专利名称：基于数据报文点点决策的自组织网络寻路方法
基于数据报文点点决策的自组织网络寻路方法技术领域基于数据报文点点决策的自组织网络寻路方法属于移动无线自组织网络路由研究领域。
背景技术：
Ad Hoc网络是一种可以根据需要随时快速搭建的无线网络,不需要任何基础设施的支 持，也不需要借助中心管理。它最初起源于20世纪70年代的美国军事研究领域，可在有 限的范围内实现多个移动终端的临时互联，为局域网中的移动通信终端提供一种灵活的互 联方式。目前Ad Hoc网络主要应用军事通信、发生地震或水火灾之后的营救等环境。另 外Ad hoc也非常适合于展览馆、会议室、体育馆、教室、火车等需要临时通信的场合。 可以预测，Ad Hoc网络技术将在未来移动通信的领域中将起到非常重要的作用。寻找路由是Ad Hoc网络最重要的关键技术之一。要实现无线多跳路由，必须要有专 用的路由方法来支持。IETF成立的MANET工作组目前主要负责Ad hoc网络IP层路由的 标准化工作。在Ad hoc网络中，每个移动节点兼备路由器和主机两种功能。作为主机， 移动节点需要运行面向用户的应用程序；作为路由器，它需要实现相应的寻路方法，根据 路由策略和路由表参与数据分组转发工作和路由维护工作。考虑到Ad hoc网络中节点是 移动的，网络的拓扑结构不断变化，同时由于移动节点的计算能力和存储容量较低并且能 源受限，要求路由协议尽量简单，这又增加了Ad hoc网络中路由协议设计的难度。与传统路由协议相比，Adhoc路由协议的设计面临着网络拓扑动态变化、带宽受限、 信道容量变化、移动终端有限的可用资源等新的问题和挑战。寻路策略应该更简单，AdHoc 网络节点中寻路、数据报文的转发和应用层处理共同抢占系统资源。寻路策略应该更快速， 移动无线网络拓扑快速变化使得寻路过程必需尽快完成。寻路策略应该消耗更少的带宽， 无线网络相对有线网络带宽资源更为稀缺，应用层协议报文与寻路策略协议报文共享这少 量的带宽。Ad Hoc网络现有的寻路方法基本上都是通过专门的协议通过交互协议报文来 完成，典型的AdHoc路由协议有AODV、 DSR、 DSDV等，有的还需要更改转发的IP数据报 文。另外，它们都是在IP上层对协议报文进行一定量的分析后，实现路由的决策。路由 决策更为集中在源节点和目的节点。所以，如何设计一种更为简单、快速、低协议带宽消耗的新型AdHoc寻路方法，是 当前Ad Hoc路由研究中的关键问题。发明内容本发明提供了一种基于数据报文特征、由转发路径上所有节点共同决策的Ad Hoc无 协议报文寻路方法。该方法能实现通信节点寻找基于距离矢量的最短转发路径的功能。它 依次按以下步骤交互实现步骤(l.):初始化；每个节点建立本地路由表，路由表由若干路由项组成。路由项内容包括目的地址、 下一跳IP地址(2个)、出接口号(2个)、转发跳数、路由生存时间等。路由表初始时不 含任何路由项。步骤(2.):源节点S第一次发送到目的节点D的IP报文时，向所有的接口的所有邻居发送，IP头TTL必须设定为64。步骤(3.):当节点收到IP报文将其TTL减1;然后，需要创建或更新到源IP的路由，并査找到目的IP的路由进行接收或转发操作。依次执行如下步骤步骤(3.1):査找本地到报文源IP的路由。若没有到源的路由项，则创建新路由项。 其中目的地址为报文源IP，出接口为当前报文的入接口，路由项下一跳为当前报文的上游发送邻居的IP地址，路由生存时间为30s，路由项转发跳数为(64-TTL)，其中TTL为 接收报文IP头当前的TTL值。步骤(3.2):判断报文的目的地址是否属于本节点，属于本节点，则将报文上交给上 层协议模块处理，并且执行步骤(4.)