[发明专利]应用于TDMA自组网的跨层路由协议实现方法

说明书

本发明公开了一种应用于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。本发明既达到了对服务质量的保障，降低了网络时延，又充分利用了链路多速率，提高了网络吞吐量，可用于无线自组织网络。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，更进一步涉及跨层路由协议实现方法，可用于时分多址TDMA和链路多速率传输的无线自组织网络中。

背景技术

当前针对自组织网络研究的路由协议大部分都是基于载波侦听多址访问或冲突避免CSMA/CA的信道接入方式，但是由于CSMA/CA不能提供服务质量保障，对于网络堵塞或者碰撞的问题很难保证网络传输的实时性。另一方面，无论是表驱动方式的DSDV路由算法还是按需方式的DSR和AODV等路由算法，都是基于单速率环境下设计的，大部分都是简单地以源节点与目的节点之间的跳数作为路由选择的权衡依据。然而，随着物理层能提供多速率能力，最小跳数的算法倾向于选择长距离低速率的链路，严重限制了吞吐量的提高。因此，为了能充分利用链路多速率传输，提高吞吐量，路由协议的设计也需要考虑链路速率自适应带来的影响。

目前，还没有较成熟的路由协议算法既考虑物理层TDMA的多址接入方式又综合利用链路多速率传输。作者鲁顶芝在其发表的论文“多速率环境下无线 Adhoc网络的路由研究”(《合肥工业大学》，2011年)中，通过在按需路由的RREQ 分组头部添加累计的端到端延迟值，通过评估CSMA/CA的接入延迟与冲突重传来计算该值，之后源节点选择到目的节点的延迟值最小值来作为传输路径。但是该方法仍然是基于CSMA/CA的多址接入方式，同时存在着没有考虑负载均衡与无法适应快速移动的Ad hoc网络等弊端。

作者姜少峰在其发表的论文“Ad hoc网络中一种负载均衡的多速率路由算法”(《北京理工大学学报》，2006年5月)中提出一种基于表驱动的路由算法，该算法根据收集到的邻居节点排队队列的长度，在转发数据包时，通过选择一条时延低的邻居节点来多跳转发到原定的下一跳节点，以避免加重局部拥塞。但是该方法仍做不到对源节点到目的节点整条路径的时延权衡，因而无法实现全网络的负载均衡。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有多速率传输条件下的路由协议算法的不足，提出一种应用于TDMA自组网的跨层路由协议实现方法，以通过对源节点到目的节点整条路径的时延权衡，降低时延，实现全网络的负载均衡。

本发明技术思路是：根据TDMA时隙长度固定的特性，发送不同长度的数据包使其链路利用率也随之变化，同时为了充分利用链路传输能力，通过帧聚合方式获得较高的链路利用率，其实现方案包括如下：

(1)MAC层采用TDMA的多址接入方式，路由采用表驱动的方式；

(2)MAC层计算本节点到每个邻居节点n_i的链路最大传输单元lm_ni，并计算本节点的排队时延t_i；

(3)确定路由协议的报文携带内容，该内容包括本节点到各个可达的目的节点d_i的最优路由路径信息，每条路径信息包括本条路径的排队时延t_delay、本条路径的最大传输单元pm、本条路径上节点占用的时隙数总和slot、本条路径的跳数hop和完整路径信息，即该条路由经过的每一个节点号；

(4)MAC层将链路最大传输单元lm_ni、本节点的排队时延t_i和本节点在一个帧长内占用的时隙数slot_i这三种反馈给网络层；