專利名稱：基于mimo的自組織網(wǎng)絡(luò)路由選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及路由選擇方法，用于自組織網(wǎng) 絡(luò)中的路由協(xié)議中。
背景技術(shù)：
隨著各種無(wú)線通信業(yè)務(wù)和寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，無(wú)線資源，尤其是 頻譜資源變得越來(lái)越緊張，如何高效的利用這些有限的通信資源已經(jīng)成為無(wú) 線通信技術(shù)發(fā)展的焦點(diǎn)所在，于是使用多天線的MIMO技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。研究表 明，MIMO技術(shù)能夠充分利用空間資源，在不增加系統(tǒng)帶寬和天線總發(fā)送功率 的情況下，可有效對(duì)抗無(wú)線信道衰落的影響，大大提高系統(tǒng)的頻譜利用率和 信道容量。
未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)除了充分利用通信資源外，還要求網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)靈活， 具有適應(yīng)性和生存能力。無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)Ad hoc是一種沒(méi)有預(yù)定的基礎(chǔ)設(shè)施 支撐的自組織可重構(gòu)的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，可以作為蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的有效加強(qiáng)。 因此，移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)將因其靈活性而在未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中扮演重要作 用。MIM0技術(shù)與自組織網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合也必將是通信領(lǐng)域的一個(gè)新的發(fā)展方向。
現(xiàn)在的自組織網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議大多是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中是單發(fā)單收天線節(jié)點(diǎn)的 情況。MANET工作組已經(jīng)公布了一系列的有關(guān)自組織網(wǎng)絡(luò)路由的草案，如動(dòng) 態(tài)源路由算法DSR、基于反向路徑轉(zhuǎn)發(fā)的拓?fù)浞职l(fā)協(xié)議TBRPF、優(yōu)化鏈路狀態(tài) 路由算法0LSR、按需距離矢量路由算法AODV、臨時(shí)按序路由算法TORA和區(qū)域路由算法ZRP。此外,研究還提出了許多自組織網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，如目的序列距 離矢量路由算法DSDV、無(wú)線路由協(xié)議WRP、陸標(biāo)路由協(xié)議LANMAR、位置輔助 路由。但是這些路由協(xié)議或者草案并不是針對(duì)MIMO鏈路的特性進(jìn)行設(shè)計(jì)的， 為了更好的利用MIMO特性，需要有專門針對(duì)MIMO路徑的路由協(xié)議。而路由選 擇是一個(gè)路由協(xié)議的核心部分，它直接關(guān)系著協(xié)議的性能。因此，設(shè)計(jì)適于 MIMO路徑的路由協(xié)議準(zhǔn)則是一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。
目前基于多天線的適合自組織網(wǎng)絡(luò)的路由準(zhǔn)則并不多見。K. Simdaresan 等人在2005年IEEE的國(guó)際會(huì)議(ICNP )上，發(fā)表了一篇論文《Routing in Ad-Hoc Networks with MIMO Links》，該文給出了一種適應(yīng)MIMO信道條件 的自適應(yīng)路由協(xié)議MIR。該協(xié)議通過(guò)利用MIMO系統(tǒng)兩種不同的工作模式 空間復(fù)用和空間分集實(shí)現(xiàn)路由的自適應(yīng)選擇。它的路由選擇準(zhǔn)則叫做MIR:
