CN101282279B - 基于可用带宽测量的无线自组织网络路由方法 - Google Patents

Abstract

基于可用带宽测量的无线自组织网络路由方法，包括步骤：1)当某一节点需要传输数据时，首先在其路由表内查找是否存在到达目的节点的路由，如果不存在，则进入步骤2)，否则转步骤5)；2)广播路由请求包；3)下一节点接收到该路由请求包后，更新该路由的最小链路带宽值，在其路由表内查找是否存在到达目的节点的路由，如果是，进入步骤4)，如果否转步骤2)；4)发送路由应答包；发送端节点收到该路由应答包后，转步骤5)；5)建立从发送端到目的端的路由。本发明适用于移动自组织网络。通过大量的仿真实验，验证了本发明的有效性、可扩展性，并且发现本发明比先前的路由算法更为网络吞吐率敏感。方便了无线自组织网络的应用。

Description

基于可用带宽测量的无线自组织网络路由方法

技术领域

本发明属于计算机网络的无线自组织网络路由技术领域，特别涉及基于可用带宽测量的无线自组织网络路由方法。

背景技术

现有无线自组织网络路由协议主要有以下两类。这两类方法各有优缺点。

1、通用无线自组织网络路由算法，该方法是一种主要路径路由算法，在以下基础上实现在拓扑变化快的网络环境中的路由：a、建立主要路径PR(Primary Route)；b、假设PR的路由拓扑变化缓慢，c、在PR上收集拓扑变化的信息。其采用目的序列号的距离矢量(DSDV)路由协议，该协议基于经典的分布式贝乐曼-福特(Bellman Ford)算法，是对传统的距离矢量路由协议的无线化。其路由表的构造、维护和传统的距离矢量路由协议相似。DSDV路由协议由于是第一个无线自组织网络路由协议，它没有考虑性能质量(QoS)条件，网络吞吐率较低。故通用无线自组织网络路由算法同样存在此问题。

2、性能质量敏感的自组织网络路由算法，该类方法有基于延时的路由协议。有基于链路代价距离、能量、错误率的方法。目前还不存在基于可用带宽测量的网络路由算法。

随着无线自组织网络构架的逐步形成以及各种时间敏感的网络应用出现，网络路径可用带宽的准确测量对于网络性能测量与网络流量工程的研究人员来讲具有相当重要的意义。紧链路定位是对可用带宽测量方法的扩展与延伸。随着无线自组织网络的拥塞控制策略、故障诊断方法的不断涌现，紧链路定位理论的研究对无线自组织网络的故障诊断、性能质量控制及路由策略的设计与优化等具有重要的意义。因此，无线自组织网络中，基于可测量性能质量的无线自组织网络路由协议的研究有着重要意义和应用前景。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于可用带宽测量的无线自组织网络路由方法，以便于无线自组织网络的应用。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于可用带宽测量的无线自组织网络路由方法，包括以下步骤：

1)当某一节点需要传输数据时，首先在其路由表内查找是否存在到达目的节点的路由，如果不存在，则进入步骤2)，否则转步骤5)；

2)广播路由请求包，该路由请求包包括：发送端地址、目的端地址、路径跳数、最小链路带宽值；

3)下一节点接收到该路由请求包后，将该路由请求包包中的路径跳数值加1，并计算发送该该路由请求包的节点至本节点的带宽值，如果该带宽值小于该路由请求包中的最小链路带宽值，则以该带宽值更新该路由的最小链路带宽值，在其路由表内查找是否存在到达目的节点的路由，如果是，进入步骤4)，如果否转步骤2)；

4)发送路由应答包，该路由应答包包括：发送端地址、目的端地址、发送端到目的端的路径跳数值、最小链路带宽值；发送端节点收到该路由应答包后，转步骤5)；

5)建立从发送端到目的端的路由。

作为本发明的一种改进，所述该路由请求包中还包括一广播标识，所述步骤2)广播该路由请求包时，对广播标识加1。

作为本发明的又一改进，所述该路由请求包中还包括一目的序列号值，所述步骤3)中对该目的序列号值加1。

作为本发明的再一改进，所述该路由请求包中还包括一最大路由跳数，若所述路由请求包的路径跳数超过该最大路由跳数，则接收到此路由请求包的节点丢弃此包。

作为本发明的再一改进，所述步骤4)中，除该下一节点是目的节点外，还包括一目的序列号值比较步骤，比较到达目节点的路由表中的目的序列号值是否大于该路由请求包中的目的序列号值，如果是，转步骤2)。

