一种适应异构网络环境的中心控制源路由协议的制作方法

专利名称：一种适应异构网络环境的中心控制源路由协议的制作方法
技术领域：
本发明涉及下一代异构网络系统，具体涉及一种适应异构网络环境的 中心控制源路由协议，这种协议为中心控制源路由协议。
背景技术：
近年来，随着生活水平的提高和新业务类型的涌现，人们对通信技术 的要求越来越高。但是，传统网络的发展大多进入一个"瓶颈"状态，单一 网络已很难满足人们日益增长的通信需求。通信行业的商家和学者们不得 不另辟蹊径，期望在现有网络设施资源的基础上，通过合适的融合方案， 实现网络优势互补，构造一个广覆盖、高效率、稳定可靠的异构网络。众所周知，下一代网络通信的一个基本要求是支持"泛在"环境，而对 泛在的支持就依赖于异构网络的集成。目前讨论最多的就是无线局域网、3G和自组织网之间融合的问题。如利用多跳(MCN)来提高整个蜂窝网 的吞吐量，集成蜂窝网和Ad Hoc中继(iCAR)用来平衡蜂窝小区间的负 载，用后向效用作为异构网络路由选择的标准，以保障服务质量(QoS) 等。这些现有的研究成果有一个共同点，就是都将注意力放在路由选择标 准和算法方面，而忽视了路由寻找协议。路由是整个网络通信的基础，没有一个能高效"寻路"和优化"选路"的路由协议做后盾，其它再好的协议保 障也要受到限制。这就好比让一辆F1赛车在乡下小路行驶，无论赛车性能 如何的优越，也很难赢过一辆在高速公路上行驶的普通汽车。这里提到的 "寻路"和"选路"正是路由协议的两个关键要素。如何让路由发现过程耗时 最短、占用资源最少，如何让路由选择能最好的保障用户QOS需要和网络资源利用率，这是摆在每一个路由协议设计者面前的两大问题。目前常用的多跳路由协议按照路由发现方法的不同，大体上可以分为 主动式路由和反应式路由。主动式路由又称表格驱动式路由，它尽力维护 网络中每个节点至所有其它节点的一致的最新路由信息。它要求网络中每 个节点都要维护一个这样的表格，当网络拓扑变化时，向整个网络传播路 由更新信息，从而达到整个网络路由信息的一致性，如目的节点序列号距离矢量路由协议(DSDV)。反应式路由又称按需路由，它只有在源节点需 要的时候，才创建路由，这也正是"按需"的含义所在。当网络中一个节点(这个节点称为源节点)需要一条路由到达某个目的节点的时候，源节点 就初始化网路内的路由寻找进程。 一旦找到一条路由，或者所有可能的路 由重新排列都已检测完毕，就结束网络内路由寻找进程。 一旦建立了一条 路由，就要按一定的路由维护机制维护该条路由，直到路由中断或者通信 结束，如动态源路由协议(DSR)。这两类路由协议各有优劣。前者能够迅速地建立一条端到端链路，但 是某条链路状态的变化将会引起整个网络的路由信息更新，特别是当网络 规模较大，拓扑结构变化较快时，路由开销将急剧增加。后者将路由更新 信息的传播限制在了某一条或几条相关路径上，节省了开销，但是它在通 信发起时寻找路由的过程往往是一个洪泛的过程，会导致广播风暴、环路、 初始化时延太长等问题，当拓扑变化过快时，由于频繁地执行路由发现(RD)进程，会造成很大的资源开销。另外，这两种路由协议最初都是为 自组织网络设计的，并没有考虑异构网络特有的"多模终端"和"垂直切换" 等所带来的问题，所以并不十分适合异构网络环境。发明内容本发明的目的在于提供一种适应异构网络环境的中心控制源路由协 议，该路由协议既可以保证较短的初始化时延，也能保证网络内可用路由的有效性，同时节省用于维护路由信息的网络资源开销。本发明提供的适应异构网络环境的中心控制源路由协议，包括全局路由服务器端协议和客户终端协议两部分；全局路由服务器端协议包括以下过程(Al)全局路由服务器启动，为全局路由表和全局会话表分配存储空 间，之后转入步骤(A2);其中，全局路由表内包括源节点ID、目的节点 ID、源节点IP和目的节点IP，全局会话表包括通信发起端ID、通信接收 端ID、当前通信使用的节点对信息；(A2)全局路由服务器进入等待状态，当有网络数据包到达时，进 入步骤(A3)，当有系统命令到达时，进入步骤(A8);(A3) 全局路由服务器判断数据包的类型，如果数据包为用户注册 