一种无线网络的路由通信实现方法
【专利摘要】本发明提供了无线网络的路由通信实现方法，所述无线网络的节点为具有路由转发功能的节点，每个节点具有唯一性的节点ID且在一跳范围内定期广播信标帧；每个节点保存N个n跳节点表以及一个路由表，N为正整数且N小于无线网络的直径；n跳节点表和路由表各自包括一个表项，n跳节点表和路由表的表项都由四个域构成；所有节点定期在其自身的1跳范围内广播信标帧，信标帧的负载为N-1个i跳节点表；节点通过扩展IEEE802.15.4协议中的命令帧实现路由表的建立，命令帧负载第一个字节标识命令帧的负载内容：无线网络启动后，开始进行无线网络初始化操作，即节点开始广播信标帧建立n跳节点表；此实现方法可广泛用于物联网和车载网络。
【专利说明】一种无线网络的路由通信实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种网络的路由通信实现方法，尤其涉及的是一种无线网络的路由通信实现方法。
【背景技术】
[0002]随着无线网络的不断成熟和发展，无线网络已成为未来发展的必然趋势。无线网络的路由协议负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点。在无线网络中，节点处于移动状态，因此路由协议需要延迟短；同时网络节点数目往往很大，节点只能获取局部拓扑结构信息，路由协议要能在局部网络信息的基础上选择合适的路径。与传统网络的路由协议相比，无线网络的路由协议应具有以下特点:可扩展性，鲁棒性，快速收敛性。
[0003]本发明突破传统路由的思想，在链路层完成路由通信，可以减少链路层和网络层之间的传输时延、减少了包的封装和解封装的时间，达到降低路由通信延迟的目的。
【发明内容】
[0004]发明目的:本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种无线网络的路由通信实现方法。
[0005]技术方案:本发明公开了一种无线网络的路由通信实现方法，所述无线网络的节点为具有路由转发功能的节点，每个节点具有唯一性的节点ID且在一跳范围内定期广播信标帧；每个节点保存N个η跳节点表以及一个路由表，η = I, 2……N，N为正整数且N小于无线网络的直径；η跳节点表和路由表各自包括一个表项，η跳节点表和路由表的表项都由四个域构成:目的节点ID域，下一跳域，路径长度以及生存时间；生存时间随着机器时钟自动衰减，当生存时间衰减为O时，相应的表项被删除；生存时间的最大值由节点平均移动速度以及传输半径决定，设置为2r/v，其中r为节点传输半径，V为节点平均移动速度；所有节点定期在其自身的I跳范围内广播信标帧，信标帧的负载为N-1个i跳节点表，i =1，2……N-1 ;节点通过扩展IEEE802.15.4协议中的命令帧实现路由表的建立，命令帧负载第一个字节标识命令帧的负载内容:
[0006]
【权利要求】
1.一种无线网络的路由通信实现方法，其特征在于，所述无线网络的节点为具有路由转发功能的节点，每个节点具有唯一性的节点ID且在一跳范围内定期广播信标帧； 每个节点保存N个η跳节点表以及一个路由表，η = 1,2……N，N为正整数且N小于无线网络的直径；η跳节点表和路由表各自包括一个表项，η跳节点表和路由表的表项都由四个域构成:目的节点ID域，下一跳域，路径长度以及生存时间；生存时间随着机器时钟自动衰减，当生存时间衰减为O时，相应的表项被删除；生存时间的最大值由节点平均移动速度以及传输半径决定，设置为2r/v，其中r为节点传输半径，V为节点平均移动速度； 所有节点定期在其自身的I跳范围内广播信标帧，信标帧的负载为N-1个i跳节点表，i = I, 2……N-1 ;节点通过扩展IEEE802.15.4协议中的命令帧实现路由表的建立，命令帧负载第一个字节标识命令帧的负载内容:
