基于節(jié)點(diǎn)擁塞度預(yù)測的動態(tài)多徑aodv路由方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于節(jié)點(diǎn)擁塞度預(yù)測的動態(tài)多徑AODV路由方法，首先，節(jié)點(diǎn)建立灰色系統(tǒng)GM(1,1)預(yù)測模型和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，根據(jù)前n個(gè)時(shí)刻的節(jié)點(diǎn)隊(duì)列占用量，預(yù)測第n+1時(shí)刻節(jié)點(diǎn)隊(duì)列占用量，并通過計(jì)算得出節(jié)點(diǎn)擁塞度；其次，引入多徑機(jī)制，在建立主路徑的過程中，綜合考慮節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)量大小和鄰居節(jié)點(diǎn)平均節(jié)點(diǎn)擁塞度，在滿足一定條件時(shí)，啟動多徑機(jī)制。在建立主路徑時(shí)，綜合考慮節(jié)點(diǎn)跳數(shù)和擁塞度，使建立的主路徑具有節(jié)點(diǎn)跳數(shù)少、擁塞度小的優(yōu)點(diǎn)。在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，當(dāng)主路徑上的下一跳主節(jié)點(diǎn)將發(fā)生擁塞時(shí)，通過建立輔助路徑繞過擁塞節(jié)點(diǎn)。采用此方法，可以降低網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞的可能性、增加網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、減少端到端時(shí)延、延長網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。
【專利說明】基于節(jié)點(diǎn)擁塞度預(yù)測的動態(tài)多徑AODV路由方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的路由方法，特別是一種基于節(jié)點(diǎn)擁塞度預(yù)測的動態(tài)多徑AODV路由方法，。
【背景技術(shù)】
[0002]移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)(移動自組織網(wǎng)絡(luò))，又稱MANET (Mobile Ad Hoc Networks)，是一類由移動節(jié)點(diǎn)通過共享無線信道相互通信構(gòu)成的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)，不依賴于任何固定的基礎(chǔ)設(shè)施。網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)之間地位平等，都參與路由發(fā)現(xiàn)與路由維護(hù)。移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)具有獨(dú)立組網(wǎng)能力，以及自組織性、無中心性、動態(tài)性等特點(diǎn)，比有中心的無線網(wǎng)絡(luò)更堅(jiān)固耐用、具有更高的抗毀性，比較適用于交通、戰(zhàn)場、搶險(xiǎn)、救援、探險(xiǎn)、危險(xiǎn)環(huán)境中的目標(biāo)監(jiān)控等需要臨時(shí)通信的場合。因此，移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)成為當(dāng)今的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
[0003]無線自組網(wǎng)按需平面距離矢量路由協(xié)議(Ad hoc On-Demand Distance VectorRouting, A0DV)是由因特網(wǎng)工程任務(wù)組(Internet Engineering Task Force, IETF) MANET工作組為無線移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)提出的一種標(biāo)準(zhǔn)化的按需式路由協(xié)議，它是為了適應(yīng)無線移動自組織網(wǎng)的需求，對DSDV路由算法和DSR路由算法進(jìn)行改進(jìn)而形成的。AODV是一種按需路由協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù)分組的時(shí)候進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)過程，這使得AODV路由協(xié)議具有簡單、路由開銷小等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]AODV路由協(xié)議在建立路由過程中，只考慮了節(jié)點(diǎn)跳數(shù)的問題，隨著網(wǎng)絡(luò)負(fù)載增加，網(wǎng)絡(luò)會出現(xiàn)局部擁塞，吞吐量下降很快，因此在路由建立過程中必須要考慮擁塞問題?