信息，进入步骤(A4)，如果数据包为会话注册信息，进入步骤(A5)，如 果数据包为路由请求信息，进入步骤(A6)，如果数据包为链路变化信息， 进入步骤(A7)，否则，转入步骤(A2);(A4)全局路由服务器将注册路由信息加入全局路由表，之后转入步 骤(A2);(A5)全局路由服务器将本次会话的用户对信息加入全局会话表，之 后转入步骤(A2);(A6)全局路由服务器搜索全局路由表，以路由请求信息内的源节点 ID为开始端，以路由请求信息内的目的节点ID为结束端，寻找所有可用路 由，并根据最短路径算法选取一条最短路由；如果找到这样一条路由信息， 则称搜索成功，全局路由服务器将选中的路由信息返回给发起请求的用户； 如果没有找到适合的路由信息，则称搜索失败，全局路由服务器将通知发 出请求的用户，目的节点无法接通；之后转入步骤(A2);(A7)全局路由服务器根据接收到的链路变化信息更新全局路由表，并査找全局会话表内受链路变化影响的用户对，然后向每个用户对的通信 发起端发送路由更改信息，之后转入步骤(A2);(A8)系统命令要求终止服务，全局路由服务器释放已分配的存储空 间，退出服务；客户终端协议包括并行的过程(B)和过程(C),过程(B)负责路由 的建立与维护；过程(C)负责周围链路状态的监测，协助全局路由服务器 完成网络拓扑的监控；过程(B)包括下述步骤(Bl)客户终端启动，为本地路由表和邻居列表分配存储空间，之后 进入步骤(B2);本地路由表可采用通用的路由表格式，包括目的地址、掩 码、网关、接口地址等，邻居列表包括源节点IP、源节点ID、目的节点IP 以及最新更新时间；(B2)客户终端广播入网广播信息，包括节点ID和节点IP，并等待反 馈的路由信息，然后选取一条距离全局路由服务器最短的路由作为注册路 由，再向全局路由服务器提交用户注册信息，之后进入步骤(B3);(B3)客户终端进入等待状态，当有网络数据包到达时，进入步骤 (B4)，当有系统命令到达时，进入步骤(B5);(B4)客户终端判断数据包的类型，如果数据包为可用路由信息，进 入步骤(B6)，如果数据包为连接请求信息，进入步骤(B7)，如果数据包 为路由更改信息，进入步骤(B8)，如果数据包为入网广播信息，进入步骤 (B9),如果数据包为链路探测广播信息，进入步骤(BIO)，否则，转入 步骤(B3);(B5)客户终端判断系统命令的类型，如果是要求发起新呼叫，则进 入步骤(Bll)，如果是要求终止服务，则进入步骤(B12);(B6)客户终端根据信息包内的路由信息更新本地路由表，并向下一 跳节点发送连接请求信息，之后进入步骤(B3);(B7)客户终端首先判断自己是不是此连接请求的目的节点如果是， 则根据信息包内的路由信息更新本地路由表，并向全局路由服务器注册会 话，然后向连接发起端返回呼叫应答，声明连接成功；如果不是，则说明 本节点仅仅是此连接的一个中继节点，终端需要根据信息包内的路由信息 更新本地路由表，并向下一跳节点转发这条连接请求信息；之后进入步骤 (B3);(B8)客户终端根据信息包内的路由信息更新本地路由表，并向下一 跳节点发送连接请求信息，之后进入步骤(B3);(B9)客户终端返回入网广播反馈信息，供新加入的节点参考，之后 进入步骤(B3);(B10)客户终端根据链路探测广播信息中的节点ID和节点IP，查找邻 居列表内的相同节点项，如果找到这样一条记录，使得邻居列表中的源节 点ID、源节点IP与收到的链路探测广播信息中的节点ID、节点IP相同，则 将该条记录的"最新更新时间"更换为当前的系统时间，然后转入步骤(B3)， 如果没有找到这样的记录，则客户终端将在邻居列表中添加一条完整的邻 居节点信息，并以当前系统时间作为"最新更新时间"，同时，客户终端也 要把这条新增加的链路以链路变化信息的格式报告给全局路由服务器，之 后转入步骤(B3);(B11)客户终端向全局路由服务器发送路由请求信息，要求获得最新 的可用路由，之后进入步骤(B3);(B12)客户终端释放己分配的存储空间，退出服务； 过程(C)包括下述步骤(Cl)客户终端启动后，首先设置探测周期，客户终端将周期性地广 