2.根据权利要求1所述的无线网络的路由通信实现方法，其特征在于，无线网络初始化结束后，如果节点X启动并加入无线网络后，通过下述过程建立I跳节点表: 步骤201:开始； 步骤202:节点X收到邻居节点的信标帧后，在I跳节点表中加入一个新表项，新表项的目的节点ID域和下一跳域为信标帧的源节点ID，路径长度为I ; 步骤203:重复步骤202，直到节点X将所有邻居节点加入到节点X的I跳节点表中； 步骤204:结束； 节点X建立I跳节点表后，根据下述过程建立j跳节点表，j = 2…N: 步骤801:开始； 步骤802:节点X收到邻居节点的信标帧后，比较自己的j跳节点表和信标帧中的j_l跳节点表，判断信标帧中的j-ι跳节点表中是否存在满足下述条件的表项，如果是，进行步骤803，否则进行步骤804; 条件:该表项的目的节点ID域的值与节点X的j跳节点表中所有表项的目的节点ID域的值都不相同； 步骤803:节点X在j跳节点表中增加一个新表项，该表项的目的节点ID域为步骤802中满足条件的表项的目的节点ID域的值，下一跳域为信标帧的源节点ID，路径长度为j，生存时间为最大值； 步骤804:节点X比较自己的j跳节点表和m跳节点表，m = I...j_l,判断j跳节点表中是否存在满足下述条件的表项，如果是，进行步骤805，否则进行步骤806 ； 条件:该表项的目的节点ID域的值等于m跳节点表中一个表项的目的节点ID域的值； 步骤805:节点X从j跳节点表中删除满足上述条件的表项； 步骤806:重复步骤802至步骤805，直到节点X将所有距离自己j跳的节点都加入到j跳节点表； 步骤807:结束； 节点X建立η跳节点表之后，开始广播信标帧，节点X的邻居节点Y收到信标帧后，进行如下操作: 步骤301:开始； 步骤302:节点Y收到节点X的信标帧后，在I跳节点表中加入I个新表项，新表项的目的节点ID域的值和下一跳域的值均为节点X的节点ID，路径长度为1，生存时间为最大值； 步骤303:节点Y比较自己的j跳节点表和信标帧中的j_l跳节点表，判断信标帧中的j-Ι跳节点表中是否存在满足下述条件的表项，如果是，进行步骤304，否则进行步骤305 ；条件:该表项的目的节点ID域的值与j跳节点表中所有表项的目的节点ID域的值都不相同； 步骤304:节点Y在j跳节点表中增加一个新表项，新表项的目的节点ID域为步骤303中满足条件的表项的目的节点ID域的值，下一跳域的值为节点X的源节点ID，路径长度为j,生存时间为最大值； 步骤305:节点Y比较自己的j跳节点表和m跳节点表，m = I…j_l,判断j跳节点表中是否存在满足下述条件的表项，如果是，进行步骤306，否则进行步骤307 ； 条件:该表项的目的节点ID域的值等于m跳节点表中一个表项的目的节点ID域的值； 步骤306:节点Y从j跳节点表中删除满足上述条件的表项； 步骤307 ;节点Y广播信标帧； 步骤308:结束； 节点Z收到邻居节点的信标帧后，进行如下操作； 步骤401:开始； 步骤402:节点Z收到邻居节点的信标帧后，判断信标帧的源节点ID是否与节点Z的1跳节点表中的一个表项的目的节点ID域的值相同，如果是，进行步骤404，否则进行步骤.403 ； 步骤403:节点Z 在I跳节点表中加入一个新表项，新表项的目的节点ID域的值和下一跳域的值为信标帧的源节点ID，路径长度为1，生存时间为最大值； 步骤404:节点Z比较自己的j跳节点表和信标帧中的j_l跳节点表，判断信标帧中的j-Ι跳节点表中是否存在满足下述条件的表项，如果是，进行步骤405，否则进行步骤406 ；条件:该表项的目的节点ID域的值与j跳节点表中所有表项的目的节点ID域的值都不同； 步骤405:节点Z在j跳节点表中增加一个表项，表项的目的节点ID域为满足步骤404条件的表项的目的节点ID域的值，下一跳域的值为信标帧的源节点ID，路径长度为j，生存时间为最大值； 步骤406:节点Z比较自己的j跳节点表和m跳节点表，m = I…j_l,判断j跳节点表中是否存在满足下述条件的表项，如果是，进行步骤407，否则进行步骤408 ； 条件:该表项的目的节点ID域的值等于m跳节点表中一个表项的目的节点ID域的值； 步骤407:节点Z从j跳节点表中删除满足上述条件的表项； 步骤408:节点Z判断自己是否执行了步骤403和步骤405，如果是，进行步骤409，否则进行步骤410 ； 步骤409:节点Z广播信标帧； 步骤410:结束。
