專利名稱：基于節(jié)點特征的無線自組織網(wǎng)絡容斷路由生成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線自組織網(wǎng)絡技術領域，適用于無線自組織網(wǎng)絡應用環(huán)境下的路由生成，具體涉及一種基于節(jié)點特征的無線自組織網(wǎng)絡容斷路由生成方法。
背景技術：
無線自組織網(wǎng)絡由帶有收發(fā)裝置的設備組成，通信的建立依賴于節(jié)點對數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，要求其路由機制能及時適應拓撲的變化和節(jié)點的失效，因此，無線自組織網(wǎng)絡路由機制應具有分布式和自適應的特點。常見的無線自組織網(wǎng)絡路由機制可以分為預設式(Proactive routing)、反應式(reactive or on demand routing)禾口混雜式(hybrid routing)。預設式路由需所有節(jié)點存儲和維護包含全網(wǎng)信息的路由表，能較好的響應節(jié)點的路由請求，但需付出較多的存儲和維護成本；按需路由提供了僅響應有通信需求的節(jié)點的機制，避免了維護冗長路由表，給出了包含反應、探尋、建立和傳輸?shù)穆酚蓹C制，減少了節(jié)點存儲成本，響應時間往往長于預設式，而且存在較多惡意攻擊的威脅；混雜式結合了兩者的特點，是一種層次化的路由機制，為實現(xiàn)特定的目的，設定相應協(xié)議的實施范圍，可以實現(xiàn)效率和開銷的均衡。為滿足路由機制設計中滿足可達和無環(huán)路的要求，DSR協(xié)議引入了節(jié)點序列號技術，通過用目標節(jié)點標識控制分組和路由信息實現(xiàn)了路由更新和變化引起路由環(huán)路的問題；DSDV給出了基于維護全網(wǎng)路由信息的距離向量路由算法，較好的實現(xiàn)了路由算法的優(yōu)化；AODV借鑒了 DSDV的距離向量技術和DSR的節(jié)點序列號技術實現(xiàn)了一種具有較高效率的路由算法；ZRP通過設定實施預設式路由的區(qū)域范圍給出了一種小范圍預設路由維護， 大范圍按需路由實現(xiàn)的混雜式路由，較好的提高了協(xié)議的可擴展性和效率。但是上述的路由機制針對每個目標節(jié)點僅維護一條可行路徑，應用中間節(jié)點探尋-重傳(AODV)和源節(jié)點探尋-重傳機制(DSR)應對鏈路失效的修復，修復效率受路由探尋機制的制約。為實現(xiàn)對失效鏈路的反應效率，Park(1997)等提出了多路徑路由技術，一方面可以保證數(shù)據(jù)分組更高效率的傳輸，另一方面可以應對失效鏈路，提高反應效率。AOMDV給出了一種在探尋階段發(fā)現(xiàn)多條鏈路不相交路徑的算法，結合中間節(jié)點重傳機制，提高了 AODV 應對鏈路失效的反應效率；02通過保證任意節(jié)點至少有兩條到同一目的節(jié)點的路徑，給出了較易實施的多路徑路由算法，由于依賴于節(jié)點的分布密度，對于無線自組織網(wǎng)絡難以適用；MarinaQ006)分析證明了多路徑路由在可用性和安全性方面的性能，理論上說明了多路徑路由一般優(yōu)于單路徑路由，但設計更高效的多路徑協(xié)議仍是研究的重點。Kwong(2010)針對中心控制網(wǎng)絡設計了通過對路由節(jié)點實現(xiàn)點點備份的方法，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分組無中斷傳輸?shù)穆酚蓹C制——保護路由(Protection routing)，并證明了探尋可行設置方案是個NP困難問題，從而給出了基于貪婪算法的搜索算法。針對無線自組織網(wǎng)絡的特點，本發(fā)明借鑒了保護路由思想，探討了路徑不相交的路由對的特點，給出了一種基于節(jié)點分類的保護路由生成算法，較好的實現(xiàn)了在出現(xiàn)節(jié)點或鏈路失效的情況下，數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)仍能不間斷傳輸。同時，通過引入TTL和時鐘控制機制實現(xiàn)了控制包的傳播范圍，減少了控制包對網(wǎng)絡性能的影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種基于節(jié)點特征的無線自組織網(wǎng)絡容斷路由生成方法，基于一種分布式的保護路由的構建機制，通過對路由表設計，提取結構特征對節(jié)點進行分類，基于此，給出了主活動節(jié)點能較快探尋到下一跳節(jié)點備份的算法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是基于節(jié)點特征的無線自組織網(wǎng)絡容斷路由生成方法，包括以下步驟步驟1，源節(jié)點s向目標節(jié)點d發(fā)出通信請求時，源節(jié)點s檢查其緩存路由表，若存在到目標節(jié)點d的路由信息則直接開始通信；否則，源節(jié)點s生成主路由探尋包RREQ-Pr， 