en(R) = i(第i跳需要靜默的區(qū)域)+(第i跳的傳輸速率) i=i
Li=i i i
込(R) = min(ip
其中fi為范圍擴(kuò)展因子，它與用于分集的天線數(shù)目成線性關(guān)系；ri 是第i條鏈路的信息速率因子，它是實(shí)際信息速率與單天線信息速率的比值。 "(R)小代表路徑的速率大、靜默區(qū)域小，a(R)越小的路徑，性能越好; ft(R)代表該條路徑的最大速率，込(R)越大的路由性能越好。該路由準(zhǔn)則把 "(R)作為第一考慮要素，選擇a(R)最小的路徑作為路由，只有在a(R)一樣 的情況下，才比較&(R)的值，選取a(R)大的路徑作為路由。 該路由準(zhǔn)則存在的問(wèn)題如下 (l)該準(zhǔn)則認(rèn)為天線用于分集和用于復(fù)用相比會(huì)增大靜默節(jié)點(diǎn)的區(qū)域，但是實(shí)際上發(fā)送功率相同，同等數(shù)目的天線用于分集或者復(fù)用時(shí)，造成的靜
默區(qū)域應(yīng)該是一樣的。MIMO技術(shù)就是在和單天線時(shí)天線總的發(fā)送功率相同的 情況下使用的，因此分集并沒(méi)有像上述協(xié)議中所說(shuō)的那樣增大靜默區(qū)域，所 以上述準(zhǔn)則的設(shè)計(jì)不合理。
(2) 由于一條路徑是由多條鏈路組成的，而決定這條路徑最大流量的 是該路徑上流量最小的那條鏈路，而上述路由準(zhǔn)則可能發(fā)生類似如圖l所述 情況
由圖l的比較可看出該準(zhǔn)則的缺陷，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中有六個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有 四根天線，圖l中實(shí)線代表復(fù)用鏈路，該復(fù)用鏈路表示傳輸距離與單天線下 的距離是一樣的，鏈路速率為單天線情況下的4倍記為R ，圖l中虛線代表分 集鏈路，該分集鏈路的傳輸距離為單天線的2倍，鏈路速率設(shè)為r，按照所述 MIR的路由選擇方法，選擇的路由應(yīng)該是第一條路徑?？墒请m然前面幾條鏈 路的速率都為R，但是最后一條鏈路的速率為r,成了瓶頸，使得前面發(fā)來(lái)的 包只能被存在緩存之中，沒(méi)有緩存的話就被直接丟掉，所以，MIR路由準(zhǔn)則 得到的路徑速率為r，但是它又選擇了過(guò)多的復(fù)用鏈路，增大了跳數(shù)，降低 了時(shí)延性能；第二條路由選擇的是三條速率都為r的鏈路，表面上看它的路 徑速率也是r，和MIR的一樣，然而實(shí)際上，它的跳數(shù)小于MIR路由，接入時(shí) 延也就大大減少，提高了時(shí)延性能，如果將其折合為流量，它的路徑速率就 會(huì)遠(yuǎn)大于MIR。
(3) 由于該協(xié)議選路的時(shí)候，把分集僅僅用于增大通信范圍，忽略了 在使用分集的時(shí)候可以同時(shí)結(jié)合調(diào)制方式，該準(zhǔn)則并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)發(fā)送范圍擴(kuò)展 與鏈路速率增加的折中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提出一種基于MIMO的 自組織網(wǎng)絡(luò)路由選擇方法，以充分利用MIMO鏈路特性，從端到端路徑出 發(fā)，將流量問(wèn)題轉(zhuǎn)化為時(shí)延，通過(guò)優(yōu)化路由選擇方法實(shí)現(xiàn)時(shí)延與流量的最優(yōu) 化，提高所選路由的性能。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是通過(guò)分析己有選路準(zhǔn)則的特點(diǎn)，結(jié)合 MIMO鏈路的特性，使適于MIMO特性的路由選擇方法能最大限度的被用于提 高路徑的時(shí)延與流量性能。具體步驟如下
擴(kuò)展鏈路特性步驟對(duì)原有的基本MIMO鏈路進(jìn)行擴(kuò)展，在使用基本的 分集復(fù)用特性的基礎(chǔ)之上，根據(jù)節(jié)點(diǎn)之間的距離判斷節(jié)點(diǎn)收發(fā)數(shù)據(jù)所需要的 范圍擴(kuò)展倍數(shù)，如果節(jié)點(diǎn)間距離小于最大范圍擴(kuò)展倍數(shù)，則將多余的分集增 益用于使用更高階的調(diào)制方式，否則，將全部分集增益用于增大發(fā)送范圍；
