HWMP按需路由广播包抑制方法与流程

本发明涉及无线网络通信领域，特别是涉及HWMP按需路由广播包抑制方法。

背景技术：

由于无线自组织网络拓扑的基本特点就是多跳传输，因而无线路由技术是无线自组织网络中的关键技术之一，是网络中数据分组传输能否顺实现的保证。路由协议的任务是给出从源节点到目的节点之间的最优路径。路由的选择过程需要既高效又可靠，并且开销最小。

HWMP是IEEE 802.11s标准中提出的一种无线Mesh网络默认单播路由协议，提出了一种混合路由模式。首先，网络内的节点先按照先验路由协议生成一颗最优路径树，当有业务发生时，数据帧可以先通过路径树进行转发，然后再由节点发起按需路由模式生成一条源节点到目的节点的最优路径，当该路径生成后，后续数据包按照最优路径进行转发，这样可以改善按需路由带来的高延时的问题。但这种路由模式存在一个问题：按需路由模式发起的最优路径算法中，PREQ消息并没有利用已有的路径树信息，仍需在整个Mesh网内广播，这加重了网络开销，当网络中节点拓扑变化加快时，路由更新及收敛都面临着严峻的考验。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种能够能够将广播包的扩散限制在有限范围内的HWMP按需路由广播包抑制方法。

技术方案：本发明所述的HWMP按需路由广播包抑制方法，包括先验式路由树建立过程和源节点至目的节点的最优路径搜索过程，其中：

先验式路由树建立过程：在数据业务发生之前建立起根节点到其他各节点的先验式最优路径树；

源节点至目的节点的最优路径搜索过程：首先根节点计算缺省路径代价值，缺省路径代价值为源节点到根节点的先验式路径代价值与根节点到目的节点的先验式路径代价值之和，接着根节点将缺省路径代价值通过RANN广播消息通知源节点；然后源节点通过发送广播消息PREQ的方式寻找目的节点，其他节点对广播消息PREQ进行选择性的转发，比较源节点到目的节点之间的路径代价值与缺省路径代价值的大小，如果源节点到目的节点之间的路径代价值小于缺省路径代价值，则判定源节点通过发送广播消息PREQ的方式找到目的节点所建立的路径为最优路径，否则，则判定源节点与目的节点之间的先验式路径为最优路径。

进一步，所述源节点至目的节点的最优路径搜索过程包括以下步骤：

S1：源节点需要发送数据时，先进行路由查询，如果发现到目的节点的路由不存在，则将待发送的数据包通过已建立的先验式路径发送给根节点；

S2：根节点收到数据包后，提取根节点到目的节点的路径代价值，将根节点到目的节点的路径代价值与根节点到源节点的路径代价值相加后得到缺省路径代价值，然后封装RANN消息并广播出去；

S3：其他节点收到RANN消息后判断缺省路径代价值是否为非0：如果为非0，则判断缺省路径代价值是否属于本节点，如果属于，则判定本节点为源节点并采用按需路由RM-AODV方式发送广播消息PREQ，然后继续将RANN消息广播出去，如果不属于，则继续将RANN消息广播出去；如果不为非0，则继续将RANN消息广播出去；

S4：其他节点收到广播消息PREQ时，先将广播消息PREQ中的缺省路径代价值减去本节点与广播消息PREQ来自的父节点之间的路径代价值，并将计算结果作为缺省路径代价值的更新值，再判断缺省路径代价值的更新值是否大于0：如果是，则进行步骤S5；否则，则丢弃广播消息PREQ，不再进行转发，然后进行步骤S6；

S5：判断本节点是否为目的节点：如果是，则向源节点回复路由应答消息PREP，建立本节点到源节点之间的反向路由，然后进行步骤S6；否则，则继续转发广播消息PREQ，然后返回步骤S4；

S6：判断源节点在预设时间内是否收到了路由应答消息PREP：如果源节点在预设时间内收到了路由应答消息PREP，则将最优路径搜索过程建立起的源节点与目的节点之间的路径作为源节点与目的节点之间的最优路径；否则，则将先验式路径作为源节点与目的节点之间的最优路径。

进一步，所述步骤S3中，其他节点收到RANN消息后还回复路由返回消息PREP给根节点，根节点收到路由返回消息PREP后，通过路由返回消息PREP中的信息学习到达其他节点的路径。

进一步，所述源节点到目的节点之间的路径代价值与缺省路径代价值的大小通过以下方法进行判定：

S1.1：判断源节点到目的节点之间的路径与先验式路径的跳数是否相同：如果不同，则判定跳数少的路径具有较小的路径代价值；否则，则继续进行步骤S2.1；

S2.1：判断源节点到目的节点之间的路径与先验式路径的信道质量是否相同：如果不同，则判定信道质量好的路径具有较小的路径代价值；否则，则继续进行步骤S3.1；

S3.1：判断源节点到目的节点之间的路径与先验式路径的剩余流量资源是否相同：如果不同，则判定剩余流量资源多的路径具有较小的路径代价值；否则，则判定源节点到目的节点之间的路径代价值与缺省路径代价值相同。

