专利名称：基于无线射频的机会网络路由方法
技术领域：
本发明涉及一种路由方法，特别是一种基于无线射频的机会网络路由方法。
背景技术：
无线射频技术是利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的一种技术。早 在二战期间，在区分联军和纳粹飞机的“敌我辨识”系统中就展现了其雏形。目前包括IBM、 Motorola, Oracle等在内的各大软硬件厂商都对该技术进行研究，并推出了一系列的软硬 件产品，在物流管理、仓储系统、高速公路收费站等人们日常生活的各个方面进行应用。机会网络的研究来源于美国国防部高等研究计划局DARPA支持的星际互联网计 划(IPN)，这是一种在大多数情况下，源节点和目的节点不存在完整路径的移动无线网络。 目前逐步应用到生物追踪、校园网络、家庭自动化网络、城市及乡村网络等领域。由于机会 网络具有间歇性连接、高传输延时、不均勻连接等特点，使得原本的TCP/IP协议无法建立 端到端的连接而造成大量的丢包。近年来人们对机会网络进行了各种分析，也提出了许多不同的路由协议，但这些 协议，都存在一些不足之处，如有的协议占用了过多的网络资源，有的协议在数据包的成功 传输率或平均延时上表现的不够理想，有的协议要求节点的移动必须遵循特定的方式。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种能满足动态变化的网络环境下的传输率 和时延约束要求，并能合理利用网络中的缓存与带宽等资源的基于无线射频的机会网络路 由方法。实现本发明目的的技术解决方案为一种基于无线射频的机会网络路由方法，包 括以下步骤步骤1 对机会网络的应用场景进行选择，该应用场景为一个相对封闭的环境，在 此场景中存在一些移动的实体，各移动实体之间需要进行一些数据的传递与共享；步骤2 在上述应用场景中设置若干个无线射频读写器，这些读写器位于移动节 点密集的地方，其覆盖范围不能重叠；步骤3 在移动节点上设置通讯终端，该通讯终端包括两个接口，一个为无线射频 读写接口，另一个为传统无线网络的读写接口 ；步骤4:移动节点之间进行数据传输，将网络负载分为两部分，一部分网络负载通 过中继节点进行存储转发，另一部分网络负载通过无线射频信号进行数据传递，二者并行 进行。本发明与现有技术相比，其显著优点为采用了无线射频信号与传统网络信号并 行传输数据的方式，提高了机会网络的性能，与传统的单纯的使用无线网络进行数据传递 的路由协议相比，在提高了传输率的同时，降低了端到端的延时，并将网络资源的使用控制 在合理的范围之内。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1为本发明的应用场景。图2为本发明的一种基于无线射频的机会网络路由方法的流程图。图3为本发明中通过无线网络传送数据包的方法流程图。图4为本发明中移动节点之间通信的流程图。图5为本发明中通过无线射频传送数据包的方式。图6为本发明中移动节点和读写器通信的流程图。图7为本发明的路由策略和其他路由策略的传输率比较。图8为本发明的路由策略和其他路由策略的延时比较。图9为本发明的路由策略和其他路由策略的占用资源的比较。图10为本发明的路由策略和其他路由策略的总共流量的比较。
具体实施例方式结合图1、图2，本发明的一种基于无线射频的机会网络路由方法，包括以下步骤步骤1 对机会网络的应用场景进行选择，该应用场景为一个相对封闭的环境，如 一所大学校园，在此场景中存在一些移动的实体，如人或者车辆，他们之间需要进行一些数 据的传递与共享。通常，实体之间是没有直接的端到端的路径，而且所传递的数据要求的实 时性并不是很高；步骤2 在上述应用场景中设置无线射频读写器，该读写器位于移动节点密集的 地方，其覆盖范围不能重叠；步骤3 在移动节点上设置通讯终端，该通讯终端包括两个接口，一个为无线射频 读写接口，另一个为传统无线网络的读写接口 ；步骤4 移动节点之间进行数据传输，将网络负载分为两部分，一部分网络负载通 过中继节点进行存储转发另一部分网络负载通过无线射频信号进行数据传递，二者并行进 行。