并廣播至其鄰居節(jié)點；步驟2，收到主路由探尋包RREQ-Pr的節(jié)點N，首先根據(jù)主路由探尋包RREQ-Pr中包含的源節(jié)點和第一跳節(jié)點以及各自對應的序列號信息判斷是否已收到過該主路由探尋包RREQ-Pr ；對于第一次收到的主路由探尋包，節(jié)點把自己的信息寫入已經(jīng)過路徑(passed path, PP)，否則，丟棄該主路由探尋包；若N不是目標節(jié)點d，則節(jié)點N廣播該主路由探尋包 RREQ-Pr至其鄰居節(jié)點；若N是目標節(jié)點d，則節(jié)點N根據(jù)收到的主路由探尋包RREQ-Pr生成回復包RREP-Pr，并按所述已經(jīng)過路徑(passed path,PP)反向轉(zhuǎn)發(fā)到源節(jié)點s ；源節(jié)點s 根據(jù)收到的回復包RREP-Pr，添加多條節(jié)點不相交的源節(jié)點s到目標節(jié)點d的路徑信息，更新路由表，并行利用這些路徑實現(xiàn)通信；步驟3，用于傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點稱為主活動節(jié)點，主活動節(jié)點探尋備份下一條節(jié)點， 對于已知的主活動節(jié)點，滿足下列條件的鄰居節(jié)點成為該節(jié)點的備份下一跳節(jié)點a.存在通過該鄰居節(jié)點到達目標節(jié)點的路徑；b.加入a中路徑后所構成的新路由不存在環(huán)路；節(jié)點Xi在成為主活動節(jié)點后，等待W(Xi) = T/I Prs (Xi) |時刻，然后，生成備份路徑探尋包RREQ-Se，并廣播至其鄰居節(jié)點，其中Prs (Xi)表示Xi節(jié)點路由表中Xi的上游節(jié)點集合；T為常數(shù)，表示固定時長；步驟4，收到備份路徑探尋包RREQIe的節(jié)點M，根據(jù)備份路徑探尋包RREQIe中包含節(jié)點&的節(jié)點及其序列號信息，判讀是否收為首次收到，對于首次收到的備份路徑探尋包RREQ-Se，若M屬于(Xi)，則節(jié)點M丟棄該備份路徑探尋包RREQ^e ；否則，根據(jù)其節(jié)點特征按下列方式處理該備份路徑探尋包RREQ-k (I)M為主活動節(jié)點，M生成備份路由回復包RREP-Se，并轉(zhuǎn)發(fā)到節(jié)點Xi，(2)M為一般活動節(jié)點，按已知路由轉(zhuǎn)發(fā)該備份路徑探尋包RREQ-k到主活動節(jié)點，(3) M為其他節(jié)點，M廣播該備份路徑探尋包RREQ^e至其鄰居節(jié)點；Xi收到備份路由回復包RREP-k后，更新路由表，添加備份路徑，并設置向Xi轉(zhuǎn)發(fā)備份路由回復包RREP^e的節(jié)點為Xi的備份下一跳節(jié)點；若未發(fā)現(xiàn)可行的備份下一跳節(jié)點，則在W (Xi) = VlPrs(Xi) I時刻后，再次探詢其備份路徑；其中，所述步驟1中的路由表定義如下若節(jié)點N存在到目標節(jié)點d的路徑信息，且χ為其下一跳，節(jié)點N的路由表中對應的信息表述如下Seq No d- > next hop χ, Seq No為d的序列號，若備份路徑的下一跳為y，路由信息表示為:Seq No d_ > next hop χ :backup y ；所述步驟3中的上游節(jié)點集合定義如下設源節(jié)點s到目標節(jié)點d的路徑為Xtl- > x「>..._> Xn，其中， =S，ι = d， 如果i < j+2，且j Φ η，稱Xi為\關于目標節(jié)點d的上游節(jié)點，所有上游節(jié)點構成的集合為該節(jié)點關于該條路徑的上游節(jié)點集合；節(jié)點N到達節(jié)點d的上游節(jié)點集合為Prs (N)，為所有經(jīng)過節(jié)點N到達d的路徑中從源節(jié)點到達節(jié)點N的節(jié)點的并，即，若新建立的經(jīng)過節(jié)點 N到達目的節(jié)點d的路徑為P，P中源節(jié)點到達N所經(jīng)過的節(jié)點集合為Ps，那么，更新后的 Prs (N)為原 Prs (N)與 I3S 的并；所述步驟3中涉及的主活動節(jié)點定義、活動節(jié)點和次活動節(jié)點分類如下存在到達目標節(jié)點d路由信息的節(jié)點為一般活動節(jié)點；用于傳輸數(shù)據(jù)的一般活動節(jié)點為主活動節(jié)點；充當主活動節(jié)點備份路徑的活動節(jié)點為次活動節(jié)點；未在路由中的網(wǎng)絡節(jié)點為一般節(jié)點；對應地，通過節(jié)點緩存的路由表來加以區(qū)別。