CN100461735C - 无线传感器网络中基于aomdv协议的路径选择方法 - Google Patents
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Abstract
无线传感器网络中基于AOMDV协议的路径选择方法，它涉及到无线传感器网络中数据传输路径的寻找方法。本发明解决了现有AOMDV协议在寻路过程中存在的一条路径中的某一段失效就会导致整条路径失效的问题。本发明的方法主要是，每个发送节点在初始化的时候，在其自身的路由表中保存多个下一跳邻居节点的信息，在寻路的过程中，当优先级最高的下一跳邻居节点的寻路失败的时候，根据其自身的路由表，可以选择次优先级的下一跳邻居节点继续进行寻路，直到该发送节点的路由表中的所有下一跳邻居节点的寻路都失败的时候，该发送节点的寻路才失败。本发明还为实时数据的传输提供了有效的QoS保障机制。本发明可以应用到无线传感器网络的路由协议中。
Description
技术领域
本发明涉及到无线传感器网络中数据传输路径的寻找方法。
背景技术
无线传感器网络是新兴网络技术，最早的代表性论述出现在1999年，题为“传感器走向无线时代”。随后在美国的移动计算和网络国际会议上，提出了无线传感器网络是下一个世纪面临的发展机遇。2003年，美国的《技术评论》杂志论述未来新兴十大技术时，无线传感器网络被列为第一项未来的新兴技术。同年，美国的《商业周刊》在“未来技术”专版中论述四大新技术时，无线传感器网络也列入其中。
近年来，多媒体传感器网络技术的研究已引起了科研人员的密切关注，一些学者开展了多媒体传感器网络方面的探索性研究，在美国电气及电子工程师协会(IEEE)系列会议、美国计算机协会(ACM)、多媒体和传感器网络相关会议上都发表了一些重要的研究成果。从2003年起，ACM还专门组织国际视频监控与传感器网络研讨会(ACM International Workshop on Video Surveillance & SensorNetworks)交流相关研究成果。美国的加利福尼亚大学、卡耐基—梅隆大学、马萨诸塞大学、波特兰州立大学等著名学府也开始了多媒体传感器网络方面的研究工作，纷纷成立了视频传感器网络组并启动了相应的科研计划。
我国也开展了这一领域的研究工作，具体内容包括无线传感器结点的硬件设计、操作系统、网络路由技术、节能技术、覆盖控制技术等。目前正处于研究和开发阶段，这是一个很有意义的课题，是从理论到实践都需要大量研究的课题。北京邮电大学智能通信软件与多媒体北京市重点实验室、中国科学院计算技术研究所等已开始了该领域的探索。但是这些研究成果尚处于起步阶段，距离实际需求还相差甚远。至今为止，还没有出现一种完善的能提供多媒体传输服务质量(说明书中简称QoS)保障的无线传感器网络系统。
AOMDV(无线传感器网络中基于距离矢量的按需多路径路由协议，英文全称是Mobile Ad Hoc Networks On-Demand Multi-path Distance Vector)协议是移动Ad Hoc网络中按需的多路径距离矢量协议，基于单路径路由协议AODV(无线传感器网络中基于距离矢量的按需单路径路由协议，英文全称是Mobile Ad hocNetworks On-demand Distance Vector)，通过扩展AODV协议建立起的无环(loop-free)和链路不相关(link-disjoint)路径。AOMDV协议与AODV协议最大的不同之处在于“一次路由发现中找到的路由数”，AODV协议一次路由发现中至多找到一条从源节点到目的节点的路径，而AOMDV协议则可以找到多条路径。AOMDV协议的主要思想是在路径发现过程中计算多条无环的无交叉连接路径。协议包括两个组件：(1)在每个节点建立和维护多条无环路径的路由更新规则；(2)查找无交叉连接路径的分布式协议。无环路径采用一个“广告跳数”(advertised hop count)的概念来保证，无交叉连接多路径采用泛洪的特殊属性来实现。AOMDV协议从源节点到目的节点传送路由请求(RREQ)的过程中，建立多条反向路径；多个路由响应(RREP)沿着目的节点到源节点的反向路径传送的过程中，建立多条前向路径。
