专利名称：自组织网络中基于跨层设计的路由方法
技术领域：
本发明是一个适用于多信道多接口 Ad Hoc网络环境的路由协议，属于通信技术领域。
背景技术：
AdHoc网络是一种自组织无中心的无线多跳网络，它可以不依赖任何固有的无线基础设施而能随时随地的组建临时性网络。它是一种具有特殊用途的对等性网络，网络中的每个节点扮演着终端角色的同时又扮演着路由器的角色，通过节点间的转发实现网络通信。归纳起来，相比普通的固定网络和移动网络，Ad Hoc网络具有以下几个特点
(I)无中心结构。Ad Hoc网络没有固定的控制中心，所有节点之间的地位平等，即是一个对等网络。网络中的节点可以随时加入和离开网络，任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。(2)自组织。网络的架设、展开不需要依赖任何预先架设的网络设施。节点之间通过分层协议和分布式算法协调各自的行为，节点在开机后就能迅速、自动地组成一个独立的网络。(3)多跳路由。当节点要与其无线收发装置覆盖范围之外的节点进行通信时，需要其它的中间结点进行多跳转发。与固定网络的多跳不同，Ad Hoc网络中的多跳路由是由普通的网络节点完成的，而不是由专用的路由设备(如路由器)完成的。(4)动态拓扑。Ad Hoc网络是一个动态的网络。网络节点可以任意移动，可以随时随地地开机和关机，而这些都会使网络的拓扑结构随时发生变化。这些特点使得Ad hoc网络在网络组织、体系结构、协议设计等方面都与普通的移动通信网络和固定网络有着明显的区别。随着无线通信的发展，Ad Hoc网络在越来越多的领域中受到重视。得益于独立组网、自组织、动态拓扑、无中心结构、多跳路由、抗毁性强等优良特性，Ad Hoc网络在民用通信和军事通信领域都占据了一席之地，如应急救灾、野外勘探、野外救援等。但是我们应该看到，作为一种新兴的网络技术，它仍有许多等待解决的问题。最关键的在于它具有节点随机移动导致网络拓扑的不断变化、时变无线信道环境、有限的信道带宽等特点，这些为设计和实现Ad Hoc网络提出了挑战，所以必须审慎地从网络体系结构的各个层面去考虑。例如在本专利中重点考察的网络层，需要设计能够适应拓扑快速变化、稳定的路由机制，并能够将路由维护信息等额外开销控制在一个合理范围，以保证网络资源的高效利用。Ad Hoc网络路由协议的研究已经非常深入。按发现路由的驱动模式不同，可以分为三类类主动型(Proactive)、反应型(Reactive)和混合型(Hybrid)。主动型路由协议也称为先验式路由协议或表驱动路由协议，该协议要求每个节点都需要建立和维护到达所有节点的最新路由信息的路由表，所有路由信息保持一致，典型代表如DSDV、OLSR等；反应型路由协议又称按需路由协议或者源激励路由协议，它是一种被动式的路由协议，仅当有业务需求时才会触发路由发现进程寻找到达目的的路由，典型代表如DSR、AODV等；混合式路由协议则是综合了主动型和反应型相应的优点，根据实际情况选择合适的路由驱动方式，典型代表如ZRP协议。早期的Ad Hoc网络中，由于硬件技术、设备价格的限制以及避免节点之间相互协调的需要，大部分终端都是单信道单接口类型的，而由此组成的网络性能非常有限。随着系统对吞吐量需求的提高，在一个终端中装备多个收发器已经是日后Ad Hoc网络终端发展的一个趋势，而硬件技术的发展和设备成本的降低更是加剧了这种趋势。IEEE 802. 11在
2.4GHz和5GHz频段内定义了多个不重叠的信道，当多个无线信道可用时，在终端上装备一个以上的收发装置，可以使相邻的不同节点在不同信道上同时进行通信，由此可以大大降低相邻节点之间的相互干扰，降低时延，提高系统的吞吐量。可以说，多信道多接口是未来Ad Hoc网络发展的一个大趋势。而如何分配和利用好这些信道，并在此基础上提出相应的路由度量，已经成为了当前Ad Hoc网络路由协议的研究热点
发明内容
·技术问题本发明的目的是给出一个自组织网络中基于跨层设计的路由方法，即多信道多接口 Ad Hoc路由方法。该方法通过跨层设计的方法，计算信道分配度量和路由度量，能够实现以较低的路由开销获得较高的包到达率、系统吞吐量，同时降低系统的平均时延。技术方案本发明给出了一个自组织网络中基于跨层设计的路由方法。该方法根据成功接入信道概率进行信道分配，同时基于链路传输能力确定路由度量，此方法能够以较低的路由开销获得较高的包到达率和系统吞吐量，并同时降低系统的平均时延。跨层技术是提高移动Ad Hoc网络资源利用率的一种有效方式。所谓跨层就是在一定程度上打破或改变原有的层与层之间通信限制，改变原有的协议层接口，通过使用层与层之间的交互，使得协议栈的各个层次可以共享本地信息，以消除无线网络各层之间的冗余交互，大大降低通信开销，优化系统的整体性能。对于时延大、带宽有限、信道时变的AdHoc网络而言，跨层设计带来的好处远大于层与层之间交互的复杂性所带来的影响。因此，在Ad Hoc网络中采用跨层设计的思想进行设计和联合优化是很有必要的，它可以提高无线网络的整体性能。现有的跨层设计可以大致分为如下几类物理层和MAC层跨层设计；物理层和网络层跨层设计；物理层和传输层跨层设计；MAC层和网络层跨层设计；MAC层和传输层跨层设计；网络层和传输层跨层设计。该方法包括以下内容a.确定广播包的信道分配度量设节点A的邻居集中有N个邻居节点，则节点A