播链路探测广播信息并监控邻居列表，之后进入步骤(C2);(C2)客户终端进入等待状态，当探测周期到时时，进入步骤(C3)， 当有系统命令到达时，进入步骤(C5);(C3)客户终端广播链路广播信息，通知其周围节点自己的存在，信 息的内容主要包含自己的ID和接口IP，之后，转入步骤(C4);(C4)客户终端检査所有邻居列表项，比较"最新更新时间"与当前系 统时间的差值，如果差值大于预定的时间门限，将该邻居列表项删除，并 向全局路由服务器发送链路变化信息，然后继续检查下一条邻居列表项， 否则，就直接检查下一条邻居列表项，当所有邻居列表项都检査完毕后，转入步骤(C2);(C5)有系统命令到达，要求终止服务，则客户终端释放已分配的存 储空间，退出服务。本发明是一种中心控制源路由协议，这种协议巧妙地将主动式路由和 反应式路由结合起来，取长补短，既可以保证较短的初始化时延，也能保 证网络内可用路由的有效性，同时限制了用于维护路由信息的网络资源开 销。它的实现依赖于两种网络实体全局路由服务器和客户终端。与传统自组织网络一样，客户终端具有主机和路由器两种功能。在通信过程中， 客户终端承担通信、转发和链路监测的功能，并及时地将周围链路状态的改变上报给全局路由服务器；全局路由服务器向终端提供可用路由信息，并始终监视这条路由，直到通信结束。具体而言，本发明具有以下特点(1) 作为一个网络通信的上层协议，它几乎对底层的硬件平台没有任何 限制。任何一台具有处理能力的通信终端都可以在装入特定的服务软件， 并向服务提供者注册后，成为该异构网络的一员。(2) 用户ID与终端设备并不绑定，用户可以在任何一个终端登陆自己 的ID (类似于账号/密码登陆方案)，方便网络鉴权和计费。(3) 如图1所示，节点每次发起通信时，都要先建立一条路由，这一点 类似反应式路由，但是不同点在于，本协议建立路由的过程不是一个洪泛 寻路，并等待路由应答的过程，而是直接向全局路由服务器请求路由信息，然后按照获得的可用路由信息逐步建立路由的过程，这种模式就避免了由 洪泛而引起的广播风暴的问题。(4)整个网络的拓扑信息保存在一张完整的路由表里，这一点类似于主 动式路由，但是不同点在于，这张路由表并不是每个节点都要维护，而是 仅由全局路由器一个节点维护，称为全局路由表。当其它节点需要路由信 息时，只需询问全局路由服务器，由全局路由服务器査找并选择一条最佳 路由；当节点监测到网络拓扑变化时，也只需上报给全局路由服务器，而 不需要通知网路内的每一个节点，这样就节省了网络拓扑变化时维护路由 所造成的网络资源开销。


图1为本发明适应异构网络环境的中心控制源路由协议的通信建立时 序图。图2为本发明路由协议的的全局路由服务器协议流程图。图3为本发明路由协议的客户终端协议流程图。图4为客户终端路由模块结构图。图5为全局路由服务器路由模块结构图。图6为中心控制源路由协议与动态源路由的初始化性能比较。图7为中心控制源路由协议的垂直切换的性能。
具体实施方式
首先，我们提出该协议的工作环境和前提网络内有一个或者多个全局路由服务器(GRS)，它保存着所有最新的可用路由，地位类似于现在互 联网上的域名服务器(DNS)。所有通信行为必须要向GRS注册，这也是"中 心控制，，的体现。每个节点可以有多个网络接口，每个网络接口有独立的接 口地址，但是节点只能有一个唯一的用户识别号(ID)。这里的接口地址主要是指互联网上的IP地址。由于目前全IP网络的盛行，甚至3GPP也将IP 接入列为标准，所以这种简化并不影响实际应用。本发明协议的方案可分为两大部分(1)全局路由服务器端协议；(2) 客户终端协议。两部分功能相对独立，但又存在一些交互操作。下面，我 们将分别介绍两部分协议工作的流程。 全局路由服务器端协议如图2所示，全局路由服务器端协议包括下述步骤 (Al)全局路由服务器启动，为全局路由表和全局会话表分配存储空 间，之后进入步骤(A2);全局路由表内需要保存所有最新的可用路由。随着网络规模的增加和 网络拓扑的动态变化，如果按照传统的数据结构来存储路由信息，将会造 成比较大的维护开销。因此，我们提出一种新型的维护路由信息的方法。 