一种基于链路质量和排队时延的路由方法技术领域
本发明涉及一种数据链网络技术领域，特别涉及两跳网络中基于链路质量和排队
时延的路由方法。
背景技术
数据链网络是一个无中心、分布式网络架构，它要求保证业务既可靠又快速地送
达目的节点。在全向通信的数据链网络体制中，为扩展网络通信覆盖范围，其通过设定的中
继节点转发业务。
在上述网络中，首先需要预先人工指定业务的转发节点，网络在运行过程中节点
不能依据拓扑变化自动选取业务最优路径，缺少灵活性。其次，当指定的中继节点不能正常
工作时会影响到整个网络的通信覆盖范围，网络运行的健壮性不高。最后，由于受无线网络
复杂多变的拓扑结构影响，指定的转发节点无法保证转发业务可靠送达。针对以上问题，一
些学者提出采用按表驱动的路由方法动态选取路径，期望解决人工指定转发节点的不足之
处。但是，其仅把节点间连通率作为业务可达的唯一依据，没有将节点间链路质量和队列处
理调度时延两个重要因素纳入到路由选取方法中，更没有考虑网络动态性和业务特征对路
由的适应性影响，且只停留在实验室环境下演示，在数据链网络中上并未得到应用。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于链路质量和排队时延的路由方
法，针对两跳可达网络，综合业务特征和链路状态选取最优可达链路，解决业务送达的路径
问题，有效地满足了数据链网络动态性的需求，在实际工程上得到应用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
(1)网内节点以节点自身状态信息和邻居节点信息两类组网业务为统计样本，节
点自身状态信息包括节点ID、网络责任和节点位置，网络责任分为主网管、替补网管、中继
和替补中继四种类型；邻居节点信息包括节点自身ID、邻居节点ID、邻居节点到本节点链路
质量和本节点到邻居节点链路质量；网内节点周期广播发送两类组网业务，并统计在单个
周期内收到邻居节点发送的组网业务数目，随后在本周期末计算当前周期与上两个周期统
计收到的消息，将消息相加后的结果作为邻居节点到本节点的链路质量，并从上一个周期
邻居节点消息中获取本节点到邻居节点链路质量；在节点运行的初始时刻链路质量默认为
0；
(2)节点内部依据消息的优先级建立不同的队列，在估算排队时延时首先统计在
固定周期内各优先级队列发送的业务数量，然后在每个周期末计算发送流量，即在考虑队
列调度时每毫秒各优先级队列能调度发送多少个字节，同时对上个周期与当前周期的发送
流量进行加权处理；本周期的权值为0.7，上一周期的权值为0.3；
(3)每个节点根据节点自身状态信息和邻居节点消息建立并更新维护节点信息
表，节点信息表包括节点内部各优先级业务的排队估计时延、周围一跳节点数目及节点ID、
自身节点与一跳可达节点双向链路质量、以及该节点承担的网络责任；
(4)通过查找节点信息表提取到达目的节点存在的可能路径；如果目的节点在业
务产生节点的邻居中，则标记为一跳可达并提取到达该节点的链路质量；如果目的节点为
业务产生节点的一跳节点的邻居节点，则标记为两跳可达并计算到达目的节点的链路质量
和转发节点排队时延；该路径的链路质量为业务产生节点到转发节点链路质量与转发节点
到目的节点质量相乘，并将其与固定数值相比折算成该路径送达率；
(5)将应用业务分为时敏业务和可靠业务两大类，时敏业务是指业务对时延有要
求，若超过生命周期则该业务将失效；可靠业务是指业务要求能够准确送达目的节点；对于
时敏业务，优先选择在其容忍排队时延阈值下链路质量最优的路径；对于可靠业务，在高于
链路质量门限上选取排队时延最小的路径；如果当前网络状况不能满足应用业务的链路质
量要求或时延要求，则选取链路质量最好的路径；如果在同等条件下有多条路径可达目的
节点，则选择不经主网管或中继转发的路径。
本发明的有益效果是：首先，本发明无需人工预先指定转发路径，能够依据节点间
链路质量和排队时延动态地选取出路由，从而可以适应数据链网络拓扑的动态变化。其次，
本发明综合考虑了应用业务特征，将其分为时敏业务和可靠业务，保证所选路由为最优。此
外，本发明已在实际工程上得到应用，演示验证效果表明，在复杂网络环境下，它能够为各
类业务找到最佳路由。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
图2是本发明实施例的网络拓扑图。
图3是本发明实施例的时隙示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施
例。
本发明包括以下步骤：
(1)统计链路质量
链路质量统计是以节点自身状态和邻居节点信息两类组网业务为统计样本，不占
用额外带宽。节点状态信息数据元素包括节点ID、网络责任、节点位置数据项。网络责任为
主网管、替补网管、中继、替补中继四种类型。邻居节点信息的数据元素包括节点自身ID、邻
居节点ID、邻居节点到本节点链路质量、本节点到邻居节点链路质量。网内节点周期广播发