进一步，所述先验式路由树建立过程包括以下步骤：

S1.2：根节点周期性发送RANN广播消息，RANN广播消息中携带初始化的序列号和路径代价值；

S2.2：其他节点收到RANN广播消息后，判断RANN广播消息中的序列号是否不小于本节点路由表中的序列号：如果是，则进行步骤S3.2；否则，则丢弃RANN广播消息；

S3.2：将本节点收到的RANN广播消息的上一跳作为本节点的父节点，将父节点与本节点之间的路径代价值加上RANN广播消息中的路径代价值后作为RANN广播消息中路径代价值的更新值，然后判断RANN广播消息中更新的路径代价值是否小于本节点路由表中的路径代价值：如果是，则用RANN广播消息中更新的路径代价值替换本节点路由表中的路径代价值，再将RANN广播消息广播出去；否则，则直接将RANN广播消息广播出去。

有益效果：本发明公开了HWMP按需路由广播包抑制方法，充分利用了先验式路由树建立过程生成的先验式最优路径树，在搜索源节点到目的节点之间最优路径的过程中，广播包的扩散被限制在小于先验式路径的路径代价值的范围内，大大降低了搜索最优路径过程中的开销，提高了搜索效率。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的Mesh拓扑图；

图2为本发明具体实施方式的RANN广播包发送处理流程图；

图3为本发明具体实施方式的RANN广播包接收处理流程图；

图4为本发明具体实施方式的PREQ广播包发送处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的介绍。

本具体实施方式公开了一种HWMP按需路由广播包抑制方法，包括先验式路由树建立过程和源节点至目的节点的最优路径搜索过程，其中：

先验式路由树建立过程：在数据业务发生之前建立起根节点到其他各节点的先验式最优路径树；

源节点至目的节点的最优路径搜索过程：首先根节点计算缺省路径代价值，缺省路径代价值为源节点到根节点的先验式路径代价值与根节点到目的节点的先验式路径代价值之和，接着根节点将缺省路径代价值通过RANN广播消息通知源节点；然后源节点通过发送广播消息PREQ的方式寻找目的节点，其他节点对广播消息PREQ进行选择性的转发，比较源节点到目的节点之间的路径代价值与缺省路径代价值的大小，如果源节点到目的节点之间的路径代价值小于缺省路径代价值，则判定源节点通过发送广播消息PREQ的方式找到目的节点所建立的路径为最优路径，否则，则判定源节点与目的节点之间的先验式路径为最优路径。

先验式路由树建立过程包括以下步骤：

S1.2：根节点周期性发送RANN广播消息，RANN广播消息中携带初始化的序列号和路径代价值；

S2.2：其他节点收到RANN广播消息后，判断RANN广播消息中的序列号是否不小于本节点路由表中的序列号：如果是，则进行步骤S3.2；否则，则丢弃RANN广播消息；

S3.2：将本节点收到的RANN广播消息的上一跳作为本节点的父节点，将父节点与本节点之间的路径代价值加上RANN广播消息中的路径代价值后作为RANN广播消息中路径代价值的更新值，然后判断RANN广播消息中更新的路径代价值是否小于本节点路由表中的路径代价值：如果是，则用RANN广播消息中更新的路径代价值替换本节点路由表中的路径代价值，再将RANN广播消息广播出去；否则，则直接将RANN广播消息广播出去。

这样，通过先验式路由树建立过程就能在数据业务发生之前在根节点与其他节点之间建立起先验式路径。

源节点至目的节点的最优路径搜索过程包括以下步骤：

S1：源节点需要发送数据时，先进行路由查询，如果发现到目的节点的路由不存在，则将待发送的数据包通过已建立的先验式路径发送给根节点；

S2：根节点收到数据包后，提取根节点到目的节点的路径代价值，将根节点到目的节点的路径代价值与根节点到源节点的路径代价值相加后得到缺省路径代价值，然后封装RANN消息并广播出去；

S3：其他节点收到RANN消息后判断缺省路径代价值是否为非0：如果为非0，则判断缺省路径代价值是否属于本节点，如果属于，则判定本节点为源节点并采用按需路由RM-AODV方式发送广播消息PREQ，然后继续将RANN消息广播出去，如果不属于，则继续将RANN消息广播出去；如果不为非0，则继续将RANN消息广播出去；

S4：其他节点收到广播消息PREQ时，先将广播消息PREQ中的缺省路径代价值减去本节点与广播消息PREQ来自的父节点之间的路径代价值，并将计算结果作为缺省路径代价值的更新值，再判断缺省路径代价值的更新值是否大于0：如果是，则进行步骤S5；否则，则丢弃广播消息PREQ，不再进行转发，然后进行步骤S6；