當前節(jié)點探知到與其相關的鏈路失效時，生成錯誤信息分組EERR，并把該分組廣播向其鄰居節(jié)點，同時刪除自己路由表中的相關目的節(jié)點的條目；若存在數(shù)據(jù)分組需要經(jīng)由失效鏈路轉(zhuǎn)發(fā)，則啟用其對應的備份路徑，轉(zhuǎn)發(fā)至下一跳節(jié)點備份，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分組的不間斷傳輸；當前節(jié)點收到錯誤信息分組EERR，若其路由表中存在受影響的目標節(jié)點路由信息，則刪除該信息條目，并轉(zhuǎn)發(fā)至上游節(jié)點；若不存在受影響的目標節(jié)點信息，則丟棄該錯誤信息分組EERR，由此構成容斷路由的鏈路失效信息傳播與響應機制。采用TTL機制實現(xiàn)控制包的傳播，避免控制包的洪范，采用時鐘機制調(diào)節(jié)控制分組的產(chǎn)生時間，采用由遠及近的方針實現(xiàn)控制分組的錯峰產(chǎn)生并提高控制分組的效率，其方法如下(1) TTL控制分組的傳播范圍，采用動態(tài)調(diào)節(jié)的方式選取，其數(shù)值的選取符合單調(diào)增的凹函數(shù)；(2)時鐘控制用來實現(xiàn)節(jié)點行為產(chǎn)生，只有時鐘到時的節(jié)點方能產(chǎn)生控制分組，其時間長短與其前置集合中節(jié)點的個數(shù)成反比例關系；(3)路由表中的路由信息生存時間用固定長度時鐘控制，其長度與到源節(jié)點距離成反比例關系。與現(xiàn)有的路由算法相比，該算法在繼承分布式路由算法的優(yōu)點的基礎上，實現(xiàn)了用于傳輸數(shù)據(jù)節(jié)點的下一跳節(jié)點備份的構造，能保證在出現(xiàn)鏈路或節(jié)點失效的情況下，數(shù)據(jù)不間斷的傳輸；通過引入動態(tài)的TTL和時鐘控制機制，避免了控制包的全網(wǎng)洪范，具有實施簡便，算法復雜度地的特點。


圖1為基于節(jié)點特征的無線自組織網(wǎng)絡容斷路由生成方法的基本流程圖。圖2為本發(fā)明節(jié)點路由表結構圖。圖3為節(jié)點類型轉(zhuǎn)化關系的有限狀態(tài)機模型。圖4為本發(fā)明EERQ-Pr分組的響應機制。圖5為本發(fā)明EERQ-Se分組的響應機制。圖6為本發(fā)明基于時鐘控制的下一跳節(jié)點備份搜索實例，其中實線箭頭為主路由，虛線箭頭為備份路由；圖6(a)是T/4時刻后節(jié)點G確定的到達該節(jié)點的路由拓撲圖； 圖6(b)是T/3時刻節(jié)點C確定下一跳節(jié)點備份后的路由拓撲圖；圖6(c)是T/2時刻節(jié)點 B確定下一跳節(jié)點備份后的路由拓撲圖；圖6(d)是T時刻節(jié)點A確定下一跳節(jié)點備份后的路由拓撲圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。本發(fā)明中涉及的術語與理論基礎a.節(jié)點ID為節(jié)點的唯一標識；節(jié)點序列號表明節(jié)點新舊狀態(tài)，其值單調(diào)增加；兩節(jié)點間有向非環(huán)路徑為該兩點間的路由。b.設源節(jié)點s到目標節(jié)點d的路徑為> X1- > . . . - > ι，其中， =S，ι = d。如果i < j+2，且j Φ η，稱Xi為\關于目標節(jié)點d的前置節(jié)點，所有前置節(jié)點構成的集合為該點關于該條路徑的前置節(jié)點集合；對于所有到達目標節(jié)點d的路徑，節(jié)點\的關于目標節(jié)點的前置節(jié)點集合為所有關于路徑前置集合的并。c.對于源節(jié)點s到目標節(jié)點d的路徑X => X1- > . . . - > I，如果下述條件滿足，路徑κ- > yi_ >...-> ym為節(jié)點y(l的關于路徑X的備份接入路徑(1) y0 e X， Yffl eX； (2)對于i興0、m，Yi不屬于X ； (3)ym不是yQ的前置集合元素，存在備份接入路徑的節(jié)點yQ為被保護節(jié)點。d.對于源節(jié)點s到目標節(jié)點d的路徑X = Xtl- > X1- >...-> I，如果除ι夕卜， 路徑X上所有其他節(jié)點均有至少一條備份入路徑，稱路徑X為受保護路徑。e.無線自組織網(wǎng)絡MAC層協(xié)議具有探測鏈路失效的功能，數(shù)據(jù)分組沿保護路徑傳播，當該路徑某鏈路出現(xiàn)失效，其上游鄰接節(jié)點選用備份路徑不間斷傳播數(shù)據(jù)分組。