本發(fā)明涉及通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別是涉及排隊(duì)論，以及優(yōu)化理論。

背景技術(shù)：

近年來，隨著高新科技不斷地飛躍式發(fā)展，通訊技術(shù)領(lǐng)域的新月異，以智能手機(jī)、移動(dòng)終端為主流的便攜式無線通訊設(shè)備得到了極其快速的發(fā)展。各大公司廠商逐漸將注意力轉(zhuǎn)向移動(dòng)終端領(lǐng)域，以智能手機(jī)、平板電腦等設(shè)備作為平臺(tái)，發(fā)展自身的產(chǎn)品。用戶在使用智能手機(jī)時(shí)會(huì)產(chǎn)生非常多的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)通過電纜、基站等固定連接設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，這種方式已經(jīng)無法滿足如今公司廠商以及用戶日益增長(zhǎng)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需要。無線網(wǎng)絡(luò)則不需要太多的線纜連接設(shè)備，任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，只要附近存在無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，人們就可以很方便并快速地享受網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，無論是對(duì)公司廠商還是對(duì)用戶大眾都是極大的便利。目前無線網(wǎng)絡(luò)的研究主要集中在無線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network，WLAN)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)、無線自組網(wǎng)(Wireless Ad hoc Network，WANET)、無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(Wireless Mesh Network，WMN)等領(lǐng)域。其中WMN是針對(duì)商業(yè)應(yīng)用發(fā)展起來的一種無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以為提供網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的公司廠商以及終端用戶提供方便、廉價(jià)、可靠的接入服務(wù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

WMN按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及節(jié)點(diǎn)的組成可以分為三個(gè)層次:骨干Mesh網(wǎng)絡(luò)(分級(jí)結(jié)構(gòu))，用戶終端網(wǎng)絡(luò)和混合網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。

骨干Mesh網(wǎng)絡(luò)由許多Mesh路由器組成，稱為路由節(jié)點(diǎn)，其中一些路由節(jié)點(diǎn)通過有線的方式連接到Internet和其它無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的通信，這些路由節(jié)點(diǎn)稱為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，其數(shù)量可以按照具體的需要進(jìn)行部署。在骨干Mesh網(wǎng)絡(luò)中部署多個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)有多方面的優(yōu)勢(shì)：首先，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加使得路由節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)間的路由路徑增加，減少了路由節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)間的傳輸距離，從而減少了信息轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)延，提高了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率；其次，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的信息還可以通過其他的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)完成，大大增強(qiáng)了WMN的可靠性；第三，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)作為信息匯聚的節(jié)點(diǎn)，很容 易出現(xiàn)負(fù)載過高的現(xiàn)象，多個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)就能很好地使信息分流，防止網(wǎng)絡(luò)擁塞，提高網(wǎng)絡(luò)性能。

用戶終端網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)(智能手機(jī)、平板電腦、PDA等)都處于對(duì)等的地位，每個(gè)節(jié)點(diǎn)既是用戶終端，共享網(wǎng)絡(luò)中的資源，又是路由節(jié)點(diǎn)，能在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間主要以相互通訊為主，而不需要連接到Internet或其他無線網(wǎng)絡(luò)，一般只使用一種無線技術(shù)。

混合網(wǎng)絡(luò)是骨干Mesh網(wǎng)絡(luò)與用戶終端網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，是日常生活中最常見的結(jié)構(gòu)。在混合網(wǎng)絡(luò)中，路由節(jié)點(diǎn)和用戶終端節(jié)點(diǎn)都可轉(zhuǎn)發(fā)來自相鄰節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)路由功能。通過混合網(wǎng)絡(luò)，用戶終端得以通過數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)接入網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，從而獲得Internet的服務(wù)。在這種結(jié)構(gòu)中，由于路由節(jié)點(diǎn)和用戶終端節(jié)點(diǎn)都具有一定的路由能力，能承擔(dān)一定的接入和轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，因此增加了無線設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)的方式，擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，同時(shí)減少了基礎(chǔ)設(shè)備的數(shù)量，降低了網(wǎng)絡(luò)部署成本。

因此，為提升無線mesh網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力，有必要建立高效的路徑規(guī)劃和優(yōu)化傳輸模型。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：通過建立傳輸時(shí)間優(yōu)化模型和高效的路徑選擇機(jī)制，實(shí)現(xiàn)無線mesh網(wǎng)絡(luò)高效資源利用和均衡業(yè)務(wù)傳輸?shù)穆?lián)合優(yōu)化。