在全局路由表内，我们仅维护一个个可以直接通信的无线节点对信息。所 谓"可以直接通信的无线节点对"，是指两个节点间，不需要任何其他终端 或设备的协助，就可以直接感知对方，并能相互通信。在这里，我们需要 保存的节点对信息，主要包括源节点和目的节点的ID以及IP地址。表一 给出了全局路由表的基本格式。如果将每一个可以直接通信的节点对看作 是一条有向边，整个全局路由表里的节点对实际上就构成了一个有向图， 也就是网络拓扑结构图。这种全局路由表的保存格式可以很方便的应对快 速变化的网络拓扑多带来的路由维护问题。当拓扑发生变化导致某些原本 存在的节点对链路感知失败时，只需要删除相应的节点对信息；当某些链路感知到新的节点对时，只需添加相应的节点对信息。源节点ID目的节点ID源节点IP目的节点IP表一 节点对信息结构表全局会话表主要记录了正在通信的节点双方的信息，以便网络拓扑变 化时，及时进行切换，减少通信中断的概率。保存的信息主要包括通信发起端ID、通信接收端ID、当前通信使用的一系列节点对信息。表二给出了 全局会话表的基本格式。其中，节点对信息1的源节点ID —定是通信发 起端ID，而节点对信息n的目的节点ID —定是通信接收端ID。通信发起端ID通信接收端ID节点对信息1节点对信息n表二全局会话表基本格式(A2)全局路由服务器进入等待状态，当有网络数据包到达时，进 入步骤(A3)，当有系统命令到达时，进入步骤(A8);(A3) 全局路由服务器判断数据包的类型，如果数据包为用户注册 信息，进入步骤(A4)，如果数据包为会话注册信息，进入步骤(A5)，如 果数据包为路由请求信息，进入步骤(A6)，如果数据包为链路变化信息， 进入步骤(A7)，否则，转入步骤(A2);(A4)全局路由服务器调用用户信息数据库，执行认证操作，并将注 册路由信息加入全局路由表，之后转入步骤(A2);在这里，用户注册信息的内容主要包括用户的ID、 IP地址、注册路由 等。注册路由是指用户选取的一条到达全局路由服务器的默认路径，它由 一个节点对序列组成，包含了用户到全局路由服务器所经过的所有链路的 信息。将注册路由加入全局路由表，实际上也就是把这些节点对信息加入 到全局路由表。用户信息数据库包含了用户的一些基本信息，比如用户ID， 认证密码、个人资料、费用余额等，其具体内容可由服务供应商依据情况 灵活调节。(A5)全局路由服务器开始执行鉴权、计费操作，并将本次会话的用 户对信息加入全局会话表，之后转入步骤(A2);会话注册信息，是当通信双方建立路由之后，由通信接收端发给全局 路由服务器的一条信息。信息内容主要包括通信双方的用户ID及所使用的 通信路由。在这里，通信路由也是由一个个节点对信息组成。这样，全局 路由服务器就很容易根据收到的会话注册信息，填充全局会话表。(A6)全局路由服务器搜索全局路由表，以路由请求信息内的源节点 ID为开始端，以路由请求信息内的目的节点ID为结束端，寻找所有可用路 由，并根据最短路径算法选取一条最短路由；如果找到这样一条路由信息， 则称搜索成功，全局路由服务器将选中的路由信息返回给发起请求的用户； 如果没有找到适合的路由信息，则称搜索失败，全局路由服务器将通知发 出请求的用户，目的节点无法接通；之后转入步骤(A2);路由请求信息是由通信发起端发给全局路由服务器的一条信息，目的 在于请求一条可用路由，用以建立通信连接。其内容主要包括准备通信的 源节点ID和目的节点ID。最短路径算法，简单的说就是选取经过中间节点 最少的那条路径，作为最优路径。(A7)全局路由服务器根据接收到的链路变化信息更新全局路由表， 并查找全局会话表内受链路变化影响的用户对，然后向每个用户对的通信 发起端发送路由更改信息，之后转入步骤(A2);链路变化信息是由客户终端发送给全局路由服务器的一条信息，目的 在于将自己所探知的网络拓扑的变化报告给全局路由服务器，以便于全局 路由表的维护。其内容主要包括操作方式(添加或者删除)，源节点ID与IP， 目的节点ID与IP。全局路由服务器收到链路变化信息后，根据源节点与目 的节点的ID、 IP信息，在全局路由表内添加或者删除相应的节点对信息。 