通过网络仿真表明AOMDV协议能够有效地处理由于移动而导致的路由失败，它能够将包丢失率降低40％，并通过降低路由恢复频率将路由开销减少30％，显著改善了端到端的传输延迟。
但是，AOMDV协议也存在着如下的一些缺陷：
一、AOMDV协议中，当一条路径中的某一中间节点不符合要求，就将整条路径舍弃掉，这是很不合理的。在高移动性的ad hoc网络中，源节点到目的节点的路径中有一段或几段暂时失效的可能性非常大，特别是随着网络规模的扩大，这种可能性将会成倍增加。
二、AOMDV协议中，当所有已知路径均无法满足要求时，AOMDV协议会重新发包寻找新路径，也就退化到了按需寻路的情况，这与节点路由表中所保存的路径条数有直接关系。路径条数多，则退化的可能性较小，但会大大增加路由表大小；路径条数少，路由表就小些，但退化的可能性就大，可以说这是AOMDV协议的一个典型矛盾。
三、AOMDV协议没有提供QoS保障机制。AOMDV协议中没有对数据进行分类，对所有数据一视同仁，这样在传输实时数据时就不能有效保证数据的传输质量，从而影响到数据传输的稳定性。
发明内容
为了解决现有的AOMDV协议在寻路过程中存在的一条路径中的某一段失效就会导致整条路径失效的问题，本发明提供了一种无线传感器网络中基于AOMDV协议的路径选择方法。
本发明的无线传感器网络中基于AOMDV协议的路径选择方法，使在现有的AOMDV协议的基础之上，对路径选择的方法进行了改进，本发明选择一条路径的具体步骤为：
步骤1：发送节点初始化，在路由表中保存N个下一跳邻居节点的信息，i＝1；
步骤2：发送节点向第i个下一跳邻居节点发送路由请求；
步骤3：判断接收节点是否是目的节点，如果判断结果为是，则执行步骤31；如果判断结果为否，则执行步骤4；
步骤31：目的节点按照路由请求的发送路径返回路由应答信息；
步骤32：寻路成功，此次寻路结束；
步骤4：判断接收节点的资源是否满足要求，如果判断结果为是，执行步骤43，如果判断结果为否，则执行步骤5；
步骤43：该接收节点变成发送节点，返回执行步骤1；
步骤5：接收节点向发送节点返回路由请求拒绝信息，i＝i+1；
步骤6：判断i是否大于N，如果判断结果为是，执行步骤7，如果判断结果为否，则返回执行步骤2；
步骤7：判断发送节点是否是源节点，如果判断结果为是，执行步骤8；如果判断结果为否，执行步骤71；
步骤71：发送节点寻路失败，发送节点向上一跳节点发送路由请求拒绝信息，上一跳节点变成发送节点，返回执行步骤1；
步骤8：寻路失败，此次寻路结束。
本发明的无线传感器网络中基于AOMDV协议的路径选择方法与现有的AOMDV协议中的路径选择方法相比，主要优点有：
本发明的无线传感器网络中基于AOMDV协议的路径选择方法，每个节点的路由表中不是仅包含一条最优的路径的信息，而是包含N个下一跳邻居节点的信息(其中N>1)，这就使在建立路径过程中的每一个中间节点都有多个下一跳邻居节点可选择，当其中一个下一跳邻居节点不满足要求的时候，还可以有其它的下一跳邻居节点可以选择，大大增强了路径的稳定性，减少了寻径频率，提高了路径的生存周期，避免了原AOMDV协议中，当一条路径中的某一节点不符合要求，就将整条路径舍弃掉的问题。
附图说明
