基于接入层和网络层联合的无线移动自组网动态路由方法与流程

1.本技术涉及无线网络技术领域，特别是涉及一种基于接入层和网络层联合的无线移动自组网动态路由方法、装置、计算机设备和存储介质。


背景技术：

2.目前，无线移动自组网因其不需要依赖任何通信基础设施就能实现快速组网，而在军事和民用领域得到了广泛的应用。它融合了无线通信和计算机网络两种技术，而路由技术是无线自组网最具挑战的工作之一。
3.无线移动自组网中，业务分组传输以多跳方式进行。因此，一条完整的路由往往是由多条节点间的链路连接而成。网络中节点间的相对运动以及无线信号的传播损伤所引起的任何链路中断都将导致业务传输路径的失效。另外，无线链路信道条件变化快、存在单向链路等不利因素，造成网络拓扑变化快，从而对动态路由设计提出了很高的要求。
4.传统的自组织路由协议主要包括先应式路由协议和反应式路由协议。采用先应式路由协议(dsdv、olsr、tbrpf)的节点需要周期性的进行全网路由状态更新，反应式路由协议(aodv、tora、zrp)需要业务源节点采用泛洪(广播式泛洪、区域受限式泛洪)的方式重新发起路由发现的过程来获得新的端到端链路连接，以弥补节点路由表中不包含全网路由信息的弊端。这都将带来大量的网络控制开销。另一方面，频繁的拓扑结构变化将缩短路由的有效期并降低其可用性。所有围绕节点邻域状态更新周期(即hello分组的广播周期)优化的算法终究难以根本解决拓扑快速变化的问题。
5.这些路由困境的本质问题在于对传统有线网络路由协议解决方案的沿袭：一是试图在源与目的节点间预先建立一条路由，在此路由建立后进行数据转发；二是将路由协议与信道接入协议完全分离。因此，无线移动自组网的路由有效性较低。


技术实现要素：

6.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高的无线移动自组网的路由有效性的基于接入层和网络层联合的无线移动自组网动态路由方法、装置、计算机设备和存储介质。
7.一种基于接入层和网络层联合的无线移动自组网动态路由方法，所述方法包括：
8.通过接入层的无线接入控制单元实时获取各节点间的链路质量，对拓扑表进行更新；
9.当接收到待传输数据时，所述接入层的无线ip单元根据待传输数据确定目的节点；
10.所述接入层的无线ip单元根据所述目的节点，在拓扑表中遍历出能够到达目的节点的所有传输路径，并根据对应传输路径的数据速率进行分析，确定路由计算结果；
11.以所述路由计算结果传输所述待传输数据。
12.在其中一个实施例中，所述所述接入层的无线ip单元根据所述目的节点，在拓扑
表中遍历出能够到达目的节点的所有传输路径，并根据对应传输路径的数据速率进行分析，确定路由计算结果的步骤，包括：
13.所述接入层的无线ip单元根据所述目的节点，在拓扑表中遍历出tp[x1][j]中不为0的所有节点，得到集合s1，记录集合s1中各节点到目的节点j所需的传输时间l/r(tp[si][j])，其中，tp[][]为拓扑表，tp[x1][j]为第x1个节点与目的节点j的链路质量；x1为节点编号，x1∈1、2、3
……
n，n为无线移动自组网中的总节点个数；si为节点编号，si∈s1；j为目的节点；l为数据量；r(tp[si][j])为第si个节点与目的节点j对应的数据传输速率；
[0014]
继续以集合s1中各节点作为遍历目的节点，在拓扑表中遍历出tp[x2][si]中不为0的所有节点，得到集合s2，记录集合s2中各节点到目标节点j所需的最短传输时间l/r(tp[x2][si])，并将集合s2中各节点作为下一个遍历目的节点进行迭代遍历，直至迭代到在拓扑表中遍历出不为0的所有节点，得到的集合sx中包括自身节点s，获得路由计算结果。
[0015]
在其中一个实施例中，所述通过接入层的无线接入控制单元实时获取各节点间的链路质量，对拓扑表进行更新的步骤，包括：
[0016]
所述接入层的无线接入控制单元实时监听自身与各节点间的链路质量，更新自身拓扑表中自身与各节点间的链路质量；
[0017]
所述接入层的无线接入控制单元实时获取各节点发送的拓扑表，根据接收到的拓扑表更新自身拓扑表中其他节点与与各节点间的链路质量。
[0018]