，F(xiàn)有的解決方案大多只考慮當(dāng)前時(shí)刻的鏈路穩(wěn)定問題，并且很少考慮多徑問題，效果不是很理想。因此在本發(fā)明中，首先每個(gè)節(jié)點(diǎn)建立預(yù)測模型，能夠準(zhǔn)確的預(yù)測節(jié)點(diǎn)下一時(shí)刻的擁塞情況；其次引入動態(tài)多徑機(jī)制，當(dāng)要發(fā)送的數(shù)據(jù)量過大或者源節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)平均擁塞度過高時(shí)，采用多徑機(jī)制，將集中在一條路徑上的負(fù)載分配到多條路徑上，可以有效地緩解擁塞，平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，降低端到端時(shí)延。本專利的重點(diǎn)是在準(zhǔn)確預(yù)測節(jié)點(diǎn)的擁塞度基礎(chǔ)上，弓丨入多徑機(jī)制，在建立路徑和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)綜合考慮跳數(shù)和擁塞度，使路徑同時(shí)具有擁塞度小、跳數(shù)少的優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出一種基于節(jié)點(diǎn)擁塞度預(yù)測的動態(tài)多徑AODV路由方法(NodeCongestion Degree Predict based Dynamic Multipath A0DV, NCDPDM_A0DV),目的是在傳統(tǒng)的AODV協(xié)議的基礎(chǔ)上，通過融合節(jié)點(diǎn)擁塞度預(yù)測和多徑機(jī)制，減少網(wǎng)絡(luò)中擁塞發(fā)生的可能性，降低擁塞發(fā)生帶來的嚴(yán)重影響。本發(fā)明通過建立兩個(gè)預(yù)測模型預(yù)測節(jié)點(diǎn)隊(duì)列占用量和節(jié)點(diǎn)的擁塞度，引入動態(tài)多徑機(jī)制，在鄰居節(jié)點(diǎn)平均節(jié)點(diǎn)擁塞度和源節(jié)點(diǎn)要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)量大小滿足一定的條件時(shí)啟動多路徑發(fā)現(xiàn)過程。在多徑機(jī)制未啟用時(shí)，節(jié)點(diǎn)仍采用單徑機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。在建立主路徑時(shí)，綜合考慮節(jié)點(diǎn)跳數(shù)和節(jié)點(diǎn)的擁塞度，使得NCDPDM_AODV建立的主路徑具有節(jié)點(diǎn)跳數(shù)少、擁塞度小的優(yōu)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，當(dāng)下一跳主節(jié)點(diǎn)要發(fā)生擁塞時(shí)，通過建立輔助路徑繞過下一跳擁塞主節(jié)點(diǎn)，能夠有效的達(dá)到擁塞避免的目的。
[0006]本發(fā)明所采用的具體方法如下。
[0007](I)節(jié)點(diǎn)分別建立灰色系統(tǒng)GM(1，I)預(yù)測模型和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，用來分別預(yù)測下一時(shí)刻節(jié)點(diǎn)隊(duì)列占用量。節(jié)點(diǎn)隊(duì)列占用量是指節(jié)點(diǎn)MAC層接口緩沖隊(duì)列中已被占用空間，即所有的未處理的消息的字節(jié)數(shù)。通過MAC層為網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)可以獲得MAC層緩存隊(duì)列中已被占用的空間大小和隊(duì)列總空間大小。
[0008]節(jié)點(diǎn)每隔一段時(shí)間獲取MAC層緩存隊(duì)列中已被占用量。把前η個(gè)時(shí)刻節(jié)點(diǎn)隊(duì)列占用量作為兩個(gè)預(yù)測模型的輸入，得到第η+1時(shí)刻兩個(gè)模型的預(yù)測輸出值。然后按照權(quán)重加權(quán)組合兩個(gè)預(yù)測值，權(quán)重系數(shù)是《，通過計(jì)算可得到第η+1時(shí)刻節(jié)點(diǎn)隊(duì)列占用量的最終預(yù)測值。假設(shè)灰色系統(tǒng)GM(1，1)模型的預(yù)測值是X1, RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測值是X2，則最終預(yù)測結(jié)果 X=w*X^(1-w)*X2。其中，ne [3，5]，w e (0.5，I)。
[0009](2)引入下一時(shí)刻節(jié)點(diǎn)擁塞度 NTNCD (Next Time Node Congestion Degree)反應(yīng)節(jié)點(diǎn)的擁塞程度。首先為節(jié)點(diǎn)隊(duì)列占用量設(shè)置兩個(gè)門限值THmin和THmax，它們的計(jì)算方法如下所示，其中Queue_Size表示節(jié)點(diǎn)MAC層隊(duì)列總大?。?