对网络负载进行划分的具体方法为原本在机会网络中，某个节点在产生数据包 之后会形成多个副本，并将这些副本发送给若干个不同的中继节点，然后不再复制该数据 包，所有这些存储着副本的节点在遇到目的节点后，将该数据包发送给目的节点，完成数据 的传递，这是一种受限的洪泛路由协议。在受限洪泛路由协议的基础上设定好洪泛副本的 数量q，在源节点产生数据包后将q分成n、m两部分其中q = m+n, q>m>0,q>n>0, 在以后的传点过程中η个副本通过中继节点进行转发，m个副本通过无线射频信号进行传 递。结合图3，本发明的一部分网络负载通过中继节点进行存储转发的具体步骤为(1)源节点根据预先设定的η个副本将η-1个副本发送给最先遇到的η_1个不同 的移动节点，自己保留一个；源节点也可采用二元分发策略来进行分发，具体为源节点在 第一次分发副本的时候，将副本数的一半传递给中继节点，之后每个携带副本数大于等于2 的节点，在分发的时候，将副本数的一半传递给其它的中继节点，这种分法策略可以最快的将完成副本的分发；(2)对中继节点进行判断，如果某个中继节点就是目的节点，则完成该数据包的传 递；否则这η个携带副本的节点将不再进行数据包的复制，其中任意一个节点遇到目的节 点即将数据包传递给目的节点从而完成数据的传递。结合图4，在实际的环境中，任意两个节点之间的一次相遇过程中，可能存在多个 数据包进行传递，由于节点的接触时间有限，而且数据的传输带宽也有限，就有必要给需要 发送的数据包安排优先级。首先两个节点是对等的，那么任意一方开始传递以对方为目的 节点的数据包，之后另一方开始传递以对方为目的节点的数据包，这样可以尽快的将完成 一些数据包的传递过程，随后，任意一方开始向对方传递需要转发的数据包，之后另一方开 始向对方传递需要转发的数据包，至此完成整个通信过程。如果在此过程中节点因为移动 而导致节点间的通信中断，那么结束通信过程，正在传递的数据包将被丢弃。结合图5，本发明的另一部分网络负载通过无线射频信号进行数据传递的具体步 骤为(a)移动节点定期向读写器发起会话请求，若读写器忙碌，则移动节点延迟3、s 后再次发起会话请求；若读写器空闲则执行步骤(b)，并且读写器自身进入忙碌状态；(b)读写器发出应答信号并且与移动节点建立连接；(c)移动节点将通过无线射频信号传输的数据包的副本放在缓冲区并指示读写器 读写；(d)读写器从移动节点读写数据，则完成一个数据包的读写；读写器在后续与目 的节点的会话中将该数据包写入目的节点；(e)读写器与移动节点在读写完毕后断开连接，读写器进入空闲状态，读写器之间 定期进行通讯，将数据包的m个副本分发到m个不同的读写器上。结合图6说明节点与无线射频读写器之间的通信过程。移动节点首先向读写器发 起会话请求。如果读写器为空闲状态，则对该请求进行响应，读写器与该节点之间建立连 接，读写器进入忙碌状态。若节点没有收到读写器的应答信号，则延时3至5秒后，再次发 起会话请求，直到建立连接为止。之后读写器将以该节点为目的节点的依次数据包写入节 点的特定缓冲区，并指示节点接收，完成某些数据包的传递过程。然后节点将产生的需要通 过射频信号进行传递的数据包进行依次放入相应的缓冲区，并指示读写器进行读取。在读 写器完成对节点内容的读取后，节点发送结束会话的请求，通信结束，读写器又进入空闲状 态。在上述过程中，读写器应该均勻分布在整个网络中的各个区域中，以保证移动节 点在网络的任意位置都可以快速的进入读写器的覆盖范围。另外读写器的覆盖半径应该避 免重叠，这样会出现读写器之间冲突的情况，同时也造成资源的浪费。整个网络中只需安装 少量的读写器即可，这样一方面是出于成本的考虑，另外，过多的读写器对性能的提高微乎 其微。节点的移动是按照一定的移动模型进行的，通常，节点会有一个目的地，之后该节 点向目的地移动，在目的地可以做一定时间的停留，然后选择新的目的地，继续移动。移动节点可以通过射频信号与读写器进行数据的传递，这种数据传递是双向的， 也就是说，读写器可以从移动节点读取数据，也可以像移动节点写入数据。这样在一次移动节点与读写器的通信过程中，读写器从移动节点读取其新产生的数据，并将以其为目的的 数据发送给该节点。移动节点之间可以进行相互的通信，当两个节点在移动过程中彼此之间的距离小 于无线网络的覆盖半径的时候，它们之间就可以通过无线网络进行数据传递。读写器之间也可以进行相互通信。