一种基于应急通信的aodv路由稳定度算法改进方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线移动通信领域中无线自组织网络（Ad Hoc)的应用，尤其是涉及Ad Hoc网络中路由协议一AODV路由协议的改进算法。
【背景技术】
[0002] Ad Hoc网络作为一种无线移动通信网络，具有应急救援需要的特点：无需固定的 基础设施，布网方便；能够快速有效组网；网络中节点地位平等，具有较强的抗毁性和鲁棒 性。所以，在现有的应急通信系统中，部署Ad Hoc网络可以在一定程度上解决紧急救援问 题。而且，通过对Ad Hoc网络的路由协议的研宄，可以进一步对网络的组网进行优化，寻找 更好的数据传输方案。
[0003] Ad Hoc路由协议分为主动式、按需式和混合式路由协议，其中按需式路由协议相 比其他类型的路由协议能够降低网络的功耗，这是由于只有源节点需要传输数据包时才开 始创建路由，直至路由异常中断或不再需要时才停止维护。AODV路由协议是按需路由协议 的一种，是使用最广泛的按需路由协议，对于中小规模低速移动的Ad Hoc网络具有良好的 性能，可以应用在应急通信中作为临时性网络。但是AODV路由协议规定寻找的是具有最小 延时路由，也就是目的节点只对第一次收到的RREQ(Route Request,路由请求）消息进行 回复RREP(Route Response,路由回复）消息，这样造成选择的链路可能不稳定，进而会造 成选择的路由不一定是最稳定的路由，而应急通信系统中是非常需要路由的稳定性。
[0004] 经过对现有技术文献的检索发现，公开号CN102413538A的专利文献公开了一种 基于AODV且考虑延时能量节省的路由改进方法，其提出通过判断节点剩余能量选择转发 节点，选择一条能耗最小的路由。公开号CN102769888A的专利文献公开了一种用于车载Ad Hoc网络基于改进AODV协议的方法，其提出发送给邻节点一些信息，包括节点位置、速度、 方法及路由期满时间，计算相邻节点间的稳定度。公开号CN103856399A的专利文献公开了 一种基于稳定性的Ad Hoc备份路由算法，提出增加备份路由的策略，当主路由断裂，选择优 先级高的备份路由继续传输数据。公开号CN102036337A的专利文献公开了一种基于改进 AODV协议的通信方法，其提出的判断稳定性方式是通过选择与发送HELLO消息时间间隔相 同的时间内判断邻居节点集的变化率，最后将路由上的邻居节点集的变化率连乘得到路由 的稳定度。
[0005] 但是以上各种方法对解决AODV路由协议在应急系统中稳定性低的问题，都还存 在进一步改进的必要。
【发明内容】
[0006] 鉴于AODV路由协议在应急系统中的不足，即稳定性低的问题，本发明提供了一 种实现高稳定性、可持续性的AODV路由算法。本发明是通过在某时间内接收一定数目的 HELLO消息，再通过观察收到的HELLO时间间隔得到与邻节点的链路稳定度，最后将该路由 上链路稳定度连乘得到路由稳定度，采用本发明算法能够提高Ad Hoc网络的路由有效连接 时间，进而降低网络节点功耗，从而达到较稳定的通信服务质量，是非常适合于应急通信系 统中的Ad Hoc网络。
[0007] 为了实现上述目的，本发明提供一种基于应急通信的A0DV路由稳定度改进方法， 其原理为：本节点周期性收到来自相邻节点的HELLO消息，如果接收的HELLO消息的时间间 隔变化很小，表示某个相邻节点移动不频繁，此条链路就越稳定；如果接收的ffiLLO消息时 间间隔不同且变化很快，表示节点移动频繁；如果在一段时间内没有收到HELLO消息，表示 链路状态很差，可以认为此条链路断裂。其中包括以下步骤：
[0008] S1 :改进HELLO消息域格式，所有节点接收来自邻节点的HELLO消息，记录接收的 HELLO消息时间；
[0009] S2 :根据S1判断相邻节点之间的链路稳定度；
[0010] S3 :通过HELLO消息将链路稳定度记录在路由表中，且每当链路断开后更新；
[0011] S4:当源节点需要传输数据时，首先判断网络中是否存在一条可达目的节点的路 由，存在则直接传输数据，否则产生RREQ消息，将稳定度添加到RREQ消息中；
[0012] S5 :在跳数允许的范围内，寻找到达目的节点，目的节点根据链路稳定度，判断该 路由稳定度，选择路由稳定度最高的路由回送RREP消息到源节点。
[0013] S4和S5也可描述为：源节点需要传输数据时，先查找是否存在一条可达目的节点 的可用路由，如果有则发送数据，否则源节点开始向邻节点发送RREQ消息，将路由表中已 存储的邻节点链路稳定度添加到RREQ消息中，其中链路稳定度低的节点不再作为转发节 点，经过若干中间节点后，目的节点第一次接收到RREQ消息，并继续接收其他路径到达的 RREQ消息，当路由跳数大于6时，不再接收，最后从所有可用路由中选择路由稳定度最大的 路由回送RREP消息给源节点。
[0014] 进一步，S1中所述改进HELLO消息域格式包括类型、目的节点IP地址、目的节点 序列号、源节点IP地址、跳数、寿命、邻节点链路稳定度。
[0015] S3中所述的路由表是在原A0DV路由协议中路由表下一跳节点条目上新增其链路 稳定度条目，新的路由表条目包括目的节点IP地址、目的节点序列号、网络接口、下一跳节 点IP地址、下一跳链路稳定度，预发送节点列表，路由寿命、其他状态和路由标志。