[0010]THmin=35%*Queue_Size
[0011]THmax=2*THmin
[0012]若X〈THmin，則 NTNCD=O ;若 THmin〈X〈THmax，則 NTNCD=X/Queue_Size ;若 X>THmax，則 NTNCD=I。
[0013]引入節(jié)點(diǎn)剩余隊(duì)列可用量=Queue_Size_X。節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)鄰居擁塞表，并通過Hello消息周期性地廣播自己的NTNCD和剩余隊(duì)列可用量。
[0014](3)當(dāng)源節(jié)點(diǎn)滿足多徑機(jī)制的啟用條件時(shí)動態(tài)啟用多徑機(jī)制，否則仍然使用單徑機(jī)制。其中，多徑機(jī)制的啟用條件包括源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)量大小超過鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余隊(duì)列可用量最大值以及源節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)的平均節(jié)點(diǎn)擁塞度正常。
[0015]對于源節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)的平均節(jié)點(diǎn)擁塞度，用_反映。其計(jì)算方法如公式所示:
[0016]
【權(quán)利要求】
1.一種基于節(jié)點(diǎn)擁塞度預(yù)測的動態(tài)多徑AODV路由方法，其特征在于方法如下: 1)開始時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)分別建立灰色系統(tǒng)GM(1，I)預(yù)測模型和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，根據(jù)節(jié)點(diǎn)前η個(gè)時(shí)刻的隊(duì)列占用量，預(yù)測第η+1時(shí)刻的隊(duì)列占用量，然后按照權(quán)重w加權(quán)組合兩個(gè)預(yù)測值，得到最終預(yù)測結(jié)果； 2)源節(jié)點(diǎn)要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先查看本地路由表中是否有到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的有效路徑，若有，則用該路徑作為主路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；若沒有，從鄰居擁塞表中找出鄰居節(jié)點(diǎn)剩余隊(duì)列可用量最大值SMAX，若要發(fā)送的數(shù)據(jù)量大于SMAX，則轉(zhuǎn)到(5);否則轉(zhuǎn)到(3)； 3)源節(jié)點(diǎn)計(jì)算鄰居節(jié)點(diǎn)的平均節(jié)點(diǎn)擁塞度NCD，若NCDe (Ta, 1]，1；是的閾值，則轉(zhuǎn)到(5)； 4)源節(jié)點(diǎn)初始化改進(jìn)的RREQ分組的PWeight值并把其Flag值置為0，向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播分組，轉(zhuǎn)到(6)； 5)源節(jié)點(diǎn)初始化改進(jìn)的RREQ分組的PWeight值并把其Flag值置為1，向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播分組； 6)中間節(jié)點(diǎn)若收到重復(fù)的RREQ分組，則丟棄；否則根據(jù)下一時(shí)刻節(jié)點(diǎn)擁塞度NTNCD進(jìn)行處理，NTNCD e [O, I];若NTNCD〈1，則更新RREQ分組的PWeight值，繼續(xù)廣播該分組；若NTNCD=I,則丟棄分組； 7)目的節(jié)點(diǎn)第一次收到RREQ分組，首先更新分組的PWeight值，然后運(yùn)行目的節(jié)點(diǎn)應(yīng)答算法； 8)源節(jié)點(diǎn)收到目的節(jié)點(diǎn)傳送的RREP應(yīng)答分組后，主路徑建立，主路徑上的所有節(jié)點(diǎn)都是主節(jié)點(diǎn)，源節(jié)點(diǎn)開始發(fā)送數(shù)據(jù)分組； 9)主路徑上節(jié)點(diǎn)要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組時(shí)，先查看鄰居擁塞表得到下一跳主節(jié)點(diǎn)的NTNCD，若NTNCD=I,則轉(zhuǎn)到(10) ;gNTNCD〈l，則直接轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組，結(jié)束； 10)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)作為輔助路徑源節(jié)點(diǎn)，產(chǎn)生輔助路徑請求分組SPRQ，SPRQ分組沿著主路徑向下游主節(jié)點(diǎn)傳送；若接收到SPRQ分組的主節(jié)點(diǎn)的NTNCD=I,則繼續(xù)將SPRQ分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳主節(jié)點(diǎn)；若接收到SPRQ分組的主節(jié)點(diǎn)的NTNCD〈1，那么它就是要找的輔助路徑目的節(jié)點(diǎn)；輔助路徑目的節(jié)點(diǎn)回復(fù)輔助路徑應(yīng)答分組SPRP ；SPRP沿著逆向路徑傳送到輔助路徑源節(jié)點(diǎn)； 11)輔助路徑源節(jié)點(diǎn)初始化改進(jìn)RREQ分組的PWeight值并置Flag=O,廣播分組； 12)中間節(jié)點(diǎn)若收到重復(fù)的RREQ分組，則丟棄；否則若中間節(jié)點(diǎn)NTNCD〈1，則更新分組的PWeight值，繼續(xù)廣播分組；若中間節(jié)點(diǎn)NTNCD=I,則丟棄分組； 13)輔助路徑目的節(jié)點(diǎn)根據(jù)目的節(jié)點(diǎn)應(yīng)答算法，回復(fù)RREP響應(yīng)分組，分組沿逆向路徑傳送到輔助路徑源節(jié)點(diǎn)； 