作为本发明的再一改进，所述该路由请求包中还包括一源序列号值，所述步骤4)发送该路由应答包时，对源序列号加1。

作为本发明的再一改进，所述步骤4)中，当该路由应答包沿反方向路径返回时，计算相邻节点的带宽值，如果该带宽值小于该路由应答包中的最小链路带宽值，则以该带宽值更新该路由的最小链路带宽值。

本发明适用于移动自组织网络。通过大量的仿真实验，验证了本发明的有效性、可扩展性，并且发现本发明比先前的路由算法更为网络吞吐率敏感。方便了无线自组织网络的应用。

以下结合附图及实施例进一步说明本发明。

附图说明

图1为本发明路由建立过程示意图。

具体实施方式

一种基于可用带宽测量的无线自组织网络路由方法，为便于描述本发明技术方案，先定义如下基础数据结构：

邻居表：每一节点维护有邻居表，其包括：邻居地址、先前时间间隔内的传输速率，时间间隔，及该邻居表的过期时间。例如，将时间间隔设定为30秒，每10秒更新一次，即每一节点的可用带宽值由其前30秒时间间隔内的传输速率估算。

每跳路由表：每一节点维护有路由表，其包括：目的节点地址、目的序列号、源序列号、该路由的总跳数、该路由的可用带宽值、最小链路带宽值、下一节点地址、路由表的过期时间。其中：

最小链路带宽值，由所有节点的可用带宽值决定。即由链路中可用带宽最小的链路的可用带宽决定。

目的序列号：该序列号单调递增。指出了目的节点可接收的最小的序列号值。每一节点在发送完路由请求包(RREQ)后，其目的序列号加1，路由节点对来自同一源节点的重复的数据包，只发送目的序列号最大的数据包。

源序列号：该序列号单调递增。用于维护从目的端到源端的反向路径的建立。在发送完路由应答包(RREP)后，源端序列号加1，路由节点更新路由表时，对来自同一源节点的重复的路由应答包，只按源序列号最大的路由应答包更新其路由表。反向路径的过期时间设定为使该路由应答包可用的最小值。

本发明路由方法包括以下步骤：

1)当某一节点(发送端节点)需要传输数据时，首先在其路由表内查找是否存在到达目的节点的路由，如果不存在，则进入步骤2)，否则转步骤5)；如果在最长路由请求等待时间，(最长路由请求等待时间根据网络状况手动设置)，内仍没有得到路由应答(RREP)，则放弃需要传输的数据，并通知上层应用程序路由不可到达。

2)广播该路由请求包，该路由请求包包括：发送端地址、目的端地址、路径跳数、最小链路带宽值；

3)下一节点接收到该路由请求包后，将该路由请求包包中的路径跳数值加1，并计算发送该该路由请求包的节点至本节点的带宽值，如果该带宽值小于该路由请求包中的最小链路带宽值，则以该带宽值更新该路由的最小链路带宽值，在其路由表内查找是否存在到达目的节点的路由，如果是，进入步骤4)，如果否转步骤2)；

4)发送路由应答包，该路由应答包包括：发送端地址、目的端地址、发送端到目的端的路径跳数值、最小链路带宽值；发送端节点收到该路由应答包后，转步骤5)；

5)建立从发送端到目的端的路由。

其中，所述该路由请求包中还包括一广播标识，所述步骤2)广播该路由请求包时，对广播标识加1。这使得发送端地址和广播标识能够唯一标识一个该路由请求包。

其中，所述该路由请求包中还包括一目的序列号值，所述步骤3)中对该目的序列号值加1。

其中，所述该路由请求包中还包括一最大路由跳数，该最大路由跳数根据网络状况设定，沿途节点接收到的路由请求包的路径跳数大于最大路由跳数时，该节点丢弃该路由请求包。

其中，所述步骤4)中，除该下一节点是目的节点外，还包括一目的序列号值比较步骤，比较到达目节点的路由表中的目的序列号值是否大于该路由请求包中的目的序列号值，如果是，转步骤2)。

其中，所述该路由请求包中还包括一源序列号值，所述步骤4)发送该路由应答包时，对源序列号加1。

其中，所述步骤4)中，当该路由应答包沿反方向路径返回时，计算相邻节点的带宽值，如果该带宽值小于该路由应答包中的最小链路带宽值，则以该带宽值更新该路由的最小链路带宽值。

