基于链路质量因子的多跳自组网络抗干扰路由方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于多跳无线网络路由技术领域，特别是一种环境适应性强、控制开销小 的基于链路质量因子的多跳自组网络抗干扰路由方法。
【背景技术】
[0002] 无线自组织网络路由要求适应节点移动或受干扰导致的拓扑变化，因此路由机制 一般需要满足自适应和分布式特点。W往对无线自组网抗干扰能力研究集中于物理层抗干 扰采用定向天线、MIMO技术等，在MAC层通过信道分配、调度策略减轻干扰，而在网络层，主 要是设计基于干扰感知的路由算法，通过干扰对网络性能的影响进行分析，最大程度规避 干扰区域。现有的大量自组网的基于网络性能感知路由协议主要集中在对信号相对衰减和 节点剩余能量估计的路由、基于节点地理位置和移动轨迹的链路有效时间预测路由和基于 双向延迟、延迟抖动及带宽估计的QoS性能感知路由，运些协议一方面对硬件和辅助设备 的需求较高，另一方面依赖于网络层后验信息的计算，对干扰的快速响应、预测和规避能力 较弱。为了进一步提高路由协议在动态干扰环境下的主动干扰规避能力，需要路由对受干 扰或业务量过大而导致链路阻塞、链路性能下降的节点、链路快速预测、快速反应。在物理 链路层抗干扰策略基础上，能够进一步通过干扰对链路性能状态的影响进行快速感知、规 避干扰区域，快速优化路由。
[0003] 目前国内外已有一些针对无线自组网抗干扰路由方法的研究，集中在如下几个方 面：
[0004] 首先在自组网领域应用非常广泛的AODV按需路由协议，按需发起路由探测过程， 对网络当前状态具有较好的反应能力，对比表驱动路由有更强的抗干扰能力，通常作为抗 干扰路由改进设计的基础协议。但对带宽占用率较高，不适用于大规模节点自组和业务较 频繁的网络。在AODV基础上改进，如中国发明专利申请"一种基于链路质量的移动自组 网络按需路由方法"，（【申请号】201310344183. 4,公开日：2013. 11.27)，W单位时间内包 接收概率作为链路质量，作为最优链路选择依据，方案实施较为便利，计算开销小，但并没 有考虑到干扰影响下包接收概率观测值的变异程度，无法正确捕获最主要的链路质量的变 化情况，不适用于干扰场景。另外W端到端的吞吐量、端到端的丢包率，节点平均剩余能量 作为链路质量测试指标的混合AODV路由（CRM-A0DV2008)，结合了基于跳数的按需路由 化PS-AODV与基于期望发包数的按需路由ETX-AODV的优点，从前向后向包接受概率绝对差 角度考虑了底层链路的非对称性，但协议同样不能抵御中短期干扰下包接收概率的波动， 在干扰通信场景下可靠性较低，同时需要计算和交互节点链路剩余能量，协议的控制开销 较大，适用于能量受限的无线传感网。另外化SR链路状态协议需要在节点邻居节点中选择 出多点中继集MPR，通过MH?节点转发基于节点剩余能量计算的链路状态信息，每一次的拓 扑变化，不仅需要探测邻居节点，还需要用MH?选举算法从邻居节点中选取MH?节点，并维 持MH?表，适用于节点相对静止的网络，且干扰条件下的协议的收敛能力较差。因此需要在 按需探测路由基础上，重点考虑干扰对链路质量的影响，提高路由协议对干扰节点和链路 的规避能力。
[0005] 其次，抗干扰路由通常结合了干扰感知技术，尤其是基于链路质量的感知协议。在 前述AODV协议基础上进行改进设计的NAR噪声感知路由（NoiseAwareRouting2012)是 一种基于SNR检测的链路质量判别的抗干扰路由协议，主要是应用物理层提供的信噪比作 为选路代价，避开干扰区域。然而在干扰并不能长期并显著改变SNR的情况下，例如仅对部 分字节实施的干扰，SNR平均变化率不大，却能引起丢包率增大，此时仅依赖于SNR检测的 抗干扰路由并不适用。另外抗干扰路由通常与认知无线电技术结合，例如BoHan提出的 CIR干扰认知路由（Co即itiveInte;rferenceRouting2009)，针对AdHoc环境提出了一种 基于认知干扰程度的冲突区域避免的路由，需要节点根据干扰程度对整个冲突区域识别和 避免，协议算法较为复杂，时间耗费较高，不适合对实时性要求较高的组网场景。