì)算出不滿意度最低的路由路徑，包括：

根據(jù)每條路由路徑的鏈路質(zhì)量信息結(jié)合被傳輸數(shù)據(jù)的QoS約束參數(shù)和被傳輸數(shù)據(jù)對延時、帶寬、丟包率的敏感度計(jì)算出不滿意度最低的路由路徑；

其中，鏈路質(zhì)量信息包括：整個路由路徑中每兩個節(jié)點(diǎn)間的延時、帶寬和丟包率；被傳輸數(shù)據(jù)的QoS約束參數(shù)包括：數(shù)據(jù)流允許的最大延時、數(shù)據(jù)流的最小帶寬需求、數(shù)據(jù)流允許的最大丟包率。

本發(fā)明還提供了一種多約束服務(wù)質(zhì)量路由選擇的優(yōu)化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：起始節(jié)點(diǎn)、中間節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)，其中，

所述起始節(jié)點(diǎn)，用于發(fā)起路由請求通過中間節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，接收到目的節(jié)點(diǎn)返回的每條路由路徑的鏈路質(zhì)量信息后計(jì)算出不滿意度最低的路由路徑作為最優(yōu)路由，并利用最優(yōu)路由傳輸數(shù)據(jù)；

所述中間節(jié)點(diǎn)，用于轉(zhuǎn)發(fā)路由請求消息給目的節(jié)點(diǎn)，并且轉(zhuǎn)發(fā)目的節(jié)點(diǎn)返回的每條路由路徑的鏈路質(zhì)量信息給起始節(jié)點(diǎn)；

所述目的節(jié)點(diǎn)，用于針對接收到的每條路由路徑傳輸過來的路由請求消息，通過反向路由將每條路由路徑的鏈路質(zhì)量信息返回給起始節(jié)點(diǎn)。

其中，所述目的節(jié)點(diǎn)，還用于監(jiān)測整個路由路徑上的實(shí)際延時，當(dāng)延時超過閥值后，發(fā)送預(yù)警消息給需要發(fā)起路由請求的起始節(jié)點(diǎn)；起始節(jié)點(diǎn)重新開始發(fā)起路由請求尋找最優(yōu)路由，并利用最優(yōu)路由開始傳輸數(shù)據(jù)。

其中，所述起始節(jié)點(diǎn)，包括：發(fā)送數(shù)據(jù)的源節(jié)點(diǎn)或瓶頸節(jié)點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)效果：

本發(fā)明所提供的多約束服務(wù)質(zhì)量路由選擇的優(yōu)化方法及系統(tǒng)，由起始節(jié)點(diǎn)發(fā)送的路由請求消息通過中間節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，然后，目的節(jié)點(diǎn)針對接收到的每條路由路徑傳輸過來的路由請求消息，通過反向路由將每條路由路徑的鏈路質(zhì)量信息返回給起始節(jié)點(diǎn)，最后，起始節(jié)點(diǎn)計(jì)算出不滿意度最低的路由路徑作為最優(yōu)路由，并利用最優(yōu)路由傳輸數(shù)據(jù)。

這樣能夠?qū)崿F(xiàn)多維QoS路由，即尋找到一條最好的滿足多個QoS約束條件的路由路徑。與現(xiàn)有的AODV協(xié)議相比，能夠提高網(wǎng)絡(luò)的平均吞吐量和分組到達(dá)率，而且增大了滿足QoS約束參數(shù)中延時條件的數(shù)據(jù)包所占的比例。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本技術(shù)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的多約束QoS路由選擇的優(yōu)化方法的流程圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的路由請求的發(fā)送過程示意圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的返回鏈路質(zhì)量信息的過程示意圖；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的多約束QoS路由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來詳細(xì)說明本發(fā)明。

圖1為多約束QoS路由選擇的優(yōu)化方法的流程圖，如圖1所示，所述多約束QoS路由方法通常應(yīng)用于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)，并且基于AODV協(xié)議，所述方法具體包括以下步驟：

步驟10，起始節(jié)點(diǎn)發(fā)起路由請求，發(fā)送的路由請求消息通過中間節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。