读写器可以看成是固定的基础设施，因此可以 在它们之间进行数据的共享，但这并不是必须的。可以安排一个中央控制系统，也可以由某 一个读写器担当，负责定期的收集没有读写器新接收的数据包，并将其进行整理，删除重复 的数据包，再将整理后的结果返回给每个读写器。读写器之间的数据共享可以通过有线网 络进行传输，这样可以快速、及时的将数据散布的整个网络的各个区域。任何一个节点在产生一个新的要发送的数据的时候，会通过无线射频和无线网络 两种方式，各自独立的进行数据的传递。在无线射频的传递过程中，节点负责将该数据包的 一个副本，传递给最先遇到的读写器，之后不再通过射频信号进行多余副本的传递，目的节 点在读写器的覆盖范围内，就可从读写器得到相应的数据包，完成数据的传递。在无线网络 的传递过程中，节点将数据包η-1 (η和整个网络的规模有关)个副本传递给最先遇到的n-1 个不同的节点，自己保留一个。如果在这个过程中没有遇到目的节点，则该数据包不再进行 复制和转发。直到携带该数据包的某个节点遇到的目的节点并将其发送给目的节点，数据 包的传递完成。节点定期的与读写器进行交互。如果节点不在任何一个读写器的覆盖范围之内， 则等到节点移动到某个读写器的覆盖范围之内的时候，节点发出与读写器通信的请求。如 果读写器此刻空闲，则给节点一个响应，在两者之间就建立一个会话连接，并且读写器进入 忙碌状态。如果此时读写器忙碌，则节点无法收到读写器的回应，节点可以延时几秒后再 发出会话请求，直到得到读写器的响应为止。由于每个节点与读写器之间的会话的时间只 占节点的全部时间的很小一部分，所以多个节点同时向读写器进行会话请求的概率是很小 的。节点与读写器建立连接之后，读写器先将以该节点为目的节点的数据包放在该节 点的缓冲区中，并指示节点进行接收。如果读写器没有要发送给节点的数据，或者数据已经 接收完毕，则节点不会得到读写器的接受指示，就可以将自己新产生的数据发在缓冲区中 等待读写器进行读取。读写器读取数据后，会指示节点该数据已经接收完毕，节点可以将下 一个数据包放入缓冲区中。等到读写器读取了节点要传送的所有数据之后，节点发送一个 断开连接请求给读写器，并结束与读写器之间的会话。读写器接收到断开连接请求，进入空 闲状态。如果读写器在和节点进行会话的过程中，节点移动到了读写器的覆盖范围之外， 或者在数据的读写过程中出现任何的异常，则读写器和节点都中断和对方的会话，节点可 以在延时几秒后再尝试与读写器的会话。任何两个节点之间的距离在无线网络的传输范围之内的时候，就可以在节点间进 行无线通信了。如果两个以上的节点在同一个范围之内，那么只会在两两之间建立连接。会 话的开始可以由任何一个节点发起，节点之间的连接是双向的，一方建立连接之后可以进 行双向的数据传输，但任意一个时刻只存在单向的通信，两个节点都有数据包要发送给对 方的时候，必须依次发送。
两个节点的会话期间，先发送以对方为目的地的数据包，因为这些数据包是发往 目的节点的，所以在发送结束之后可以丢弃，这样也可尽快完成数据的传递。之后，传输需 要转发的数据包。节点之间的地位是相等的，因此两个节点收发的顺序是随机的。当一个 节点尝试发送数据包给另一个节点的时候，先看对方是否同意接收该数据包，如果该数据 包对方已经接收过了(通过无线射频或其他节点)，则放弃对该数据包的传输，再尝试别的 数据包的发送，否则开始该数据包的传输。一个数据包传输结束之后，可以由任意一方进行 新的数据包的传输，如果双方都没有数据包的传输，则可以结束会话。当节点间完成数据的 交换之后，节点之间的会话结束，由发起连接的节点结束会话。如果在传输过程中，两个节 点之间的距离由于节点的相对运动，大于无线传输的距离，则节点之间的连接中断，正在传 送的数据包将被丢弃。每个节点都有一定大小的本地缓冲区，存放了自己产生的数据包或者其他节点代 转发的数据包。当有新的数据包产生的时候，或者接受到新的数据包的时候，如果本地的缓 冲区已满，节点会将最早进入缓冲区的数据包丢弃，以寻求足够的空间存放新的数据包。对 于接收到的以自己为目的的数据包，节点不会把它放入本地的缓冲区，而是直接进行进一 步的处理。如果接收到了同样的数据包，则直接将其丢弃。下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述实施例下面结合一个乡镇仿真环境对本发明作进一步详细描述。