专利名称：一种无线自组织网络的长寿命反应式路由方法
技术领域：
本发明涉及无线网络，特别是一种无线自组织网络中建立信源和信宿之间路径的路由方法。
背景技术：
无线自组织网络在很多领域都有广泛的应用。无线自组织网络中，无线节点既是通信终端，又是路由节点——负责为其他通信节点转发数据。无线节点具有移动随意性强， 且难以预测的特点，从而使无线自组织网络具有动态性强、无线环境时变等特性，所以设计高效的无线自组织网络路径建立方法具有重要的意义。现有的无线自组织网络路由协议分为先应式和反应式两种。先应式路由方法时时刻刻需要维护网络中所有节点之间的通信路径——无论是否实际需要。这种方法开销大， 难以适合较大规模无线自组织网络。反应式路由方法只有当需要通信时，才在信源信宿之间寻找路径，开销小。一个反应式路由协议通常由路径发现和路径维护两个部分组成。路径发现通常由信源节点发起，当信源希望向某个信宿发送数据时，而又没有到达信宿的路径，这时信源向网络洪泛一个路由请求(Route Request)报文，收到该报文的中间节点Gntermediate nodes)将继续转发非重复性(Non-duplicate)的路由请求报文；如果信宿收到一个路由请求报文，那么它就可以向信源返回一个路由应答(Route Reply)报文，以通知信源“已经找到一条两者之间的路径”。路由维护阶段，当路径中断(如由于节点移动或无线传输环境恶化)时，可以重新进行端到端路径选择。AODV、DSR协议的路由方法以及基于这些协议的衍生协议都属于上述类型。这些反应式路由方法没有考虑所找到的路径的生存周期长短，当通信路径频繁中断时，依然可能会导致较大的协议开销。现有技术中，已经有了一些路由方法考虑如何找到生命周期较长的路径，以降低通信周期内的路由协议开销，例如
1) Associativity-Based Routing (ABR) :ABR 要求每个节点周期性广播 HELLO 包， ABR认为收到HELLO包时间越长的邻居越稳定，而时间越短的则稳定性差。ABR在寻径过程中，尽量选择稳定性强的链路，以达到选择稳定路径的目的。但是，ABR协议无法量化估计所选择的路径到底有多好。同时，由稳定性强的链路组成的路径的长度(如跳数)可能很长， 也会对路径寿命和代价产生不利影响。2)基于移动预测的路由协议如果知道网络中每个节点的当前位置、移动速率、移动方向，且节点都采用直线运动的话，可以很容易结合平面几何知识计算出来当前相邻的节点之间的链路剩余生命时间，那么端到端路径的寿命由其中寿命最短的链路决定。这样可以很容易地进行路径寿命精确预测。但这种方法依赖于节点装配GPS接收机，且需室外活动。此外，R.J. La和Y. Han于2006年在《Distribution of path duration in mobile ad-hoc networks and path selection》一文中指出，在大规模无线移动自组织网络中，(i )路径的寿命分布可通过指数分布来很好地近似，且(ii)端到端路径寿命期望的倒数可由构成该路径的各链路的期望寿命的倒数之和得到。但是，文中没有给出路由方法，来实现上述
相法
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发明内容
本发明的目的是发明一种无线自组织网络的简易的反应式路由方法，能够寻找连接信源和信宿的路径中，寿命期望最长的路径，以达到长寿命路由的目的。本发明的无线网路中，每个节点配备各向同性的无线天线，节点具有随意移动性， 当两个节点在相互无线通信范围时，两者可以直接通信，否则不能直接通信，节点不需要知道自身的位置信息、移动速率和移动方向，每个无线节点可能由不同类型载体携带，不同类型的节点具有不同的移动能力。整个路由方法包含路由发现过程和路由维护阶段2部分，路由发现方法是信源s 当需要发送数据却没有到达信宿的路径时发起寻径过程；中间节点根据自身邻接链路的平均寿命的倒数，设置路由请求报文转发时延；网络中的每个节点只需要转发第一个收到的路由请求报文；端到端的路径寿命期望的倒数与构成该路径的各链路的期望寿命的倒数之和成正比。