无线自组网协议开销空间优化方法与流程

本发明涉及ipc分类h04w40/02通信路由或路径选择技术或h04w28/00无线通信网络业务量或资源管理技术，尤其是无线自组网协议开销空间优化方法。

背景技术：

自组网是一种移动通信和计算机网络相结合的网络，网络的信息交换采用计算机网络中的分组交换机制，用户终端是可以移动的便携式终端，自组网中每个用户终端都兼有路由器和主机两种功能。作为主机，终端需要运行各种面向用户的应用程序，如编辑器、浏览器等；作为路由器，终端需要运行相应的路由协议，根据路由策略和路由表完成数据分组的转发和路由维护工作，故要求节点实现合适的路由协议。自组网路由协议的目标是快速、准确和高效，要求在尽可能短的时间内查找到准确可用的路由信息，并能适应网络拓扑的快速变化，同时减小引入的额外时延和维护路由的控制信息，降低路由协议的开销，以满足移动终端计算能力、储存空间以及电源等方面的限制。

无线通信中，信息不是直接从信源到信宿的一次传输，而是经过从信源到信宿之间的多个天线节点的转发，即信息的传输是通过链路上的多个节点转发完成的。每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。多跳就是多次转发。另外，跳频通信中，由于使用多个频点频移进行通信，因此也多跳有时也指跳频通信。

随着通信技术的发展和移动终端性能的提高，多跳自组网的应用越来越广泛。相关专利文献公开较少。

中国专利申请201610393175.2公开了一种自主协议及组网方法的自组无线局域网及数据收发方法。一种可组成多级、多路径网主从式架构无线局域网，其包括控制器以及多个节点；所述控制器内存储用于进行路由控制的路由表；所述控制器用于发送符合硬件芯片协议格式的控制数据来读取最终接收数据节点中的存储数据，通过路由表对发送的控制数据进行路由控制来获取最终接收数据节点中的存储数据，并在获取后通过路由表将获取的最终接收数据节点中的存储数据反馈给控制器；所述路由表包括最终接收数据节点的地址、各中继路径节点地址、路由次数、优先级别；控制器与节点之间、节点与节点之间通过如下硬件芯片协议进行数据传输。

西安电子科技大学提出的中国专利申请201810074089.4公开了一种应用于tdma自组网的跨层路由协议实现方法，主要解决现有的多径路由协议网络时延大和吞吐量低的问题。其方案是：1.每个节点的网络层通过跨层方式获取本节点占用的时隙个数、本节点到各个邻居节点的链路最大传输单元以及本节点的排队时延；2.每个节点周期性地广播各条路径的路径时延、路径最大传输单元和路径上节点占用的时隙数总和；3.网络层收到路由广播报文，计算本节点到目的节点各条路径的权值，将最优路径与备选路径通知给mac层；4.mac层在队列调度时结合多径信息进行帧聚合。

中国专利申请201810290506.9公开了一种无线组网设备环境控制系统及其通讯协议约定方法，每个房间配置的多路环境参数采集器、多路设备驱动器和主控制器各自均配置设有zigbee无线收发电路模块，同房间内多路环境参数采集器、设备驱动器分别通过zigbee无线收发电路模块仅与同一房间内的主控制器之间进行无线通讯连接，主控制器通过无线路由器与中央控制器相通讯连接；每路设备驱动器包括驱动器mcu控制电路模块以及分别与环境控制接口设备相输出对接开关量输出电路模块、rs485通信输出电路模块和红外控制输出电路模块；自动根据环境监测情况实现对环境控制接口设备的自动驱动启动。

重庆大学提出的中国专利申请201010607916.5提供一种基于无线mesh的分布式网络控制系统间的流量控制方法,该方法:1、通过改变传统的网络控制系统结构提高数据的传输质量,采用无线mesh网络传输控制信号和采样信号,既保证了整个控制网络具有较好的容错能力和网格连通性,组网方式的灵活多样性以及较高的自管理性,也增加了无线mesh网络在业务流传输时对整个网络是控制能力；2、通过调整基于无线mesh的分布式网络控制系统模块间不同数据队列门限的差值,实现根据不同条件下控制流速率和业务流拥塞率的均衡。

