本发明涉及卫星网络通信领域。更具体地，涉及一种针对分布式卫星网络的AODV路由方法。
背景技术：
随着世界全球化的发展，地面通信网络早已不能满足通信需求，卫星通信技术应运而生。自20世纪90年代以来，卫星通信技术得到迅猛发展，卫星网络规模逐渐扩大，应用于各种通信领域，包括长途电话、电视广播、应急业务、交通信息、军用侦察、空间防御等民事、军事等领域。但由于卫星网络技术复杂，空间资源紧张等因素，导致空间卫星网络发展远不及地面移动网络。高轨卫星轨道资源越来越少，高轨卫星的发展受到了一定的限制，而构建以共轨技术为基础的分布式卫星网络是一种较有效缓解空间轨道压力的办法；且分布式卫星采用多颗卫星等效为一颗虚拟大卫星的方式，可有效解决单颗高轨大卫星难以处理愈加复杂的空间信息的技术问题。分布式卫星网络具有可靠性高、自主容错性好、可重构等特征，但分布式卫星网络也具有节点动态性强、拓扑变化频繁、可扩展性差、节点链路资源利用率低等特点，为提高分布式卫星网络的性能，高效的组网以及有限资源的充分利用具有重大意义。
分布式卫星网络与地面Ad-Hoc无线自组网络都具有无基础设施、无中心、逐跳传输数据的特点，Ad-Hoc网络中的路由协议对于分布式卫星网络的组网方式具有一定的参考意义。目前已有许多研究将AODV路由协议应用于分布式卫星网络，有以丢包率、时延等链路状态来定义链路权重，从而选择最优下一跳的改进方法。但是，直接针对分布式卫星网络带宽资源的AODV路由协议的改进方式较少。虽然研究者们也提出过很多针对地面网络以链路带宽作为选路标准的AODV路由协议的优化方法，但都存在一定的局限性，没有考虑当网络拓扑中的可达路径均不满足带宽需求的情况，不能充分地利用网络中的链路带宽资源，且会造成网络的链路带宽资源的浪费。分布式卫星网络节点之间的链路带宽资源有限，且承担的空间任务繁杂，需要尽可能保证数据传输的实时性，需对卫星间的链路带宽资源物尽其用。
因此，需要提供一种保障分布式卫星网络中的数据传输，提高其链路带宽资源利用率的针对分布式卫星网络的AODV路由方法。
技术实现要素：
分布式卫星网络具有节点高速移动、拓扑频繁变换、节点存储和链路带宽资源有限等特点，而原始的AODV路由协议只能寻找到一条可达的路径，并且大多基于带宽改进的AODV路由协议没有考虑不存在符合带宽要求的可达路径的情况。直接将这些AODV路由协议应用于分布式卫星网络中，会造成带宽资源浪费的问题。因此本发明针对此问题提供了一种保障分布式卫星网络中的数据传输，提高链路带宽资源利用率的针对分布式卫星网络的AODV路由方法。
本发明提供的一种针对分布式卫星网络的AODV路由方法，包括：
源节点设置最小发送要求带宽并广播含有最小可用带宽信息和目标节点信息的RREQ消息，所述最小可用带宽信息的初始值为源节点的最小可用带宽；
收到RREQ消息的节点判断该节点的最小可用带宽是否小于RREQ消息中的最小可用带宽，若是则将RREQ消息中的最小可用带宽更新为该节点的最小可用带宽；之后，该节点判断其是否为目标节点或其路由表中是否存在到达目标节点的路由：若该节点为目标节点或其路由表中存在到达目标节点的路由，则该节点沿反向路由向源节点回复含有RREQ消息中的最小可用带宽信息的RREP消息；若该节点不为目标节点且其路由表中不存在到达目标节点的路由，则该节点向其路由表中的其他节点转发RREQ消息；
当源节点首次收到RREP消息后，源节点判断RREP消息中包含的最小可用带宽是否大于或等于最小发送要求带宽：若是则将RREP消息中的路由信息作为有效路由并根据该有效路由发送数据；若否则将RREP消息中的路由信息作为无效路由并开始计时，按后续收到的RREP消息的最小可用带宽大小以及是否超过计时时间决定发送数据的有效路由。
优选地，节点的最小可用带宽为节点的最大可用带宽减去当前时刻已占用的带宽。
优选地，在计时结束前，若源节点判断其后续收到的RREP消息中包含的最小可用带宽大于或等于最小发送要求带宽，则停止计时，将该RREP消息中的路由信息作为有效路由并根据该有效路由发送数据。
优选地，在计时结束前，若源节点判断其后续收到的RREP消息中包含的最小可用带宽仍小于最小发送要求带宽，但大于之前所添加的无效路由中的最小可用带宽，则更新无效路由，且若在计时结束前，未收到其他最小可用带宽大于该无效路由中的带宽的RREP消息，则将无效路由更新为有效路由，根据该有效路由发送数据。
优选地，在计时结束前，若源节点判断其后续收到的RREP消息中包含的最小可用带宽小于先前所添加的无效路由中的最小可用带宽，或未收到其他RREP消息，在计时结束时将无效路由更新为有效路由，根据有效路由发送数据。