由于失效的链路可能到导致已有通信的终断，因此，全局路由服务器收到 链路失效信息时，需要查找全局会话表内的所有节点对信息，如果某一会 话使用了这条失效链路，则全局路由服务器将重新在全局路由表中，为这 个通信用户对查找可用路由，并将查找结果发送给该会话的发起端，具体方法与步骤(A6)相同。(A8)系统命令要求终止服务，全局路由服务器释放已分配的存储空 间，退出服务。 客户终端协议如图3所示，客户终端协议包含两条并行的过程 一条过程主要负责 路由的建立与维护；另一条过程主要负责周围链路状态的监测，协助全局 路由服务器完成网络拓扑的监控。下面，我们将分B、 C过程分别描述。B客户终端路由建立与维护协议的描述(Bl)客户终端启动，为本地路由表和邻居列表分配存储空间，之后 进入步骤(B2);本地路由表可采用通用的路由表格式，包括目的地址、掩码、网关、 接口地址等内容。本协议将"本地路由表"专门提出来，是因为在建立路由 时，需要根据实际情况，添加、删除或者更改系统原有的路由表项，建立 一个符合协议要求的数据转发表。邻居列表主要保存了节点周围一跳范围 内邻居节点的信息。邻居列表的作用主要是为了协助完成周围链路的监测， 其内容包括源节点IP、源节点ID、目的节点IP以及最新更新时间，格式 如表三所示。其中，最新更新时间是指最近一次收到从源节点IP到目的节 点IP的链路广播信息的系统时间。这里的目的节点IP —定是本地某一通 信接口的IP地址。源节点IP源节点ID目的节点IP最新更新时间表三邻居列表基本格式(B2)客户终端广播入网广播信息，并等待反馈的路由信息，然后根 据最短路径算法选取一条距离全局路由服务器最短的路由作为注册路由， 然后向全局路由服务器提交用户注册信息，之后进入步骤(B3);入网广播信息的格式内容主要包含本地节点的信息，如节点ID，节点 IP等。收到入网广播的节点，将把自己与全局路由服务器的默认通信路由 反馈给新加入的用户节点。注册路由，实际上也就是本地与全局路由服务 器的默认通信路由。用户注册信息的格式在步骤(A4)中已经给出。(B3)客户终端进入等待状态，当有网络数据包到达时，进入步骤 (B4)，当有系统命令到达时，进入步骤(B5);(B4)客户终端判断数据包的类型，如果数据包为可用路由信息，进 入步骤(B6)，如果数据包为连接请求信息，进入步骤(B7),如果数据包 为路由更改信息，进入步骤(B8)，如果数据包为入网广播信息，进入步骤 (B9)，如果数据包为链路探测广播信息，进入步骤(BIO)，否则，转入 步骤(B3);(B5)客户终端判断系统命令的类型，如果是要求发起新呼叫，则进 入步骤(Bll)，如果是要求终止服务，则进入步骤(B12);(B6)客户终端根据信息包内的路由信息更新本地路由表，并向下一 跳节点发送连接请求信息，之后进入步骤(B3);可用路由是全局路由服务器发送给客户终端的一条信息，目的在于指 挥客户终端按照选定的路由建立通信连接。可用路由信息的内容主要包含 一个节点对序列,它指示了选定路由所经过的每一个节点的ID及IP。客户 终端收到可用路由后，将在本地路由表中添加或者修改一条路由项，使发 往目的节点的数据包沿着可用路由信息里指示的路径传递。连接请求信息 是源节点发给目的节点的一条信息，目的在于根据可用路由信息的指示， 在源节点和目的节点之间，建立一条双向连接。连接请求的主要内容与可 用路由相似，也是由一个节点对序列组成。(B7)客户终端首先判断自己是不是此连接请求的目的节点如果是， 则根据信息包内的路由信息更新本地路由表，并向全局路由服务器注册会 话，然后向连接发起端返回呼叫应答，声明连接成功；如果不是，则说明本节点仅仅是此连接的一个中继节点，终端需要根据信息包内的路由信息 更新本地路由表，并向下一跳节点转发这条连接请求信息；之后进入步骤 (B3);根据连接请求信息更新本地路由表的方法是寻找节点对序列中源节 点ID与本地ID相同的节点对，以此节点对的目的IP为网关，以节点对序列 的最后一个节点对的目的IP为目的地址，在本地路由表中添加或者修改一 条路由项，作为前向路由；然后寻找节点对序列中目的节点ID与本地ID相 同的节点对，以此节点对的源IP为网关，以节点对序列的第一个节点对的 源IP为目的地址，在本地路由表中添加或者修改一条路由项，作为后向路 由。