认知频谱 干扰的能量有效的路由CSIEE(CognitiveSpectrumInte;rferenceandElnergyEfficient Routing2010)，主要在节点自身的发送时隙进行干扰检测，认为此时若扫描到其它能量， 即为异构系统对该节点的系统间干扰，该路由协议需要MAC层采用时槽保障（Guaranteed TimeSlot,GT巧机制支持。且需要花费一个时隙进行物理层能量检测和扫描。
[0006] 另外一方面为提高路由协议的抗干扰能力，通常采用多径路由协议，多径路由可 在保证分组高效传输的同时，降低单条失效链路对网络性能的影响，其中MSR多径路由协 议在源节点和目的节点之间不断进行路径探测，建立多条路径，减少网络拥塞，但也存在节 点开销过大的问题。AOMDV协议，结合了AODV协议提出了一种链路独立的多径路由协议。但 是由于无线链路易受干扰，信道不稳定，过多的请求包和应答包将造成节点负载过大，更容 易引起拥塞。基于AOMDV的IAMP路由协议（InterferenceActivityAwareMulti-path RoutingProtocol2011)，通过接收的干扰信号强度分布作为干扰活跃度的度量。但该协 议需要周期性在节点间交换携带干扰活跃性度量值的肥LLO包，协议的开销较大。此外多 径抗干扰路由还和网络编码技术相结合，保证干扰下数据包投递率不会发生较大改变，但 是该方法增加了源节点编码和目的节点编码时延。大多数按需路由还通过TTL控制机制限 制转发跳数，防止路由协议在全网泛洪，但TTL限制值设置过大，则没有意义，设置过小，贝U 可能丢弃链路质量较好的跳数稍大的路径。需要一些更加有效的方法降低路由探测包的洪 泛压力。
[0007] 可W看出抗干扰路由的研究思路通常是W多跳多路径进行迂回数据包投递实现 干扰避免，W按需寻路作为抵御干扰和移动场景下随时可能产生的拓扑变化，最大化降低 干扰对网络性能的影响为目的，规避受干扰节点和链路，保证端到端的成功投递。一方面增 加探测和感知所需的路由探测包和应答包，一方面增加路由备份，都是W增加协议开销为 代价。需要在降低阻塞概率、提高路由可用性的同时，在路由效率和开销之间进行有效平 衡。
[000引因此，现有无线自组网抗干扰路由协议，在提高拓扑适应性和环境适应性的同时， 往往W控制开销增大为代价，或增加了路由算法计算复杂度，导致协议过于复杂，无法快速 响应复杂电磁环境和网络拓扑结构动态多变条件。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于提供一种基于链路质量因子的多跳自组网络抗干扰路由方法， 环境适应性强、控制开销小。
[0010] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于链路质量因子的多跳自组网络抗干 扰路由方法，包括如下步骤： W11] (10)邻居节点发现：节点发送测试包，其它节点应答测试包，建立各节点的邻居 节点列表和近邻链路；
[0012] (20)近邻链路质量预判：根据近邻链路稳定度因子、对称性因子、可靠度因子，计 算近邻链路转发代价；
[0013] (30)节点路由发现：源节点发送路由请求，目的节点回复路由请求，源节点根据 其到目标节点的路径转发代价，发现路由。
[0014] 本发明与现有技术相比，其显著优点：
[0015] 环境适应性强、控制开销小：本发明考虑到干扰对网络的影响最直接的表现是链 路的不稳定、不对称和不可靠，采用基于链路稳定性、对称性和可靠性等链路质量因子的 量化估计方法，该路由对动态干扰环境适应性强，算法的控制开销小，有较强的干扰规避能 力。
[0016] 与W往通过拓扑位置特征和功能特征对网络节点进行分类不同，本发明通过节点 当前性能状态对节点分布式进行阻塞节点的预判别，可在后续寻路过程中将失去良好中继 能力