[0016] S4所述的RREQ消息，新增至少5个消息组成域，存储每一跳的链路稳定度，其格式 组成包括类型、保留位、跳数、路由请求识别码、目的节点IP地址、目的节点序列号、源节点 IP地址、源节点序列号、链路1稳定度、链路2稳定度……链路n稳定度，其中n〈6。
[0017] S2所示的判断链路稳定度的方法，包括以下步骤：
[0018] S21 :设第一次收到HELLO消息的时间为h，第二次接收到HELLO消息的时间为心， 计算接收HELLO消息的时间差A tf t ft。；
[0019] S22 :设收到HELLO消息的次数为m，记录HELLO消息达到该节点的时间间隔为 A t2、A t3......A U，其中A U为第m-1、m次收到HELLO消息的时间间隔，且判断稳定度 的方法中设置所述收到HELLO消息的次数m = 20 ;
[0020] S23 :计算每次收到HELLO消息的时间间隔的均值和方差：
[0021] 均值关
【主权项】
1. 一种基于应急通信的AODV路由稳定度改进方法，其特征在于，包括以下步骤： 51 :改进HELLO消息域格式，所有节点接收来自邻节点的HELLO消息，记录接收的 HELLO消息时间； 52 :根据Sl判断相邻节点之间的链路稳定度； 53 :通过HELLO消息将链路稳定度记录在路由表中，且每当链路断开后更新； S4:当源节点需要传输数据时，首先判断网络中是否存在一条可达目的节点的路由，存 在则直接传输数据，否则产生RREQ消息，将稳定度添加到RREQ消息中； S5 :在跳数允许的范围内，寻找到达目的节点，目的节点根据链路稳定度，判断该路由 稳定度，选择路由稳定度最高的路由回送RREP消息到源节点。
2. 根据权利要求1所述的AODV路由稳定度改进方法，其特征在于：S2所示的判断链路 稳定度的方法，包括以下步骤： 521 :计算两次接收HELLO消息的时间差Δ t1: Δ t i= t ^tci，其中h为第一次接收到 HELLO消息的时间，^为第二次接收到HELLO消息的时间； 522 :设收到HELLO消息的次数为m，记录HELLO消息达到该节点的时间间隔为Δ t2、 At3……Δ V1，其中Λ t2为第二、三次收到HELLO消息的时间间隔，Λ 13为第三、四次收到 HELLO消息的时间间隔，Λ 为第m-1、m次收到HELLO消息的时间间隔； 523 :计算收到HELLO消息的时间间隔的均值和方差，其中均值为
524 :根据时间间隔的方差预估该节点和其邻节点的链路稳定度，当D值越小且不为0 时，该链路稳定度就越大，其中链路稳定度为
3. 根据权利要求2所述的AODV路由稳定度改进方法，其特征在于：判断链路稳定度的 方法中设置所述收到HELLO消息的次数m = 20。
4. 根据权利要求1所述的AODV路由稳定度改进方法，其特征在于：S5中所述根据链路 稳定度计算路由稳定度的方法，包括以下步骤： 551 :设源节点发送携带链路稳定度RREQ消息到达目的节点，则组成此条路由的路由 稳定度为
，其中S1为到达目的节点的第一条路由，L iS组成第一条路由的第i条 链路稳定度，η为第一条路由的链路跳数； 552 :目的节点在收到第一个RREQ消息后，在一段时间内仍然接收其他RREQ消息，则 RREP消息沿S确定的路由回送到达源节点，其中S = max (S1, S2, S，·· SN)，S1, S2, S，·· S1^别 为第1、2、3、N条路由。
5. 根据权利要求4所述的AODV路由稳定度改进方法，其特征在于：S51中设置每条路 由的链路跳数n〈6。
6. 根据权利要求1-5之任一项所述的AODV路由稳定度改进方法，其特征在于：S1中所 述改进HELLO消息域格式包括类型、目的节点IP地址、目的节点序列号、源节点IP地址、跳 数、寿命、邻节点链路稳定度。
7. 根据权利要求1-5之任一项所述的AODV路由稳定度改进方法，其特征在于：S3中所 述的路由表是在原AODV路由协议中路由表下一跳节点条目上新增其链路稳定度条目，新 的路由表条目包括目的节点IP地址、目的节点序列号、网络接口、下一跳节点IP地址、下一 跳链路稳定度，预发送节点列表，路由寿命、其他状态和路由标志。
8. 根据权利要求1-5之任一项所述的AODV路由稳定度改进方法，其特征在于：S4所述 的RREQ消息，新增至少5个消息组成域，存储每一跳的链路稳定度，其格式组成包括类型、 保留位、跳数、路由请求识别码、目的节点IP地址、目的节点序列号、源节点IP地址、源节点 序列号、链路1稳定度、链路2稳定度……链路η稳定度，其中n〈6。
【专利摘要】本发明公开了一种基于应急通信的AODV路由稳定度改进方法，该方法涉及AODV路由协议中链路稳定度参考值的衡量以及根据链路稳定度寻找路由的方案。该方法首先根据收到的HELLO消息的时间间隔计算链路稳定度，然后将下一跳节点的链路稳定度添加到RREQ消息中，在路由跳数允许范围内，寻找所有可用路由，选择路由稳定度最大的路由向源节点回复RREP消息。采用本发明技术方案，可以提高Ad Hoc网络的路由有效连接时间，降低网络节点功耗，达到较稳定的通信服务质量。
【IPC分类】H04W40-08, H04W40-12
【公开号】CN104869605
【申请号】CN201510103629
【发明人】余翔, 易丹丹, 王诗言
【申请人】重庆邮电大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年3月10日