(B8)客户终端根据信息包内的路由信息更新本地路由表，并向下一 跳节点发送连接请求信息，之后进入步骤(B3);路由更改信息的主要格式与可用路由信息相同，节点在收到路由更改 信息时所作的处理也基本相同。两种信息只是从类型上加以区分，以表示 它们在整个通信过程中的不同地位。(B9)客户终端返回入网广播反馈信息，以供新加入的节点参考。入 网广播反馈信息的内容主要包含了本地的注册路由，即本地节点到全局路 由服务器的默认路由信息，之后进入步骤(B3);(B10)客户终端根据链路探测广播信息中的节点ID和节点IP，査找邻居列表内的相同节点项，如果找到这样一条记录，使得邻居列表中的源节 点ID、源节点IP与收到的链路探测广播信息中的节点ID、节点IP相同，则 将该条记录的"最新更新时间"更换为当前的系统时间，然后转入步骤(B3)， 如果没有找到这样的记录，则客户终端将在邻居列表中添加一条完整的邻 居节点信息，并以当前系统时间作为"最新更新时间"，同时，客户终端也 要把这条新增加的链路以链路变化信息的格式报告给全局路由服务器，然 后转入步骤(B3);链路探测广播是节点周期性广播的一条信息，目的在于进行网络拓扑监测，我们称其为HELLO信标。链路探测广播的内容主要包括用户的ID与 IP。收到链路探测广播的节点，就知道拥有此ID的用户是自己的邻居，且 可以通过此IP与自己通信。(B11)客户终端向全局路由服务器发送路由请求信息，要求获得最新 的可用路由。路由请求信息的内容主要包括源节点ID和目的节点ID。然 后，转入步骤(B3);(B12)客户终端释放已分配的存储空间，退出服务。 C客户终端周围链路状态监测协议的描述(Cl)客户终端启动后，首先设置监测周期，客户终端将周期性地广 播链路探测广播信息并监控邻居列表，之后进入步骤(C2);周期长度的选择直接影响到切换的速度和路由开销。周期过长，则不 能及时的探测到失效路由，造成数据丢失，影响通信质量；周期过短，则 耗费大量网络资源，得不偿失。虽然选取一个折衷的周期长度能够获得一 个较好的效果，但是根据终端切换频率和网络负载动态地调整链路探测周 期，将会得到最大的收益。当终端切换频率较小、负载较高时，适当增大 周期，当终端切换频繁时，适当减小周期。探测周期一般为1秒 3秒之间。(C2)客户终端进入等待状态，当探测周期到时时，进入步骤(C3)， 当有系统命令到达时，进入步骤(C5);(C3)客户终端广播链路广播信息，通知其周围临近节点自己的存在。 信息的内容主要包含自己的ID和接口 IP。对于多模终端而言，要通过不同 的接口在不同网段内进行广播。之后，转入步骤(C4);(C4)客户终端检查所有邻居列表项，比较"最新更新时间"与当前系 统时间的差值，如果差值大于预定的时间门限，将该邻居列表项删除，并 向全局路由服务器发送链路变化信息，然后继续检查下一条邻居列表项， 否则，就直接检査下一条邻居列表项，当所有邻居列表项都检査完毕后，转入步骤(C2);预定的时间门限，实际上是指邻居列表项的有效时间。当长时间没有 收到某一邻居节点的链路探测广播信息时，我们可以认为该节点已经离开 本地节点的邻居范围。考虑到信道噪声、竞争接入等因素，时间门限应比 探测周期略大，可以取三倍的探测周期。(C5)有系统命令到达，要求终止服务，则客户终端释放已分配的存储空间，退出服务。上述路由协议可以采用如图4和图5所示的模块结构予以实现。如图4所示，客户终端的路由模块主要由两个功能模块和两个数据列 表构成。两个功能模块包括客户终端路由控制模块和单跳链路监测模块， 而两张数据列表包括本地路由表和邻居列表。客户终端路由控制模块主要 完成路由的建立与维护，即过程(B)的实现。单跳链路监测模块主要完成 周围链路状态的监测，即过程(C)的实现。本地路由表是本地节点的网络 数据转发表，它协助客户终端路由控制模块实现数据包的转发。邻居列表 保存着邻居节点的接口地址等信息，它协助单跳链路监测模块实现链路状 态的监测，并协助客户终端路由控制模块实现路由的维护。