本發(fā)明涉及云計算技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及業(yè)務(wù)調(diào)度，以及通信網(wǎng)絡(luò)。

背景技術(shù)：

隨著無線mesh網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，其結(jié)合了WLAN以及移動ad-hoc網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點，具有自動組網(wǎng)、多跳、自修復(fù)等智能優(yōu)勢以及傳輸速率高、網(wǎng)絡(luò)容量大等特點。在傳統(tǒng)的無線局域網(wǎng)中，各個終端均直接與AP建立一條無線鏈路來接入Internet，如果各個終端之間要互相通信，則需要通過該AP進行中繼，這種結(jié)構(gòu)稱作單跳網(wǎng)絡(luò)，而在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，每個Mesh節(jié)點均可同時具備接入以及路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，進行數(shù)據(jù)包的收發(fā)操作，各個Mesh節(jié)點之間可以直接通信。這種網(wǎng)絡(luò)拓撲稱作多跳網(wǎng)絡(luò)，其具有的最大優(yōu)點是：當某個節(jié)點由于負載過大而造成擁塞時，數(shù)據(jù)包可以自適應(yīng)地重新路由到另一個負載較小的鄰居節(jié)點進行下一步傳輸，依次類推，直至抵達目的節(jié)點，無線mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由于未來的通信網(wǎng)絡(luò)是以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為核心的網(wǎng)絡(luò)，同時支持數(shù)據(jù)、語音、圖像、移動多媒體、網(wǎng)頁瀏覽以及移動互聯(lián)接入等多種業(yè)務(wù)。由于各種不同類型的業(yè)務(wù)流匯聚到WMN中，這就要求網(wǎng)絡(luò)承載平臺具有高吞吐容量的需求，同時能夠?qū)σ曨l、音頻等實時多媒體業(yè)務(wù)提供較高的QoS保證。另外，由于頻譜資源有限，無線干擾、噪聲、信道衰落等因素的存在，其對WMN可靠性數(shù)據(jù)傳輸提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，因此針對無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的QoS保證問題，有必要設(shè)計高效多播傳輸機制，提升無線mesh網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量，實現(xiàn)高效的業(yè)務(wù)承載能力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：通過建立最小傳輸時延模型和建立高性能波束形成機制，實現(xiàn)無線mesh網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)無縫順滑遷移能力。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟，如圖2所示：

A、建立最小傳輸時延模型；

B、建立高性能波束形成機制和路由機制。

所述步驟A中，優(yōu)化模型具體為：min{N(F_AC,ζ),ζ_total,ζ_max,ζ_average}

s.t.|{F_CA((v,v′))|(v,v′)∈E_ζ}|≤r(v),

其中X＝{x₁,x₂,...,x_n}為決策變量，為目標函數(shù)，P_j′為迭代j的父種群，Q_j′為迭代j的子種群，V＝{v₁,v₂,...,v_N}為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點集合，ε與v具有相同物理意義，但v≠ε，E為鏈路集合，r(v),v∈V為節(jié)點v的波束數(shù)目，Src為多播樹的源節(jié)點，R＝{R₁,R₂,...,R_rc}為多播多播樹的目的節(jié)點，R_k為R＝{R₁,R₂,...,R_rc}中的元素，conf_FCA((v,v′),(ε,ε′))為決策變量，ζ(V_ζ,E_ζ)為多播樹，為多播樹節(jié)點，為多播樹鏈路，Φ(v,v′)為鏈路(v,v′)的使用代價，(v,v′)為多播樹ζ中節(jié)點v與v′的路徑，D(v,v′)為鏈路(v,v′)的延遲，G_CH(V_CH,E_CH)為沖突圖，CH＝{1,2,...,ch}為正交信道集合，F(xiàn)_CA為正交信道函數(shù)，E_r為誤差變量，ζ_cost為多播樹ζ的使用代價，ζ_max為多播樹ζ的最大傳輸時延，ζ_average為多播樹ζ的平均傳輸時延，N(F_AC,ζ)為將信道分配給ζ的鏈路后的沖突數(shù)，P_ζ(Src,R_k)為在多播樹ζ中從多播樹的源節(jié)點至R_k的路徑，E_CH為包含正交信道集合CH的鏈路集合，(vv′,εε′)為一組正交信道。

所述步驟B中，具體為：發(fā)送端和接收端均采用MIMO系統(tǒng)，具體為：a.選擇具有最高反饋信噪比γ_i的對應(yīng)波束i和反饋信噪比僅次于γ_i的γ_j的對應(yīng)波束j，波束i和j的對應(yīng)波束矢量分別為w_i和w_j；b.獲取γ_i與γ_j的比值其中w_k,l為天線l的波束矢量k的元素；c.獲取幅角量化值，接收端的波束形成天線數(shù)目為M_t，發(fā)送端的波束形成天線數(shù)目為M_r，w_i為第i個發(fā)送天線中矢量的元素，c_j為第j個接收天線中矢量的元素，λ為波長，為轉(zhuǎn)動矢量，d為鄰近天線間的平均距離，x為輸入量，基于波束形成的MIMO系統(tǒng)的輸出為為具有多徑效應(yīng)的信道矩陣，為加性高斯白噪聲矢量，為包含轉(zhuǎn)動矢量信息的信道矩陣，ο為具有相同維度的矩陣乘積，θ_t為發(fā)送端的離去角，θ_r為接收端的離去角，的均值為0，方差為為單位陣，基于波束形成的MIMO系統(tǒng)輸出信噪比為傳輸模型如圖3所示。