送两类组网业务，并统计在单个周期内收到周围邻居节点发送的组网业务数目，随后在本
周期末时刻计算当前周期与上两个周期统计收到的消息，将消息相加后的结果作为邻居节
点到本节点的链路质量，本节点到邻居节点链路质量可以从上一个周期邻居节点消息中获
取。在节点运行的初始时刻链路质量默认为0。为了便于链路质量统计，约定节点在每个周
期发送的组网业务数目为固定值。
(2)估算排队时延
节点内部依据消息的优先级建立不同的队列，在估算排队时延时首先统计在固定
周期内各优先级队列发送的业务数量，然后在每个周期末时刻依据这些信息计算出发送流
量，即在考虑队列调度时每毫秒各队列能调度发送多少个字节，同时对上个周期与当前周
期的发送流量进行加权处理。本周期的权值为0.7，上一周期的权值为0.3。
(3)建立维护节点信息表
每个节点根据收到的状态消息和邻居节点消息建立并更新维护网内节点的信息
表，其具体消息元素包括节点内部各优先级业务排队估计时延，周围一跳节点数目及节点
ID，自身节点与一跳可达节点双向链路质量，以及该节点承担的网络责任。
(4)提取可达路径
通过查找节点信息表来提取到达目的节点存在的可能路径。如果目的节点在业务
产生节点的邻居中，则标记为一跳可达并提取到达该节点链路质量。如果目的节点为业务
源一跳节点信息表中的邻居节点，则标记为两跳可达并计算到达目的节点的链路质量和转
发节点排队时延。此时该路径的链路质量为业务产生节点到转发节点链路质量与转发节点
到目的节点质量相乘，并将其与固定数值相比折算成该路径送达率。
(5)确定最优路由
将应用业务分为时敏业务和可靠业务两大类。时敏业务是指业务对时延有要求，
若超过生命周期则该业务将失效。可靠业务是指业务要求能够准确送达目的节点。对于时
敏业务，优先选择在其容忍排队时延阈值下链路质量最优的路径。对于可靠业务，在高于链
路质量门限上选取排队时延最小的即为最佳路由。如果当前网络状况确实不能满足应用业
务对链路质量或时延要求，但该业务还要求紧急发出去，则在门限值外选取链路质量最好
的路径。如果在同等条件下，业务有多条路径可送达目的节点，优先选择不经主网管或中继
转发的路径。
如图1所示，本发明能够依据当前网络状态为寻址业务动态地选取路由。下面结合
图2对本发明的具体实施方法进行详细介绍：
(1)假设网络中有4个节点，其ID号分别为1、2、3、4。在统一的时间轴上，每个节点
依据ID号从小到大以5秒一个周期顺次发送5包组网业务。在节点4组网业务发送时隙的第
二个时隙统计本周期与上两个周期收到的组网业务数目，将其作为其它节点到本节点的链
路质量，取值范围为0～15，具体过程如图3所示。而本节点到其它节点的链路质量可以从收
到的邻居节点消息中提取。
(2)设在以tsi为起始时刻与tei为结束时刻的时间段内发送优先级i(i＝1,2...8)
的业务数为Si，以5s为一个周期，在节点4业务发送时隙的第二个时隙计算本周期各优先级
业务发送速率为Rcur_i＝Si/(tei-tsi)。当前业务发送速率Ri＝0.7*Rcur_i+0.3*Rpre_i即将本周
期与上一个周期业务发送速率加权处理，其中Rpre_i表示上一个周期发送业务速率。设当前
优先级队列长度为Li，估算业务排队延迟为Ti＝Li/Ri，Ti取值为0～20000ms。为了节约空口
传输带宽，将Ti的值线性映射到0～126。
(3)节点1维护着自身和节点2、3、4的信息表，网内节点以5s一个周期广播成员状
态和邻居节点信息，节点依据收到其它成员发送的这两类消息更新维护节点信息表。节点1
维护着信息表内容如下：
(4)假设节点1产生的寻址业务需送达到节点4，由拓扑结构示意图可知共计有3条
路可达。一种类型为业务一跳可达即节点1可以直接与节点4通信，此时链路质量值为节点1
到节点4链路质量数值乘以15，排队时延记为0。另外一种类型为业务需要转发节点才能可
达目的地址，当节点1产生的业务到节点4需经过节点2转发时，此时链路质量为节点1到节
点2与节点2到节点4链路质量相乘结果，邻居节点链路质量从节点信息表中获取。由于该业
务到达目的节点需经过节点2转发，此时会产生排队时延，其值可以依据业务优先级从节点
2信息表中获取。节点1的业务需经过节点3转发时，其链路质量和排队时延取值方式同节点
2转发。将所计算的链路质量数值与固定数225相比得到该链路的丢包率。
(5)如果节点1发送给节点4的是可靠业务，则在链路质量数值大于10的路径中选
择排队时延最小的作为最优路由。时敏业务的路由是在其对应的门限值下选择链路质量最
好的路径。若为时敏业务，则依据应用业务对时间敏感程度将时间阈值划分为4个档次，其
分别为10、30、60、90。如果选出的路径为1->2->4和1->3->4，假设节点2担任中继职责，则在
同等链路质量和排队时延条件下，最终确定的路径为1->3->4。
以上步骤给出了基于链路质量和排队时延的路由方法实现流程，该方法能够依据
网络状况并结合业务特征动态选取最佳路由，保证了业务快速可靠地到达目的节点。