設(shè)計(jì)度量準(zhǔn)則步驟評(píng)價(jià)一條路由性能的主要指標(biāo)為路徑流量和路徑時(shí)
延，考慮這兩個(gè)因素結(jié)合已經(jīng)擴(kuò)展的MIMO鏈路的特性，設(shè)計(jì)出適于MIMO鏈 路的度量準(zhǔn)則Ri=k/ri + T，其中k表示數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度的量，ri是第i跳鏈 路的速率，k/ri是一幀傳輸所需要的時(shí)間，T表示一跳的接入時(shí)延與網(wǎng)絡(luò)處 理時(shí)延之和；
標(biāo)定度量值步驟根據(jù)上述準(zhǔn)則，結(jié)合實(shí)際的鏈路狀況，得出每條鏈路 的k與ri的值，從而標(biāo)定鏈路的度量值Ri;
路由選擇步驟根據(jù)已經(jīng)標(biāo)定的每條鏈路的度量值，將每條路徑上的鏈
路度量值Ri相加，得出路徑的度量ERi，選取ERi最小的路徑作為路由。
本發(fā)明的虛擬系統(tǒng)包括擴(kuò)展鏈路特性裝置在使用基本的分集復(fù)用度量的基礎(chǔ)之上，根據(jù)節(jié)點(diǎn) 之間的距離判斷節(jié)點(diǎn)收發(fā)數(shù)據(jù)所需要的范圍擴(kuò)展倍數(shù)，如果節(jié)點(diǎn)間距離小于 最大擴(kuò)展倍數(shù)，則將多余的分集增益用于使用更高階的調(diào)制方式，否則，將 全部分集增益用于增大發(fā)送范圍，這樣便將調(diào)制方式與分集相結(jié)合；
度量準(zhǔn)則設(shè)計(jì)裝置評(píng)價(jià)一條路由性能的主要指標(biāo)為流量和時(shí)延，考慮
這兩個(gè)因素結(jié)合已經(jīng)擴(kuò)展的MIM0鏈路的特性，設(shè)計(jì)出適于MIM0鏈路的度量 準(zhǔn)則Ri^k/ri + T，其中k表示數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度的量，ri是第i跳鏈路的速率， k/ri是一幀傳輸所需要的時(shí)間，T表示一跳的接入時(shí)延與網(wǎng)絡(luò)處理時(shí)延之和；
標(biāo)定度量值裝置根據(jù)上述準(zhǔn)則，結(jié)合實(shí)際的鏈路狀況，得出每條鏈路 的k與ri值，從而標(biāo)定鏈路的度量值Ri;
路由選擇裝置根據(jù)上述度量準(zhǔn)則，給每條鏈路標(biāo)定它的度量值Ri,根 據(jù)已經(jīng)標(biāo)定的每條鏈路的度量值Ri，選取路徑上所有鏈路的Ri值之和最小 的路徑作為路由，完成路由的選擇。
本發(fā)明通過(guò)考慮MIM0路徑的特性，結(jié)合了調(diào)制方式與分集范圍的折中， 從路徑的時(shí)延與流量性能出發(fā)，設(shè)計(jì)了更加適合MIM0路徑的選路準(zhǔn)則，利 用該選路準(zhǔn)則，不僅提高了路徑流量，降低了時(shí)延，而且更好的利用了MIMO 鏈路的特性。


圖1是現(xiàn)有MIR準(zhǔn)則的場(chǎng)景圖； 圖2是本發(fā)明的路由選擇流程圖； 圖3是本發(fā)明的鏈路擴(kuò)展流程圖； 圖4是本發(fā)明的基本應(yīng)用場(chǎng)景圖；圖5是采用現(xiàn)有MIR度量法進(jìn)行路由選擇獲得的路徑拓?fù)浼靶阅軋D； 圖6是采用現(xiàn)有復(fù)用鏈路選擇法進(jìn)行路由選擇獲得的路徑拓?fù)浼靶阅軋D； 圖7是采用現(xiàn)有分集鏈路選擇法進(jìn)行路由選擇獲得的路徑拓?fù)浼靶阅軋D； 圖8是采用本發(fā)明方法進(jìn)行路由選擇獲得的路徑拓?fù)浼靶阅軋D。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明基于MIMO鏈路的自組網(wǎng)路由選擇系統(tǒng)，包括擴(kuò)展鏈路特性裝 置、度量準(zhǔn)則設(shè)計(jì)裝置和路由選擇裝置。其中
擴(kuò)展鏈路特性裝置，是在使用基本的分集復(fù)用度量的基礎(chǔ)之上，根據(jù)節(jié) 點(diǎn)之間的距離判斷節(jié)點(diǎn)收發(fā)數(shù)據(jù)所需要的范圍擴(kuò)展倍數(shù)，如果節(jié)點(diǎn)間距離小 于最大擴(kuò)展倍數(shù)，則將多余的分集增益用于使用更高階的調(diào)制方式，否則， 將全部分集增益用于增大發(fā)送范圍；
