本發(fā)明涉及通信網(wǎng)絡領域，特別是涉及排隊論，以及優(yōu)化理論。

背景技術：

近年來，隨著高新科技不斷地飛躍式發(fā)展，通訊技術領域的新月異，以智能手機、移動終端為主流的便攜式無線通訊設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向移動終端領域，以智能手機、平板電腦等設備作為平臺，發(fā)展自身的產(chǎn)品。用戶在使用智能手機時會產(chǎn)生非常多的網(wǎng)絡服務，傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡通過電纜、基站等固定連接設備提供網(wǎng)絡服務，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的移動網(wǎng)絡服務需要。無線網(wǎng)絡則不需要太多的線纜連接設備，任何時間、任何地點，只要附近存在無線網(wǎng)絡信號，人們就可以很方便并快速地享受網(wǎng)絡服務，無論是對公司廠商還是對用戶大眾都是極大的便利。目前無線網(wǎng)絡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(Wireless Sensor Network，WSN)、無線自組網(wǎng)(Wireless Ad hoc Network，WANET)、無線Mesh網(wǎng)絡(Wireless Mesh Network，WMN)等領域。其中WMN是針對商業(yè)應用發(fā)展起來的一種無線網(wǎng)絡結構，可以為提供網(wǎng)絡業(yè)務的公司廠商以及終端用戶提供方便、廉價、可靠的接入服務，具有廣闊的應用前景。

WMN按結構特點以及節(jié)點的組成可以分為三個層次:骨干Mesh網(wǎng)絡(分級結構)，用戶終端網(wǎng)絡和混合網(wǎng)絡，如圖1所示。

骨干Mesh網(wǎng)絡由許多Mesh路由器組成，稱為路由節(jié)點，其中一些路由節(jié)點通過有線的方式連接到Internet和其它無線網(wǎng)絡，實現(xiàn)不同網(wǎng)絡間的通信，這些路由節(jié)點稱為網(wǎng)關節(jié)點，其數(shù)量可以按照具體的需要進行部署。在骨干Mesh網(wǎng)絡中部署多個網(wǎng)關節(jié)點有多方面的優(yōu)勢：首先，網(wǎng)關節(jié)點數(shù)量的增加使得路由節(jié)點與網(wǎng)關節(jié)點間的路由路徑增加，減少了路由節(jié)點和網(wǎng)關節(jié)點間的傳輸距離，從而減少了信息轉發(fā)的時延，提高了數(shù)據(jù)轉發(fā)效率；其次，當網(wǎng)絡中的某個網(wǎng)關節(jié)點出現(xiàn)故障時，網(wǎng)絡中的信息還可以通過其他的網(wǎng)關節(jié)點進行轉發(fā)完成，大大增強了WMN的可靠性；第三，網(wǎng)關節(jié)點作為信息匯聚的節(jié)點，很容 易出現(xiàn)負載過高的現(xiàn)象，多個網(wǎng)關節(jié)點就能很好地使信息分流，防止網(wǎng)絡擁塞，提高網(wǎng)絡性能。

用戶終端網(wǎng)絡中，每個節(jié)點(智能手機、平板電腦、PDA等)都處于對等的地位，每個節(jié)點既是用戶終端，共享網(wǎng)絡中的資源，又是路由節(jié)點，能在網(wǎng)絡中進行數(shù)據(jù)轉發(fā)。在這種網(wǎng)絡結構中，各個節(jié)點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，一般只使用一種無線技術。

混合網(wǎng)絡是骨干Mesh網(wǎng)絡與用戶終端網(wǎng)絡的結合，是日常生活中最常見的結構。在混合網(wǎng)絡中，路由節(jié)點和用戶終端節(jié)點都可轉發(fā)來自相鄰節(jié)點的數(shù)據(jù)信號，實現(xiàn)網(wǎng)絡路由功能。通過混合網(wǎng)絡，用戶終端得以通過數(shù)據(jù)的轉發(fā)接入網(wǎng)關節(jié)點，從而獲得Internet的服務。在這種結構中，由于路由節(jié)點和用戶終端節(jié)點都具有一定的路由能力，能承擔一定的接入和轉發(fā)任務，因此增加了無線設備接入網(wǎng)絡的方式，擴大了網(wǎng)絡覆蓋范圍，同時減少了基礎設備的數(shù)量，降低了網(wǎng)絡部署成本。