具體的，所述起始節(jié)點(diǎn)包括：當(dāng)應(yīng)用層有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，而源節(jié)點(diǎn)沒有通往目的節(jié)點(diǎn)的路由時，源節(jié)點(diǎn)作為所述起始節(jié)點(diǎn)發(fā)起路由請求；或數(shù)據(jù)傳輸過程中，瓶頸節(jié)點(diǎn)也可以作為所述起始節(jié)點(diǎn)發(fā)起路由請求。所述發(fā)送的路由請求消息通過中間節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，具體是指：廣播發(fā)送路由請求消息給相鄰節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過一個或多個中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。其中，路由請求消息中包括：應(yīng)用層傳輸數(shù)據(jù)的QoS約束參數(shù)，例如：延時、帶寬、丟包率。同時接收到路由請求消息的中間節(jié)點(diǎn)還會在轉(zhuǎn)發(fā)前將上一次路由請求消息發(fā)送過程中的鏈路質(zhì)量信息記錄在路由請求消息中，具體包括：兩個節(jié)點(diǎn)間的延時、帶寬和丟包率。

進(jìn)一步的，中間節(jié)點(diǎn)判斷自己是否已收到過該路由請求消息，如果是，則直接丟棄所述路由請求消息，否則記錄上一次轉(zhuǎn)發(fā)過程中的鏈路質(zhì)量信息。中間節(jié)點(diǎn)接收到路由請求消息后，還需要根據(jù)數(shù)據(jù)流的QoS約束參數(shù)判斷上一次轉(zhuǎn)發(fā)是否符合約束參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，如果符合，則記錄上一次轉(zhuǎn)發(fā)過程中的鏈路質(zhì)量信息，并繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)；如果不符合，則直接丟棄所述路由請求消息。所述判斷具體為：對比上一次轉(zhuǎn)發(fā)的帶寬是否大于QoS約束參數(shù)中的帶寬要求，如果大于，則記錄上一次轉(zhuǎn)發(fā)過程中的鏈路質(zhì)量信息，并繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，否則，直接丟棄路由請求消息。下面結(jié)合圖2的實(shí)例對路由請求的發(fā)送過程進(jìn)行解釋。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例路由請求的發(fā)送過程示意圖，如圖2所示，假設(shè)節(jié)點(diǎn)1作為起始節(jié)點(diǎn)需要尋找到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)5的路由，圖中從節(jié)點(diǎn)發(fā)出的箭頭代表本節(jié)點(diǎn)廣播的RREQ報文。節(jié)點(diǎn)1會先廣播RREQ報文給它的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)2接收到節(jié)點(diǎn)1廣播的RREQ報文后，會先比較節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)2之間的帶寬是否大于RREQ報文的QoS約束參數(shù)中的帶寬，如果小于則直接丟棄該RREQ報文；如果大于則記錄下節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)2這段鏈路的延時、帶寬、和丟包率，然后廣播該RREQ報文。節(jié)點(diǎn)2廣播的RREQ報文會再次被節(jié)點(diǎn)1接收，這時由于該RREQ報文是由節(jié)點(diǎn)1剛剛發(fā)送給節(jié)點(diǎn)2的，因此節(jié)點(diǎn)1直接丟棄該RREQ報文。節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)6也會接收到該RREQ報文，它們是第一次收到該RREQ報文，同節(jié)點(diǎn)2的處理方法一樣，先比較本段鏈路帶寬與數(shù)據(jù)流需求帶寬，若滿足再記錄本段鏈路的延時、帶寬、和丟包率，并繼續(xù)廣播該RREQ報文。節(jié)點(diǎn)6經(jīng)過節(jié)點(diǎn)7的廣播，該RREQ報文到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)5。同時，節(jié)點(diǎn)3經(jīng)過節(jié)點(diǎn)4的廣播，所述RREQ報文也到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)5。節(jié)點(diǎn)4和節(jié)點(diǎn)7的轉(zhuǎn)發(fā)方式和節(jié)點(diǎn)2、3、6相同。此時，路由請求的過程得到兩條路由路徑，分別是：起始節(jié)點(diǎn)1經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)2、中間節(jié)點(diǎn)3、中間節(jié)點(diǎn)4到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)5；起始節(jié)點(diǎn)1經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)2、中間節(jié)點(diǎn)6、中間節(jié)點(diǎn)7、到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)5。

步驟20，目的節(jié)點(diǎn)針對接收到的每條路由路徑傳輸過來的路由請求消息，通過反向路由將每條路由路徑的鏈路質(zhì)量信息返回給起始節(jié)點(diǎn)；

