专利名称：一种基于物联网的路由改进协议的制作方法
技术领域：
本发明涉及物联网及自主路由协议领域，特别涉及一种基于物联网的路由改进协议。
背景技术：
随着传感器技术的日益成熟，由具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器为基础构成的物联网引起了人们的极大关注。一般情况下，物联网上部署了大量的多种类型传感器，这些传感器实时监测、感知、采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理再传送到用户手中，其每个传感器都是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同，在物联网的网络组织结构中，移动无线自组网络(Mobile Ad Hoc Networks)是一种新型的无线网络结构，网络中不需要固定通信设施的支持，通过节点即可以自由移动，因而具有很高的灵活性的优点，在移动无线自组物联网的运用中，一个最主要的网络性能约束来自于路径损耗和多径衰落。许多移动无线自组网路由协议利用多跳路径来传送信息包，因此信息包在一条路径的成功传输概率取决于每一跳的无线信道，在移动无线自组物联网中，高速的节点运动会影响链路稳定性，如引入较大的多普勒扩展，就会导致信道快速变化。路由协议是通过在路由器之间共享路由信息来支持路由协议，路由信息在相邻路由器之间传递，确保所有路由器知道到其它路由器的路径，由于路由协议能利用基于信道特性的先验知识预测的信道状态信息(channel state information)来监测瞬时链路状况，因此具体的、及时的信道质量信息的使用能让我们更加正确的处理路径可用性涨落，只需对信道行为模式进行了解，就可以选择最好的链路来建立新的路径，或者从就要中断的连接中切换到信道条件好一些的连接中去。目前物联网路由协议主要使用AOMDV路由协议，AOMDV协议使用指定给终端节点d 序列号(sequence numbers)来确保从节点i的一条给定路径没有回路存在，也就是说，每一节点仅根据已知的到某一终端节点最高的序列号来维持一或多条到此终端节点的路径， 此外由于AOMDV协议使用广告跳数的概念来维持有相同序列号的多条路径，即对每一终端节点d每一节点i维持一个广告跳数Hdi，和序列号Ndi，节点i到终端节点d的广告跳数代表了在节点i处到d的多条路径的“最大”跳数，因此AOMDV协议仅允许接受具有较低跳数的替代路径，因此在AOMDV协议中，虽然缓存了多条路径，只有当前路径中断后替代路径才投入使用，直到中断被检测到并且选择了新的路径，因此链路会发生中断，而链路中断则会导致包重发和超时，在移动环境中，路径中经常性的发生链路中断，稳定性不高，因此需要一种新的协议。
发明内容
针对以上问题，本发明对现有AOMDV路由协议进行改进，将物理层的信道状态信息引入到路由层，并使用信道平均衰落持续时间(average fading duration)作为链路稳定性的度量，联合传统的跳数度量来进行路径选择，从而可极大地提高物联网的抗移动性能及网络稳定性，为达此目的，本发明提供一种基于物联网的路由改进协议 所述路由改进协议包括路由探索、路由维护和路径切换，
所述路由改进协议路由探索过程为当一个节点从其邻近的节点处接收到路由请求数据包RREQ时，首先估计此链路的链路平均衰落持续时间，然后，基于上述标准，再决定是否传递这个路由请求数据包，并相应的更新其路由表，当这个路由请求数据包最后到达终端节点时，它包含了沿途参加传递的所有节点的列表，和本条路径的RFD，此时RFD和MRFD被添加到沿途传递节点的路由表中； 所述路由探索的路由表结构如下 终端节点IP地址， 终端节点序列号， 广告跳数， MRFD，
路径列表{(下一跳IP地址1，跳数1，RFDl )， (下一跳IP地址2，跳数2，RFD2)，……· }， 生存时间，
路径切换休眠时间；
所述MRFD作为成本函数是介于一个给定节点i和终端节点d的所有RFD的最大值， 即MIiFD ^ ζ一二似f RFDc,，其中蘭叙是节点土和d所有保存路径的列表； 所述RFD为对于任一给定路径的平均衰落持续时间LFD，其定义为 "FI) =LFDl，其中h是链路的数量，H是路径的跳数；
所述对于任一给定路径的平均衰落持续时间LFD为链路的信道平均衰落持续时间
AFD ；
所述EAOMDV路由表中的路径切换休眠时间项是路径由于信道衰减应置于休眠的时间长度，为路径中所有链路的AFD的最大值；
所述路由改进协议路由维护和路径切换过程如下