本發(fā)明的無線自組織網(wǎng)絡容斷路由生成方法如圖1所示，包括以下步驟首先，源節(jié)點s向目標節(jié)點d發(fā)出通信請求時，源節(jié)點s檢查其緩存路由表，如果緩存有到目標節(jié)點d的路由信息，則直接開始通信；否則源節(jié)點s激活路由探尋機制，具體如步驟101 由源節(jié)點s生成主路由探尋包RREQ-Pr，并廣播至其鄰居節(jié)點；然后搜索源節(jié)點s到目標節(jié)點d不相交的多條路徑信息，具體如步驟102 收到主路由探尋包RREQ-Pr的節(jié)點N，首先根據(jù)主路由探尋包RREQ-Pr中包含的源節(jié)點和第一跳節(jié)點以及各自對應的序列號信息判斷是否已收到過該主路由探尋包 RREQ-Pr ；對于第一次收到的探詢包，節(jié)點把自己的信息寫入已經(jīng)過路徑(passed path, PP)，否則，丟棄該主路由探尋包；若N不是目標節(jié)點d，則節(jié)點N廣播該主路由探尋包 RREQ-Pr至其鄰居節(jié)點；若N是目標節(jié)點d，則節(jié)點N根據(jù)收到的主路由探尋包RREQ-Pr生成回復包RREP-Pr，并按所述已經(jīng)過路徑PP反向轉(zhuǎn)發(fā)到源節(jié)點s ；源節(jié)點s根據(jù)收到的回復包RREP-Pr，添加多條節(jié)點不相交的源節(jié)點s到目標節(jié)點d的路徑信息，更新路由表，并行利用這些路徑實現(xiàn)通信；接著，主活動節(jié)點(Primary)探尋備份下一跳節(jié)點，通過步驟103 “主路徑節(jié)點備份路由探尋報文與回復報文環(huán)節(jié)”來實現(xiàn)用于傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點稱為主活動節(jié)點，主活動節(jié)點探尋備份下一條節(jié)點，對于已知的主活動節(jié)點，滿足下列條件的鄰居節(jié)點成為該節(jié)點的備份下一跳節(jié)點a.存在通過該鄰居節(jié)點到達目標節(jié)點的路徑；b.加入a中路徑后所構成的新路由不存在環(huán)路；節(jié)點Xi在成為主活動節(jié)點后，等待W(Xi) = T/I Prs (Xi) |時刻，然后，生成備份路徑探尋包RREQ-Se，并廣播至其鄰居節(jié)點，其中Prs (Xi)表示Xi節(jié)點路由表中Xi的上游節(jié)點集合；T為常數(shù)，表示固定時長； 最終，收到備份路徑探尋包RREQ-k的節(jié)點M，根據(jù)備份路徑探尋包RREQ^e中包含節(jié)點Xi的節(jié)點及其序列號信息，判讀是否收為首次收到，對于首次收到的備份路徑探尋包RREQ-Se，若M屬于(Xi)，則節(jié)點M丟棄該備份路徑探尋包RREQ^e ；否則，根據(jù)其節(jié)點特征按下列方式處理該備份路徑探尋包RREQ-k (I)M為主活動節(jié)點，M生成備份路由回復包RREP-Se，并轉(zhuǎn)發(fā)到節(jié)點Xi，為一般活動節(jié)點，按已知路由轉(zhuǎn)發(fā)該備份路徑探尋包 RREQ-Se到主活動節(jié)點，C3)M為其他節(jié)點，M廣播該備份路徑探尋包RREQ^e至其鄰居節(jié)點；Xi收到備份路由回復包RREP-k后，更新路由表，添加備份路徑，并設置向Xi轉(zhuǎn)發(fā)備份路由回復包RREP^e的節(jié)點為Xi的備份下一跳節(jié)點；若未發(fā)現(xiàn)可行的備份下一跳節(jié)點，則在W(Xi) =VlPrs(Xi) I時刻后，再次探詢其備份路徑，至此，生成源節(jié)點s到目標節(jié)點d的容斷保護路由，相應地完成節(jié)點類型維護，建立節(jié)點路由表(步驟104)。其中，路由表定義如下若節(jié)點N存在到目標節(jié)點d的路徑信息，且χ為其下一跳，節(jié)點N的路由表中對應的信息表述如下Seq No d- > next hop χ, Seq No為d的序列號，若備份路徑的下一跳為 y，路由信息表示為:Seq No d_ > next hop χ :backup y ；上游節(jié)點集合定義如下設源節(jié)點s到目標節(jié)點d的路徑為Xtl- > X1- >..._> Xn，其中， =S，ι = d， 如果i < j+2，且j Φ η，稱Xi為\關于目標節(jié)點d的上游節(jié)點，所有上游節(jié)點構成的集合為該節(jié)點關于該條路徑的上游節(jié)點集合；節(jié)點N到達節(jié)點d的上游節(jié)點集合為Prs (N)，為所有經(jīng)過節(jié)點N到達d的路徑中從源節(jié)點到達節(jié)點N的節(jié)點的并，即，若新建立的經(jīng)過節(jié)點 N到達目的節(jié)點d的路徑為P，P中源節(jié)點到達N所經(jīng)過的節(jié)點集合為Ps，那么，更新后的 Prs (N)為原 Prs (N)與 I3S 的并；涉及的主活動節(jié)點定義、活動節(jié)點和次活動節(jié)點分類如下存在到達目標節(jié)點d路由信息的節(jié)點為一般活動節(jié)點；用于傳輸數(shù)據(jù)的一般活動節(jié)點為主活動節(jié)點；充當主活動節(jié)點備份路徑的活動節(jié)點為次活動節(jié)點；未在路由中的網(wǎng)絡節(jié)點為一般節(jié)點；對應地，通過節(jié)點緩存的路由表來加以區(qū)別?