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
[0019]
所所述接入层的无线ip单元根据所述目的节点，查找在上一次自身拓扑表更新后，已经进行过所述目的节点的路由计算，直接获取该路由计算结果作为本次路由计算结果。
[0020]
一种基于接入层和网络层联合的无线移动自组网动态路由装置，所述装置包括：
[0021]
拓扑表更新模块，用于接入层的无线接入控制单元实时获取各节点间的链路质量，对拓扑表进行更新；
[0022]
目的节点确定模块，用于当接收到待传输数据时，所述接入层的无线ip单元根据待传输数据确定目的节点；
[0023]
路由计算模块，用于所述接入层的无线ip单元根据所述目的节点，在拓扑表中遍历出能够到达目的节点的所有传输路径，并根据对应传输路径的数据速率进行分析，确定路由计算结果；
[0024]
传输模块，用于以所述路由计算结果传输所述待传输数据。
[0025]
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述方法的步骤。
[0026]
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的方法的步骤。
[0027]
上述基于接入层和网络层联合的无线移动自组网动态路由方法、装置、计算机设备和存储介质，通过接入层的无线接入控制单元实时获取各节点间的链路质量，对拓扑表进行更新；当接收到待传输数据时，所述接入层的无线ip单元根据待传输数据确定目的节点；所述接入层的无线ip单元根据所述目的节点，在拓扑表中遍历出能够到达目的节点的所有传输路径，并根据对应传输路径的数据速率进行分析，确定路由计算结果；以所述路由
计算结果传输所述待传输数据，降低无线移动自组网路由发现和更新的网络开销，提高无线移动自组网路由的有效性和可用性。
附图说明
[0028]
图1为一个实施例中基于接入层和网络层联合的无线移动自组网动态路由方法的流程示意图；
[0029]
图2为一个实施例中协议栈的现有的层次划分与本技术的层次划分对比框图；
[0030]
图3为一个实施例中本技术的协议栈的软件架构图；
[0031]
图4为一个实施例中基于接入层和网络层联合的无线移动自组网动态路由装置的结构框图。
具体实施方式
[0032]
为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0033]
本技术提供的基于接入层和网络层联合的无线移动自组网动态路由方法，可以应用于无线移动自组网络中。其中，无线移动自组网络中有n个节点，网络节点可以是终端或服务器，节点与节点之间可以进行通信，其中，终端可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备，服务器可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。
[0034]
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于接入层和网络层联合的无线移动自组网动态路由方法，以该方法应用于其中一个节点为例进行说明，包括以下步骤：
[0035]
步骤s220，通过接入层的无线接入控制单元实时获取各节点间的链路质量，对拓扑表进行更新。
[0036]
其中，如图2所示，将每个节点分层设计(如图2所示的左边结构)时的网络层(net)与接入层(mac)进行合并，接入层中设计拓扑更新和路由计算功能模块(如图2所示的右边结构)。如图2和图3所示，物理层(phy)分为接入信道和业务信道，接入层(mac)分为无线接入控制(rac)、无线链路控制(rlc)和无线ip(rip)三个逻辑单元。
[0037]
无线移动自组网中的每个节点都采用紧耦合的协议栈跨层设计方法，充分利用物理层和mac层(接入层)提供的支持能力，压缩开销，实现无中心条件下对高动态拓扑的实时掌控。每个节点都采用即时路由设计思想，实现对高动态拓扑条件下路由的实时优化响应。每个节点动态路由具体通过以下步骤实现：
①
、物理层为控制分组提供信道链路质量估计；
②
、路由控制分组与信道接入控制分组联合设计；