具體的，所述反向路由是指中間節(jié)點(diǎn)在廣播路由請求報文的過程中建立的由本節(jié)點(diǎn)到發(fā)送路由請求的源節(jié)點(diǎn)的路由。圖3為本發(fā)明實(shí)施例返回鏈路質(zhì)量信息的過程示意圖，其中，目的節(jié)點(diǎn)5分別通過兩條反向路由將兩條路由路徑的鏈路質(zhì)量信息返回給起始節(jié)點(diǎn)1，分別是：目的節(jié)點(diǎn)5經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)4、中間節(jié)點(diǎn)3、中間節(jié)點(diǎn)2到達(dá)起始節(jié)點(diǎn)1；目的節(jié)點(diǎn)5經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)7、中間節(jié)點(diǎn)6、中間節(jié)點(diǎn)2到達(dá)起始節(jié)點(diǎn)1。

步驟30，起始節(jié)點(diǎn)根據(jù)每條路由返回的鏈路質(zhì)量信息計(jì)算出不滿意度最低的路由路徑作為最優(yōu)路由，并利用最優(yōu)路由開始傳輸數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，在步驟30之后的數(shù)據(jù)傳輸過程中，目的節(jié)點(diǎn)監(jiān)測整個路由路徑上數(shù)據(jù)包的實(shí)際延時，當(dāng)延時超過一個閥值后，目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送預(yù)警消息給需要發(fā)起路由請求的起始節(jié)點(diǎn)；起始節(jié)點(diǎn)重新開始發(fā)起路由請求尋找最優(yōu)路由，并利用最優(yōu)路由開始傳輸數(shù)據(jù)。

需要說明的是，在源節(jié)點(diǎn)或瓶頸節(jié)點(diǎn)尋找新路由的過程中，數(shù)據(jù)流的傳輸仍采用原來的路由，因?yàn)樵瓉淼穆酚刹]有違背數(shù)據(jù)流的QoS需求。尋找新的路由是為了避免出現(xiàn)違背數(shù)據(jù)流QoS需求的情況。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例多約束QoS路由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，所述多約束QoS路由方法的系統(tǒng)包括：起始節(jié)點(diǎn)41、中間節(jié)點(diǎn)42和目的節(jié)點(diǎn)43，其中，

所述起始節(jié)點(diǎn)41，用于發(fā)起路由請求，發(fā)送的路由請求消息通過中間節(jié)點(diǎn)42到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)43，接收到目的節(jié)點(diǎn)43返回的每條路由路徑的鏈路質(zhì)量信息后計(jì)算出不滿意度最低的路由路徑作為最優(yōu)路由，并利用最優(yōu)路由開始傳輸數(shù)據(jù)；

具體的，所述起始節(jié)點(diǎn)41包括：當(dāng)應(yīng)用層有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，而源節(jié)點(diǎn)沒有通往目的節(jié)點(diǎn)的路由時，源節(jié)點(diǎn)作為所述起始節(jié)點(diǎn)發(fā)起路由請求；或數(shù)據(jù)傳輸過程中，瓶頸節(jié)點(diǎn)也可以作為所述起始節(jié)點(diǎn)發(fā)起路由請求。所述發(fā)送的路由請求通過中間節(jié)點(diǎn)42到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)43，具體是指：廣播發(fā)送路由請求消息給相鄰節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過一個或多個中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。其中，路由請求消息中包括：應(yīng)用層傳輸數(shù)據(jù)的QoS約束參數(shù)，例如：延時、帶寬、丟包率。

所述計(jì)算出不滿意度最低的路由路徑，包括：根據(jù)每條路由路徑的鏈路質(zhì)量信息結(jié)合被傳輸數(shù)據(jù)的QoS約束參數(shù)和被傳輸數(shù)據(jù)對延時、帶寬、或丟包率的敏感度計(jì)算出不滿意度最低的路由路徑。其中，鏈路質(zhì)量信息包括：整個路由路徑中的傳輸延時、路徑中的最小鏈路帶寬和路徑中的累計(jì)丟包率；被傳輸數(shù)據(jù)的QoS約束參數(shù)包括：數(shù)據(jù)流允許的最大延時、數(shù)據(jù)流的最小帶寬需求、數(shù)據(jù)流允許的最大丟包率。