优选地，所述计时的时长为500ms。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案将链路带宽参数作为一个选路标准对AODV路由协议进行优化，改进路由过程中的RREQ消息及RREP消息帧和生成的路由表，对寻路进程中对RREQ及RREP消息和路由表的处理方式进行优化，并将改进的AODV路由协议应用于分布式卫星网络，实现了分布式卫星网络的有限链路带宽资源的充分利用，减少带宽资源对数据传输的影响。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；
图1示出本发明的实施例中路由请求RREQ消息的帧格式；
图2示出本发明的实施例中路由应答RREP消息的帧格式；
图3示出本发明的实施例中对路由请求RREQ消息的处理流程；
图4示出本发明的实施例中对路由应答RREP消息及路由表的处理流程；
图5示出本发明的实施例中的分布式卫星网络简易拓扑图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明的实施例提供了一种针对分布式卫星网络的AODV路由方法，包括：
源节点设置最小发送要求带宽并广播含有最小可用带宽信息和目标节点信息的RREQ消息，最小可用带宽信息的初始值为源节点的最小可用带宽，其中，最小发送要求带宽Bmin可以在发送数据时对AODV程序进行指定；
收到RREQ消息的节点判断该节点的最小可用带宽是否小于RREQ消息中的最小可用带宽，若是则将RREQ消息中的最小可用带宽更新为该节点的最小可用带宽；之后，该节点判断其是否为目标节点或其路由表中是否存在到达目标节点的路由：若该节点为目标节点或其路由表中存在到达目标节点的路由，则该节点沿反向路由向源节点回复含有RREQ消息中的最小可用带宽信息的RREP消息；若该节点不为目标节点且其路由表中不存在到达目标节点的路由，则该节点向其路由表中的其他节点转发RREQ消息；
当源节点首次收到RREP消息后，源节点判断RREP消息中包含的最小可用带宽是否大于或等于最小发送要求带宽：若是则将RREP消息中的路由信息作为有效路由并根据该有效路由发送数据；若否则将RREP消息中的路由信息作为无效路由表并开始计时，按后续收到的RREP消息的最小可用带宽大小以及是否超过计时时间决定发送数据的有效路由。
在具体实施时，节点的最小可用带宽为节点的最大可用带宽减去当前时刻已占用的带宽。
在具体实施时，在计时结束前，若源节点判断其后续收到的RREP消息中包含的最小可用带宽大于或等于最小发送要求带宽，则停止计时，将该RREP消息中的路由信息作为有效路由并根据该有效路由发送数据。
在具体实施时，在计时结束前，若源节点判断其后续收到的RREP消息中包含的最小可用带宽仍小于最小发送要求带宽，但大于之前所添加的无效路由中的最小可用带宽，则更新无效路由，且若在计时结束前，未收到其他最小可用带宽大于该无效路由中的带宽的RREP消息，则将无效路由更新为有效路由，并根据该有效路由发送数据。
在具体实施时，在计时结束前，若源节点判断其后续收到的RREP消息中包含的最小可用带宽小于先前所添加的无效路由中的最小可用带宽，或未收到其他RREP消息，在计时结束时将无效路由更新为有效路由并根据有效路由发送数据。
在具体实施时，计时的时长为500ms。
本实施例提供的针对分布式卫星网络的AODV路由方法采用了：在AODV路由协议路由过程的RREQ和RREP消息中添加带宽参数，并在AODV路由协议的路由表中添加带宽参数。如图1和2所示，对RREQ及RREP两种消息格式进行扩展，对RREQ及RREP两种消息同时增加32字节的长度留给带宽参数，将本节点最小可用带宽放在跳数Hop Count字节后，命名为BandWidth，数据类型为double型。在AODV路由协议的路由表中添加带宽参数包括：在生成并存储的路由表中添加double类型的带宽参数rt_BandWidth，表示此路由表所代表的路径中所有节点的最小可用带宽，用来判断该生成的路由表是否为有效，源节点是否可以按此路由的路径来发送数据。
本实施例提供的针对分布式卫星网络的AODV路由方法中，对RREQ、RREP消息及路由表中的带宽的获取方式如下：
源节点添加到生成的路由请求RREQ消息中的最小可用带宽参数，由节点自身提取获得，最小可用带宽值为本节点的最大可用带宽减去该时刻所占用的带宽，通过调用提取该参数，传递到RREQ消息帧中；
目的节点或有去往目的节点路由的中间节点生成RREP消息时，RREP消息中的带宽参数从节点收到的RREQ消息中提取得到；
源节点收到RREP消息后，生成的新的路由表中带宽参数从RREP消息中的提取得到。
如图3所示，本实施例提供的针对分布式卫星网络的AODV路由方法中，在处理带宽参数之前与原始的AODV路由协议对RREQ消息的判断方式基本相同，在路由寻路过程中网络节点对RREQ消息的处理方式如下：