度量準(zhǔn)則設(shè)計(jì)裝置，評(píng)價(jià)一條路由性能的主要指標(biāo)為路徑流量和路徑時(shí) 延，考慮這兩個(gè)因素結(jié)合己經(jīng)擴(kuò)展的MIMO鏈路的特性，設(shè)計(jì)出適于MIMO鏈 路的度量準(zhǔn)則Ri=k/ri + T,其中k表示數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度的量，ri是第i跳鏈 路的速率，k/ri是一幀傳輸所需要的時(shí)間，T表示一跳的接入時(shí)延與網(wǎng)絡(luò)處 理時(shí)延之和；
標(biāo)定度量值裝置，根據(jù)上述準(zhǔn)則，結(jié)合實(shí)際的鏈路狀況，得出每條鏈路 的k與ri的值，從而標(biāo)定鏈路的度量值Ri;
路由選擇裝置，是根據(jù)上述度量準(zhǔn)則，先給每條鏈路標(biāo)定它的度量值Ri, 再根據(jù)已經(jīng)標(biāo)定的每條鏈路的度量值Ri，選取路徑上所有鏈路的Ri值之和 最小的路徑作為路由，完成路由的選擇。
參照?qǐng)D2，本發(fā)明選擇路由的步驟包括一. 擴(kuò)展鏈路特性步驟
參照?qǐng)D3，根據(jù)MIMO的特性，MIMO基本鏈路分為分集鏈路與復(fù)用鏈路。 MIM0鏈路的速率公式為C=min (m, n) log2 (1+p)，其中m， n是收發(fā)端 天線數(shù)目，p是每個(gè)天線的平均信噪比。由公式可見速率增大的倍數(shù)是與收 發(fā)天線數(shù)目最小值成線性關(guān)系的，因而復(fù)用鏈路可以在不增大發(fā)送功率的條 件下，增大鏈路的速率。而MIMO分集鏈路的增益可以用于增大數(shù)據(jù)的發(fā)送 距離，距離擴(kuò)展倍數(shù)公式為卜d/d^^lO"ivGai"71^，其中d/d^。是實(shí)際通 信半徑與單天線通信半徑的比值，DWGain是全部天線用于分集可得的分集增 益，a是路徑損耗參數(shù)。
本發(fā)明在使用基本的分集復(fù)用鏈路的基礎(chǔ)之上，對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展，并根據(jù) 節(jié)點(diǎn)之間的距離判斷它所需要的距離擴(kuò)展倍數(shù)，首先確定收發(fā)節(jié)點(diǎn)所配置的 天線數(shù)目，得出最大分集增益DivGain，根據(jù)天線數(shù)目與距離擴(kuò)展倍數(shù)公式 ，d/d^w = 10"ivGain/1()a ，得出收發(fā)節(jié)點(diǎn)最大天線數(shù)目能達(dá)到的距離擴(kuò)展因
子f。獲得收發(fā)節(jié)點(diǎn)之間的距離信息，計(jì)算到達(dá)該距離所需的距離擴(kuò)展信息 f',單天線所能達(dá)到的距離擴(kuò)展因子為l。如果f〉f' 〉1，說(shuō)明有多余的分集 增益，將調(diào)制方式與分集進(jìn)行折中，在達(dá)到目標(biāo)距離的前提下，用更高階的 調(diào)制，提高鏈路速率，得出鏈路速率值ri;如果f^f'，將全部的分集增益 用于距離擴(kuò)展，得出鏈路速率值ri;如果f' 〈l或者f' =1，該條鏈路為復(fù)用 鏈路，不需要距離擴(kuò)展，得出鏈路速率值ri;否則，該鏈路不可達(dá)。這種將 調(diào)制方式與分集相結(jié)合的擴(kuò)展鏈路的方式，充分的利用了MIMO鏈路的特性。
二.設(shè)計(jì)度量準(zhǔn)則步驟
目前，最基本的利用MIMO鏈路的準(zhǔn)則是復(fù)用鏈路準(zhǔn)則與分集鏈路準(zhǔn)則。復(fù)用鏈路準(zhǔn)則就是選擇路徑中復(fù)用鏈路最多的那條路徑作為路由，分集鏈路
準(zhǔn)則就是選擇路徑中分集鏈路最多的那條路徑作為路由。MIR選路準(zhǔn)則雖然 結(jié)合利用了分集與復(fù)用鏈路，但是由于它本身存在的問(wèn)題，也并沒(méi)能充分利 用MIM0鏈路。在選路準(zhǔn)則設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該充分考慮鏈路特性與路徑性能。
衡量一條路徑性能的重要指標(biāo)就是路徑時(shí)延與路徑流量，所以本發(fā)明在 設(shè)計(jì)選路準(zhǔn)則的時(shí)候主要考慮了所擴(kuò)展的鏈路特性對(duì)于路徑速率以及路徑 時(shí)延的影響。將衡量流量性能的指標(biāo)轉(zhuǎn)化為時(shí)延指標(biāo)，在準(zhǔn)則中同時(shí)反映了 時(shí)延與流量性能，結(jié)合己擴(kuò)展的MIM0鏈路的特性設(shè)計(jì)一個(gè)適于其路由度量 準(zhǔn)則為