所述的链路的平均寿命的获取方法是每个节点周期性发送HELLO包，以声明自己的存在；单个链路的寿命从第一次收到链路另一端节点的HELLO包开始，到连续三次再未收到对端节点的HELLO包为止(一次连接中断之后，两节点再次相遇的链路寿命将从新计算)；每个节点邻接链路的平均寿命是一段时间内其所有邻接链路的平均寿命。当路径上一条链路中断时，需要进行路由维护，路由的维护方法是该链路的上游节点逆向向信源s发送路由差错(RERR，Route Error)报文，收到该报文的节点删除相关路由表项，并继续沿反向路径上传路由差错报文，直到该报文到达信源S。如果信源s仍有数据需要向该信宿发送时，则需再次执行路由发现过程。本发明的长寿命反应式路由方法，能够找出连接信源s和信宿期望寿命最长的路径，可以有效地降低寻径开销和重寻径频率。对于持续时间较长的通信会话，本发明的寻径方法能够有效地降低通信开销。本发明达到上述目的的具体途径是在中间节点引入路由请求报文转发延迟计时器，并且延迟的时间与收到该路由请求报文的链路的寿命成反比，从而使得走在期望寿命短的路径上的路由请求报文走得慢，走在期望寿命长的路径上的路由请求报文走得快，从而达到寻找长寿路径的目的。
具体实施例方式本发明的路由方法有路由发现和路由维护两部分构成。在一个无线自组织网络中，节点可以自由移动，并可以根据平均移动速率范围分为不同的类型，数据传递采用无线方式发送，网络中的节点必要的时候需要为其他节点转发数据。本发明中的反应式路由方法针对的无线自组织网络具有以下特征
(1)每个节点配备各向同性的无线天线；节点具有随意移动性；当两个节点在相互无线通信范围时，两者可以直接通信，否则不能直接通信；节点不需要知道自身的位置信息、移动速率和移动方向。(2)每个无线节点可能由不同类型载体携带(如骑自行车的人、走路的人、汽车等)，不同类型的节点具有不同的移动能力如人行走的速度约5公里/小时，自行车行走的速度约15公里/小时，汽车的运行速度则一般在40公里/小时以上。这将导致与不同类型节点关联的链路的平均寿命有很大差别。本实施例中，平均链路寿命估计方法如下
(1)每个节点周期性发送HELLO包，该包携带发送节点ID，自己维护的递增的序列号；
(2)如果一个节点i可以收到另一个节点j发送的HELLO包，那么节点i将节点j认作为自己的邻居；如果节点i连续3次没有收到节点j发送的HELLO包，那么节点i不再将节点j认作自己的邻居。链路(j，i)的寿命的计算方法是从节点i将节点j认作为自己的邻居直到节点i不再将节点j认作为其邻居节点的时间间隔。(3)与节点i相关联的链路的平均寿命是与该节点相关联的所有链路的寿命平均值。由此，本发明的路由发现阶段的步骤
1)信源S生成一个路由请求报文(RREQ，RouteRequest)，请求报文中包含以下信息 信源ID、信宿ID、RREQ序列号(由信源s自身维护并具有递增特性)、迄今为止已经发现路径的寿命期望值的倒数(IPL)——初值为0 ；
2)信源s向邻居广播该RREQ分组并启动一个计时器；
3)非信宿节点——中间节点i(i兴s，t)收到一个路由请求(RREQ)报文后进行如下的步骤
中间节点i首先将该报文到达链路的平均寿命值的倒数与该报文的IPL单元的值相加，并把结果填入到报文的IPL单元，然后设置本地延迟转发计时器DFi,并在计时器超时后将该报文进一步转发。执行完RREQ转发之后，该节点将发给自己该RREQ报文的节点记为上一跳节点，并在本节点为这个路由请求保存一条表项(记录信源ID、上一跳ID、RREQ序列号、信宿ID)，然后进行计时。如果超时没有收到路由应答(RREP)报文，则删除该表项。上述中间节点i的动作具体实施例可以是这样
设定T是单节点的最大延迟时间，T=200毫秒，Li代表与节点i相关联的链路的平均寿命值，IPLi代表从信源S到节点i为止的路径上的所有链路的寿命期望值的倒数之和。如果中间节点i已经收到过或者转发过该RREQ报文，则直接丢弃该RREQ报文； 如果中间节点i第一次收到该RREQ，那么IPLi — IPLj+1/Li,
