专利名称：基于概率的无线自组织网络反应式路由方法
技术领域：
本发明属于无线网络路由协议领域。具体涉及一种在无线多跳网络中建立信源和新宿之间路径的方法。
背景技术：
无线自组织网络在很多领域都有广泛的应用。无线自组织网络中，无线节点既 是终端，又是路由节点——负责为其他通信对转发数据。通常无线节点由电池供电，具有有 限的通信范围。无线自组织网络具有动态性强、无线环境时变、传输具有丢失特性，因此设 计无线自组织网络路径建立方法具有重要的意义。无线自组织网络路由协议分为先应式和反应式两种。先应式路由协议时时刻刻需 要维护网络中所有节点之间的通信路径，无论这些路径是否被实际用到。先应式路由开销 大。反应式路由只有当一对信源和信宿之间需要通信时才被激活。反应式路由开销小。一个反应式路由协议通常由路径发现、路径响应和路径维护三个部分组成。路径 发现通常由信源节点发起。当信源希望向某个新宿发送数据时，而又没有到达新宿的路径， 这时信源向网络洪泛一个路由请求报文，收到该报文的中间节点(Intermediatenodes)将 继续转发非重复性(Non-duplicate)的路由请求报文，如果信宿收到一个路由请求报文，那 么它就可以向信源返回一个路由应答报文，以通知信源已经找到一条两者之间的路径。当 路径中断(如由于节点移动或无线环境恶劣化)时，可以通过路径维护进程修补之前找到的 路径，也可以重新进行路径选择。A0DV[1]、DSR[2]以及基于这些协议的衍生协议都属于上 述类型。这些反应式协议要求每个中间节点都需要对某个路由请求报文转发一次，因此寻 径开销较大。现有文献中，已经有了一些路由方法考虑如何降低反应式路由寻径过程中产生的 协议开销，具体包括以下几种类型
(1)基于地理位置信息的先应式路由这类路由协议首先根据信源和信宿所在的地理 位置确定一个包含信源和信宿的矩形区域或椭圆形区域，然后在该区域内部寻找路径，以 期在缩小寻径范围的基础上找到链接源和宿的路径。这类方法要求每个节点知道自己的位 置信息(如通过装备GPS接收器)，因此增加了额外的成本，通用性不强。(2)基于连通支撑集合(ConnectedDominatingSet)的、GAF等)这些协议首 先根据局部拓扑知识或地理位置信息，构造一个基础性的网络连通支撑结构，然后通过处 在这一结构之上的节点转发路由请求报文，寻找端到端路径，并降低寻径开销。这类方案或 者需要预先交互相邻状态信息(如CEDAR)或者要求节点具备位置信息。前者开销大，后者 要求额外的位置设备信息。(3)基于概率的方式转发基于渗透理论(percolationtheory)，即对于一个无 线网络，如果信源广播一个分组后，每个中间节点以概率P转发一个广播报文，那么如果P 的值足够大，那么全网节点会以较高的概率全部或绝大部分收到该分组。已有基于GOSSIP的寻径方法是各向同性的，或寻径范围限制在以源和宿为焦点、以几何距离为焦距的椭圆 范围之内。上述方案虽然可以降低寻径开销，但前者浪费较为严重，因为寻径消息是向网络中各个方向以同等的概率扩散的；而后者路径扩散具有定向性，但要求节点具备额外位置 fn息ο
发明内容
本发明面向无线自组织网络，主要设计目的是降低寻找连接信源和信宿过程中所 消耗的信令开销。本发明中的路由方法针对下述无线自组织网络每个节点配备各项同性的无线天 线；节点具有移动性；当两个节点在相互无线通信范围时，两者可以直接通信，否则不能直 接通信；节点不知道自身的位置信息。本发明充分利用已经中断的旧路径信息，结合基于概率的路由发现方法，有效地 控制寻径的范围，降低寻径开销，并保持较高的路径质量。具体来说只有距离旧路径一定 距离内(K跳以内)的中间节点参与路径恢复，其中处在旧路径上的节点以概率1参与，上述 范围内的其它节点以概率P*参与转发路由请求报文。如果当前寻径或重寻径一次广播RREQ即成功找到端到端路径，那么则降低路由 请求报文转发概率和寻径范围，并应用到下一次重寻径中去；否则直接将本次寻径的路由 请求报文转发概率和寻径范围直接用于下一次重寻径进程中去。对于持续时间较长的通信会话，本发明的方法能够非常有效地降低通信开销。
具体实施例方式本发明的路由方案如下
路由包括路由发现和路由维护两个阶段 路由发现过程(RouteDiscovery)如下