Ri=k/ri + T
其中，K表示數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度的量，其目的為了表示業(yè)務(wù)量；ri是第i跳 鏈路的速率；k/ri是一幀傳輸所需要的時(shí)間；T表示一跳的接入時(shí)延與網(wǎng)絡(luò) 處理時(shí)延之和，假設(shè)為定值。本發(fā)明主要研究的是MIMO鏈路下的路徑性能， 假設(shè)節(jié)點(diǎn)己經(jīng)握手完畢，每一跳所需的接入時(shí)延與網(wǎng)絡(luò)處理時(shí)延是相同的， 因此假設(shè)T是個(gè)恒定的值，它對(duì)于每一跳取值都是相同的。
本發(fā)明準(zhǔn)則的特別之處在于，它將衡量流量性能的指標(biāo)轉(zhuǎn)化為時(shí)延指 標(biāo)，綜合考慮了時(shí)延與路徑流量。路徑時(shí)延主要是由接入時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)處理時(shí) 延和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延組成，其中接入時(shí)延占大部分，也就是說(shuō)跳數(shù)相對(duì)小的路 徑，時(shí)延相對(duì)較小。在相同時(shí)間內(nèi)，時(shí)延小的路徑傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)量更大，可以 等效為同等時(shí)間內(nèi)時(shí)延小的路徑傳輸?shù)牧髁扛蟆Ｈ绻x取Ri值之和最小 的路徑也就相當(dāng)于得到了一條時(shí)延小并且流量大的路徑?？梢?，該度量綜合 了時(shí)延與流量性能。三. 標(biāo)定度量值步驟
當(dāng)源節(jié)點(diǎn)有業(yè)務(wù)要發(fā)送的時(shí)候，數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度的大小即為k的值。根據(jù)每 條鏈路收發(fā)節(jié)點(diǎn)之間的距離，得出所需的距離擴(kuò)展因子，判斷該條鏈路到底 是復(fù)用鏈路、分集鏈路還是結(jié)合調(diào)制方式的鏈路，最后得出該條鏈路的速率， 即為ri， T為一個(gè)恒定的值。找出由源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的所有連通的路徑， 再根據(jù)所設(shè)計(jì)的選路準(zhǔn)則，給每條路徑上的鏈路標(biāo)注其度量值Ri。
四. 路由選擇步驟
進(jìn)行路由選擇的時(shí)候，將己經(jīng)標(biāo)定的每條鏈路的度量值作為這條鏈路的 代價(jià)，利用傳統(tǒng)的4ijkstra算法進(jìn)行選路，得出的路由就是ERi值最小的 那條路徑。
以下給出本發(fā)明與現(xiàn)有選路準(zhǔn)則的仿真對(duì)比效果
仿真條件仿真場(chǎng)景是由七個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都配置了
四根天線，"=3,代表路徑損耗參數(shù)，見圖4。其中實(shí)線代表復(fù)用鏈路，即 實(shí)際通信半徑與單天線通信半徑相同，1*1天線即可達(dá)到的鏈路；虛線表示 分集鏈路，即實(shí)際通信半徑大于單天線通信半徑，需要2*2天線才可到達(dá)的 鏈路。由于MIMO技術(shù)的引入，原來(lái)單一的鏈路變得更加豐富，如:AC之間的 路徑，原i只能通過(guò)A—〉B—〉C，現(xiàn)在由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有四根天線，所以有了 AC之間直接的通路；A、 F、 G、 E這條路徑也是單天線下不能利用的。我們 將在圖4這同一個(gè)拓?fù)洵h(huán)境下使用不同的選路準(zhǔn)則進(jìn)行選路，對(duì)得到的路徑 性能進(jìn)行比較。
首先，根據(jù)不同的度量方法給每條鏈路標(biāo)定一個(gè)度量值 (1)采用MIR的度量方法，其度量準(zhǔn)則如下-en(R) = 2(第i跳需要靜默的區(qū)域)+(第i跳的傳輸速率)
