CN101106522A

CN101106522A - 一种基于标签交换的Ad Hoc网络多路径路由技术

Info

Publication number: CN101106522A
Application number: CNA200610152150XA
Authority: CN
Inventors: 武穆清; 朱颖; 韦蓉; 魏宇欣; 丁炜; 徐春秀; 朱新宁; 张春红
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2008-01-16

Abstract

本发明设计了一种基于标签交换的Ad Hoc网络多路径路由技术，包括在发送路由请求消息时分发反向标签，在发送路由回复消息时分发正向标签，从而建立多条双向标签交换路径以及基于标签交换路径的本地节点修复。该协议把MPLS标签交换技术引入Ad Hoc网络中，能够提高网络的吞吐量、传输时延、服务质量，并能够在Ad Hoc网络中实现流量工程。

Description

一种基于标签交换的Ad Hoc网络多路径路由技术

技术领域

本发明属于一种无线网络中的路由技术，特别是一种基于MPLS的Ad Hoc多路径路由技术。

背景技术

Ad hoc网络是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的多跳临时性网络，每个移动终端兼备主机和路由器的功能。Ad hoc网络具有无中心控制节点、自组织性、网络拓扑动态变化等特性。由于Ad hoc网络中所有节点都具有移动性，并且可以动态地保持与其他节点的联系，具有能够临时组网的优点，因此Adhoc网络经常应用于军事领域、防震救灾、应急通信等领域。对于Ad hoc网络路由技术的研究是一个热点。

Ad Hoc按需距离矢量路由协议(Ad-Hoc On Demand Distance Vector Routing，AODV)是应用于Ad hoc网络中的一种按需路由协议。当某移动节点有数据发送请求且没有到宿节点的路由时，通过发送路由请求消息发起路由请求，得到其他中间节点的路由回复消息后建立双向路由，当收到多个回复时，通过比较跳数等条件选择一条最优路径。在AODV协议中，只保持需要的一条路由，这样做虽然有利于减少节点交互的路由信息和处理的复杂性，但是该路由在传输数据过程中失效后需要重新发起路由请求，这样会增加数据发送延迟；同时只保持一条有效路径会导致负载不均衡的现象；现有的AODV路由协议不保证服务质量。而这些问题都是Ad hoc网络路由协议所必须解决的问题。

多协议标签交换(Multiprotocol Label Switching，MPLS)技术是将分层网络的第二层交换和第三层路由结合起米的一种L2/L3集成数据传输技术，具有以下优点：MPLS是基于定长标签的严格匹配，利于实现快速转发；可以直接使用显示路由，利于实现流量工程；支持具有服务质量保证的路由。由于MPLS具有的以上优点正好可以弥补AODV路由的不足，因此考虑将MPLS与AODV路由协议结合，提出了一种基于标签交换的网络多路径路由技术(AODMBLS，Adhoc On-Demand Multipath Basedon Label Switching)。

发明内容：

本发明的目的是在Ad Hoc网络中实现多路径标签交换，以提高Ad Hoc网络的传输速率和服务质量。在源节点和宿节点之间建立多条双向的能够快速修复的标签交换路径(Label Switch Path，LSP)。

为实现上述目的，本发明包括以下内容：

一：在路由请求消息和路由回复消息中搭载分发标签。

在建立多路由的同时分发标签。扩展AODV路由请求消息(Route REQuest.RREQ)和路由回复消息(Route REPly，RREP)的封装格式，添加标签域(label)(附图1、附图2)。标签域label标识了节点为其下一跳节点(其标签交换路径的上游节点)分配的出标签。在发送路由请求消息RREQ的过程中，分发反向标签，建立反向标签交换路径；在回复路由回复消息RREP的过程中，分发正向标签，建立正向标签交换路径。源节点对应用层产生的数据流以一定的规则分类，分配转发等价类FEC，如果源节点以转发等价类FEC不能得到出标签时，从本地标签空间中取出可用标签添加到路由请求消息RREQ的标签域中，然后广播路由请求消息RREQ。中间节点收到路由请求消息RREQ后，从本地标签空间中取出可用标签替换路由请求消息RREQ的标签域并继续广播。宿节点回复路由回复消息RREP时，从本地标签空间中取出可用标签添加到路由回复消息RREP的标签域中，单播路由回复消息RREP。中间节点收到路由回复消息RREP后，从本地标签空间中取出可用标签替换路由回复消息RREP的标签域继续单播。直至到达源节点。