③
、随路计算下一跳转发节点，不预先建立路由。
[0038]
rac单元(接入层的无线接入控制单元)负责拓扑维护。拓扑表内容为节点间的链路质量(cqi)，cqi是物理层在进行发送准备(rts)和发送确认(cts)接收时的信噪比估计。拓扑表通过rts和cts进行传播。各节点通过侦听和接收，进行拓扑表的更新，不断完善自己的拓扑表。
[0039]
步骤s240，当接收到待传输数据时，接入层的无线ip单元根据待传输数据确定目
的节点。
[0040]
步骤s260，接入层的无线ip单元根据所述目的节点，在拓扑表中遍历出能够到达目的节点的所有传输路径，并根据对应传输路径的数据速率进行分析，确定路由计算结果。
[0041]
其中，拓扑表在rac单元更新，但路由计算在rip单元(接入层的无线ip单元)完成。计算输出为一跳转发地址表。当拓扑表更新时，需要对无线ip缓冲队列中的所有ip包进行路由计算；当有新的ip包(待传输数据)插入队列时，需要对该ip包(待传输数据)进行路由计算。计算过程中，目的ip地址相同的直接复制，不需要重复计算。
[0042]
步骤s280，以路由计算结果传输所述待传输数据。
[0043]
在一个实施例中，接入层的无线ip单元根据所述目的节点，在拓扑表中遍历出能够到达目的节点的所有传输路径，并根据对应传输路径的数据速率进行分析，确定路由计算结果的步骤，包括：
[0044]
接入层的无线ip单元根据所述目的节点，在拓扑表中遍历出tp[x1][j]中不为0的所有节点，得到集合s1，记录集合s1中各节点到目的节点j所需的传输时间l/r(tp[si][j])，其中，tp[][]为拓扑表，tp[x1][j]为第x1个节点与目的节点j的链路质量；x1为节点编号，x1∈1、2、3
……
n，n为无线移动自组网中的总节点个数；si为节点编号，si∈s1；j为目的节点；l为数据量；r(tp[si][j])为第si个节点与目的节点j对应的数据传输速率；
[0045]
继续以集合s1中各节点作为遍历目的节点，在拓扑表中遍历出tp[x2][si]中不为0的所有节点，得到集合s2，记录集合s2中各节点到目标节点j所需的最短传输时间l/r(tp[x2][si])，并将集合s2中各节点作为下一个遍历目的节点进行迭代遍历，直至迭代到在拓扑表中遍历出不为0的所有节点，得到的集合sx中包括自身节点s，获得路由计算结果。
[0046]
其中，以节点3发送数据到节点5为例，说明路由计算过程。设数据量为l(字节)，tp[][]为拓扑表。
[0047]
找到tp[x1][5]中不为0的所有x1，记录x1到节点5所需的传输时间l/r(tp[x1][5])，r(tp[x1][5])为对应的数据传输速率。
[0048]
往前一步，找到tp[x2][x1]中不为0的节点x2，记录所有x2到达5节点的最短传输时间(x2到x1与x1到节点5的最短时间之和)；
[0049]
再往前一步，找到tp[x3][x2]中不为0的节点x3，记录所有x3到达5节点的最短传输时间(x3到x2与x2到节点5的最短时间之和)；
[0050]
一直往前，推到节点3(记xi＝3)，找到节点3到节点5的最短传输时间和相应路径。
[0051]
记节点3到节点5的第一跳目的节点为路由计算结果。
[0052]
在一个实施例中，通过接入层的无线接入控制单元实时获取各节点间的链路质量，对拓扑表进行更新的步骤，包括：
[0053]
接入层的无线接入控制单元实时监听自身与各节点间的链路质量，更新自身拓扑表中自身与各节点间的链路质量；
[0054]
接入层的无线接入控制单元实时获取各节点发送的拓扑表，根据接收到的拓扑表更新自身拓扑表中其他节点与与各节点间的链路质量。
[0055]
在其中一个实施例中，方法还包括：
[0056]
接入层的无线ip单元根据所述目的节点，查找在上一次自身拓扑表更新后，已经进行过目的节点的路由计算，直接获取该路由计算结果作为本次路由计算结果。
[0057]