节点i开启一个延迟转发计数器(记做DFi)，计时长度设为(1/Li) XT ； 如果计时器DFi超时，那么
节点i将该RREQ报文的IPL域更新为IPLi的值，并转发该分组。信宿节点t收到一条非重复性RREQ报文后，信宿节点将RREQ报文到达链路的链路平均寿命值的倒数与RREQ报文的IPL单元的值相加，最终得到的值的倒数即可作为整条路径的寿命期望的近似值，信宿不等待，立刻沿反向路径向信源返回一条路由应答报文 (RREP，Route R印ly);如果信源s收到该报文，则可以沿着这条路径发送分组；如果一段时间没有数据需要向t转发，中间节点的路由表将超时并被删除；
如果，信源超时没有收到路由应答报文，那么信源增加RREQ序列号，从新生成一个路由请求报文，然后向全网广播该分组，中间节点和信宿节点的操作与前面的描述相同，当上述进程重复K次(如3次)之后，仍然没有收到信宿返回的RREP报文，那么信源认为网络中不存在到信宿的路径，路由发现进程终止，一段时间之后，信源可以再次发起寻径进程。
路由维护阶段
当路径上一条链路中断时，如链路上游节点无法正常向下游节点发送数据时，可以多次发送没有收到下游节点的链路层确信包，或者没有收到链路下游节点的“被动确认” (passive acknowledgement)转发，该链路的上游节点逆向向信源发送路由差错(RERR， Route Error)报文。收到该报文的节点删除相关路由表项，并继续沿反向路径上传路由差错报文，直到该报文到达信源s。如果信源仍有数据需要向该信宿发送时，则需再次执行路由发现过程。
权利要求
1.一种无线自组织网络的长寿命反应式路由方法，网络中每个节点配备各向同性的无线天线，节点具有随意移动性，当两个节点在相互无线通信范围时，两者可以直接通信，否则不能直接通信，节点不需要知道自身的位置信息、移动速率和移动方向，节点具有不同的移动速度，该路由方法包含路由发现过程和路由维护阶段2部分，其特征是路由发现方法是信源s当需要发送数据却没有到达信宿的路径时发起寻径过程；中间节点i根据自身邻接链路的平均寿命的倒数，设置路由请求报文转发时延；网络中的每个节点只需要转发第一个收到的路由请求报文；端到端的路径寿命期望的倒数与构成该路径的各链路的期望寿命的倒数之和成正比；路由的维护方法是该链路的上游节点逆向向信源s发送路由差错(RERR，Route Error)报文，收到该报文的节点删除相关路由表项，并继续沿反向路径上传路由差错报文， 直到该报文到达信源s ；如果信源s仍有数据需要向该信宿发送时，则再次执行路由发现过程。
2.根据权利要求1所述的长寿命反应式路由方法，其特征是所述的链路的平均寿命的获取方法是每个节点周期性发送HELLO包，以声明自己的存在；单个链路的寿命从第一次收到链路另一端节点的HELLO包开始，到连续三次再未收到对端节点的HELLO包为止(一次连接中断之后，两节点再次相遇的链路寿命将从新计算); 每个节点邻接链路的平均寿命是一段时间内其所有邻接链路的平均寿命。
全文摘要
一种无线自组织网络的长寿命反应式路由方法，涉及无线网路协议，包含路由发现和路由维护2阶段，信源当需要发送数据却没有到达信宿的路径时发起寻径过程；中间节点根据自身邻接链路的平均寿命的倒数，设置路由请求报文转发时延；网络中的每个节点只需要转发第一个收到的路由请求报文；端到端路径寿命期望的倒数与构成该路径的各链路的期望寿命的倒数之和成正比。本路由方法，能够找出连接信源s和信宿期望寿命最长的路径，可以有效地降低寻径开销和重寻径频率，对于持续时间较长的通信会话，本发明的方法能够有效地降低通信开销。
文档编号H04L12/56GK102158928SQ201110039709
公开日2011年8月17日 申请日期2011年2月17日 优先权日2010年10月27日
发明者王嵚, 王江, 赵壮, 高雪 申请人:无锡泛联软件科技有限公司