一种应用于无线网络中的协同多信道和机会路由的方法与流程

本发明涉及无线通信研究领域，具体地，涉及一种应用于无线网络中的协同多信道和机会路由的方法。

背景技术：

在低功耗无线网领域，信号干扰是很重要的问题，机会路由和多信道通信都是为了解决信号干扰而提出的办法，将两者结合起来是提高通信性能的重要方法。然而，目前的工作在于分别的分配信道和选择转发者，收益很有限。现有的方法，首先根据链路质量为发送者分配多个信道，然后为每个发送者找到转发器集。就是独立的来考虑两种方法，并没有动态的结合起来

综上所述，本申请发明人在实现本申请发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

虽然机会路由是在多信道环境中建立的，但性能几乎没有提高，因为当转发器被分配了不同的通道时，路由机会也部分地确定了，这是因为同时不丢失数据包的转发器可能被分成不同的信道而不能包含在同一个转发器集中。然后，机会路由和多信道通信的组合属于以下悖论：如果发送方和转发方使用的信道未确定，无法确定每个发送方的转发器集。如果未确定为每个发件人设置的转发器，将无法确定哪个通道具有最佳性能。因此目前的方法收益有限。

技术实现要素：

本发明提供了一种应用于无线网络中的协同多信道和机会路由的方法，解决了现有的方法收益有限的技术问题，本方法使用三方协定的方法综合考虑了传输效率和冲突情况，对无线网络的传输性能有较大的提高。

为实现上述发明目的，本申请提供了一种应用于无线网络中的协同多信道和机会路由的方法，所述方法包括：

步骤1：每个发送者发送信标给所有潜在的接受者，接受到从接受者返回的位图；

步骤2：发送者根据步骤1中位图，采用基于信道的路由机会的大小来将所有可能的信道进行排序，并发送出去；

步骤3：每个接收者接收到信道排序顺序后，通过计算收益/成本比的大小ρi来选择与之合作的发送者，发送者选择具有最大的ρi的发送者和信道作为工作信道；

步骤4：接受方选出剩下的未被选中的发送者和信道；

步骤5：接收者完成信道和发送者的选择工作以后，发送者通过计算额外的预期传输次数cetx的大小，来决定发送者要使用的信道和转发者。

本申请提出一种异步的多信道机会路由的办法，先是通过发送方来评估所有可用信道的质量，将信道排名信息pa通过任播的方式发出去，然后在接收方接收到信道排名之后，计算信道通信的收益/成本比来进行信道和与之合作的发送方的选择；再进行投票选出其他未被选择的发送方。之后，发送方开始计算额外的预期传输次数cetx来选择合适的信道。本方法使用的是三方协定的方法综合考虑了传输效率和冲突情况，测试发现我们的方法对无线网络的传输性能有较大的提高。

进一步的，位图中1表示数据包的收到，0表示数据包的丢失。

进一步的，所述方法还包括步骤6：采用调整方法来修正解决信道的冲突。

进一步的，本方法将平均路由的机会作为一个发送方的路由机会，平均路由的机会计算公式为：

其中，pa代表任播的数据包接收率，pa代表任播的数据包接收率，n为出站链路的数量，sn为n个出站链路的一个子集；n代表n条出站链路，sn是这n条链路的子集；

其中，表示按位异或操作，|b|表示位图b中1的数量，m代表发送者s的位图集bs的位图的长度，bs表示发送者s的位图集，m表示bs中的位图的长度，b表示位图。

进一步的，接收方选择工作信道和发送方，通过计算收益/成本比ρi来确定：

ρi＝pa(i,j)/nc(i)

其中，pa(i,j)表示由发送方j计算出来的在信道i进行路由的机会大小，nc(i)表示在信道i上的发送方的数量。

进一步的，接收方选择一个信道和发送方过后，采取投票机制选出其他发送方，对每个信道，均记录不同发送方的排名，检查最有可能被选择的信道，若一个信道的排位名次最低，则选择该信道，并且在该信道当中，若有不同的发送者选择该信道，则选择该信道中排位名次最靠前的发送者。

进一步的，发送方在接收方选择信道和合作的发送方之后选择信道，通过考虑碰撞可能性，计算额外的预期传输次数，选择最小的cetx，具体地：

cetx＝etx×(1+qcollision)

其中，qcollision为碰撞的概率，计算公式为：qcollision＝1-pst-pnt，pst代表成功传输的概率，pnt代表没有发送方尝试传输的概率，计算分别如下：

其中，ttrans表示数据传输的退避计时器。

进一步的，对于接收侧的信道不匹配的问题，当关联的发送方从接收方的信道中选了不同的信道时，接受方根据接收的发送方信道改变其主信道；接收者能够更改为两种情况：接收者包含在发送者位图中的信道或接收者包含在发送者当前可选的其他信道中链路质量最好的信道。

本发明提供了一种应用于无线网络中的协同多信道和机会路由的方法，该方法同时考虑发送方的传输效率和接收方的冲突情况，该方法既保留了机会路由低延迟和高能效的特性也保留了多信道通信抗干扰的特性。