<formula>formula see original document page 13</formula>
其中fi為范圍擴(kuò)展因子，它與用于分集的天線數(shù)目成線性關(guān)系；ri是 第i條鏈路的信息速率因子，它是實(shí)際信息速率與單天線信道容量的比值。
a(R)代表的是一條速率大、靜默區(qū)域小的路徑，a(R)越小的路徑，性 能越好，因此在使用MIMO技術(shù)的時(shí)候，應(yīng)使用盡可能少的天線；込(R)代表 該條路徑的最大速率，込(R)越大的路由性能越好。該路由選擇方法把a(bǔ)(R)作
為第一考慮要素，選擇a(R)最小的路徑作為路由，只有在a(R)一樣的情況
下，才考慮込(R)的性能。
如圖5，對(duì)于本場(chǎng)景復(fù)用鏈路的范圍擴(kuò)展因子為1，信息速率因子為 4，可得復(fù)用鏈路的度量值為(1*1)/4=1/4;分集鏈路的所用的分集天線數(shù)目 為2，信息速率因子為l，可得分集鏈路的度量值為(2*2) /1=4。因此各條 路徑的度量分別為
{A— 〉B— 〉C— 〉D~ >E}---------{4.75， 1}
{A— 〉C — 〉D — 〉E} ---------{8. 25， 1}
{A_ >F — 〉G — >E} ---------{ 12 ， 1}
根據(jù)MIR準(zhǔn)則，應(yīng)該選擇的路由是A—〉B—〉C—>D~〉E這條路徑。 (2)采用復(fù)用鏈路選擇方法
復(fù)用鏈路選路準(zhǔn)則就是選擇路徑中復(fù)用鏈路最多的那條路徑作為路由。
如圖6，計(jì)算各條路徑中的復(fù)用鏈路的數(shù)目，由拓?fù)淇梢?，其中的?fù)用
鏈路分別是A—〉B， B—〉C， D~〉E，可得(A—〉B—>C—>D~>E}---------該路徑包含3條復(fù)用鏈路；
(A— 〉C 一〉D — 〉E}---------該路徑包含1條復(fù)用鏈路；
(A— 〉F —>G — 〉E}---------該路徑包含0條復(fù)用鏈路；
根據(jù)這個(gè)準(zhǔn)則，選擇的是A—〉B—〉C—〉D"—〉E這條路徑。
(3) 采用分集鏈路選擇方法 分集鏈路的準(zhǔn)則就是選擇路徑中分集鏈路最多的那條路徑作為路由。 如圖7，計(jì)算各條路徑中的分集鏈路的數(shù)目，由拓?fù)淇梢姡渲械膹?fù)
用鏈路分別是A— 〉C， C一〉D， A— >F， F —〉G， G — >E，可得
(A—〉B—〉C一〉D"〉E)---------該路徑包含1條分集鏈路；
(A— >C 一〉D — 〉E}---------該路徑包含2條分集鏈路；
(A— 〉F —〉G — 〉E}---------該路徑包含3條分集鏈路；
根據(jù)這個(gè)準(zhǔn)則，選擇的是A—〉F—〉G—〉E這條路徑。
(4) 采用本發(fā)明的度量方法
度量準(zhǔn)則為Ri=k/ri + T (第i條鏈路的度量值) K為需要發(fā)送的業(yè)務(wù)量，T為恒定值。 選擇路徑的Ri之和最小的路徑作為路由 R= min ERi
本發(fā)明在利用MIMO特性的時(shí)候，并沒(méi)有把增大發(fā)送范圍和增大速率作 為兩個(gè)不可融合的特性。在圖8所示的場(chǎng)景中實(shí)線表示復(fù)用，即實(shí)際通信 半徑與單天線通信半徑的比值為1，虛線表示分集，即實(shí)際通信半徑與單天 線通信半徑的比值為2。由于拓?fù)渲械墓?jié)點(diǎn)都配置了 4根天線，在4*4MIM0 系統(tǒng)中，使用STBC碼進(jìn)行分集方式通信可以獲得16dB左右的分集增益，這
14里取為15dB。由公式卜d/d^^^l0^ivGai"^"，全部天線分集可以使發(fā)送范
圍增大為單天線下的3. 16倍左右，但是場(chǎng)景中的分集鏈路只需2*2天線的
增益即可，那么就有多余的分集增益，這些多余的增益使節(jié)點(diǎn)可以選擇比特 率更高的調(diào)制方式，在距離擴(kuò)展的同時(shí)增大鏈路速率。通過(guò)鏈路特性擴(kuò)展，
在達(dá)到所需距離擴(kuò)展的同時(shí)，鏈路速率為單天線下的3倍。因此，根據(jù)我們 的方法，拓?fù)渲械膶?shí)線，表示復(fù)用鏈路，其鏈路速率為4倍的單天線下的鏈 路速率；拓?fù)渲械奶摼€，表示分集結(jié)合調(diào)制方式的鏈路，其鏈路的速率為單 天線模式下的速率的3倍?？傻茫摼€鏈路的度量值為K/3+T，實(shí)線鏈路的 度量值為K/4+T。因此各條路徑的度量分別為
{A—〉B—〉C—〉D~>E}---------該路徑度量值為(13K/12+3T);