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、建立傳輸時(shí)間優(yōu)化模型；

B、建立高效的路徑選擇機(jī)制。

所述步驟A中，具體為：

其中i,i′,i^*均為業(yè)務(wù)流標(biāo)識(shí)，i和i′均為不具有優(yōu)先級(jí)需求的業(yè)務(wù)流，但i≠i′，i^*為具有優(yōu)先級(jí)需求的業(yè)務(wù)流，j,j′,j^*分別為對(duì)i,i′,i^*的操作處理標(biāo)識(shí)，k為網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)終端標(biāo)識(shí)，N為不具有優(yōu)先級(jí)需求的業(yè)務(wù)流集合，P為具有優(yōu)先級(jí)需求的業(yè)務(wù)流集合，M為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)集合，R為網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)終端集合，O_m為節(jié)點(diǎn)m對(duì)不具有優(yōu)先級(jí)需求的業(yè)務(wù)流的操作處理集合，o_ij為業(yè)務(wù)流i的第j次操作處理，p_ij為o_ij所需的時(shí)間，n_i為業(yè)務(wù)流i在網(wǎng)絡(luò)中的操作處理次數(shù)，t_ij,i′j′為從o_ij向o_i′j′進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移所需時(shí)間，T為所有業(yè)務(wù)所需的傳輸與處理時(shí)間，為o_ij的起始時(shí)間，為傳輸處理T_ij的起始時(shí)間，y_ij,i′j′,z_ij,i′j′,x_ijk均為決策變量，若o_ij先于o_i′j′之前被處理則y_ij,i′j′＝1，反之則y_ij,i′j′＝0，若T_ij先于T_i′j′之前被處理則z_ij,i′j′＝1，反之則z_ij,i′j′＝0，T_ij為移動(dòng)終端k作為中繼節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)操作處理任務(wù)o_ij完成后的傳輸處理任務(wù)，L為權(quán)重系數(shù)。

所述步驟B中，路徑選擇機(jī)制具體為：a.業(yè)務(wù)源節(jié)點(diǎn)在業(yè)務(wù)中增加RREQ信息，并將該信息發(fā)送至傳輸節(jié)點(diǎn)；b.傳輸節(jié)點(diǎn)收到該業(yè)務(wù)流時(shí)判斷是否處理該業(yè)務(wù)信息，若其需要處理該信息，則轉(zhuǎn)至子步驟e，反之則轉(zhuǎn)至子步驟c；c.使 用RREP和重定向信息通知源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行業(yè)務(wù)重定向；d.基于RREP信息選擇新的中間節(jié)點(diǎn)；e.對(duì)鄰近節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量估計(jì)；f.進(jìn)行流量調(diào)節(jié)；g.將數(shù)據(jù)信息發(fā)送至下一跳節(jié)點(diǎn)或目的節(jié)點(diǎn)；h.使用地理位置數(shù)據(jù)庫(kù)獲取鄰近節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息，并轉(zhuǎn)至子步驟b；i.業(yè)務(wù)發(fā)送端通過采用基于RREP信息的傳輸節(jié)點(diǎn)選擇機(jī)制和加載重定向RREQ信息以及地理位置數(shù)據(jù)庫(kù)，重新將業(yè)務(wù)信息發(fā)送至被選擇的傳輸節(jié)點(diǎn)，并轉(zhuǎn)至子步驟b，其中RREP為路由請(qǐng)求洪泛信息，RREQ為路由反饋信息，如圖3所示。

所述步驟B中，RREQ處理行為為：a.當(dāng)節(jié)點(diǎn)n收到節(jié)點(diǎn)m的RREQ信息后，判斷是否成立，若成立則轉(zhuǎn)至步驟b，反之則，并結(jié)束處理；b.根據(jù)源節(jié)點(diǎn)地址在路由表中獲取RREQ報(bào)文序號(hào)，若找到則結(jié)束處理，反之則轉(zhuǎn)至步驟c；c.在廣播中插入新的路由請(qǐng)求，并更新源節(jié)點(diǎn)信息，并轉(zhuǎn)至步驟d；d.在路由表中查找指向目的節(jié)點(diǎn)的路由，若該路由存在則轉(zhuǎn)至步驟e，反之則轉(zhuǎn)至步驟f；e.繼續(xù)廣播RREQ信息，并結(jié)束處理；f.把指向源節(jié)點(diǎn)的下一跳地址插入目標(biāo)節(jié)點(diǎn)路由表中的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)列表中，并轉(zhuǎn)至步驟g.；g發(fā)送RREQ至下一節(jié)點(diǎn)，并判斷下一節(jié)點(diǎn)是否收到RREP，若是則結(jié)束處理，反之則轉(zhuǎn)至步驟e，其中E_min為接收能量的最小值，d_w為節(jié)點(diǎn)間的統(tǒng)計(jì)平均傳輸距離，V_max為節(jié)點(diǎn)間相對(duì)移動(dòng)速度最大值，t_max為節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)包傳輸?shù)臅r(shí)延上限，E為接收能量的門限值。

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)的高效業(yè)務(wù)傳輸實(shí)現(xiàn)流程示意圖