如图5所示，全局路由服务器路由模块主要由服务器路由控制模块、 认证鉴权计费模块、全局路由表和全局会话表组成。服务器路由控制模块 主要完成全局路由的选择、维护以及通信连接的维护，即过程(A)的实现。 认证鉴权计费模块是一个为了保障服务供应商利益的模块，在该模块的内 部，应该维护一套用户信息，包括账户/密码，费用、权限等，甚至其它用 户私人信息，以便完成认证、鉴权、计费等功能。全局路由表保存着网络 内所有最新的可用路由，协助完成全局路由的选择与维护。全局会话表保 存着网络内的通信用户对信息，协助完成通信连接的维护。图6和图7是本发明在测试网络中运行得到的性能结果。测试网络环 境为 一个全局路由服务器，两个3G模拟蜂窝基站， 一个无线局域网接入点，六个普通多模终端。其中无线局域网接入点直接用无线路由器代替， 其它节点都是用安装了多个网络接口卡的PC机来表示。我们选用的网络接口卡包括(1)用于有线网络的ReltekRTL8139系列以太网卡；(2)用于 无线局域网和自组织网络的TL一MN321G无线USB接口网卡；(3)用于 3G模拟蜂窝网络的HAC—LM无线数据传输卡。图6比较了已有的动态源 路由协议与本发明中提出的中心控制源路由协议在初始化时延方面的优 劣。从结果可以看出，中心控制源路由协议可以保证在5毫秒之内建立起 通信连接，优于动态源路由协议。图7统计并比较了四种网络间的垂直切 换时延，结果基本上也在5毫秒以内，这远远小于人的感观灵敏度，可以 达到无缝切换的目的。
权利要求
1. 一种适应异构网络环境的中心控制源路由协议，包括全局路由服务器端协议和客户终端协议两部分；全局路由服务器端协议包括以下过程(A1)全局路由服务器启动，为全局路由表和全局会话表分配存储空间，之后转入步骤(A2)；其中，全局路由表内包括源节点ID、目的节点ID、源节点IP和目的节点IP，全局会话表包括通信发起端ID、通信接收端ID、当前通信使用的节点对信息；(A2)全局路由服务器进入等待状态，当有网络数据包到达时，进入步骤(A3)，当有系统命令到达时，进入步骤(A8)；(A3)全局路由服务器判断数据包的类型，如果数据包为用户注册信息，进入步骤(A4)，如果数据包为会话注册信息，进入步骤(A5)，如果数据包为路由请求信息，进入步骤(A6)，如果数据包为链路变化信息，进入步骤(A7)，否则，转入步骤(A2)；(A4)全局路由服务器将注册路由信息加入全局路由表，之后转入步骤(A2)；(A5)全局路由服务器将本次会话的用户对信息加入全局会话表，之后转入步骤(A2)；(A6)全局路由服务器搜索全局路由表，以路由请求信息内的源节点ID为开始端，以路由请求信息内的目的节点ID为结束端，寻找所有可用路由，并根据最短路径算法选取一条最短路由；如果找到这样一条路由信息，则称搜索成功，全局路由服务器将选中的路由信息返回给发起请求的用户；如果没有找到适合的路由信息，则称搜索失败，全局路由服务器将通知发出请求的用户，目的节点无法接通；之后转入步骤(A2)；(A7)全局路由服务器根据接收到的链路变化信息更新全局路由表，并查找全局会话表内受链路变化影响的用户对，然后向每个用户对的通信发起端发送路由更改信息，之后转入步骤(A2)；(A8)系统命令要求终止服务，全局路由服务器释放已分配的存储空间，退出服务；客户终端协议包括并行的过程(B)和过程(C)，过程(B)负责路由的建立与维护；过程(C)负责周围链路状态的监测，协助全局路由服务器完成网络拓扑的监控；过程(B)包括下述步骤(B1)客户终端启动，为本地路由表和邻居列表分配存储空间，之后进入步骤(B2)；本地路由表可采用通用的路由表格式，包括目的地址、掩码、网关、接口地址等，邻居列表包括源节点IP、源节点ID、目的节点IP以及最新更新时间；(B2)客户终端广播入网广播信息，包括节点ID和节点IP，并等待反馈的路由信息，然后选取一条距离全局路由服务器最短的路由作为注册路由，再向全局路由服务器提交用户注册信息，之后进入步骤(B3)；(B3)客户终端进入等待状态，当有网络数据包到达时，进入步骤(B4)，当有系统命令到达时，进入步骤(B5)；