二：标签的回收和标签交换路径LSP的维护。

在广播路由请求消息RREQ时分配的多余的反向标签过期后回收。

当两节点间的链路断开或某中间节点失效引起链路失效时，仅在链路失效处两端的节点进行本地修复，而不是由源节点发起到宿节点的路径修复。这种方法可以在较短的时间内实现链路修复。

如果本地修复失败，本地修复节点发送路由错误消息(Route ERRor，RERR)，其它节点收到路由错误消息RERR后丢弃或处理转发。

附图说明

附图1扩展的路由请求消息RREQ的封装格式

附图2扩展的路由回复消息RREP的封装格式

附图3源节点的处理流程图

附图4中间节点的处理流程图

附图5宿节点的处理流程图

具体实施方式：

网络中的每个节点维护两张表，源发表(Fec To NHLFE，FTN)和转发表(Incoming Label Matching，ILM)。源发表FTN提供转发等价类(Forwarding Equivalence Class，FEC)到标签的映射，源节点根据源发表FTN由FEC索引得到出标签。转发表ILM提供入标签到出标签的映射，中间节点根据转发表ILM由入标签查到出标签。

一：多条标签交换路径LSP的建立。

第一步：反向标签交换路径的建立。

当源节点需要发送数据时，首先根据FEC查源发表FTN，如果没有对应的出标签，则发起标签路径建立请求。在本节点的空闲标签库中选择标签添加到路由请求消息RREQ的标签域和转发表ILM相应条目的入标签中，该条目的出标签为0。广播此路由请求包RREQ。

中间节点收到路由请求消息RREQ时，如果它曾收到过相同的路由请求消息RREQ，则丢弃该消息；如果没有收到过，则添加反向路由条目。取出路由请求消息RREQ标签域的值添加到转发表ILM相应条目的出标签中。同时在本节点的空闲标签库中选择标签添加到转发表ILM的相应条目的入标签中，并以此标签更新路由请求消息RREQ的标签域，广播此路由请求消息RREQ。

宿节点收到多个路由请求消息RREQ时，首先判断是否处理此路由请求消息RREQ，建立该反向路径，如果不需要建立则丢弃该路由请求消息RREQ；反之，则添加相应的反向路由条目，并取出路由请求消息RREQ标签域的值添加到源发表FTN相应条目的出标签中。

至此，反向标签分发完毕，多条反向LSP建立起来。

第二步，正向标签交换路径的建立。

宿节点根据收到的多条路由请求消息RREQ的信息选择多条反向路径多次单播路由回复消息RREP，从而建立多条正向LSP。在本节点的空闲标签库中选择标签添加到路由回复消息RREP的标签域中和ILM表相应条目的入标签中，该条目的出标签为0。单播路由回复消息RREP。

中间节点收到路由回复消息RREP后，添加正向路由条目。取出标签域中的标签，添加到转发表ILM的相应条目的出标签中，并更新转发表ILM中对应的反向条目的到期时间。在本节点的空闲标签库中选择标签添加到转发表ILM相应条目的入标签中，并以此标签修改路由回复消息RREP的标签域，单播此路由回复消息RREP。

源节点收到第一条路由回复消息RREP后，添加正向路由条目。取出标签域中的标签添加到源发表FTN的相应条目的出标签中，并更新转发表ILM中对应的反向条目的到期时间。

源节点收到后到的来自同一宿节点且有相同目的序列号的路由回复消息RREP，则依次添加正向路由条目和源发表FTN中到同一宿节点的相应条目，并更新表中对应的反向条目的过期时间。

至此，正向标签分发完毕，多条正向LSP建立起来。

关于一对源节点和宿节点间的多条双向LSP也建立起来了。

二：数据包发送过程

源节点对应用层产生的数据流以一定的规则分类，分配转发等价类FEC值，查源发表FTN得到出标签，将此标签添加到MPLS垫片中封装数据包并转发。中间节点收到带有MPLS垫片的数据包时，提取MPLS垫片中的标签值，以此索引转发表ILM，得到出标签，将出标签代替数据包MPLS垫片中的标签，转发该数据包。宿节点收到带有标签的数据包时，以入标签查找转发表ILM得到出标签为空，说明到达LSP出口节点，则去除封装，对IP数据包进行处理。