；谒傻娜輸啾Ｗo路由節(jié)點路由表存儲與維護方案如下每一節(jié)點存儲包含數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)信息的路由表，根據(jù)目標節(jié)點，每一條信息包含下一跳節(jié)點、下一條節(jié)點備份、前置節(jié)點集合和生存時間信息；節(jié)點維護到達鄰居節(jié)點的路由信息；對于目標節(jié)點山若節(jié)點不存在到達該節(jié)點的路徑信息，該節(jié)點對于目標節(jié)點d為普通節(jié)點；若在固定時間段D內(nèi)，節(jié)點未收到到達目標節(jié)點路徑的數(shù)據(jù)和控制分組信息，節(jié)點則從存儲的路由表中刪除該目的節(jié)點的路徑信息；若節(jié)點收到達到目的節(jié)點路徑失效信息，則從路由表中刪除該路徑的信息，其下一跳節(jié)點備份信息保留，且用于生存期內(nèi)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。鏈路失效信息的傳播與響應規(guī)則如下節(jié)點探知到與其相關的鏈路失效時，生成錯誤信息分組EERR，并把該分組廣播向其鄰居節(jié)點，同時刪除自己路由表中的相關目的節(jié)點的條目；若存在數(shù)據(jù)分組需要經(jīng)由失效鏈路轉(zhuǎn)發(fā)，則啟用其對應的備份路徑(轉(zhuǎn)發(fā)至下一跳節(jié)點備份)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分組的不間斷傳輸。節(jié)點收到錯誤信息分組，若其路由表中存在受影響的目標節(jié)點路由信息，則刪除該信息條目，并轉(zhuǎn)發(fā)至上游節(jié)點；若不存在受影響的目標節(jié)點信息，則丟棄該EERR?？刂品纸M洪范避免的方法如下控制分組用于探尋路由和維護路由，這里采用TTL機制實現(xiàn)控制分組的本地范圍傳播，避免分組洪范；為避免控制分組的產(chǎn)生頻率，提高控制分組的有效性，采用時鐘機制調(diào)節(jié)控制分組的產(chǎn)生時間，采用由遠及近的方針實現(xiàn)控制分組的錯峰產(chǎn)生并提高控制分組的效率。數(shù)據(jù)分組的暫存與轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則如下該方法支持對數(shù)據(jù)分組采用各種優(yōu)化策略，采用有限緩存的機制，最大程度的避免數(shù)據(jù)分組的源節(jié)點重發(fā)。針對中間節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)路由同時失效的情形，采用中間節(jié)點探尋路徑的機制，實現(xiàn)中間節(jié)點修復機制，一旦鏈路探尋成果則立即發(fā)送緩存的數(shù)據(jù)分組。所有節(jié)點僅接收一次相同分組副本。節(jié)點的路由表結構如圖2所示，針對所有可能的目的節(jié)點，節(jié)點生成相應的路由 ￥，包 舌白勺；！&址與·歹Il號ilf;§、(originator address and originator sequence number)反應該路由表的時效性、目的節(jié)點的地址與序列號(destination address and sequence number)、該目的節(jié)點路由的生命值Lifetime、上游節(jié)點集合(upstream nodes) 及其依賴的鄰居節(jié)點(即，上游節(jié)點依賴該鄰居節(jié)點到達本節(jié)點)、和存在的到達目的節(jié)點的路由信息(route list)，并通過設置Iflag來區(qū)分主路由和備份路由。路由表中包含的上游節(jié)點信息和路由信息均具有失效性，若超過規(guī)定的生命值則刪除對應的信息。其中，所述的主活動節(jié)點及其節(jié)點類型的劃分方法，(1)節(jié)點的類型根據(jù)路由表的信息和數(shù)據(jù)的傳輸確定，其轉(zhuǎn)化關系見圖3。詳細地，針對給定的目的節(jié)點，若所有的路由信息均為備份路由信息，則給節(jié)點為次活動節(jié)點； 若包含主路由信息的節(jié)點為一般活動節(jié)點；用于傳輸數(shù)據(jù)的一般活動節(jié)點為主活動節(jié)點； 其他節(jié)點為一般節(jié)點。