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

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是：通過建立傳輸時間優(yōu)化模型和高效的路徑選擇機制，實現(xiàn)無線mesh網(wǎng)絡高效資源利用和均衡業(yè)務傳輸?shù)穆?lián)合優(yōu)化。

本發(fā)明為解決上述技術問題所采用的技術方案包括以下步驟，如圖2所示：

A、建立傳輸時間優(yōu)化模型；

B、建立高效的路徑選擇機制。

所述步驟A中，具體為：

其中i,i′,i^*均為業(yè)務流標識，i和i′均為不具有優(yōu)先級需求的業(yè)務流，但i≠i′，i^*為具有優(yōu)先級需求的業(yè)務流，j,j′,j^*分別為對i,i′,i^*的操作處理標識，k為網(wǎng)絡中的移動終端標識，N為不具有優(yōu)先級需求的業(yè)務流集合，P為具有優(yōu)先級需求的業(yè)務流集合，M為網(wǎng)絡中的節(jié)點集合，R為網(wǎng)絡中的移動終端集合，O_m為節(jié)點m對不具有優(yōu)先級需求的業(yè)務流的操作處理集合，o_ij為業(yè)務流i的第j次操作處理，p_ij為o_ij所需的時間，n_i為業(yè)務流i在網(wǎng)絡中的操作處理次數(shù)，t_ij,i′j′為從o_ij向o_i′j′進行狀態(tài)轉移所需時間，T為所有業(yè)務所需的傳輸與處理時間，為o_ij的起始時間，為傳輸處理T_ij的起始時間，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為移動終端k作為中繼節(jié)點實現(xiàn)操作處理任務o_ij完成后的傳輸處理任務，L為權重系數(shù)。

所述步驟B中，路徑選擇機制具體為：a.業(yè)務源節(jié)點在業(yè)務中增加RREQ信息，并將該信息發(fā)送至傳輸節(jié)點；b.傳輸節(jié)點收到該業(yè)務流時判斷是否處理該業(yè)務信息，若其需要處理該信息，則轉至子步驟e，反之則轉至子步驟c；c.使 用RREP和重定向信息通知源節(jié)點進行業(yè)務重定向；d.基于RREP信息選擇新的中間節(jié)點；e.對鄰近節(jié)點進行測量估計；f.進行流量調節(jié)；g.將數(shù)據(jù)信息發(fā)送至下一跳節(jié)點或目的節(jié)點；h.使用地理位置數(shù)據(jù)庫獲取鄰近節(jié)點狀態(tài)信息，并轉至子步驟b；i.業(yè)務發(fā)送端通過采用基于RREP信息的傳輸節(jié)點選擇機制和加載重定向RREQ信息以及地理位置數(shù)據(jù)庫，重新將業(yè)務信息發(fā)送至被選擇的傳輸節(jié)點，并轉至子步驟b，其中RREP為路由請求洪泛信息，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.當節(jié)點n收到節(jié)點m的RREQ信息后，判斷是否成立，若成立則轉至步驟b，反之則，并結束處理；b.根據(jù)源節(jié)點地址在路由表中獲取RREQ報文序號，若找到則結束處理，反之則轉至步驟c；c.在廣播中插入新的路由請求，并更新源節(jié)點信息，并轉至步驟d；d.在路由表中查找指向目的節(jié)點的路由，若該路由存在則轉至步驟e，反之則轉至步驟f；e.繼續(xù)廣播RREQ信息，并結束處理；f.把指向源節(jié)點的下一跳地址插入目標節(jié)點路由表中的前驅節(jié)點列表中，并轉至步驟g.；g發(fā)送RREQ至下一節(jié)點，并判斷下一節(jié)點是否收到RREP，若是則結束處理，反之則轉至步驟e，其中E_min為接收能量的最小值，d_w為節(jié)點間的統(tǒng)計平均傳輸距離，V_max為節(jié)點間相對移動速度最大值，t_max為節(jié)點間數(shù)據(jù)包傳輸?shù)臅r延上限，E為接收能量的門限值。