，当不属于本节点时，则执行步骤(3.3)歩骤(3.3):若本地已存在到报文源地址的路由项，则根据报文IP头的TTL值加上 路由项转发跳数的和(记为sum)的大小，判断路径的优劣并进行不同的处理。歩骤(3.3.1): sum小于64，表示该报文从源到本节点的转发跳数大于当前路由项的 转发跳数。说明当前转发路径不是最佳路径，丢弃该报文。步骤(3.3.2): sum大于64，表示该报文从源到本节点的转发跳数小于当前路由项的 转发跳数。说明当前转发路径优于本地路由项，转发该报文。同时，如步骤(3.1)所述更 新路由项。歩骤(3.3.3): smn等于64，表示该报文从源到本节点的转发跳数等于当前路由项的 转发跳数。说明当前转发路径等价于本地路由项，转发该报文。如果该路由只有一个出接 口及下一跳，为了实现多下一跳路由，对报文入接口、报文的上游邻居IP地址与路由项出 接口、路由项下一跳进行比较，若不同则增加该路由的出接口及下一跳。如果该路由已有 两个等价的出接口及下一跳，则不做处理。步骤(3.4):根据报文目的地址查找路由。若不存在对应路由，则往本节点所有接口 所有邻居洪泛报文；若存在转发路由，则往出接口发送。步骤(4.):报文到达目的节点D后，目的节点学习到去往源S的路由。此后，节点D 发送去往S的IP报文，不再洪泛。只往对应路由的出接口及下一跳邻居单播发送，IP头 TTL必须设定为64。该报文从D发送到S的过程中，它所经过的节点会以步骤(3.3)创 建或更新到D的路由。步骤(5.):源节点和目的节点后续的双向协议报文，都通过最短路径转发。而报文洪 泛过程产生的非最佳路由，由于没有转发对应的数据报文，5秒后将超时删除。步骤(6.):对于发出的IP报文，源节点如果没有对应的路由，会针对IP报文的目的 地址生成抑制定时器，抑制定时器超时时间设为5秒。5秒时间内，如果学习到去往目的 IP的路由，则释放该定时器；当5秒后定时器超时，源节点开始抑制发往该目的IP的报 文的频率。第一次设置抑制时间f为l秒，即此5秒时间内，IP协议栈以不低于1秒的时 间间隔发送该目的地址的报文；若应用程序过快(发送间隔小于l秒)发送到该目的地址 的报文，将被IP协议栈丢弃。当5秒后定时器再次超时，第二次设置抑制时间f为2秒， 即此5秒时间内，IP协议桟以不低于2秒的时间间隔发送该目的地址的报文；若应用程序 过快(发送间隔小于2秒)发送到该目的地址的报文，将被IP协议栈丢弃。当5秒后定时 器第三次超时，第三次设置抑制时间/为3秒，即此5秒时间内，IP协议栈以不低于3秒 的时间间隔发送该目的地址的报文；若应用程序过快(发送间隔小于3秒)发送到该目的 地址的报文，将被IP协议栈丢弃。三次以后，抑制时间？一直为3秒。在执行步骤(6) 过程中，只要源节点学习到去往该目的IP的路由，则释放对应定时器，不再抑制对应报文 的发送。本发明利用转发的数据报文点点决策给学习基于距离矢量的最短Ad Hoc路由提供了 一个既经济又高效的方法。该方法由转发节点根据接收报文IP头中的TTL值，获取该报 文经过的转发跳数，从而决策出到报文源地址的最短路径。该方法无需路由协议报文，没 有路由信息的交互，大量减少了协议带宽消耗。同时，该最短路径的决策方法非常简单， 只需比较报文TTL值和当前路由的转发跳数即可完成，并且是完全分布式路由计算。所以， 该方法大量减少了各节点路由决策所耗CPU时间。另外，本方法支持等值多路径路由，并 能避免路由环的出现。
图1: IP报文转发处理流程图。图2: IP报文发送流程图。图3: IP报文接收流程图。图4:源洪泛数据报，点点决策学习到源的路由。图5:目的节点最短路径回送报文，路径上节点学习到目的路由。图6:通信双方通过最短路径稳定通信，。图4、 5、 6中字母和圆圈组合表示节点，⑤为源节点， 为目的节点，其他均为普通节点，直线表示节点之间的连接关系，数字表示报文转发过程中的TTL值，箭头表示IP报文的传播方向。