對應地，一般節(jié)點在主路由探詢過程中獲得到達目的節(jié)點的路由信息，則該節(jié)點成為一般活動節(jié)點；一般節(jié)點在備份路由探詢過程中獲得到達目的節(jié)點的路由信息，可以根據(jù)探詢到的接入點類型，成為一般活動節(jié)點(接入點為目標節(jié)點)或次活動節(jié)點(接入點為主活動節(jié)點)；節(jié)點一旦用于傳輸數(shù)據(jù)，則成為主活動節(jié)點。為避免產(chǎn)生環(huán)路，我們規(guī)定活動節(jié)點結束數(shù)據(jù)傳輸后，保持狀態(tài)一個生命值周期，之后刪除對應路由信息，即成為一般節(jié)點。本發(fā)明中相同源/目標節(jié)點不相交路徑發(fā)現(xiàn)的步驟如下采用以下策略實現(xiàn)路由探尋包的轉(zhuǎn)發(fā)，如附圖4所示，從而實現(xiàn)獲得具有相同源/ 目的節(jié)點的節(jié)點不相交路徑，其中，路由探尋分組EERQ-ft·包含源節(jié)點標識SID/序列號SS， 目的節(jié)點標識DID/序列號DS，經(jīng)過路徑節(jié)點集合PS。Stepl.若節(jié)點收到EERQ-ft·分組，比較分組中源節(jié)點SS值Vss與該節(jié)點存儲的源節(jié)點序列號的值Vst，若Vss <= Vst,該EERQ-Pr分組被丟棄；若Vss > Vst,并且該節(jié)點為目標節(jié)點，進入乂印3，否則，進入乂印2.；Step2.節(jié)點把自己的ID寫入PS，記錄源節(jié)點為目的的反向路由，并把源節(jié)點SID 更新到自身存儲，若已存在到達目的節(jié)點的路由，則按路由信息傳播到目的節(jié)點，否則，把該EERQ-Pr廣播至其鄰居節(jié)點；乂印3.節(jié)點比較收到的EERQ-Pr中經(jīng)過路徑中的第一跳節(jié)點，若已收到包含該第一跳節(jié)點信息的分組，該EERQ-Pr被丟棄，否則，生成包含經(jīng)過路徑信息的回復分組 EERP-Pr，并按反向路由傳輸?shù)皆垂?jié)點；Step4.源節(jié)點收到EERP-ft·后，更新目的節(jié)點序列號，并記錄EERP-Pr中的路由信息，收到多條具有相同目的節(jié)點序列號值的EERP-Pr分組，便得到了多條節(jié)點不相交的路徑。本發(fā)明基于目標節(jié)點的上游節(jié)點集合生成對于目標節(jié)點d，節(jié)點i有到達目標節(jié)點d的路由信息，設節(jié)點i關于目標節(jié)點d 的上游節(jié)點集合為I^rS，其更新策略如下Casel. PrS中元素的增加=Xi收到EERP-ft·后，提取分組中到達目的節(jié)點的路徑信息 x0- > X1- > · · · - > Xi. · · - > xn,并更新 PrS = PrS U {x0, X1, . . . , Xi, x1+1}；Case2. PrS中元素的依賴關系來自路徑x0_ > X1- >…-> Xi. · · - > Xn的前置節(jié)點 IXq ‘ -^l ？ · · · ？ Xi' }的前置依賴節(jié)點為Xi-!；Case3. PrS中元素的減少若目的節(jié)點不可達，則其對應的PrS被清空；若元素的生命(expiry time)結束，該節(jié)點被清除；Case4. PrS中元素生命的更新若該節(jié)點的上游依賴節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包到該節(jié)點， 其相應的節(jié)點的生命(expiry time)值恢復到初始狀態(tài)，若一個節(jié)點打上游依賴節(jié)點不止一個，那么其生命值的初始狀態(tài)為對應生命的最大值。本發(fā)明基于目標節(jié)點距離的時鐘控制機制對于主傳輸路徑> X1- > . . . - > Xi. . . - > xn, Xi的前置節(jié)點集合為Prs (Xi)， 其勢為IPrs(Xi) I，這里我們采用等待-發(fā)生的機制優(yōu)化節(jié)點探尋下一跳備份，其基本步驟如下Stepl.若節(jié)點Xi被用來傳輸數(shù)據(jù)分組，即此時節(jié)點類型為主活動節(jié)點，節(jié)點啟動下一跳備份探尋計時，當計時結束，節(jié)點開始探尋過程，進入Mep2.；Step2.若節(jié)點Xi包含兩條或兩條以上的到達目的節(jié)點的路徑，從剩余的路徑中選取一條為備份路徑，對應的下一跳為主路徑中下一跳備份；否則，進入乂印3.；Step3.節(jié)點Xi生成備份路徑探尋包EERQ-Se，按圖5開始備份路徑探尋；Step4.若節(jié)點Xi為活動節(jié)點，其路徑的維護頻率與前置節(jié)點結合勢成正比，若前置集合為空集，其等待時間為固定值T這里我們采用反比例函數(shù)確定等待時間Xi等待時間W(Xi) = T/I Prs (Xi) |。