附圖說明

圖1無線mesh網(wǎng)絡結構示意圖

圖2無線mesh網(wǎng)絡的高效業(yè)務傳輸實現(xiàn)流程示意圖

圖3路徑選擇機制示意圖

具體實施方式

為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：

第一步，建立傳輸時間優(yōu)化模型，具體為：

其中i,i′,i^*均為業(yè)務流標識，i和i′均為不具有優(yōu)先級需求的業(yè)務流，但i≠i′，i^*為具有優(yōu)先級需求的業(yè)務流，j,j′,j^*分別為對i,i′,i^*的操作處理標識，k為網(wǎng)絡中的移動終端標識，N為不具有優(yōu)先級需求的業(yè)務流集合，P為具有優(yōu)先級需求的業(yè)務流集合，M為網(wǎng)絡中的節(jié)點集合，R為網(wǎng)絡中的移動終端集合，O_m為節(jié)點m對不具有優(yōu)先級需求的業(yè)務流的操作處理集合，o_ij為業(yè)務流i的第j次操作處理，p_ij為o_ij所需的時間，n_i為業(yè)務流i在網(wǎng)絡中的操作處理次數(shù)，t_ij,i′j′為從o_ij向o_i′j′進行狀態(tài)轉移所需時間，T為所有業(yè)務所需的傳輸與處理時間，為o_ij的起始時間， 為傳輸處理T_ij的起始時間，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為移動終端k作為中繼節(jié)點實現(xiàn)操作處理任務o_ij完成后的傳輸處理任務，L為權重系數(shù)。

第二步，建立高效的路徑選擇機制，具體為：a.業(yè)務源節(jié)點在業(yè)務中增加RREQ信息，并將該信息發(fā)送至傳輸節(jié)點；b.傳輸節(jié)點收到該業(yè)務流時判斷是否處理該業(yè)務信息，若其需要處理該信息，則轉至子步驟e，反之則轉至子步驟c；c.使用RREP和重定向信息通知源節(jié)點進行業(yè)務重定向；d.基于RREP信息選擇新的中間節(jié)點；e.對鄰近節(jié)點進行測量估計；f.進行流量調節(jié)；g.將數(shù)據(jù)信息發(fā)送至下一跳節(jié)點或目的節(jié)點；h.使用地理位置數(shù)據(jù)庫獲取鄰近節(jié)點狀態(tài)信息，并轉至子步驟b；i.業(yè)務發(fā)送端通過采用基于RREP信息的傳輸節(jié)點選擇機制和加載重定向RREQ信息以及地理位置數(shù)據(jù)庫，重新將業(yè)務信息發(fā)送至被選擇的傳輸節(jié)點，并轉至子步驟b，其中RREP為路由請求洪泛信息，RREQ為路由反饋信息。

第三步，RREQ處理行為為：a.當節(jié)點n收到節(jié)點m的RREQ信息后，判斷是否成立，若成立則轉至步驟b，反之則，并結束處理；b.根據(jù)源節(jié)點地址在路由表中獲取RREQ報文序號，若找到則結束處理，反之則轉至步驟c；c.在廣播中插入新的路由請求，并更新源節(jié)點信息，并轉至步驟d；d.在路由表中查找指向目的節(jié)點的路由，若該路由存在則轉至步驟e，反之則轉至步驟f；e.繼續(xù)廣播RREQ信息，并結束處理；f.把指向源節(jié)點的下一跳地址插入目標節(jié)點路由表中的前驅節(jié)點列表中，并轉至步驟g.；g發(fā)送RREQ至下一節(jié)點，并判斷下一節(jié)點是否收到RREP，若是則結束處理，反之則轉至步驟e，其中E_min為接收能量的最小值，d_w為節(jié)點間的統(tǒng)計平均傳輸距離，V_max為節(jié)點間相對移動速度最大值，t_max為節(jié)點間數(shù)據(jù)包傳輸?shù)臅r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)絡的高效業(yè)務傳輸方法，通過建立傳輸時間優(yōu)化模型和高效的路徑選擇機制，實現(xiàn)無線mesh網(wǎng)絡高效資源利用和均衡業(yè)務 傳輸?shù)穆?lián)合優(yōu)化。