具体实施方式
转发节点学习路由及转发报文的过程见图1所示。图1内容是本发明的重点，描述了转发节点接收到报文后路由决策及转发决策的处理 流程。其决策的主要依据是IP报文每经过一个转发节点其IP头部TTL值都会被减1 。所以，在所有待发送IP报文都设定TTL初始值为64的前提下，接收节点可以根据报文 中TTL值判断报文经过的转发跳数。若没有到源的路由，将会根据接收的IP报文内容以 及报文入接口及上一跳邻居，创建一条到源的路由。若已存在到源的路由，比较当前路由 项和报文接收信息决策出本节点到源的最短路径，并更新路由表。转发节点除了决策到源的最短路径外，还要决策是否转发IP报文。本发明中，转发 节点认定从最短路径发来的报文才进行转发，否则丢弃报文。这种转发决策不但简单，而 且大量减少了对同一报文的重复转发。另外，通过对报文TTL值分析其是否最短路径发 来的报文并决策是否转发的方法，可以简单有效地避免路由环的出现。IP报文发送流程图见图2。当应用层发送数据时，IP层根据目的地址査找路由发送 IP报文。若没有对应路由，则向所有邻居洪泛IP报文。需要说明的是，所有节点构造的 IP报文TTL初始值必须为64。IP报文接收流程图见图3。目的节点通过分析接收报文的TTL值，决策到源的最短 路径，其过程和转发节点一样。图4、图5、图6描述了典型拓扑结构中， 一次通信过程节点路由学习及报文收发的 过程。源洪泛数据报文以及转发节点决策到源的路由的过程示例如图4所示。 节点S发送IP报文给节点D，在没有学习到去往D的路由的情况下，节点S向所有 邻居洪泛该IP报文。每一个中间转发节点对收到的所有S发来的报文进行路由学习的决 策和转发决策。图4中节点C分别从邻居A和邻居B都收到了 S发来的IP报文，它比较 后发现A发来的报文所经历的转发跳数更少，所以只转发A发来的源为S的IP报文。而 且，节点C学习到通过A去往节点S的转发路径最短。同理，节点F和目的节点D也会 做同样的决策。此过程后图中各节点都学习到S的最短路径。通信目的节点通过最短路径单播回送报文给源节点，示例如图5所示。 图6描述的是经过图4、图5所述过程后，源节点S和目的节点D的稳定通信状态， 双向都是通过最短路径单播发送报文。另外，此路径以外的节点曾经学习到去往S的路 由，由于没有对应的数据报文经过，将超时删除。
权利要求
1、基于数据报文点点决策的自组织网络寻路方法，其特征包括以下步骤步骤(1.)初始化，每个节点建立本地路由表，路由表由路由项组成，路由项内容包括目的地址、2个下一跳IP地址、2个出接口号、转发跳数、路由生存时间，路由表初始时不含任何路由项；步骤(2.)当源节点第一次发送到目的地址的IP报文时，直接向所有的接口的所有邻居发送，IP头TTL设定为64；步骤(3.)当节点收到IP报文将其TTL减1，更新到源IP的路由，并查找到目的IP的路由进行接收或转发操作，依次执行如下步骤步骤(3.1)查找本地到报文源IP的路由，当没有到源的路由项，创建新路由项，新路由项中的目的地址为报文源IP、出接口为当前报文的入接口、路由项下一跳为当前报文的上游发送邻居的IP地址、路由生存时间为30s、路由项转发跳数为64-TTL，其中TTL为接收报文IP头当前的TTL值；步骤(3.2)判断报文的目的地址是否属于本节点，属于本节点，则将报文上交给上层协议模块处理，并且执行步骤(4.)