先对长度进行预测所述预测长度阈值的选择应对预报误差提供鲁棒性，受物理层预测的延迟和从路径切换请求包起始节点到源节点的包端对端传输延迟的双重影响，阈值的设定应给路径切换请求包足够的时间，以便路径切换请求包能在路径中断发生前能被传送回源节点，对于路径切换请求包从节点j到i的长度，用从节点j到i的数据传输时间进行估计；
根据链接下游节点所预测到的链路信号强度与预测长度阈值进行比较确定是否需要激发路径切换所述路由改进协议的活动路径中的每一个节点监视着其链接的信道状态并对信道进行预测，当一个链接的下游节点预测到链路信号强度下降到低于阈值时，路经切换机制被激发，本协议将路径切换到一条质量良好的链路上去，此时此节点生成一个路经切换请求包HREQ发送给上游节点，并沿着逆向路由将此包传递回源节点，如果Tk是传输范围，则假定所有节点此值都相同，并定义R(t)是在t时刻预测到的信号强度，IV是特定阈值， 如果预测到信号在、+ Ψ时刻高于Rth而在、+2 Ψ时刻低于Rth，即可得到信号强度在、+ Ψ 时刻大于IV的节点的最大运动速度vmaxT，当预测到衰减的链路一端的中间节点接收到路经切换请求包时，它采用预测机制来确认本链路的衰减状态，当预测的衰减被确认则继续传递此路经切换请求包，当预测的衰减被否认则将此路经切换请求包丢弃；
所述路经切换请求包包含源节点IP地址、终端节点IP地址、源节点序列号、衰减指示、AFDjP VmaxT ；
再使用切换表避免重复发送HREQ 所述路由改进协议每一节点维护一个本地路径切换表，路径切换表每一条目包含源节点IP地址，源节点序列号，终端节点IP地址，和生存时间，所述生存时间用以表明什么时候本条路径又能投入使用，其值设置为通过该节点到一个特定的源节点路径上所有衰减链路的最大AFD值，当一个节点收到一个针对于某一源节点的HREQ时，它察看自己的路径切换表来寻找此源节点相关的条目，如果条目不存在， 或新收到的HREQ有更长的AFD值，或此条目生存时间已过期，则路径切换表就会被更新，如果此源节点有有效的条目，并且此条目有与HREQ相同或更高的源节点序列号，则此HREQ会被丢弃；
最后对HREQ进行转发当节点接收到一个非重复的HREQ时，它首先检查其是否有到终端节点的缓存路径，如果没有，它继续转发此HREQ，否则，如果其有至少一条到终端节点的好的缓存路径，它将此衰减路径的衰减指示标示为休眠状态，并将路由表中此路径条目的路径切换休眠时间设置为HREQ中记录的AFD值，然后丢弃掉此HREQ，如果当前使用的路径预测到了衰减，非休眠的通向终端节点的缓存路径就可以在链路中断前投入使用，此时休眠的路径继续保留，以便在衰减结束后继续投入使用。 作为本专利进一步改进，当链路的信号包络低于传输阈值Rth时，传输不能正常进行，移动对移动信道的信道平均衰落持续时间AFD的值是χ，
权利要求
1. 一种基于物联网的路由改进协议，其特征在于 所述路由改进协议包括路由探索、路由维护和路径切换，所述路由改进协议路由探索过程为当一个节点从其邻近的节点处接收到路由请求数据包RREQ时，首先估计此链路的链路平均衰落持续时间，然后，基于上述标准，再决定是否传递这个路由请求数据包，并相应的更新其路由表，当这个路由请求数据包最后到达终端节点时，它包含了沿途参加传递的所有节点的列表，和本条路径的RFD，此时RFD和MRFD被添加到沿途传递节点的路由表中； 所述路由探索的路由表结构如下 终端节点IP地址， 终端节点序列号， 广告跳数， MRFD，路径列表{(下一跳IP地址1，跳数1，RFDl )， (下一跳IP地址2，跳数2，RFD2)，……· }， 生存时间，路径切换休眠时间；所述MRFD作为成本函数是介于一个给定节点i和终端节点d的所有RFD的最大值， 即ΜΕΠ)盒^m^^EFD,.，其中^紅^是节点土和d所有保存路径的列表；所述RFD为对于任一给定路径的平均衰落持续时间LFD，其定义为 liFD 4 ^} iiih·,其中h是链路的数量，H是路径的跳数；所述对于任一给定路径的平均衰落持续时间LFD为链路的信道平均衰落持续时间AFD ；所述EAOMDV路由表中的路径切换休眠时间项是路径由于信道衰减应置于休眠的时间长度，为路径中所有链路的AFD的最大值；所述路由改进协议路由维护和路径切换过程如下先对长度进行预测所述预测长度阈值的选择应对预报误差提供鲁棒性，受物理层预测的延迟和从路径切换请求包起始节点到源节点的包端对端传输延迟的双重影响，阈值的设定应给路径切换请求包足够的时间，以便路径切换请求包能在路径中断发生前能被传送回源节点，对于路径切换请求包从节点j到i的长度，用从节点j到i的数据传输时间进行估计；根据链接下游节点所预测到的链路信号强度与预测长度阈值进行比较确定是否需要激发路径切换所述路由改进协议的活动路径中的每一个节点监视着其链接的信道状态并对信道进行预测，当一个链接的下游节点预测到链路信号强度下降到低于阈值时，路经切换机制被激发，本协议将路径切换到一条质量良好的链路上去，此时此节点生成一个路经切换请求包HREQ发送给上游节点，并沿着逆向路由将此包传递回源节点，如果Tk是传输范围，则假定所有节点此值都相同，并定义R(t)是在t时刻预测到的信号强度，IV是特定阈值， 