(A— 〉C 一〉D — 〉E}---------該路徑度量值為(11K/12+3T);
(A— 〉F —〉G — 〉E}---------該路徑度量值為(K+3T);
根據(jù)本發(fā)明的準(zhǔn)則，選擇的是A—〉C一〉D"〉E這條路徑。 對(duì)比以上四種路由選擇策略可見，復(fù)用鏈路準(zhǔn)則最后選擇的就是復(fù)用 鏈路最多的路徑，將單條鏈路的速率作為主要因素。但是實(shí)際上路徑的速率 是由路徑上面的速率最小的鏈路決定的，可見這種路由選擇方案的某些不合 理性。分集路徑準(zhǔn)則找出的是分集鏈路最多的路徑，只考慮了時(shí)延特性，忽 略了速率性能。MIR路由認(rèn)為使用多的天線會(huì)增加靜默范圍，把天線因子放 在分子上，速率放在分母上，可是經(jīng)過(guò)證明，在發(fā)射功率相同的情況下，靜 默節(jié)點(diǎn)的范圍是不會(huì)擴(kuò)大的，因此這個(gè)準(zhǔn)則就有一定的不合理性。按照本發(fā) 明準(zhǔn)則選擇的路徑有兩條分集鏈路，最后一條是復(fù)用鏈路。
比較本發(fā)明與復(fù)用鏈路選擇方法，由圖8與圖6比較可見，分集路由得到的是三條分集鏈路，本發(fā)明準(zhǔn)則得到是兩條分集鏈路和一條復(fù)用鏈路，對(duì) 比這兩個(gè)準(zhǔn)則得到的路徑，只有最后一條鏈路不一樣。分集準(zhǔn)則的最后一條 鏈路是一條分集鏈路，本發(fā)明的最后一條鏈路是一條復(fù)用鏈路。而復(fù)用鏈路 的速率大于分集鏈路，因此本發(fā)明準(zhǔn)則得到的路由性能也就優(yōu)于分集準(zhǔn)則得 到的路由。
比較本發(fā)明與MIR鏈路選擇方法，由圖8與圖5比較可見，MIR路由得 到的是三條復(fù)用鏈路， 一條分集鏈路。本發(fā)明準(zhǔn)則得到是兩條分集鏈路和一 條復(fù)用鏈路，和本發(fā)明所得路由相比，MIR的兩跳復(fù)用鏈路和本發(fā)明所得路 由的一跳分集鏈路達(dá)到了同樣的節(jié)點(diǎn)。從時(shí)延上看，分集鏈路發(fā)送范圍更大， 跳數(shù)小，接入時(shí)延小，而接入時(shí)延占在總時(shí)延中占了大比重，雖然復(fù)用鏈路 的速率大于分集鏈路，但是復(fù)用鏈路需要兩跳，接入時(shí)延大，總的時(shí)延還是 分集鏈路的小，因此， 一跳分集鏈路肯定優(yōu)于兩跳復(fù)用鏈路；從速率上看， 雖然MIR路由選的鏈路速率比較高，但是它的第三跳是一條分集鏈路，即路 徑速率實(shí)際上等于這條分集鏈路的速率，那么前面選擇速率高的鏈路對(duì)于路 徑流量的增益就被大打折扣了。這么看來(lái)，前面不選擇分集路徑而選擇速率 高的復(fù)用路徑所做的犧牲得不償失。本發(fā)明所選路由的路徑速率小于MIR所 選路由，但是時(shí)延小于MIR所選路由，所以本發(fā)明所選路由優(yōu)于MIR所選路 由。
比較本發(fā)明與分集鏈路選擇方法，由圖8與圖7比較可見，復(fù)用路由選 擇的是復(fù)用鏈路最多的路徑，只考慮鏈路速率，忽略了分集鏈路的優(yōu)勢(shì)。本 發(fā)明的路由在考慮時(shí)延性能的同時(shí)，也盡可能的選擇速率好的路徑，因此優(yōu) 于復(fù)用鏈路。經(jīng)過(guò)以上比較，可見本發(fā)明的準(zhǔn)則得出的路由性能優(yōu)于其他的準(zhǔn)則得出
的路由，更好的利用了MIMO鏈路的特性，提高所選路由的性能。
權(quán)利要求
1. 一種基于MIMO鏈路的自組網(wǎng)路由選擇系統(tǒng)，包括擴(kuò)展鏈路特性裝置在使用基本的分集復(fù)用度量的基礎(chǔ)之上，根據(jù)節(jié)點(diǎn)之間的距離判斷節(jié)點(diǎn)收發(fā)數(shù)據(jù)所需要的距離擴(kuò)展倍數(shù)，如果節(jié)點(diǎn)間距離小于最大擴(kuò)展倍數(shù)，則將多余的分集增益用于使用更高階的調(diào)制方式，否則，將全部分集增益用于增大發(fā)送范圍；度量準(zhǔn)則設(shè)計(jì)裝置評(píng)價(jià)一條路由性能的主要指標(biāo)為路徑流量和路徑時(shí)延，考慮這兩個(gè)因素結(jié)合已經(jīng)擴(kuò)展的MIMO鏈路的特性，設(shè)計(jì)出適于MIMO鏈路的度量準(zhǔn)則Ri＝k/ri+T，其中k表示數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度的量，ri是第i跳鏈路的速率，k/ri是一幀傳輸所需要的時(shí)間，T表示一跳的接入時(shí)延與網(wǎng)絡(luò)處理時(shí)延之和；標(biāo)定度量值裝置根據(jù)上述準(zhǔn)則，結(jié)合實(shí)際的鏈路狀況，得出每條鏈路的k與ri的值，計(jì)算出Ri，從而標(biāo)定鏈路的度量值Ri；路由選擇裝置根據(jù)上述度量準(zhǔn)則，給每條鏈路標(biāo)定它的度量值Ri，根據(jù)已經(jīng)標(biāo)定的每條鏈路的度量值Ri，選取路徑上所有鏈路的Ri值之和最小的路徑作為路由，完成路由的選擇。