，当不属于本节点时，则执行步骤(3.3)；步骤(3.3)当本地已存在到报文源地址的路由项，则根据报文IP头的TTL值加上路由项转发跳数的和，判断路径的优劣并实现不同的处理步骤(3.3.1)当报文IP头的TTL值加上路由项转发跳数的和小于64时，表示该报文从源到本节点的转发跳数大于当前路由项的转发跳数，说明当前转发路径不是最佳路径，丢弃该报文；步骤(3.3.2)当报文IP头的TTL值加上路由项转发跳数的和大于64时，表示该报文从源到本节点的转发跳数小于当前路由项的转发跳数，说明当前转发路径优于本地路由项，转发该报文，并按步骤(3.1)所述更新该路由项信息；步骤(3.3.3)当报文IP头的TTL值加上路由项转发跳数的和等于64时，表示该报文从源到本节点的转发跳数等于当前路由项的转发跳数，说明当前转发路径等价于本地路由项，转发该报文，当该路由只有一个出接口及下一跳IP地址时，则对报文入接口、报文的上游邻居IP地址与路由项出接口、路由项下一跳进行比较，不同则增加该路由的出接口及下一跳，相同则不增加路由出接口及下一跳IP地址；当该路由已有两个等价的出接口及下一跳时，则不做处理；步骤(3.4)根据报文目的地址查找路由，当不存在对应路由时，则往本节点所有接口的所有邻居洪泛报文；当存在转发路由时，则往出接口发送；步骤(4.)报文到达目的节点后，目的节点学习到去往源的路由，此时，目的节点发送去往源的IP报文，不再洪泛，只往对应路由的出接口及下一跳邻居单播发送，IP头TTL设定为64，该报文发送到源节点的过程，报文所经过的节点会以步骤(3.3)进行学习或更新到目的IP的路由；步骤(5.)源节点和目的节点后续的双向协议报文，都通过最短路径转发，报文洪泛过程产生的非最佳路由，由于没有转发对应的数据报文，5秒后将超时删除；步骤(6.)对于发出的IP报文，源节点如果没有对应的路由，会针对IP报文的目的地址生成抑制定时器，抑制定时器超时时间设为5秒；5秒时间内，当学习到去往目的IP的路由，则释放该定时器；当5秒后定时器超时，源节点开始抑制发往该目的IP的报文的频率，第一次设置抑制时间为1秒，即此5秒时间内，IP协议栈以不低于1秒的时间间隔发送该目的地址的报文；当应用程序发送间隔小于1秒发送到该目的地址的报文，将被IP协议栈丢弃；当5秒后定时器再次超时，第二次设置抑制时间为2秒，即此5秒时间内，IP协议栈以不低于2秒的时间间隔发送该目的地址的报文；当应用程序发送间隔小于2秒发送到该目的地址的报文，将被IP协议栈丢弃；当5秒后定时器第三次超时，第三次设置抑制时间为3秒，即此5秒时间内，IP协议栈以不低于3秒的时间间隔发送该目的地址的报文；当应用程序发送间隔小于3秒发送到该目的地址的报文，将被IP协议栈丢弃；三次以后，抑制时间一直为3秒；在执行步骤(6)过程中，只要源节点学习到去往该目的IP的路由，则释放对应定时器，不再抑制对应报文的发送。
全文摘要
移动无线自组织网络路由设计研究领域，其具体特征在于依次含有以下步骤所有节点发出的IP报文的初始TTL值都设为64。节点发送IP报文时，存在到目的IP的路由则只向对应的下一跳发送，否则向所有的邻居洪泛报文。节点接收IP报文时，根据报文当前的TTL值可以分析出该报文所经过的转发跳数；结合本节点对应路由项，决策出最到源的最短路径。洪泛过程产生的非最短路由，会因为没转发对应的IP报文而超时删除。本发明实现了一种快速、简单、低协议带宽消耗的新型Ad Hoc寻路方法。
文档编号H04L12/56GK101217498SQ200810056449
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月18日 优先权日2008年1月18日
发明者周贤伟, 安建伟, 扬 杨, 杨裕亮, 陈文龙 申请人:北京科技大学