(B4)客户终端判断数据包的类型，如果数据包为可用路由信息，进入步骤(B6)，如果数据包为连接请求信息，进入步骤(B7)，如果数据包为路由更改信息，进入步骤(B8)，如果数据包为入网广播信息，进入步骤(B9)，如果数据包为链路探测广播信息，进入步骤(B10)，否则，转入步骤(B3)；(B5)客户终端判断系统命令的类型，如果是要求发起新呼叫，则进入步骤(B11)，如果是要求终止服务，则进入步骤(B12)；(B6)客户终端根据信息包内的路由信息更新本地路由表，并向下一跳节点发送连接请求信息，之后进入步骤(B3)；(B7)客户终端首先判断自己是不是此连接请求的目的节点如果是，则根据信息包内的路由信息更新本地路由表，并向全局路由服务器注册会话，然后向连接发起端返回呼叫应答，声明连接成功；如果不是，则说明本节点仅仅是此连接的一个中继节点，终端需要根据信息包内的路由信息更新本地路由表，并向下一跳节点转发这条连接请求信息；之后进入步骤(B3)；(B8)客户终端根据信息包内的路由信息更新本地路由表，并向下一跳节点发送连接请求信息，之后进入步骤(B3)；(B9)客户终端返回入网广播反馈信息，供新加入的节点参考，之后进入步骤(B3)；(B10)客户终端根据链路探测广播信息中的节点ID和节点IP，查找邻居列表内的相同节点项，如果找到这样一条记录，使得邻居列表中的源节点ID、源节点IP与收到的链路探测广播信息中的节点ID、节点IP相同，则将该条记录的“最新更新时间”更换为当前的系统时间，然后转入步骤(B3)，如果没有找到这样的记录，则客户终端将在邻居列表中添加一条完整的邻居节点信息，并以当前系统时间作为“最新更新时间”，同时，客户终端也要把这条新增加的链路以链路变化信息的格式报告给全局路由服务器，之后转入步骤(B3)；(B11)客户终端向全局路由服务器发送路由请求信息，要求获得最新的可用路由，之后进入步骤(B3)；(B12)客户终端释放已分配的存储空间，退出服务；过程(C)包括下述步骤(C1)客户终端启动后，首先设置探测周期，客户终端将周期性地广播链路探测广播信息并监控邻居列表，之后进入步骤(C2)；(C2)客户终端进入等待状态，当探测周期到时时，进入步骤(C3)，当有系统命令到达时，进入步骤(C5)；(C3)客户终端广播链路广播信息，通知其周围节点自己的存在，信息的内容主要包含自己的ID和接口IP，之后，转入步骤(C4)；(C4)客户终端检查所有邻居列表项，比较“最新更新时间”与当前系统时间的差值，如果差值大于预定的时间门限，将该邻居列表项删除，并向全局路由服务器发送链路变化信息，然后继续检查下一条邻居列表项，否则，就直接检查下一条邻居列表项，当所有邻居列表项都检查完毕后，转入步骤(C2)；(C5)有系统命令到达，要求终止服务，则客户终端释放已分配的存储空间，退出服务。
2、 根据权利要求1所述的适应异构网络环境的中心控制源路由协议, 其特征在于步骤(A4)中，全局路由服务器调用用户信息数据库，执行 认证操作。
3、 根据权利要求2所述的适应异构网络环境的中心控制源路由协议， 其特征在于步骤(A5)中，全局路由服务器进行执行鉴权和计费操作。
全文摘要
本发明公开了一种适应异构网络环境的中心控制源路由协议，它的实现依赖于两种网络实体全局路由服务器和客户终端。在通信过程中，客户终端承担通信、转发和链路监测的功能，并及时地将周围链路状态的改变上报给全局路由服务器；全局路由服务器在终端发起请求时返回可用路由信息，并始终监视这条路由，直到通信结束。本发明巧妙地融合了传统的主动式路由和反应式路由两种多跳路由策略，取长补短，既可以保证较短的初始化时延，也限制了用于路由维护的网络资源开销，相对于传统路由协议，它更大的优势在于完全支持异构网络的垂直切换、网络选择与负载均衡等特征要求，同时它的硬件无关性也方便了应用和推广，具有可观的经济效益和应用前景。
文档编号H04L12/56GK101267433SQ200810047569
公开日2008年9月17日 申请日期2008年4月30日 优先权日2008年4月30日
发明者干 刘, 鑫 周, 朱光喜, 看 肖 申请人:华中科技大学