本發(fā)明實現(xiàn)過程通過以下步驟設置相關參數(shù)可以實現(xiàn)該路由機制(1)選取TTL設置機制，TTL控制著控制分組的傳播范圍，可以選取固定值也可以選取自適應機制，這里我們選用自適應機制設初始值為ΤΤ0，若2TT0后，未收到對應的回復分組，節(jié)點按函數(shù)f設置下一個探尋分組的TTL，f為單調(diào)增的凹函數(shù)；(2)取定時時長初始值T0，其值得大小應于路徑長度相關，應滿足于路徑長度稱反比，這里選取線性比例；(3)備份路徑數(shù)上限的選取，路徑越多對應的存儲和維護開銷越大，但能保持較高的傳輸性能。為實現(xiàn)兩者均衡，我們使用固定上限3 ；(4)備份路徑的選擇策略選取，對于存在備份的情況，采用路徑長度優(yōu)先策略；(5)路由維護機制的選取，采用AODV協(xié)議中，Hello控制分組機制，在路由生命周期內(nèi)，無數(shù)據(jù)分組傳送的情況下，按固定頻率發(fā)送和響應；(6)圖6a_圖6d給出了一種基于時序控制的備份路由探詢過程。對于通過主路由探詢獲得的主路由A-B-C-G，節(jié)點A、B和C的探詢等待時間為(1/2) T、(1/3) T和(1/4) T。 那么，C節(jié)點探詢后將確定D和F為活動節(jié)點；該信息將為B節(jié)點所用，可以控制B的探詢過程在較小范圍內(nèi)結束。同理，可以依次保證主路徑的上游節(jié)點可以利用其下游節(jié)點的探詢過程的結果，實現(xiàn)備份路由以較高的效率確定。
權利要求
1.基于節(jié)點特征的無線自組織網(wǎng)絡容斷路由生成方法，其特征在于包括以下步驟步驟1，源節(jié)點S向目標節(jié)點d發(fā)出通信請求時，源節(jié)點s檢查其緩存路由表，若存在到目標節(jié)點d的路由信息則直接開始通信；否則，源節(jié)點s生成主路由探尋包RREQ-Pr，并廣播至其鄰居節(jié)點；步驟2，收到主路由探尋包RREQ-Pr的節(jié)點N，首先根據(jù)主路由探尋包RREQ-Pr中包含的源節(jié)點和第一跳節(jié)點以及各自對應的序列號信息判斷是否已收到過該主路由探尋包 RREQ-Pr ；對于第一次收到的主路由探尋包，節(jié)點把自己的信息寫入已經(jīng)過路徑(passed path, PP)，否則，丟棄該主路由探尋包；若N不是目標節(jié)點d，則節(jié)點N廣播該主路由探尋包 RREQ-Pr至其鄰居節(jié)點；若N是目標節(jié)點d，則節(jié)點N根據(jù)收到的主路由探尋包RREQ-Pr生成回復包RREP-Pr，并按所述已經(jīng)過路徑PP反向轉(zhuǎn)發(fā)到源節(jié)點s ；源節(jié)點s根據(jù)收到的回復包RREP-Pr，添加多條節(jié)點不相交的源節(jié)點s到目標節(jié)點d的路徑信息，更新路由表，并行利用這些路徑實現(xiàn)通信；步驟3，用于傳輸數(shù)據(jù)的節(jié)點稱為主活動節(jié)點，主活動節(jié)點探尋備份下一條節(jié)點，對于已知的主活動節(jié)點，滿足下列條件的鄰居節(jié)點成為該節(jié)點的備份下一跳節(jié)點a.存在通過該鄰居節(jié)點到達目標節(jié)點的路徑；b.加入a中路徑后所構成的新路由不存在環(huán)路；節(jié)點Xi在成為主活動節(jié)點后，等待W(Xi) =T/I Prs (Xi) I時刻，然后，生成備份路徑探尋包RREQ-Se，并廣播至其鄰居節(jié)點，其中Prs(Xi)表示Xi節(jié)點路由表中Xi的上游節(jié)點集合； T為常數(shù)，表示固定時長；步驟4，收到備份路徑探尋包RREQ-k的節(jié)點M，根據(jù)備份路徑探尋包RREQ-k中包含節(jié)點Xi的節(jié)點及其序列號信息，判讀是否收為首次收到，對于首次收到的備份路徑探尋包 RREQ-Se,若M屬于(Xi)，則節(jié)點M丟棄該備份路徑探尋包RREQ^e ；否則，根據(jù)其節(jié)點特征按下列方式處理該備份路徑探尋包RREQ-k (I)M為主活動節(jié)點，M生成備份路由回復包RREP-Se，并轉(zhuǎn)發(fā)到節(jié)點Xi，為一般活動節(jié)點，按已知路由轉(zhuǎn)發(fā)該備份路徑探尋包 RREQ-Se到主活動節(jié)點，C3)M為其他節(jié)點，M廣播該備份路徑探尋包RREQ^e至其鄰居節(jié)點；Xi收到備份路由回復包RREP-k后，更新路由表，添加備份路徑，并設置向Xi轉(zhuǎn)發(fā)備份路由回復包RREP^e的節(jié)點為Xi的備份下一跳節(jié)點；若未發(fā)現(xiàn)可行的備份下一跳節(jié)點，則在W (Xi) = VlPrs(Xi) I時刻后，再次探詢其備份路徑；其中，所述步驟1中的路由表定義如下若節(jié)點N存在到目標節(jié)點d的路徑信息，且χ為其下一跳，節(jié)點N的路由表中對應的信息表述如下Seq No d- > next hop χ, Seq No為d的序列號，若備份路徑的下一跳為y，路由信息表不為:Seq No d_ > next hop χ :backup y ；所述步驟3中的上游節(jié)點集合定義如下設源節(jié)點s到目標節(jié)點d的路徑為> X1- > . . . - > Xn，其中， =s，ι = d，如果 i < j+2，且j興n，稱Xi為\關于目標節(jié)點d的上游節(jié)點，所有上游節(jié)點構成的集合為該節(jié)點關于該條路徑的上游節(jié)點集合；節(jié)點N到達節(jié)點d的上游節(jié)點集合為Prs (N)，為所有經(jīng)過節(jié)點N到達d的路徑中從源節(jié)點到達節(jié)點N的節(jié)點的并，即，若新建立的經(jīng)過節(jié)點N到達目的節(jié)點d的路徑為P，P中源節(jié)點到達N所經(jīng)過的節(jié)點集合為Ps，那么，更新后的Prs (N) 為原I^rs (N)與I3S的并；所述步驟3中涉及的主活動節(jié)點定義、活動節(jié)點和次活動節(jié)點分類如下存在到達目標節(jié)點d路由信息的節(jié)點為一般活動節(jié)點；用于傳輸數(shù)據(jù)的一般活動節(jié)點為主活動節(jié)點；充當主活動節(jié)點備份路徑的活動節(jié)點為次活動節(jié)點；未在路由中的網(wǎng)絡節(jié)點為一般節(jié)點；對應地，通過節(jié)點緩存的路由表來加以區(qū)別。
2.根據(jù)權利要求1所述基于節(jié)點特征的無線自組織網(wǎng)絡容斷路由生成方法，其特征在于當前節(jié)點探知到與其相關的鏈路失效時，生成錯誤信息分組EERR，并把該分組廣播向其鄰居節(jié)點，同時刪除自己路由表中的相關目的節(jié)點的條目；若存在數(shù)據(jù)分組需要經(jīng)由失效鏈路轉(zhuǎn)發(fā)，則啟用其對應的備份路徑，轉(zhuǎn)發(fā)至下一跳節(jié)點備份，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分組的不間斷傳輸；當前節(jié)點收到錯誤信息分組EERR，若其路由表中存在受影響的目標節(jié)點路由信息，則刪除該信息條目，并轉(zhuǎn)發(fā)至上游節(jié)點；若不存在受影響的目標節(jié)點信息，則丟棄該錯誤信息分組EERR，由此構成容斷路由的鏈路失效信息傳播與響應機制。
3.根據(jù)權利要求1所述基于節(jié)點特征的無線自組織網(wǎng)絡容斷路由生成方法，其特征在于采用TTL機制實現(xiàn)控制包的傳播，避免控制包的洪范，采用時鐘機制調(diào)節(jié)控制分組的產(chǎn)生時間，采用由遠及近的方針實現(xiàn)控制分組的錯峰產(chǎn)生并提高控制分組的效率，其方法如下(1)TTL控制分組的傳播范圍，采用動態(tài)調(diào)節(jié)的方式選取，其數(shù)值的選取符合單調(diào)增的凹函數(shù)；(2)時鐘控制用來實現(xiàn)節(jié)點行為產(chǎn)生，只有時鐘到時的節(jié)點方能產(chǎn)生控制分組，其時間長短與其前置集合中節(jié)點的個數(shù)成反比例關系；(3)路由表中的路由信息生存時間用固定長度時鐘控制，其長度與到源節(jié)點距離成反比例關系。
全文摘要
基于節(jié)點特征的無線自組織網(wǎng)絡容斷路由生成方法，首先源節(jié)點向目標節(jié)點發(fā)出通信請求，若存在到目標節(jié)點的路由信息則直接開始通信；否則，源節(jié)點生成主路由探尋包，并廣播至其鄰居節(jié)點；收到主路由探尋包的節(jié)點響應探尋報文，目標節(jié)點回復報文，搜索源節(jié)點到目標節(jié)點不相交的多條路徑信息，接著主活動節(jié)點探尋備份下一跳節(jié)點，由此生成源節(jié)點到目標節(jié)點的容斷保護路由，與現(xiàn)有的路由生成相比，該生成方法在繼承分布式路由算法的優(yōu)點的基礎上，實現(xiàn)了用于傳輸數(shù)據(jù)節(jié)點的下一跳節(jié)點備份的構造，能保證在出現(xiàn)鏈路或節(jié)點失效的情況下，數(shù)據(jù)不間斷的傳輸；通過引入動態(tài)的TTL和時鐘控制機制，避免了控制包的全網(wǎng)洪范，具有實施簡便，算法復雜度低的特點。
文檔編號H04W40/04GK102572994SQ20121000683
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權日2012年1月11日
發(fā)明者孟坤, 林闖, 祝林 申請人:清華大學