上述基于接入层和网络层联合的无线移动自组网动态路由方法，通过接入层的无线接入控制单元实时获取各节点间的链路质量，对拓扑表进行更新；当接收到待传输数据时，接入层的无线ip单元根据待传输数据确定目的节点；接入层的无线ip单元根据所述目的节点，在拓扑表中遍历出能够到达目的节点的所有传输路径，并根据对应传输路径的数据速率进行分析，确定路由计算结果；以路由计算结果传输所述待传输数据，降低无线移动自组网路由发现和更新的网络开销，提高无线移动自组网路由的有效性和可用性。
[0058]
应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0059]
在一个实施例中，如图4所示，提供了一种基于接入层和网络层联合的无线移动自组网动态路由装置，包括：拓扑表更新模块310、目的节点确定模块320、路由计算模块330和路由计算模块330。
[0060]
拓扑表更新模块310，用于接入层的无线接入控制单元实时获取各节点间的链路质量，对拓扑表进行更新。
[0061]
目的节点确定模块320，用于当接收到待传输数据时，接入层的无线ip单元根据待传输数据确定目的节点。
[0062]
路由计算模块330，用于接入层的无线ip单元根据所述目的节点，在拓扑表中遍历出能够到达目的节点的所有传输路径，并根据对应传输路径的数据速率进行分析，确定路由计算结果；
[0063]
传输模块340，用于以路由计算结果传输所述待传输数据。
[0064]
在一个实施例中，路由计算模块330还用于：接入层的无线ip单元根据所述目的节点，在拓扑表中遍历出tp[x1][j]中不为0的所有节点，得到集合s1，记录集合s1中各节点到目的节点j所需的传输时间l/r(tp[si][j])，其中，tp[][]为拓扑表，tp[x1][j]为第x1个节点与目的节点j的链路质量；x1为节点编号，x1∈1、2、3
……
n，n为无线移动自组网中的总节点个数；si为节点编号，si∈s1；j为目的节点；l为数据量；r(tp[si][j])为第si个节点与目的节点j对应的数据传输速率；继续以集合s1中各节点作为遍历目的节点，在拓扑表中遍历出tp[x2][si]中不为0的所有节点，得到集合s2，记录集合s2中各节点到目标节点j所需的最短传输时间l/r(tp[x2][si])，并将集合s2中各节点作为下一个遍历目的节点进行迭代遍历，直至迭代到在拓扑表中遍历出不为0的所有节点，得到的集合sx中包括自身节点s，获得路由计算结果。
[0065]
在一个实施例中，拓扑表更新模块310还用于：接入层的无线接入控制单元实时监听自身与各节点间的链路质量，更新自身拓扑表中自身与各节点间的链路质量；接入层的无线接入控制单元实时获取各节点发送的拓扑表，根据接收到的拓扑表更新自身拓扑表中其他节点与与各节点间的链路质量。
[0066]
在一个实施例中，路由计算模块330还用于：接入层的无线ip单元根据所述目的节点，查找在上一次自身拓扑表更新后，已经进行过目的节点的路由计算，直接获取该路由计
算结果作为本次路由计算结果。
[0067]
关于基于接入层和网络层联合的无线移动自组网动态路由装置的具体限定可以参见上文中对于基于接入层和网络层联合的无线移动自组网动态路由方法的限定，在此不再赘述。上述基于接入层和网络层联合的无线移动自组网动态路由装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0068]
在一个实施例中，提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的基于接入层和网络层联合的无线移动自组网动态路由方法的步骤。
[0069]
在一个实施例中，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的基于接入层和网络层联合的无线移动自组网动态路由方法的步骤。
[0070]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成的，计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
[0071]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0072]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。