三：多路径的标签交换路径LSP的维护

1.路由表、源发表FTN和转发表ILM的条目到期时间到达时，触发中断，中断服务程序删除相应的条目，并释放内存和回收标签。在广播路由请求消息RREQ时分配的多余的反向标签也会由于没有数据包经过节点而过期被回收。当节点有数据发送或到达时，需要更新相应源发表FTN或转发表ILM的条目到期时间。而相应的路由条目不更新过期时间，过期时间到后自动删除。

2.当两节点间的链路断开或某中间节点失效时，用本地修复的方法可以在较短的时间内实现链路修复。链路断开处两端的节点称为路径待修复节点。路径待修复节点首先判断经过断开链路的所有标签交换路径，在本地修复表中记录每条标签交换路径的源、宿IP地址对。然后对失效的标签交换路径逐条进行本地修复。过程如下：

第一步：本地路径待修复节点比较某条路径的源节点IP地址和宿节点IP地址，如果源节点IP地址大于宿节点IP地址，则由此节点发起本地修复请求；反之节点不做处理，等待本地修复请求包的到来。

第二步：本地修复请求发起节点广播携带路径修复请求的路由请求消息RREQ，其中，源IP、宿IP域均为断开链路的源、宿IP，在保留位中设置本地修复请求位。

第三步：中间节点收到路由请求消息RREQ时，更新转发表ILM和路由表的相应条目。

第四步：另一端的待修复节点收到本地修复请求包时，更新转发表ILM和路由表的相应条目，删除相应的本地修复表项，并回复路由回复消息RREP。

第五步：中间节点收到路由回复消息RREP时，更新转发表ILM和路由表的相应条目。

第六步：本地修复发起节点收到路由回复消息RREP时，更新转发表ILM和路由表的相应条目，删除相应的本地修复表项。

至此，一条标签交换路径LSP的本地修复工作完毕。其它标签交换路径LSP的修复同样，直到所有标签交换路径修复完毕。

3.如果本地修复失败，则两个路径待修复节点以下一跳地址遍历转发表ILM来决定受影响的标签交换路径LSP(以入标签为特征)。前驱列表从路由表项中分离出来，表项可由入标签索引。前驱列表的建立是对应标签交换路径LSP的，不仅仅对应宿地址。对一个宿地址的不同标签交换路径有不同的前驱列表。两个路径待修复节点再以入标签来索引该标签交换路径的前驱列表，得到受影响的标签交换路径的所有上一跳地址。如果上一跳地址个数为一，则单播路由错误消息(Route ERRor，RERR)；如果大于一，则广播路由错误消息RERR。其它节点收到路由错误消息RERR时，以路由错误消息RERR中标签交换路径链表的出标签和转发路由错误消息RERR的上一跳地址联合查转发表ILM(因为可能对不同的标签交换路径有相同的出标签)，确定新的受影响的标签交换路径，添加到路由错误消息RERR中并继续转发。同时删除源发表FTN或转发表ILM中受影响的标签交换路径对应的条目，释放内存，回收标签。

Claims

1.一种基于标签交换的Ad Hoc网络多路径路由技术，其特征在于：基于标签转发的多条双向标签交换路径和基于标签交换路径的本地节点修复。

2.根据权力要求1中的路由协议，其特征在于：在建立路由的同时分发标签。在发送路由请求消息RREQ过程中，采用广播方式分发反向标签；在回复路由回复消息RREP过程中，定向分发正向标签，从而建立双向标签交换路径。

3.根据权力要求1中的路由协议，其特征在于：基于标签交换路径的本地节点修复。当两节点间的链路断开或某中间节点失效时，链路断开处两端的节点(本地路径待修复节点)首先判断经过断开链路的所有标签交换路径，然后本地路径待修复节点判断是否由本节点发起本地修复请求，之后对失效的标签交换路径逐条进行本地修复。