图1是本发明的具体实施方式一所述的无线传感器网络中基于AOMDV协议的路径选择方法的流程图，图2是具体实施方式一所述的使用无线传感器网络中基于AOMDV协议的路径选择方法的选择路径的示意图，图3是具体实施方式二所述的无线传感器网络中基于AOMDV协议的路径选择方法的流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1说明本实施方式。本实施方式的无线传感器网络中基于AOMDV协议的路径选择方法，具体步骤为：
步骤1：发送节点初始化，在路由表中保存N个下一跳邻居节点的信息，i＝1；
步骤2：发送节点向第i个下一跳邻居节点发送路由请求；
步骤3：判断接收节点是否是目的节点，如果判断结果为是，则执行步骤31；如果判断结果为否，则执行步骤4；
步骤31：目的节点按照路由请求的发送路径返回路由应答信息；
步骤32：寻路成功，此次寻路结束；
步骤4：判断接收节点的资源是否满足要求，如果判断结果为是，执行步骤43，如果判断结果为否，则执行步骤5；
步骤43：该接收节点变成发送节点，返回执行步骤1；
步骤5：接收节点向发送节点返回路由请求拒绝信息，i＝i+1；
步骤6：判断i是否大于N，如果判断结果为是，执行步骤7，如果判断结果为否，则返回执行步骤2；
步骤7：判断发送节点是否是源节点，如果判断结果为是，执行步骤8；如果判断结果为否，执行步骤71；
步骤71：发送节点寻路失败，发送节点向上一跳节点发送路由请求拒绝信息，上一跳节点变成发送节点，返回执行步骤1；
步骤8：寻路失败，此次寻路结束。
在步骤4中所述的判断接收节点的资源是否满足要求，是指判断接收节点的数据处理能力是否满足待传输数据的带宽要求。
参见图2，说明使用本实施方式的无线传感器网络中基于AOMDV协议的路径选择方法建立路径的过程。例如，要从源节点S到目的节点D建立路径。
首先将源节点S作为发送节点进行初始化，其路由表中含有三个下一跳邻居节点a1、a6、a11的信息；
源节点S根据其路由表的优先级，首先向节点a1发送路由请求信息RREQ；
接收节点a1不是目的节点D，并且接收节点a1的资源满足要求，则接收节点a1变成发送节点；
节点a1作为发送节点进行初始化，其路由表中含有三个下一跳邻居节点a2、a4、a7的信息；
发送节点a1根据其路由表中的优先级别，首先向节点a2发送路由请求信息RREQ；
接收节点a2不是目的节点D，并且接收节点a2的资源不满足要求，则接收节点a2向发送节点a1返回路由请求拒绝信息RRED；
发送节点a1接到路由请求拒绝信息RRED后，根据其自身的路由表向次优先级的节点a4发送路由请求信息RREQ；
接收节点a4不是目的节点D，并且接收节点a4的资源满足要求，然后接收节点a4变成发送节点；
节点a4作为发送节点进行初始化，其路由表中含有两个下一跳邻居节点a5、a3的信息；
发送节点a4根据其路由表的优先级别，首先向节点a5发送路由请求信息RREQ；
接收节点a5不是目的节点D，并且接收节点a5的资源满足要求，则接收节点a5变成发送节点；
节点a5作为发送节点进行初始化，其路由表中含有一个下一跳邻居节点D的信息；
发送节点a5向节点D发送路由请求信息RREQ；
接收节点D是目的节点，则目的节点D沿路由请求信息RREQ的路径向源节点S返回路由应答信息RREP，建立路径：节点S→节点a1→节点a4→节点a5→节点D。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一所述的无线传感器网络中基于AOMDV协议的路径选择方法的区别在于，当所述步骤4的判断结果为是的时候，执行步骤41；
步骤41：判断待传数据是否是实时数据，如果判断结果为是，则执行步骤42，如果判断结果为否，则执行步骤43；
步骤42：接收节点给实时数据预留资源；
然后执行步骤43，其它步骤与具体实施方式一相同。