2. —種基于MIM0鏈路的自組網(wǎng)路由選擇方法，包括 擴(kuò)展鏈路特性步驟對(duì)原有的基本MIMO鏈路進(jìn)行擴(kuò)展，在使用基本的分集復(fù)用特性的基礎(chǔ)之上，根據(jù)節(jié)點(diǎn)之間的距離判斷節(jié)點(diǎn)收發(fā)數(shù)據(jù) 所需要的范圍擴(kuò)展倍數(shù)，如果節(jié)點(diǎn)間距離小于最大擴(kuò)展倍數(shù)，則將多余 的分集增益用于使用更高階的調(diào)制方式，否則，將全部分集增益用于增大發(fā)送范圍；度量準(zhǔn)則設(shè)計(jì)步驟評(píng)價(jià)一條路由性能的主要指標(biāo)為流量和時(shí)延， 考慮這兩個(gè)因素結(jié)合已經(jīng)擴(kuò)展的MIMO鏈路的特性，設(shè)計(jì)出適于MIMO鏈 路的度量準(zhǔn)則Ri=k/ri + T，其中k表示數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度的量，ri是第i 跳鏈路的速率，k/ri是一幀傳輸所需要的時(shí)間，T表示一跳的接入時(shí)延 與網(wǎng)絡(luò)處理時(shí)延之和，假設(shè)為恒定的值；標(biāo)定度量值步驟根據(jù)上述準(zhǔn)則，結(jié)合實(shí)際的鏈路狀況，得出每條 鏈路的k與ri的值，計(jì)算出Ri,從而標(biāo)定鏈路的度量值Ri;路由選擇步驟根據(jù)已經(jīng)標(biāo)定的每條鏈路的度量值，將每條路徑上的鏈路度量值Ri相加，得出路徑的度量ERi，選取ERi最小的路徑作 為路由。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的自組網(wǎng)路由選擇方法，其中度量準(zhǔn)則 Ri=k/ri + T中k所表示的數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度，是作為業(yè)務(wù)量度量的因子，它 的值是隨著源節(jié)點(diǎn)所要發(fā)送數(shù)據(jù)包的大小而變化的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的自組網(wǎng)路由選擇方法，其中度量準(zhǔn)則 Ri=k/ri + T中T對(duì)于每一跳的取值都是相同的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于MIMO鏈路的自組織網(wǎng)絡(luò)下的路由選擇方法，主要用于解決當(dāng)前路由選擇準(zhǔn)則不能很好的利用MIMO條件下新鏈路特性的問(wèn)題。其路由選擇步驟為(1)擴(kuò)展鏈路特性根據(jù)鏈路的情況將其分為分集鏈路、復(fù)用鏈路和分集調(diào)制結(jié)合的鏈路；(2)設(shè)計(jì)度量準(zhǔn)則考慮決定路由性能的各種因素，設(shè)計(jì)出度量準(zhǔn)則Ri＝k/ri+T；(3)標(biāo)定度量值根據(jù)鏈路實(shí)際情況確定度量準(zhǔn)則Ri中的未知參數(shù)，得出Ri的值，從而標(biāo)定鏈路的度量值；(4)路由選擇計(jì)算出路徑的度量∑Ri，選取∑Ri最小的路徑作為路由。本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)更加適合于MIMO鏈路的選路準(zhǔn)則，能夠選擇更優(yōu)的路由，明顯提高了路由協(xié)議的性能。
文檔編號(hào)H04B7/04GK101511118SQ200910021619
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者李建東, 李紅艷, 李維英, 白雪茜, 敏 盛, 趙林靖 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)