3.根据权利要求2所述的无线网络的路由通信实现方法，其特征在于，无线网络初始化结束后，如果节点X移动且离开原来邻居节点之后即无法收到原来邻居节点的信标帧，则删除η跳节点表中的所有表项，然后执行步骤201至204以及步骤801至步骤807重新建立η跳节点表； 节点X建立η跳节点表之后，开始广播信标帧，节点X的邻居节点Y收到信标帧后，进行步骤301至步骤308更新η跳节点表； 无线网络中的节点收到邻居节点的信标帧后，执行步骤401至步骤410更新η跳节点表。
4.根据权利要求3所述的无线网络的路由通信实现方法，其特征在于，节点S与节点E进行通信时，如果节点S的η跳节点表和路由表中所有表项的目的节点ID域的值都不等于节点E的节点ID，那么节点S发起下述过程在路由表中建立到达节点E的路由表项: 步骤501:开始； 步骤502:节点S广播类型为15的命令帧，命令帧负载中源节点ID为节点S的节点ID，目的节点ID为节点E的节点ID，路径长度变量为O ; 步骤503:无线网络中收到类型为15且帧负载为节点S和目的节点E的命令帧的节点，查看自己的η跳节点表或者路由表，判断是否有目的节点ID域值为节点S的表项，如果是，进行步骤505，否则进行步骤504 ； 步骤504:步骤503中的节点在路由表中建立一个新表项，新表项的目的节点ID域的值为节点S的节点ID，下一跳域的值为转发该命令帧的节点的节点ID，路径长度为命令帧中的路径长度值加1，生存时间为最大生存时间，进行步骤507 ； 步骤505:步骤504中的节点判断目的节点ID域的值为节点S的表项的路径长度是否大于命令帧中的路径长度dl加I，如果是，进行步骤506，否则进行步骤507 ； 步骤506:如果节点S在步骤505中的节点的路由表中，步骤505中的节点则将节点S的路由表表项的路径长度设置为dl+Ι，下一跳域的值设置为转发该命令帧的节点的节点ID,生存时间设置为最大生存时间，执行步骤507 ;如果节点S在步骤505中的节点的η跳节点表中，步骤505中的节点则从自己的η跳节点表中删除节点S的表项，然后在dl+Ι跳节点表中增加一个表项，表项的目的节点ID域的值为节点S的节点ID，下一跳域的值为命令帧的源节点ID，路径长度为dl+Ι，生存时间为最大值，执行步骤507 ； 步骤507:步骤504或者步骤505或者步骤506中的节点判断节点E是否在自己的η跳节点表或者路由表中，如果是，则进行步骤509，否则进行步骤508 ； 步骤508:步骤507中的节点广播类型为15的命令帧，命令帧负载中源节点ID为节点S的节点ID，目的节点ID为节点E的节点ID，路由长度为步骤507中的节点的η跳节点表或者路由表中对应节点S的表项中的路径长度，返回步骤503 ； 步骤509:步骤507中的节点构造一个类型为15的命令帧，命令帧帧头中的目的链路地址为η跳节点表或者路由表中对应节点S的表项的下一跳域的节点ID，命令帧负载中的源节点ID为节点E的节点ID，命令帧负载中的目的节点ID为节点S的节点ID，路由长度为η跳节点表或者路由表中目的节点ID域为节点E的表项中的路径长度值，步骤507中的节点发送该命令帧； 步骤510:无线网络中收到类型为15且目的节点为节点S且源节点为节点E的命令帧的节点查看自己的η跳节点表或者路由表，判断是否有目的节点ID域为节点E的表项，如果是，进行步骤512，否则进行步骤511 ； 步骤511:步骤510中的节点在路由表中建立一个新表项，新表项目的节点ID域的值为节点E的节点ID，下一跳域的值为转发该命令帧的节点的节点ID，路径长度为命令帧中的路径长度值加1，生存时间为最大生存时间，进行步骤514 ； 步骤512:步骤510中的节点判断η跳节点表或者路由表中节点E的表项的路径长度是否大于命令帧中的路径长度d2加1，如果是，进行步骤513，否则进行步骤514 ； 步骤513:如果节点E在步骤512中的节点的路由表中，步骤512中的节点将节点E的路由表项的路径长度设置为d2+l，下一跳域设置为转发该命令帧的节点的节点ID，生存时间设置为最大生存时间，执行步骤514 ;否则如果节点E在步骤512中的节点的η跳节点表中，步骤512中的节点则从η跳节点表中删除节点E的表项，并在d2+l跳节点表中加入一个新表项，新表项目的节点ID域的值为节点E的节点ID，下一跳域的值为命令帧的源节点ID，路径长度为d2+l，生存时间为最大值，执行步骤514 ； 步骤514:判断步骤511或者步骤512或者步骤513中的节点是否为节点S，如果是，进行步骤516，否则进行步骤515; 步骤515:步骤514中的节点构造一个类型为15的命令帧，命令帧帧头中的目的链路地址为η跳节点表或者路由表中对应节点S的表项的下一跳域的节点ID，命令帧负载的源节点ID为节点E的节点ID，命令帧负载的目的节点ID为节点S的节点ID，路由长度为η跳节点表或者路由表中目的节点ID域为节点E的表项中的路径长度值，步骤514中的节点发送该命令帧，进行步骤510;