所述步驟B中，具體為：路由機制采用主路由機制和從路由機制相結(jié)合的方法，當網(wǎng)絡(luò)處于非擁塞狀態(tài)時，采用主路由機制，當網(wǎng)絡(luò)進入擁塞狀態(tài)時，采用從路由機制；主路由機制為：a.匯聚層網(wǎng)關(guān)對收到的業(yè)務(wù)和路由控制信息進行分類，其包括服務(wù)請求信息、回復(fù)控制信息、路由響應(yīng)控制信息，并分別轉(zhuǎn)至步驟b、d、e；b.判斷服務(wù)請求信息的向量集合是否為向目的節(jié)點發(fā)送的信息，若是則轉(zhuǎn)至步驟c，反之則存儲該信息并轉(zhuǎn)發(fā)，并轉(zhuǎn)至步驟f；c.通過目的節(jié)點判斷其是否首次收到該服務(wù)請求信息，若是則使用服務(wù)請求信息的路由響應(yīng)信息緩存定時單元，并等待緩存，若緩存時間小于人工設(shè)定門限值，則對該信息進行緩存隨后進行轉(zhuǎn)發(fā)，并轉(zhuǎn)至步驟f，反之則丟棄該信息；d.當收到回復(fù)控制信息時，將目的節(jié)點的路由信息進行更新，并判斷該發(fā)送該回復(fù)控制信息的節(jié)點是否為源節(jié)點，若是則將已存儲的目的節(jié)點的路由信息進行比較，反之則進行單播至路由的下一鄰近節(jié)點，并轉(zhuǎn)發(fā)該回復(fù)控制信息，并轉(zhuǎn)至步驟f；e.刪除收到的路由響應(yīng)控制信息所經(jīng)歷的路徑信息；f.向目的節(jié)點發(fā)送業(yè)務(wù)和路由控制信息。

所述步驟B中，具體為：從路由機制為：a.使用發(fā)送路由請求消息方式判斷源節(jié)點至目的節(jié)點之間的物理路徑是否存在；b.通過目的節(jié)點收到路由請求消息，并優(yōu)先向源節(jié)點反饋路由響應(yīng)信息；c.當源節(jié)點收到路由響應(yīng)信息后，使用路由響應(yīng)信息緩存定時單元進行計時，并對收到的所有不同的路由響應(yīng)信息進行存儲，并按人工設(shè)定規(guī)則進行排序，然后在確定主傳輸路徑后，進行業(yè)務(wù)流發(fā)送；d.在路由發(fā)現(xiàn)階段構(gòu)建若干由源節(jié)點至目的節(jié)點的備用傳輸路徑，并使用各可行傳輸路徑的負載狀態(tài)和跳數(shù)作為最優(yōu)傳輸路徑的評價依據(jù)，并將該最優(yōu)路徑作為主傳輸路徑，其余則為備用傳輸路徑；e.當主傳輸路徑出現(xiàn)擁塞時，則切換至優(yōu)先級高的有效傳輸路徑。

附圖說明

圖1無線mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2無線mesh網(wǎng)絡(luò)的高效多播傳輸流程示意圖

圖3傳輸模型示意圖

具體實施方式

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

第一步，建立最小傳輸時延模型，具體為：

min{N(F_AC,ζ),ζ_total,ζ_max,ζ_average}

s.t.|{F_CA((v,v′))|(v,v′)∈E_ζ}|≤r(v),

其中X＝{x₁,x₂,...,x_n}為決策變量，為目標函數(shù)，P_j′為迭代j的父種群，Q_j′為迭代j的子種群，V＝{v₁,v₂,...,v_N}為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點集合，ε與v具有相同物理意義，但v≠ε，E為鏈路集合，r(v),v∈V為節(jié)點v的波束數(shù)目，Src為多播樹的源節(jié)點，R＝{R₁,R₂,...,R_rc}為多播多播樹的目的節(jié)點，R_k為R＝{R₁,R₂,...,R_rc}中的元素，conf_FCA((v,v′),(ε,ε′))為決策變量，ζ(V_ζ,E_ζ)為多播樹，為多播樹節(jié)點，為多播樹鏈路，Φ(v,v′)為鏈路(v,v′)的使用代價，(v,v′)為多播樹ζ中節(jié)點v與v′的路徑，D(v,v′)為鏈路(v,v′)的延遲，G_CH(V_CH,E_CH)為沖突圖，CH＝{1,2,...,ch}為正交信道集合，F(xiàn)_CA為正交信道函數(shù)，E_r為誤差變量，ζ_cost為多播樹ζ的使用代價，ζ_max為多播樹ζ的最大傳輸時延，ζ_average為多播樹ζ的平均傳輸時延，N(F_AC,ζ)為將信道分配給ζ的鏈路后的沖突數(shù)，P_ζ(Src,R_k)為在多播樹ζ中從多播樹的源節(jié)點至R_k的路徑，E_CH為包含正交信道集合CH的鏈路集合，(vv′,εε′)為一組正交信道。