S5：判断本节点是否为目的节点：如果是，则向源节点回复路由应答消息PREP，建立本节点到源节点之间的反向路由，然后进行步骤S6；否则，则继续转发广播消息PREQ，然后返回步骤S4；

S6：判断源节点在预设时间内是否收到了路由应答消息PREP：如果源节点在预设时间内收到了路由应答消息PREP，则将最优路径搜索过程建立起的源节点与目的节点之间的路径作为源节点与目的节点之间的最优路径；否则，则将先验式路径作为源节点与目的节点之间的最优路径。

步骤S3中，其他节点收到RANN消息后还回复路由返回消息PREP给根节点，根节点收到路由返回消息PREP后，通过路由返回消息PREP中的信息学习到达其他节点的路径。

源节点到目的节点之间的路径代价值与缺省路径代价值的大小通过以下方法进行判定：

S1.1：判断源节点到目的节点之间的路径与先验式路径的跳数是否相同：如果不同，则判定跳数少的路径具有较小的路径代价值；否则，则继续进行步骤S2.1；

S2.1：判断源节点到目的节点之间的路径与先验式路径的信道质量是否相同：如果不同，则判定信道质量好的路径具有较小的路径代价值；否则，则继续进行步骤S3.1；

S3.1：判断源节点到目的节点之间的路径与先验式路径的剩余流量资源是否相同：如果不同，则判定剩余流量资源多的路径具有较小的路径代价值；否则，则判定源节点到目的节点之间的路径代价值与缺省路径代价值相同。

下面以图1所示的网络拓扑图为例，对本具体实施方式进行进一步的介绍。

节点1为根节点。首先进行先验式路由树建立过程，包括以下步骤：

S1.3：节点1周期性发送RANN广播消息，RANN广播消息中携带初始化的序列号和路径代价值Metric；

S2.3：其他节点收到RANN广播消息后，判断RANN广播消息中的序列号是否不小于本节点路由表中的序列号：如果是，则进行步骤S3.3；否则，则丢弃RANN广播消息；

S3.3：将本节点收到的RANN广播消息的上一跳作为本节点的父节点，将父节点与本节点之间的路径代价值加上RANN广播消息中的路径代价值后作为RANN广播消息中路径代价值的更新值，然后判断RANN广播消息中更新的路径代价值是否小于本节点路由表中的路径代价值：如果是，则用RANN广播消息中更新的路径代价值替换本节点路由表中的路径代价值，再将RANN广播消息广播出去；否则，则直接将RANN广播消息广播出去。

这样就建立了节点1与其他节点之间的先验式路径。

当节点4需要发送业务给节点6时，开始节点4至节点6的最优路径搜索过程，包括以下步骤：

S11：节点4需要发送数据时，先进行路由查询，如果发现到节点6的路由不存在，则将待发送的数据包通过已建立的先验式路径发送给节点1；

S21：如图2所示，节点1收到数据包后，提取节点1到节点6的路径代价值，将节点1到节点6的路径代价值Metric D与节点1到节点4的路径代价值Metric S相加后得到缺省路径代价值DEF Metric，然后封装RANN消息并广播出去，RANN消息中携带缺省路径代价值DEF Metric、节点4对应的bitmap位图信息以及节点6对应的bitmap位图信息；

S31：如图3所示，其他节点收到RANN消息后判断缺省路径代价值DEF Metric是否为非0：如果为非0，则判断缺省路径代价值DEF Metric是否属于本节点，如果属于，则判定本节点为源节点并采用按需路由RM-AODV方式发送广播消息PREQ，然后继续将RANN消息广播出去，如果不属于，则继续将RANN消息广播出去；如果不为非0，则继续将RANN信息广播出去；

S41：如图4所示，其他节点收到广播消息PREQ时，先将广播消息PREQ中的缺省路径代价值DEF Metric减去本节点与广播消息PREQ来自的父节点之间的路径代价值，并将计算结果作为缺省路径代价值的更新值Update DEF Metric，再判断缺省路径代价值的更新值Update DEF Metric是否大于0：如果是，则进行步骤S51；否则，则丢弃广播消息PREQ，不再进行转发，然后进行步骤S61；

S51：判断本节点是否为目的节点：如果是，则向节点4回复路由应答消息PREP，建立本节点到节点4之间的反向路由，然后进行步骤S61；否则，则继续转发广播消息PREQ，然后返回步骤S41；

S61：判断节点4在预设时间内是否收到了路由应答信息PREP：如果节点4在预设时间内收到了路由应答消息PREP，则将最优路径搜索过程建立起的节点4与节点6之间的路径作为节点4与节点6之间的最优路径；否则，则将先验式路径作为节点4与节点6之间的最优路径。

可见，节点4在没有找到最优路径之前，其发送的数据包沿着节点4—节点2—节点1—节点3—节点6的路径到达节点6。找到最优路径后，数据包沿着节点4—节点5—节点6的路径到达节点6，并且广播消息PREQ被限制在4跳的范围内，大大减轻了控制信道的负荷。