如果预测到信号在、+ Ψ时刻高于Rth而在、+2 Ψ时刻低于Rth，即可得到信号强度在、+ Ψ时刻大于IV的节点的最大运动速度vmaxT，当预测到衰减的链路一端的中间节点接收到路经切换请求包时，它采用预测机制来确认本链路的衰减状态，当预测的衰减被确认则继续传递此路经切换请求包，当预测的衰减被否认则将此路经切换请求包丢弃；所述路经切换请求包包含源节点IP地址、终端节点IP地址、源节点序列号、衰减指示、AFDjn VmaxT ；再使用切换表避免重复发送HREQ 所述路由改进协议每一节点维护一个本地路径切换表，路径切换表每一条目包含源节点IP地址，源节点序列号，终端节点IP地址，和生存时间，所述生存时间用以表明什么时候本条路径又能投入使用，其值设置为通过该节点到一个特定的源节点路径上所有衰减链路的最大AFD值，当一个节点收到一个针对于某一源节点的HREQ时，它察看自己的路径切换表来寻找此源节点相关的条目，如果条目不存在， 或新收到的HREQ有更长的AFD值，或此条目生存时间已过期，则路径切换表就会被更新，如果此源节点有有效的条目，并且此条目有与HREQ相同或更高的源节点序列号，则此HREQ会被丢弃；最后对HREQ进行转发当节点接收到一个非重复的HREQ时，它首先检查其是否有到终端节点的缓存路径，如果没有，它继续转发此HREQ，否则，如果其有一条或多条到终端节点的好的缓存路径，它将此衰减路径的衰减指示标示为休眠状态，并将路由表中此路径条目的路径切换休眠时间设置为HREQ中记录的AFD值，然后丢弃掉此HREQ，如果当前使用的路径预测到了衰减，非休眠的通向终端节点的缓存路径就可以在链路中断前投入使用，此时休眠的路径继续保留，以便在衰减结束后继续投入使用。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的路由改进协议，其特征在于当链路的信号包络低于传输阈值I^th时，传输不能正常进行，移动对移动信道的信道平均衰落持续时间AFD的值是Λ，其中ρ =Rth / Rrms, ( U =是传输阈值与接收信号均方根功率的比值， fT = f0vT / c是传输节点的最大多普勒频移，c χ 1 O 8, μ =vE / ντ是接收节点速度相对于传输节点速度的比值，νΕ和ντ分别是接收节点及传输节点的移动速度。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于物联网的路由改进协议，其特征在于所述信道预测采用计算最小均方误差的方式来进行预测，具体运算如下，假设在离散时间间隔η 内以前接收到的用于信号预测的值的个数是Μ，.Η + /·丨是接收信号强度—r( .+ 在离散时间η + L·的线性最小均方误差预期，且定义其中Ri.,.是i-与χ的1 χ M交互相关向量
4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的路由改进协议，其特征在于 当任何时候节点接收到路由广告时，路由更新程序开始启用，对于一条有效路径上的相邻节点i和j的更新算法如下，
全文摘要
本发明提供一种基于物联网的路由改进协议包括路由探索、路由维护和路径切换，通过对现有AOMDV路由协议进行改进，将物理层的信道状态信息引入到路由层，并使用信道平均衰落持续时间作为链路稳定性的度量，联合传统的跳数度量来进行路径选择，从而可避免不必要的路由探索，此外本方案集成了路径切换机制来避免不必要的由于新的路由探索过程导致的路由控制开销，如果预测到某条当前正在使用的路径即将发生中断，则路径切换机制立即投入工作，当某条路径信道状况许可时，它们可以投入使用，而不是一有信道衰减就简单的把它们丢弃掉，这样就大大提高了信息的使用效率，因此总体的效果由于使用了此路由决策，因而更加稳定。
文档编号H04W40/04GK102281609SQ201110246960
公开日2011年12月14日 申请日期2011年8月26日 优先权日2011年8月26日
发明者陈晓芹 申请人:江苏合成物联网科技有限公司