该场景的区域大小为 4km*4km。区域内由移动节点、读写器设施、道路、固定设施组成。移动节点分为3种b开 头的节点表示bus，这种节点沿着固定的道路运行，并会在终点进行一段时间的停留；c开 头的节点表示car，这种节点可以在主干道路上移动，选择某个固定的设施作为目的地，到 目的地后在设施做一定的停留；以ρ开头的节点表示person，这种节点可以在主干道路和 次要道路上移动，同样选择某个固定的设施作为目的地，并在到达目的地后，可以进入设施 内部运动。三种节点各种参数设置如下表表1三种节点的参数设置
权利要求
1.一种基于无线射频的机会网络路由方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1 对机会网络的应用场景进行选择，该应用场景为一个相对封闭的环境，在此场 景中存在一些移动的实体，各移动实体之间需要进行一些数据的传递与共享；步骤2 在上述应用场景中设置若干个无线射频读写器，这些读写器位于移动节点密 集的地方，其覆盖范围不能重叠；步骤3 在移动节点上设置通讯终端，该通讯终端包括两个接口，一个为无线射频读写 接口，另一个为传统无线网络的读写接口 ；步骤4:移动节点之间进行数据传输，将网络负载分为两部分，一部分网络负载通过中 继节点进行存储转发，另一部分网络负载通过无线射频信号进行数据传递，二者并行进行。
2.根据权利要求1所述的基于无线射频的机会网络路由方法，其特征在于，步骤4对网 络负载进行划分的具体方法为在受限洪泛路由协议的基础上设定好洪泛副本的数量q， 在源节点产生数据包后将q分成η、m两部分其中q = m+n，0 < m < q，0 < η < q，在以后 的传点过程中η个副本通过中继节点进行转发，m个副本通过无线射频信号进行传递。
3.根据权利要求2所述的基于无线射频的机会网络路由方法，其特征在于，步骤4中的 一部分网络负载通过中继节点进行存储转发的具体步骤为(1)源节点根据预先设定的η个副本将η-1个副本发送给最先遇到的η-1个不同的移 动节点，自己保留一个，源节点也可采用二元分发策略来进行分发；(2)对中继节点进行判断，如果某个中继节点就是目的节点，则完成该数据包的传递； 否则，这η个携带副本的节点将不再进行数据包的复制，其中任意一个节点遇到目的节点 即将数据包传递给目的节点从而完成数据的传递。
4.根据权利要求2所述的基于无线射频的机会网络路由方法，其特征在于，步骤4中的 另一部分网络负载通过无线射频信号进行数据传递的具体步骤为(a)移动节点定期向读写器发起会话请求，若读写器忙碌，则移动节点延迟3 k后再 次发起会话请求；若读写器空闲则执行步骤(b)，并且读写器自身进入忙碌状态；(b)读写器发出应答信号并且与移动节点建立连接；(c)移动节点将通过无线射频信号传输的数据包的副本放在缓冲区并指示读写器读写；(d)读写器从移动节点读写数据，则完成一个数据包的读写；读写器在后续与目的节 点的会话中将该数据包写入目的节点；(e)读写器与移动节点在读写完毕后断开连接，读写器进入空闲状态，读写器之间定期 进行通讯，将数据包的m个副本分发到m个不同的读写器上，从而这m个读写器都可以将该 数据包写入目的节点。
全文摘要
本发明提出了一种基于无线射频的机会网络的路由方法，其主要针对多移动节点组成的机会网络，主要可以应用于校园网络、小型乡镇网络等环境。该路由方法包括以下步骤首先对机会网络的应用场景进行选择；接着在上述应用场景中设置若干个无线射频读写器；第三、在移动节点上设置通讯终端；最后移动节点之间进行数据传输，将网络负载分为两部分，一部分网络负载通过中继节点进行存储转发，另一部分网络负载通过无线射频信号进行数据传递，二者并行进行。本发明的路由方法，在保证数据成功传输率的基础上，具有端到端延时小、网络资源需求低、受环境因素影响小等优点。
文档编号H04W40/22GK102045809SQ200910036100
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月16日 优先权日2009年10月16日
发明者刘刚, 姜海涛, 张宏, 李千目 申请人:南京理工大学