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权利要求
1.一种自组织网络中基于跨层设计的路由方法，其特征在于该方法包括以下内容 a.确定广播包的信道分配度量设节点A的邻居集中有N个邻居节点，则节点A中信 道j的广播包的信道成功接入概率PSAC %RSACTadca'A·) 其中FCj(Ii)表示在上一个周期内节点A通过信道j向其邻居节点η传递的包数量，货W;)表示在上一个周期内节点A通过信道j向邻居节点η发送的第i个包的重传指数SR值，SRfflax为传输失败时的重传指数，节点A的最佳广播信道选择度量为 ,其中 κ 表示节点 A 所有可用 的信道数； b.确定非广播包的信道分配度量非广播包信道分配度量只考虑传送包到下一跳的平均重传指数SR值，假设节点A是当前跳，而节点B是下一跳，则节点A中信道j用于非广播包的信道成功接入概率PSAC为其中FCj(B)表示在上一个周期内节点A通过信道 ’j向节点B传递的包数量，负表示在上一个周期内节点A通过信道j向节点B发送的第i个包的重传指数SR值，计算所有K个信道的PSAC值，PSAC值最大的信道作为最佳信道； c.确定基于链路传输能力LTC的路由度量设集合PATHS=IP1,P2……PJ包含了从源节点S到目的节点D的所有m条路径，%^HOPSP' = H，4 …4)表示路径Pt中的点序列，共I跳，路径Pt的第q跳是从节点Iitrl到节点hq，则节点h _,到节点hq链路传输能力LTC为 其中 β 为权重因子, ΠΗΧβ e (O, 1)，，Cj代表信道j对应的接口的当前缓冲队列长度，Cmax代表接口缓冲队列的最大值，路由选择度量为= ^ }LTC^ ”夂)} .(Pt)反应了路径Pt所经过链路的瓶颈值，当源节点发现有多条路径时，选择RM值最大的路径作为最佳路径； d.在某个周期内，当节点第一次收到某个邻居节点的HELLO包时，无论这个包时通过哪个信道接收到的，都要立即通过每个接口向该邻居节点各回复一个ACK信息，周期的时间与HELLO包的广播周期相同； e.最佳路径发现过程如下 步骤I :如果源节点路由表中不存在到目的节点的路由，则通过洪泛路由请求包来进行路由发现，当中间节点收到路由请求包时，它首先在路由表中建立反向路由，如果它到前一跳的LTC值小于路由请求包中存储的LTC值，则用这个值更新路由请求包中的LTC值，反向链路的路由权重由路由请求包中的LTC值表征； 步骤2 :节点检查自己是否为目的节点，若不是，则直接转发该路由请求包，若是，则转步骤3 ; 步骤3 :沿着反向链路回复路由回复包，路由回复包中的LTC值更新机制与路由请求包一样，前向链路的路由选择度量RM值可以由路由回复包包中的LTC值确定； 步骤4:源节点收到所有路径的路由回复包后，选择路由选择度量RM值最大的路径作为最优路径。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种自组织网络中基于跨层设计的路由方法。该方法基于跨层的思想，通过SSRC(短帧重传次数)和SLRC(长帧重传次数)两个变量在路由协议中重新定义一个重传指数SR(smoothofretrycount)来表征传送帧过程中的的重传次数,并在此基础上确定信道选择度量PSAC(ProbabilityofSuccessfulAccesstoChannel)，以此达到选择最优信道的目标。在多信道多接口AODV的基础上，结合重传指数SR以及每个接口中缓冲队列的当前长度，确定链路传输能力LTC(LinkTransmittingCapacity)作为路由度量。综合考虑信道选择度量和路由度量，在多信道多接口的AdHoc场景中，实现以较低的路由负载获得较高的吞吐量和较低的时延。
文档编号H04W84/18GK102905337SQ201210391498
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月15日 优先权日2012年10月15日
发明者朱琦, 陈志祥 申请人:南京邮电大学