所述中間節(jié)點(diǎn)42，用于轉(zhuǎn)發(fā)路由請求消息給目的節(jié)點(diǎn)43，并且轉(zhuǎn)發(fā)目的節(jié)點(diǎn)43返回的每條路由路徑的鏈路質(zhì)量信息給起始節(jié)點(diǎn)41；

具體的，所述中間節(jié)點(diǎn)也可以是一個或多個。所述中間節(jié)點(diǎn)42接收到路由請求消息后，還會在轉(zhuǎn)發(fā)前將上一次路由請求消息發(fā)送過程中的鏈路質(zhì)量信息記錄在路由請求消息中，具體包括：兩個節(jié)點(diǎn)間的延時、帶寬和丟包率。

進(jìn)一步的，中間節(jié)點(diǎn)42判斷自己是否已收到過該路由請求消息，如果是，則直接丟棄所述路由請求消息，否則記錄上一次轉(zhuǎn)發(fā)過程中的鏈路質(zhì)量信息。中間節(jié)點(diǎn)42接收到路由請求消息后，還可以根據(jù)QoS約束參數(shù)判斷上一次轉(zhuǎn)發(fā)是否符合約束參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，如果符合，則記錄上一次轉(zhuǎn)發(fā)過程中的鏈路質(zhì)量信息，并繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)；如果不符合，則直接丟棄所述路由請求消息。所述判斷具體為：對比上一次轉(zhuǎn)發(fā)的帶寬是否大于QoS約束參數(shù)中的帶寬要求，如果大于，則記錄上一次轉(zhuǎn)發(fā)過程中的鏈路質(zhì)量信息，并繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，否則，直接丟棄路由請求消息。

所述目的節(jié)點(diǎn)43，用于針對接收到的每條路由路徑傳輸過來的路由請求消息，通過反向路由將每條路由路徑的鏈路質(zhì)量信息返回給起始節(jié)點(diǎn)41。

具體的，所述反向路由是指中間節(jié)點(diǎn)在廣播路由請求報文的過程中建立的由本節(jié)點(diǎn)到發(fā)送路由請求的源節(jié)點(diǎn)的路由。

進(jìn)一步的，所述目的節(jié)點(diǎn)43，還用于監(jiān)測整個路由路徑上的實(shí)際延時，當(dāng)延時超過一個閥值后，發(fā)送預(yù)警消息給需要發(fā)起路由請求的起始節(jié)點(diǎn)41；起始節(jié)點(diǎn)41重新開始發(fā)起路由請求尋找最優(yōu)路由，并利用最優(yōu)路由開始傳輸數(shù)據(jù)。

從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果：

本發(fā)明所提供的多約束服務(wù)質(zhì)量路由選擇的優(yōu)化方法及系統(tǒng)，由起始節(jié)點(diǎn)發(fā)送的路由請求消息通過中間節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，然后，目的節(jié)點(diǎn)針對接收到的每條路由路徑傳輸過來的路由請求消息，通過反向路由將每條路由路徑的鏈路質(zhì)量信息返回給起始節(jié)點(diǎn)，最后，起始節(jié)點(diǎn)計(jì)算出不滿意度最低的路由路徑作為最優(yōu)路由，并利用最優(yōu)路由傳輸數(shù)據(jù)。

這樣能夠?qū)崿F(xiàn)多維QoS路由，即尋找到一條最好的滿足多個QoS約束條件的路由路徑。與現(xiàn)有的AODV協(xié)議相比，能夠提高網(wǎng)絡(luò)的平均吞吐量和分組到達(dá)率，而且增大了滿足QoS約束參數(shù)中延時條件的數(shù)據(jù)包所占的比例。

本發(fā)明所提供的多約束服務(wù)質(zhì)量路由選擇的優(yōu)化方法及系統(tǒng)，可以進(jìn)一步提高校園網(wǎng)的帶寬利用率，解決高校校園網(wǎng)多媒體應(yīng)用與教學(xué)保障的矛盾，解決多校區(qū)之間互聯(lián)互通間帶寬的利用問題，提高帶寬利用效率，保障教學(xué)秩序，促進(jìn)校園網(wǎng)積極健康發(fā)展；同時也可以解決多媒體應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)QoS的矛盾，推進(jìn)多媒體應(yīng)用的發(fā)展，以致整個互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)重心的改變。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。