14)輔助路徑源節(jié)點(diǎn)收到RREP分組，輔助路徑建立；輔助路徑源節(jié)點(diǎn)利用輔助路徑轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)以繞過下一跳擁塞主節(jié)，結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于節(jié)點(diǎn)擁塞度預(yù)測的動態(tài)多徑AODV路由方法，其特征在于:所述I)中灰色系統(tǒng)GM(1，I)預(yù)測模型和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型根據(jù)節(jié)點(diǎn)前η個(gè)時(shí)刻的隊(duì)列占用量，預(yù)測第η+1時(shí)刻的隊(duì)列占用量，然后按照權(quán)重w加權(quán)組合兩個(gè)預(yù)測值，得到最終預(yù)測結(jié)果，n e [3，5];設(shè)X1是灰色系統(tǒng)GM(1，I)模型的預(yù)測值，X2是RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測值，W是給定的權(quán)值，W e (0.5，I)，最終預(yù)測值X計(jì)算方法如公式(I)所示:
X=W^X1+ (1-w) *X2 (I)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于節(jié)點(diǎn)擁塞度預(yù)測的動態(tài)多徑AODV路由方法，其特征在于:所述2)中鄰居擁塞表的格式是〈節(jié)點(diǎn)地址，下一時(shí)刻節(jié)點(diǎn)擁塞度NTNCD，節(jié)點(diǎn)剩余隊(duì)列可用量 >，它根據(jù)來自鄰居節(jié)點(diǎn)的Hello消息所攜帶的值更新。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于節(jié)點(diǎn)擁塞度預(yù)測的動態(tài)多徑AODV路由方法，其特征在于:所述3)中NCD表示源節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)的平均節(jié)點(diǎn)擁塞度，其計(jì)算方法如公式(2)所示，
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于節(jié)點(diǎn)擁塞度預(yù)測的動態(tài)多徑AODV路由方法，其特征在于:所述4)和5)中在改進(jìn)的RREQ分組中增加了一個(gè)PWeight字段和一個(gè)Flag字段，PWeight字段代表路徑的節(jié)點(diǎn)跳數(shù)和節(jié)點(diǎn)擁塞度的和，F(xiàn)lag字段代表源節(jié)點(diǎn)啟用的是單徑機(jī)制還是多徑機(jī)制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于節(jié)點(diǎn)擁塞度預(yù)測的動態(tài)多徑AODV路由方法，其特征在于:所述6)中對節(jié)點(diǎn)MAC層隊(duì)列的占用量設(shè)置兩個(gè)門限值THmin和THmax，THmin和THmax定義如公式(3)和公式⑷所示.，其中Queue_Size為節(jié)點(diǎn)MAC層隊(duì)列的總大?。? THmin=35%*Queue_Size (3) THmax=2*THmin (4) 把通過預(yù)測得到的下一時(shí)刻節(jié)點(diǎn)隊(duì)列占用量X和門限值THmiruTHmax進(jìn)行比較和計(jì)算得到 NTNCD，如果 X〈THmin，則節(jié)點(diǎn) NTNCD=O ;如果 THmin〈X〈THmax，則節(jié)點(diǎn) NTNCD=X/Queue_Size ;如果 X>THmax，則節(jié)點(diǎn) NTNCD=I ； 節(jié)點(diǎn)剩余隊(duì)列可用量=Queue_Size - X ； 節(jié)點(diǎn)通過Hello消息周期性地廣播自己的NTNCD和剩余隊(duì)列可用量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于節(jié)點(diǎn)擁塞度預(yù)測的動態(tài)多徑AODV路由方法，其特征在于:所述7)中，節(jié)點(diǎn)更新RREQ分組中的PWeight值要先計(jì)算節(jié)點(diǎn)的NWeight值，NWeight值的計(jì)算方法如公式(5)所示: NWeight=I+NTNCD (5) Pffeight值的更新方法如公式(6)所示: Pffeight (新)=PWeight (舊)+NWeight (6) 其中PWeight (舊)表示更新前的值，Pffeight (新)表示更新后的值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于節(jié)點(diǎn)擁塞度預(yù)測的動態(tài)多徑AODV路由方法，其特征在于:所述7)中目的節(jié)點(diǎn)根據(jù)Flag值采取對應(yīng)的應(yīng)答算法，若Flag=O,則等待時(shí)間T繼續(xù)接收的其它RREQ分組，選取PWeight值最小的RREQ分組的進(jìn)行應(yīng)答，回復(fù)RREP分組；若Flag=I,則等待時(shí)間T繼續(xù)接收其它RREQ分組，選取PWeight值最小的2個(gè)RREQ分組進(jìn)行應(yīng)答，回復(fù)RREP分組；RREP分組沿逆向路徑傳送到源節(jié)點(diǎn)；T是預(yù)先設(shè)定的秒數(shù)，T e [30，60]。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于節(jié)點(diǎn)擁塞度預(yù)測的動態(tài)多徑AODV路由方法，其特征在于:所述10)中輔助路徑請求分組SPRQ和輔助路徑應(yīng)答分組SPRP是新增加的消息分組，它們的格式如下所示: DSPRQ分組的格式是:〈源節(jié)點(diǎn)地址，路由請求序列號，F(xiàn)lag〉； 2)SPRP分組的格式是:〈源節(jié)點(diǎn)地址，目的節(jié)點(diǎn)地址，路由請求序列號，F(xiàn)lag〉。
【文檔編號】H04W28/14GK103476086SQ201310430286
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】卜祥賀, 田金川, 蘭少華, 吳歉歉, 陸維迪, 董萍 申請人:南京理工大學(xué)