第二步，建立高性能波束形成機制和路由機制，具體為：發(fā)送端和接收端均采用MIMO系統(tǒng)，具體為：a.選擇具有最高反饋信噪比γ_i的對應(yīng)波束i和反饋信噪比僅次于γ_i的γ_j的對應(yīng)波束j，波束i和j的對應(yīng)波束矢量分別為w_i和w_j；b.獲取γ_i與γ_j的比值其中w_k,l為天線l的波束矢量k的元素；c.獲取幅角量化值，接收端的波束形成天線數(shù)目為M_t，發(fā)送端的波束形成天線數(shù)目為M_r，w_i為第i個發(fā)送天線中矢量的元素，c_j為第j個接收天線中矢量的元素，λ為波長，為轉(zhuǎn)動矢量，d為鄰近天線間的平均距離，x為輸入量，基于波束形成的MIMO系統(tǒng)的輸出為為具有多徑效應(yīng)的信道矩陣，為加性高斯白噪聲矢量，為包含轉(zhuǎn)動矢量信息的信道矩陣，ο為具有相同維度的矩陣乘積，θ_t為發(fā)送端的離去角，θ_r為接收端的離去角，的均值為0，方差為為單位陣，基于波束形成的MIMO系統(tǒng)輸出信噪比為

第三步，路由機制采用主路由機制和從路由機制相結(jié)合的方法，當網(wǎng)絡(luò)處于非擁塞狀態(tài)時，采用主路由機制，當網(wǎng)絡(luò)進入擁塞狀態(tài)時，采用從路由機制；主路由機制為：a.匯聚層網(wǎng)關(guān)對收到的業(yè)務(wù)和路由控制信息進行分類，其包括服務(wù)請求信息、回復(fù)控制信息、路由響應(yīng)控制信息，并分別轉(zhuǎn)至步驟b、d、e；b.判斷服務(wù)請求信息的向量集合是否為向目的節(jié)點發(fā)送的信息，若是則轉(zhuǎn)至步驟c，反之則存儲該信息并轉(zhuǎn)發(fā)，并轉(zhuǎn)至步驟f；c.通過目的節(jié)點判斷其是否首次收到該服務(wù)請求信息，若是則使用服務(wù)請求信息的路由響應(yīng)信息緩存定時單元，并等待緩存，若緩存時間小于人工設(shè)定門限值，則對該信息進行緩存隨后進行轉(zhuǎn)發(fā)，并轉(zhuǎn)至步驟f，反之則丟棄該信息；d.當收到回復(fù)控制信息時，將目的節(jié)點的路由信息進行更新，并判斷該發(fā)送該回復(fù)控制信息的節(jié)點是否為源節(jié)點，若是則將已存儲的目的節(jié)點的路由信息進行比較，反之則進行單播至路由的下一鄰近節(jié)點，并轉(zhuǎn)發(fā)該回復(fù)控制信息，并轉(zhuǎn)至步驟f；e.刪除收到的路由響應(yīng)控制信息所經(jīng)歷的路徑信息；f.向目的節(jié)點發(fā)送業(yè)務(wù)和路由控制信息。

第四步，從路由機制為：a.使用發(fā)送路由請求消息方式判斷源節(jié)點至目的節(jié)點之間的物理路徑是否存在；b.通過目的節(jié)點收到路由請求消息，并優(yōu)先向源節(jié)點反饋路由響應(yīng)信息；c.當源節(jié)點收到路由響應(yīng)信息后，使用路由響應(yīng)信息緩存定時單元進行計時，并對收到的所有不同的路由響應(yīng)信息進行存儲，并按人工設(shè)定規(guī)則進行排序，然后在確定主傳輸路徑后，進行業(yè)務(wù)流發(fā)送；d.在路由發(fā)現(xiàn)階段構(gòu)建若干由源節(jié)點至目的節(jié)點的備用傳輸路徑，并使用各可行傳輸路徑的負載狀態(tài)和跳數(shù)作為最優(yōu)傳輸路徑的評價依據(jù)，并將該最優(yōu)路徑作為主傳輸路徑，其余則為備用傳輸路徑；e.當主傳輸路徑出現(xiàn)擁塞時，則切換至優(yōu)先級高的有效傳輸路徑。

本發(fā)明提出了一種無線mesh網(wǎng)絡(luò)的高效多播傳輸方法，通過建立最小傳輸時延模型并建立高性能波束形成機制路由機制，實現(xiàn)無線mesh網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)無縫順滑遷移能力。