当信源s有数据向信宿t传送，但没有任何到达t的路径信息时，信源s生成一个 路由请求报文(RREQ，RouteRequest)。RREQ包含以下信息信源ID、信宿ID、RREQ序列号、 中间节点转发概率P*的值。然后，信源s向邻居广播该RREQ分组并启动一个计时器。当一个非信宿节点(即中间节点)收到一个非重复RREQ时，该节点以概率P*将 该RREQ进行转发。如果决定进行转发的话，该节点将发给自己该RREQ分组的节点记为上一 跳节点，并在本节点为这个路由请求保存一条表项(记录信源ID、上一跳ID、RREQ序列号、 信宿ID)，然后进行计时。如果超时没有收到路由应答，则删除该表项。如果信宿节点t收到一条RREQ报文后，那么它立刻沿反向路径向信源返回一 条路由应答报文(RREP，RouteReply)0如果信源s收到该报文，则可以沿着这条路径发送分 组。如果一段时间没有数据需要向t转发，中间节点的路由表将超时并被删除。如果信源超时没有收到路由应答报文，那么信源从新生成一个路由请求报文， 但其中的中间节点转发概率P*的值设定为P*=maX{l，p*+D}，D是一个较小的值，D<1，如 D=O. 1。然后转发光播该分组，中间节点和目的节点的操作与前面的描述相同。如果当ρ* 上升到1之后进行寻径，仍然没有找到到达信宿的路径，我们认为网络中不存在从信源到信宿的路径。路由发现进程终止。路由维护(RouteMaintenance)进程
当由于某种原因(如节点移动等)发生路径中断时，发生中断的链路的上游节点立 即生成一个路由错误报文(RERR.RouteError)，通知信源路径中断的发生。注意收到该路 由错误报文的中间节点并不自动删除自己保存的相关路由表项。信源收到路由错误报文后，如果有数据需要继续发送，那么它需要启动路由重新 发现进程，具体如下
当信源s决定进行重寻径时，它生成一个路由请求报文(RREQ)。RREQ报文包含以 下信息信源ID、信宿ID、RREQ序列号、中间节点转发概率ρ*的值、正整数k的值、转发跳 数K的值(一般K的初值不大，如k=2或3)。然后，信源s向邻居广播该RREQ分组并启动一 个计时器。一个非信宿节点(即中间节点)收到一个非重复RREQ报文时，如果它是之前中断 的路径上的节点，那么它将k的值置零，并以概率1转发该RREQ报文；否则收到RREQ报文 携带的k的值小于K，那么该节点执行k=k+l并以概率ρ*转发该RREQ报文；否则丢弃该报 文。如果一个中间节点执行报文转发，那么它需要和之前路由发现进程中描述的路由表建 立保存相同的程序来进行路由表建立或刷新，以及超时删除事项。如果信宿节点t收到一条RREQ报文后，那么它立刻沿反向路径向信源返回一条路 由应答报文(RREP)。如果信源s收到该应答报文，则可以沿着这条路径发送分组。如果信源超时没有收到路由应答报文，那么信源从新生成一个路由请求报文，但 其中的中间节点转发概率P*的值设定为p*=maX{l，p*+D}，K=K+DK，一般DK=I或2。然后转 发光播该分组，中间节点和目的节点的操作与前面的描述相同。如果当P*上升到1且K的 值大于网络的直径(可以是一个预先估计的较大的值)之后进行寻径，仍然没有找到到达信 宿的路径，我们认为网络中不存在从信源到信宿的路径。路由发现进程终止。第一次路由重发现过程中，ρ*和K的值采用预先设定的值；
如果第X(X>1)次路由重发现过程中，如果第一轮路由重发现就找到了连接源和宿的路径，那么p*=p*_D，K=K-DK,并将这些更新的ρ*和K值用到第x+1次路由重寻径中去；否 则第χ次路由重发现中的ρ*和K值将直接应用到第x+1次路由重寻径中去。
权利要求
基于概率的无线自组织网络反应式路由方法，所述无线自组织网络具有下列条件每个节点配备各项同性的无线天线；节点具有移动性；当两个节点在相互无线通信范围时，两者可以直接通信，否则不能直接通信；节点不知道自身的位置信息，所述路由方法包括路由发现方法和路由维护方法，其特征在于路由重发现方法是只有距离旧路径一定距离内(K跳以内)的中间节点参与路径恢复，其中处在旧路径上的节点以概率1参与，上述范围内的其它节点以概率p*参与转发路由请求报文。
2.根据权利要求1的基于概率的无线自组织网络反应式路由方法，其特征在于路由 请求报文转发概率和寻径范围更新方法是如果当前寻径或重寻径一次广播RREQ即成功 找到端到端路径，那么则降低路由请求报文转发概率和寻径范围，并应用到下一次重寻径 中去；否则直接将本次寻径的路由请求报文转发概率和寻径范围直接用于下一次重寻径进 程中去。
全文摘要
基于概率的无线自组织网络反应式路由方法，属于无线网络协议领域，所述无线自组织网络具有下列条件每个节点配备各项同性的无线天线；节点具有移动性；当两个节点在相互无线通信范围时，两者才可以直接通信；节点不知道自身的位置信息，路由方法包括路由发现方法和路由维护方法，其特征在于路由重发现方法是只有距离旧路径一定距离内(K跳以内)的中间节点参与路径恢复，其中处在旧路径上的节点以概率1参与，上述范围内的其它节点以概率p*参与转发路由请求报文。对于持续时间较长的通信会话，本发明的方法能够非常有效地降低通信开销。
文档编号H04W84/18GK101815337SQ20101015209
公开日2010年8月25日 申请日期2010年4月21日 优先权日2010年4月21日
发明者赵壮 申请人:无锡泛联软件科技有限公司