现有技术自组网中，用户终端的移动性具有很大的随机性，它们可以随时移动，也可以随时开机和关机。再加上无线发射装置发送功率的变化，无线通道间的互相干扰以及地形等因素的影响，网络的拓扑结构可能随时发生变化，而且这种变化无法预先知晓。网络拓扑动态变化频繁。节点的移动使得网络拓扑不断变化，对于频繁的网络拓扑变化，传统的固定网络路由协议很难及时的、准确的反映网络的拓扑结构，而且为了维护网络拓扑所使用的控制资讯不断的分发到网络中去，要占用大量的无线带宽。特别是在链路变化频繁的网络中，大量的更新信息会占用相当多的宝贵带宽，增加协议开销。

技术实现要素：

本发明的目的是提供无线自组网协议开销空间优化方法，根据优化自组网中传播空间域，在减少节点的数目的同时控制协议的传播空间，及时适应网络拓扑变化的同时优化组网协议开销。

本发明的目的将通过以下技术措施来实现：在无线自组网内，通过对节点到活跃节点跳数、到目标节点跳数和到最优节点跳数的限制，使自组网组网协议不能无限扩散，组网协议开销空间域被限制收敛于三维空间中的一有限闭空间中。

尤其是，引入变量h1表示到活动节点的跳数,变量h2表示到目的节点的跳数，以此来动态的调整协议传输范围；引入变量z，表示到达最优邻居节点的跳数；建立路由传输的三维空间域；目的节点跳数以及最优节点跳数限制，为一收敛闭空间。

尤其是，在无线自组网内，节点到活跃节点，目标节点，最优节点的跳数相等时，组网协议开销空间域限制收敛于一个球体；当节点到活跃节点和目标节点跳数相等时，组网协议开销空间域限制收敛于一个圆柱体。

本发明的优点和效果：通过对无线自组网中协议信息的传输空间进行限制，组网协议开销空间域被限制收敛于三维空间中的一有限闭空间中，只在满足设定条件的空间中进行协议传输，进而减少无用信息，减少网络协议的开销，适应快速的网络拓扑变化,优化组网协议开销。提高发送效率，优化了组网协议传播效率，提高了带宽利用率。

附图说明

图1为实施例1中自组网路由协议发送的约束三维空间域示意图。

图2为实施例1中多个节点的交互过程在三维立体椭球体形成过程示意图。

具体实施方式

本发明原理在于，如附图1所示，为了合理的减少时间，增加无线资源的利用，进一步的引入变量h1表示到活动节点的跳数,变量h2表示到目的节点的跳数，以此来动态的调整协议传输范围,但这只能在二维空间上进行协议传输限制，在实际应用中，每个节点都处在三维立体空间中，因此，引入变量z，表示到达最优邻居节点的跳数。参数z的引入,建立了路由传输的三维空间域，能更好的提高发送效率。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：如附图2所示，引入变量h1表示到活动节点的跳数,变量h2到目的节点的跳数，变量z表示到达最优邻居节点的跳数。参数z的引入，使得由以前自组网路由协议发送的二维空间约束变为三维空间域；在无线自组网内，每个节点进行信息传输的过程便形成三维空间中若干轨迹，多个节点的交互过程在三维立体中可以看作椭球体形成过程，但不限于椭球体。例如节点a(h1,h2,z)若所对应的具体常量a,b,c决定了椭球体体积大小，即传输范围，以节点a点到活跃节点b跳数为长轴a，到目的节点d跳数为短轴b绘图。具体推导过程如下：

其中a≠b≠c即得：

因为：

由三重积分性质可得：

ω：

ω：

令

则：

前述中，选取球坐标，令

其中，r∈[0，1]，θ∈[0，π]，

则：

由此得出，节点a的协议开销空间由到活跃节点跳数，目的节点跳数以及最优节点跳数限制，为一收敛闭空间。有效的控制约束了组网协议传播范围。

前述中，当节点a(h1，h2，z)若所对应的具体常量a，b，c关系改变时，无线自组网信息传输轨迹在三维空间中对应的运动空间域也会发生变化。例如：当a＝b＝c时，即节点到活跃节点，目标节点，最优节点的跳数相等时，组网协议开销空间域限制收敛于一个球体；当a＝b≠c时，即节点到活跃节点和目标节点跳数相等时，组网协议开销空间域限制收敛于一个圆柱体。

前述中，通过对节点到活跃节点跳数、到目标节点跳数和到最优节点跳数的限制，使自组网组网协议不能无限扩散，组网协议开销空间域被限制收敛于三维空间中的一有限闭空间中，优化了组网协议传播效率，提高了带宽利用率。

本发明实施例中，cpu>680mhz；内存>64mb；硬盘ram>64mb，flash>64mb；通信/网络接口卡：ethernet：10/100/1000mbitethernet,82574>1路。操作系统为linux，fedora15版本。