本方法先让发送方发送信标信息给所有可能的接收方，通过接收方的反馈，发送方评估信道的质量，再以任播的形式将信道排位信息发送出去，然后接收方就可以通过来自发送方的信道排名的信息，来计算自己该如何选择信道和想要与之合作的发送者，具体的，接收方选择信道排名靠前的而且干扰较少的信道，通过计算收益/成本比来评估发送者在某一信道的路由机会，选择最大的收益/成本比的，然后，通过一个轻量级的投票机制，将其他未被选中的发送方选择对应的信道，至此，接收方选择好了信道和发送方；最后是发送方来选择信道，发送方通过综合考虑预期传输次数etx和冲突可能性来计算额外的预期传输次数cetx，通过cetx从大到小选择信道。当出现发送方选择信道和接收方选择信道不一样时，接收方根据发送方的信道来改变其主要的信道。

本发明是异步的多信道机会路由策略，评估每个信道的路由机会，使用三方协商机制选择最优的发送者、转发者和信道组合。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

设计了一个三方协商的工作模式的方法，结合机会路由和多信道通信策略，在接收方和发送方分别选择信道和转发者，保留了机会路由和多信道通信的优点。

提出了一个轻量级的路由机会的评估机制，支持精确的信道和转发者的选择。

对方法进行了测试，结果显示该方法有更好的链路质量和网络表现。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是本申请中应用于无线网络中的协同多信道和机会路由的方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种应用于无线网络中的协同多信道和机会路由的方法，该方法同时考虑发送方的传输效率和接收方的冲突情况，结合了多信道通信和机会路由两者的特点，同时保留了他们的优点，提升了低功耗无线网传输的有效性。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

请参考图1，本申请提供了本发明分配信道的方法主要步骤依次为：每个发送者发送信标给所有潜在的接受者，接收到从接收者返回的位图，将“1”表示数据包的收到，将“0”表示数据包的丢失；发送者根据步骤1中位图，采用基于信道的路由机会的办法来将所有可能的信道进行排序，并发送出去；每个接收者接收到信道排序顺序后，通过计算收益/成本比的大小ρi来选择与之合作的发送者，同时选择信道排位靠前的作为工作信道；接受方采用一种轻量级的投票机制，选出剩下的未被选中的发送者和信道；接收者完成信道和发送者的选择工作以后，发送者通过计算额外的预期传输次数cetx的大小，来决定它要使用的信道和转发者；若发送者与接收者选择的信道不一致，接收者根据发送者的信道选择来改变其主要信道。其中，

a.发送者发送信标给所有潜在的接收者并接收返回的信息：

1)我们将链路中包的收到和丢失转化为位图，将“1”表示数据包的收到，将“0”表示数据包的丢失。

b.发送者根据返回的信息，对所有可能的信道进行排序，并以任播的形式将排序结果发出去：

1)将平均路由的机会来作为一个发送方的路由机会，平均路由的机会计算公式为：

其中pa代表任播的数据包接收率，其中，表示按位异或操作，|b|表示位图b中“1”的数量，m代表发送者s的位图集bs的位图的长度。由此我们可以计算每个信道上的平均的路由机会的大小。

2)发送者将所有的信道情况排序以后，将排序的信息发送给所有可能的接收者，以便接收者选择合适的信道和发送者。

c.通过接收来自所有潜在发送方发来的信道排序信息之后，每一个接收者就决定选择一个工作信道，以及一个想要与之合作的发送者。具体的，接收者通过计算一个收益/成本比值来决定选择哪一个信道和合作的发送者：

ρi＝pa(i,j)/nc(i)

其中，pa(i,j)表示由发送方j计算出来的在信道i进行路由的机会大小，nc(i)表示在信道i上的发送方的数量。这样，有最大的ρ的发送者和信道就会被选中作为工作信道和发送者。

d.接收方选择了主信道和对应的发送者之后，还有其他未被选择的发送者，这里通过一个轻量级的投票机制：对每一个信道，我们记录他们在不同发送者的排名信息并检查哪个信道最有可能被选择，如果一个信道更有可能在较低的信道排位中被选择，那么我们就优先选择这个信道，并且选择最高排位的发送者。

e.接收方完成了信道和对应发送方的选择，并且投票选出了其他未被第一选择的发送者和信道之后，轮到发送方来决定自己要工作的信道。这里，我们综合考量了最小化预期传输次数etx和信道产生冲突的可能性，通过计算额外的预期传输次数cetx来选择信道：

cetx＝etx×(1+qcollision)

其中，qcollision是碰撞的概率，计算公式为：

qcollision＝1-pst-pnt

pst表示一次成功传输的可能性，pnt表示没有发送方尝试传输的可能性，计算公式如下：

n是出站链路的数量，pta是传输的尝试概率。pta的计算公式为：

其中，ttrans表示数据传输的退避计时器。

这样，我们就可以计算出额外的预期传输次数，从而让发送者选择合适的信道进行工作。

f.如果发送者和接收者各自选择的信道不同，我们提出一种精炼修正办法：接收者根据发送者选择的信道来改变自己的主信道。由于此时所有发送者的信道已经确定了，接收者有改变信道：1、信道包含在发送者的位图中，2、从发送方的链路质量比其他发送方的好。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。