圖3路徑選擇機(jī)制示意圖

具體實(shí)施方式

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

第一步，建立傳輸時(shí)間優(yōu)化模型，具體為：

其中i,i′,i^*均為業(yè)務(wù)流標(biāo)識(shí)，i和i′均為不具有優(yōu)先級(jí)需求的業(yè)務(wù)流，但i≠i′，i^*為具有優(yōu)先級(jí)需求的業(yè)務(wù)流，j,j′,j^*分別為對(duì)i,i′,i^*的操作處理標(biāo)識(shí)，k為網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)終端標(biāo)識(shí)，N為不具有優(yōu)先級(jí)需求的業(yè)務(wù)流集合，P為具有優(yōu)先級(jí)需求的業(yè)務(wù)流集合，M為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)集合，R為網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)終端集合，O_m為節(jié)點(diǎn)m對(duì)不具有優(yōu)先級(jí)需求的業(yè)務(wù)流的操作處理集合，o_ij為業(yè)務(wù)流i的第j次操作處理，p_ij為o_ij所需的時(shí)間，n_i為業(yè)務(wù)流i在網(wǎng)絡(luò)中的操作處理次數(shù)，t_ij,i′j′為從o_ij向o_i′j′進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移所需時(shí)間，T為所有業(yè)務(wù)所需的傳輸與處理時(shí)間，為o_ij的起始時(shí)間， 為傳輸處理T_ij的起始時(shí)間，y_ij,i′j′,z_ij,i′j′,x_ijk均為決策變量，若o_ij先于o_i′j′之前被處理則y_ij,i′j′＝1，反之則y_ij,i′j′＝0，若T_ij先于T_i′j′之前被處理則z_ij,i′j′＝1，反之則z_ij,i′j′＝0，T_ij為移動(dòng)終端k作為中繼節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)操作處理任務(wù)o_ij完成后的傳輸處理任務(wù)，L為權(quán)重系數(shù)。

第二步，建立高效的路徑選擇機(jī)制，具體為：a.業(yè)務(wù)源節(jié)點(diǎn)在業(yè)務(wù)中增加RREQ信息，并將該信息發(fā)送至傳輸節(jié)點(diǎn)；b.傳輸節(jié)點(diǎn)收到該業(yè)務(wù)流時(shí)判斷是否處理該業(yè)務(wù)信息，若其需要處理該信息，則轉(zhuǎn)至子步驟e，反之則轉(zhuǎn)至子步驟c；c.使用RREP和重定向信息通知源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行業(yè)務(wù)重定向；d.基于RREP信息選擇新的中間節(jié)點(diǎn)；e.對(duì)鄰近節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量估計(jì)；f.進(jìn)行流量調(diào)節(jié)；g.將數(shù)據(jù)信息發(fā)送至下一跳節(jié)點(diǎn)或目的節(jié)點(diǎn)；h.使用地理位置數(shù)據(jù)庫(kù)獲取鄰近節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息，并轉(zhuǎn)至子步驟b；i.業(yè)務(wù)發(fā)送端通過采用基于RREP信息的傳輸節(jié)點(diǎn)選擇機(jī)制和加載重定向RREQ信息以及地理位置數(shù)據(jù)庫(kù)，重新將業(yè)務(wù)信息發(fā)送至被選擇的傳輸節(jié)點(diǎn)，并轉(zhuǎn)至子步驟b，其中RREP為路由請(qǐng)求洪泛信息，RREQ為路由反饋信息。

第三步，RREQ處理行為為：a.當(dāng)節(jié)點(diǎn)n收到節(jié)點(diǎn)m的RREQ信息后，判斷是否成立，若成立則轉(zhuǎn)至步驟b，反之則，并結(jié)束處理；b.根據(jù)源節(jié)點(diǎn)地址在路由表中獲取RREQ報(bào)文序號(hào)，若找到則結(jié)束處理，反之則轉(zhuǎn)至步驟c；c.在廣播中插入新的路由請(qǐng)求，并更新源節(jié)點(diǎn)信息，并轉(zhuǎn)至步驟d；d.在路由表中查找指向目的節(jié)點(diǎn)的路由，若該路由存在則轉(zhuǎn)至步驟e，反之則轉(zhuǎn)至步驟f；e.繼續(xù)廣播RREQ信息，并結(jié)束處理；f.把指向源節(jié)點(diǎn)的下一跳地址插入目標(biāo)節(jié)點(diǎn)路由表中的前驅(qū)節(jié)點(diǎn)列表中，并轉(zhuǎn)至步驟g.；g發(fā)送RREQ至下一節(jié)點(diǎn)，并判斷下一節(jié)點(diǎn)是否收到RREP，若是則結(jié)束處理，反之則轉(zhuǎn)至步驟e，其中E_min為接收能量的最小值，d_w為節(jié)點(diǎn)間的統(tǒng)計(jì)平均傳輸距離，V_max為節(jié)點(diǎn)間相對(duì)移動(dòng)速度最大值，t_max為節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)包傳輸?shù)臅r(shí)延上限，E為接收能量的門限值。

本發(fā)明提出了一種無線mesh網(wǎng)絡(luò)的高效業(yè)務(wù)傳輸方法，通過建立傳輸時(shí)間優(yōu)化模型和高效的路徑選擇機(jī)制，實(shí)現(xiàn)無線mesh網(wǎng)絡(luò)高效資源利用和均衡業(yè)務(wù) 傳輸?shù)穆?lián)合優(yōu)化。