步骤516:结束。
5.根据权利要求4所述的无线网络的路由通信实现方法，其特征在于，节点Y收到邻居节点X的信标帧后，如果节点Y的I跳节点表中存在一个表项，该表项的目的节点ID域的值为节点X的节点ID，节点Y则将该表项的生存时间设置为最大； 节点Y收到邻居节点X的信标帧后，比较自己j跳节点表和信标帧中的j_l跳节点表，如果信标帧中的j_l跳节点表中的目的节点ID等于节点Y的j跳节点表中一个表项的目的节点ID，那么节点Y将j跳节点表中相应表项的生存时间设置为最大值，下一跳域设置为该信标帧的源节点ID ； 如果节点S检测到I跳节点表中目的节点X的表项中的生存时间衰减为0，则进行如下操作: 步骤601:开始； 步骤602:节点S从I跳节点表中删除目的节点X的表项； 步骤603:节点S查看j跳节点表中是否存在有下一跳域的值为节点X的表项，如果有则进行步骤604，否则进行步骤605 ； 步骤604 ;节点S从j跳节点表中删除下一跳域的值为节点X的表项； 步骤605:节点S查看路由表中是否存在有下一跳域的值为节点X的表项，如果有则进行步骤606，否则进行步骤608 ； 步骤606:节点S广播类型为15的命令帧，命令帧负载中源节点ID为节点S的节点ID，目的节点ID为路由表中下一跳域的值为节点X的表项中的目的节点E的节点ID，路径长度为0，然后从路由表中删除下一跳域的值为节点X的表项； 步骤607:节点S执行步骤503至步骤515建立到达节点E的路由表项； 步骤608:结束。
6.根据权利要求4所述的无线网络的路由通信实现方法，其特征在于，节点S和节点E进行通信的过程包括如下步骤: 步骤901 ;开始； 步骤902:节点S查看所有η跳节点表判断是否有节点E的表项，如果是，进行步骤903，否则进行步骤904 ； 步骤903:节点S将目的地址为节点E的数据帧转发给节点E对应的η跳节点表表项中下一跳域所对应的下一跳节点，执行步骤907 ； 步骤904:节点S查看所有路由表判断是否有节点E的表项，如果是，进行步骤905，否则进行步骤906 ； 步骤905:节点S将目的地址为节点E的数据帧转发给节点E对应路由表项中下一跳域所对应的下一跳节点，执行步骤907 ； 步骤906:节点S执行步骤501到步骤515建立到达节点E的路由表项，并将目的地址为节点E的数据帧转发给节点E对应路由表项的下一跳域对应的下一跳节点； 步骤907:接收到目的地址为节点E的数据帧的下一跳节点收到数据帧后，判断自己是否为节点E，如果是进行步骤913，否则进行步骤908: 步骤908:步骤907中的下一跳节点查看η跳节点表判断是否有节点E的表项，如果是，进行步骤909，否则进行步骤910 ； 步骤909:步骤907中的下一跳节点将目的地址为节点E的数据帧转发给节点E对应表项的下一跳域对应的下一跳节点，执行步骤907 ； 步骤910:步骤907中的下一跳节点查看所有路由表判断是否有节点E的表项，如果是，进行步骤911，否则进行步骤912 ； 步骤911:步骤910中的下一跳节点将目的地址为节点E的数据帧转发给节点E对应路由表项的下一跳域对应的下一跳节点，执行步骤907 ； 步骤912:步骤910中的下一跳节点执行步骤501到步骤515建立到达节点E的路由表项，并将目的地址为节点E的数据帧转发给节点E对应路由表项的下一跳域对应的下一跳节点，执行步骤907 ； 步骤913:结束。
【文档编号】H04L12/751GK103957162SQ201410203374
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】王晓喃, 潘小清 申请人:常熟理工学院