本实施方式中，对待传输的数据的类型进行了判断，当待传输的数据是实时数据时，在传输路径的每个中间结点预留资源，所述预留资源仅供待传输的实时数据使用，以保证传输路径中保留有足够的带宽供实时数据传输，为无线传感器网络中实时数据的传输提供了有效的QoS保障，提高了实时数据在无线传感器网络中传输的稳定性和可靠性。
在所述步骤31中，目的节点返回路由应答信息RREP的时候，所述路由应答信息RREP中包含有计时周期，在路径中的各个中间节点接到路由应答信息RREP时，保存该计时周期，并开始计时，当计时超过所述计时周期的时候，中间节点释放预留的资源，以供网络中其它信息的传递需要，同时向上一跳邻居节点发送路由请求拒绝信息RRED。这样可以避免网络中的资源死锁的情况，在有效的保证实时数据传输质量的同时，充分利用各节点的资源。
Claims (3)
1.无线传感器网络中基于AOMDV协议的路径选择方法，其特征在于它的具体步骤为：
步骤1：发送节点初始化，在路由表中保存N个下一跳邻居节点的信息，i＝1；其中N>1；
步骤2：发送节点向第i个下一跳邻居节点发送路由请求；
步骤3：判断接收节点是否是目的节点，如果判断结果为是，则执行步骤31；如果判断结果为否，则执行步骤4；
步骤31：目的节点按照路由请求的发送路径返回路由应答信息；
步骤32：寻路成功，此次寻路结束；
步骤4：判断接收节点的资源是否满足要求，如果判断结果为是，执行步骤43，如果判断结果为否，则执行步骤5；
步骤43：该接收节点变成发送节点，返回执行步骤1；
步骤5：接收节点向发送节点返回路由请求拒绝信息，i＝i+1
步骤6：判断i是否大于N，如果判断结果为是，执行步骤7，如果判断结果为否，则返回执行步骤2；
步骤7：判断发送节点是否是源节点，如果判断结果为是，执行步骤8；如果判断结果为否，执行步骤71；
步骤71：发送节点寻路失败，发送节点向上一跳节点发送路由请求拒绝信息，上一跳节点变成发送节点，返回执行步骤1；
步骤8：寻路失败，此次寻路结束。
2.无线传感器网络中基于AOMDV协议的路径选择方法，其特征在于它的具体步骤为：
步骤1：发送节点初始化，在路由表中保存N个下一跳邻居节点的信息，i＝1；其中N>1；
步骤2：发送节点向第i个下一跳邻居节点发送路由请求；
步骤3：判断接收节点是否是目的节点，如果判断结果为是，则执行步骤31；如果判断结果为否，则执行步骤4；
步骤31：目的节点按照路由请求的发送路径返回路由应答信息；
步骤32：寻路成功，此次寻路结束；
步骤4：判断接收节点的资源是否满足要求，如果判断结果为是，执行步骤41，如果判断结果为否，则执行步骤5；
步骤41：判断待传数据是否是实时数据，如果判断结果为是，则执行步骤42，如果判断结果为否，则执行步骤43；
步骤42：接收节点给实时数据预留资源；然后执行步骤43；
步骤43：该接收节点变成发送节点，返回执行步骤1；
步骤5：接收节点向发送节点返回路由请求拒绝信息，i＝i+1；
步骤6：判断i是否大于N，如果判断结果为是，执行步骤7，如果判断结果为否，则返回执行步骤2；
步骤7：判断发送节点是否是源节点，如果判断结果为是，执行步骤8；如果判断结果为否，执行步骤71；
步骤71：发送节点寻路失败，发送节点向上一跳节点发送路由请求拒绝信息，上一跳节点变成发送节点，返回执行步骤1；
步骤8：寻路失败，此次寻路结束。
3.根据权利要求2所述的无线传感器网络中基于AOMDV协议的路径选择方法，其特征在于在步骤31中，所述的目的节点返回的路由应答信息中包含有计时周期，在路径中的各个中间节点接到所述路由应答信息时，保存该计时周期，并开始计时，当计时超过所述计时周期的时候，中间节点释放预留的资源，并向上一跳邻居节点发送路由请求拒绝信息。
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