在判断带宽时，将本节点的最小可用带宽与RREQ消息中的最小可用带宽相比较，若本节点的最小可用带宽大于等于RREQ消息中的最小可用带宽，则不修改RREQ消息中的数据，继续对RREQ消息进行判断；若本节点的最小可用带宽小于RREQ消息中的最小可用带宽，则修改RREQ消息中的最小可用带宽参数，再进行后续判断。
如图4所示，本实施例提供的针对分布式卫星网络的AODV路由方法中，在处理带宽参数之前与原始的AODV路由协议对RREP消息的判断方式基本相同，在路由寻路过程中对RREP消息以及所生成的路由表的处理方式如下：
在生成路由表之前需对RREP消息中的最小可用带宽进行判断，若RREP消息中最小可用带宽大于或等于最小发送要求带宽Bmin，则直接生成一个有效的路由表，并直接按此有效路由表发送数据；
若RREP消息中最小可用带宽小于最小发送要求带宽，则生成一条无效的路由表，若超过一个时间阈值没有收到另外的RREP消息，则将该无效的路由表转化成有效路由，发送数据；
若收到另外大于最小发送要求带宽的RREP消息，则删除原无效的路由表，生成新的有效路由表；若收到的RREP消息中的最小可用带宽仍小于最小发送数据带宽，则将该最小可用带宽与无效路由表中的带宽参数进行比较，大于则修改路由表的下一跳、带宽参数等，超过时间阈值时，且没有收到其他RREP消息，再转化为有效的路由来发送数据，其中，可将无效路由表项的等待时间阈值设定为500ms。
下面以将本实施例提供的针对分布式卫星网络的AODV路由方法应用于如图5所示的分布式卫星网络的三个示例对本实施例提供的针对分布式卫星网络的AODV路由方法作进一步地说明。
图5所示为四个节点的分布式卫星网络，其中，T1为源节点，CR1为目的节点，源节点T1到目的节点CR1有两条路径，分别为T1-CA1-CR1和T1-CA2-CR1，设置源节点的最小要求发送带宽为2Mb/s以及路径T1-CA1-CR1时延较小。
示例一
设置如图5所示卫星网络拓扑中的路径T1-CA1-CR1的最小可用带宽为2.2Mb/s和路径T1-CA2-CR1的最小可用带宽为2.4Mb/s；
源节点向两条路径广播RREQ消息，RREQ在传递过程中，获得的最小可用带宽分别为2.2Mb/s和2.4Mb/s，到达目的节点，生成RREP消息，并将最小可用带宽参数传递给RREP消息；
目的节点按形成的反向路由返回RREP消息，源节点最先收到由路径T1-CA1-CR1返回的RREP消息中的最小可用带宽大于最小发送要求的带宽，直接生成有效的路由表，并发送数据。
示例二
设置如图5所示卫星网络拓扑中的路径T1-CA1-CR1的最小可用带宽为1.8Mb/s和路径T1-CA2-CR1的最小可用带宽为2.4Mb/s；
源节点向两条路径广播RREQ消息，RREQ在传递过程中，获得的最小可用带宽分别为1.8Mb/s和2.4Mb/s，到达目的节点，生成RREP消息，并将最小可用带宽参数传递给RREP消息；
目的节点按各自生成的RREP消息的反向路径，将RREP消息返回到源节点，源节点最先收到由路径T1-CA1-CR1返回的RREP消息，其中最小可用带宽为1.8Mb/s，小于最小发送要求的带宽，生成无效的路由表；
在时间阈值内，源节点收到由路径T1-CA2-CR1返回的RREP消息，其最小可用带宽为2.4Mb/s，大于最小发送要求的带宽，将之前生成的无效路由删除，生成新的用效的路由表，发送数据。
示例三
设置如图5所示卫星网络拓扑中的路径T1-CA1-CR1的最小可用带宽为1.6Mb/s和路径T1-CA2-CR1的最小可用带宽为1.8Mb/s；
源节点向两条路径广播RREQ消息，RREQ在传递过程中，获得的最小可用带宽分别为1.6Mb/s和1.8Mb/s，到达目的节点，生成RREP消息，并将最小可用带宽参数传递给RREP消息；
目的节点按各自生成的RREP消息的反向路径，将RREP消息返回到源节点，源节点最先收到由路径T1-CA1-CR1返回的RREP消息，其中最小可用带宽为1.6Mb/s，小于最小发送要求的带宽，生成无效的路由表；
在时间阈值内，源节点收到由路径T1-CA2-CR1返回的RREP消息，其最小可用带宽为1.8Mb/s，仍小于最小发送要求的带宽，继续与之前生成的无效路由中的带宽参数比较，后收到RREP消息的最小可用带宽参数较大，则更新原有的无效的路由表，继续等待其他RREP消息，超过阈值时才将其转换为有效的路由表来发送数据。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
还需要说明的是，在本发明的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。