图1为本发明路由建立过程示意图。前进路径的建立过程(图中实线部分)：A节点有数据包发送到节点D，若A的路由表中有到D的路由，则按此路由发送；若A的路由表中无到D的路由，则如图所示，A发送路由请求包至节点E和B，E和B节点查找有无到节点D的路由，若有则将此路由返回，否则重复此过程，即B发送路由请求包至C，同样，C发送路由请求包至D。D将路由应答包沿路径D-C-B-A返回至A(图中虚线部分)，D到A路由的可用带宽值为链路AB，BC，CD可用带宽的最小值。

本方明是在网络仿真器2(NS2)仿真环境中验证。首先，建立基于现有NS2的无线网络子系统。在此基础之上，进行大量的仿真实验，包括了不同的节点数条件。本发明与AODV(典型的先前无线网络路由方法，基于DSDV的按需路由协议)的对比仿真实验结果如下表所示：

	本发明	AODV	增长比例
				开销(50节点)	671180字节	661324字节	1.5％
开销(100节点)	1786488字节	1592198字节	12％
				吞吐率(50节点)	4422kbps	4083kbps	8.3％
吞吐率(100节点)	4879kbps	4291kbps	13％
				时延(50节点)	538ms	530ms	1.5％
时延(100节点)	731ms	702ms	4.1％
				路径长度(50节点)	20hops	20hops	0％
路径长度(100节点)	23hops	22hops	4.5％

从表中可以看出，由于本发明采用是基于可用带宽的路由选择算法，因此网络的吞吐率较高，比AODV高出了8.3％(50节点环境)和13％(100节点环境)。综合路由开销和网络吞吐率来看，本发明虽然在路由开销上有一定的增加，但是，取得的网络吞吐率的增加更多。由此可见本发明的是有效无线自组织网络路由算法，可以有效地增加网络吞吐率。

Claims (7)

1.基于可用带宽测量的无线自组织网络路由方法，其特征在于包括以下步骤：

1)当某一节点需要传输数据时，首先在其路由表内查找是否存在到达目的节点的路由，如果不存在，则进入步骤2)，否则转步骤5)；

2)广播路由请求包，该路由请求包包括：发送端地址、目的端地址、路径跳数、最小链路带宽值；

3)下一节点接收到该路由请求包后，将该路由请求包包中的路径跳数值加1，并计算发送该路由请求包的节点至本节点的带宽值，如果该带宽值小于该路由请求包中的最小链路带宽值，则以该带宽值更新该路由的最小链路带宽值，在其路由表内查找是否存在到达目的节点的路由，如果是，进入步骤4)，如果否转步骤2)；

4)发送路由应答包，该路由应答包包括：发送端地址、目的端地址、发送端到目的端的路径跳数值、最小链路带宽值；发送端节点收到该路由应答包后，转步骤5)；

5)建立从发送端到目的端的路由。

2.根据要求1所述的基于可用带宽测量的无线自组织网络路由方法，其特征在于：所述该路由请求包中还包括一广播标识，所述步骤2)广播该路由请求包时，对广播标识加1。

3.根据要求1所述的基于可用带宽测量的无线自组织网络路由方法，其特征在于：所述该路由请求包中还包括一目的序列号值，所述步骤3)中对该目的序列号值加1。

4.根据要求1所述的基于可用带宽测量的无线自组织网络路由方法，其特征在于：所述该路由请求包中还包括一最大路由跳数，若所述路由请求包的路径跳数超过该最大路由跳数，则接收到此路由请求包的节点丢弃此包。

5.根据要求1所述的基于可用带宽测量的无线自组织网络路由方法，其特征在于：所述步骤4)中，除该下一节点是目的节点外，还包括一目的序列号值比较步骤，比较到达目节点的路由表中的目的序列号值是否大于该路由请求包中的目的序列号值，如果是，转步骤2)。

6.根据要求1所述的基于可用带宽测量的无线自组织网络路由方法，其特征在于：所述该路由请求包中还包括一源序列号值，所述步骤4)发送该路由应答包时，对源序列号加1。

7.根据要求1所述的基于可用带宽测量的无线自组织网络路由方法，其特征在于：所述步骤4)中，当该路由应答包沿反方向路径返回时，计算相邻节点的带宽值，如果该带宽值小于该路由应答包中的最小链路带宽值，则以该带宽值更新该路由的最小链路带宽值。