CN101299707A - 一种路由扩散方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在网络中动态生成扩展树的路由扩散方法，尤其适用于在多跳网络(Ad hoc网络)或无线MESH网络(Wireless Mesh Network)中进行广播路由的场景，本发明通过网络节点上广播表、邻居表和序列号相结合的方法，网络节点间通过定时发送呼叫报文来创建、更新和删除邻居关系；在实时更新的邻居关系基础上，根据设定的准则，进行广播报文的发送与转发；报文发送包括：节点收到上层的广播报文发送指示后，填充报文，当前网络节点序号加一，将其地址、序号和邻居节点信息加入报文首部，然后发送报文；报文转发包括：节点从网络中收到广播报文，在广播表中查找该报文的生成节点，通过比较报文中的序号和广播表中的相应序号的大小判断是否为冗余广播报，然后继续报文的转发。本方法采用的在网络中动态生成扩展树的路由扩散方法，能够实现广播报文的有效传播，且有效抑制广播风暴和路由自环的产生；协议相对简单实用，适合于小规模组网的应用，网络收敛速度快。

Description

一种路由扩散方法

技术领域

本发明涉及一种在网络中动态生成扩展树的路由扩散方法，该发明属于无线通信和信息传播技术领域，适用于无线移动自组织网络，尤其适用于在Ad hoc(英文全称Ad hoc Network，以下简称Ad hoc)或者MESH(英文全称Wireless MeshNetwork，以下简称MESH)网络中进行广播路由的场景。

背景技术

Ad hoc是一种移动、多跳、自愈式的网络系统。该网络中的每一个网络节点可以通过一定的判据(例如发射功率、电池剩余等信息)来确定其在网络中的不同角色，从而在正常通信的前提下，实现路由转发的功能。

由于Ad hoc网络中的节点具备了移动的特性并且不依赖于固定的网络设备，因而其物理位置不固定，路由关系也不固定，为了使得节点之间仍能正常通信，因此需要一定的路由机制来完成路由关系的重建和修复，即网络中的节点具备自愈能力。此外，由于从系统设计的角度而言，并没有对于网络规模进行限制，因此节点和节点间的通信，很有可能采用的是多跳可达而非直接可见的方式。

由于具备了上述特性，Ad hoc网络相对于目前常用的其它网络系统相比最明显的区别在于其网络构架为无中心模式，即节点间的通信无需通过某个固定节点进行控制和转发。这样使得Ad hoc网络具备更好的自愈以及防止单点故障的能力。此外，由于Ad hoc网络具备了无线特性，因此网络的前期搭建复杂度和成本相对于普通有线网络更具有与生俱来的优势。

虽然Ad hoc网络相对于传统网络有许多优势，但是由于Ad hoc网络为无线且无先期规划的网络系统，在实现的时候仍然会遇到许多问题。广播风暴即为其中之一，其表现为：由于网络拓扑的设计和连接问题，或其他原因导致广播在网段内大量复制，传播数据帧，导致网络性能下降，甚至网络瘫痪。

在有线网络中，由于信号的传递可以通过物理媒介加以限制，因此可以采用物理上的隔离以及广播策略的制定来限制广播报文对于网络负载的影响。然而，在无线网络中，由于无法对于节点间的信号传递采用物理上的隔离。

因此需要设计和采用一定的方法来防止广播报文在网络中的不断泛洪，从而减少广播报文对于网络正常运行带来的影响，即防止无线网络中因路由自环而引起的网络风暴的产生。

发明内容

本发明旨在解决Ad hoc以及类似Mesh网络系统中因路由自环而引起的广播风暴问题，从而有效的减少广播风暴和路由自环对网络正常运行带来的影响。为了有效的解决广播风暴和路由自环的问题，本发明采用了在网络中动态生成扩展树的路由扩散方法。

基本假设如下：

1)网络规模较小(通常小于100个网络节点)。

2)网络中的所有节点均没有和固定网络连接。

3)网络中的链路是双向链路。

核心思想：要使得广播报文尽可能传播到所有广播域中的节点，且又避免广播风暴，可以将需要解决的问题归纳为如下几点：

1)将报文广播到每个网络节点可见的所有周遭节点；

2)每一个网络节点对于某个广播报文只处理一次；

为了满足上述需求，做如下规定：

1)在每个广播报文中带上一个广播表，其中包含了当前网络节点及其序号和该节点的所有邻居节点及其序号。

2)每个网络节点维护一个序号，每次发送一个广播报文该序号加一。

3)每个网络节点维护一个邻居表，该邻居表的相关操作通过特定报文的定时发送和处理实现。

本发明所执行方法，包括以下基本步骤：

步骤1，节点间通过周期发送呼叫分组交互信息来创建、更新和删除邻居关系。

步骤2，广播报文发送。

步骤3，根据设定的准则，进行广播报文转发。

所述步骤1中具体包括以下步骤：

1.1)每个网络节点定时发送呼叫报文，报文中带有当前节点的信息；

1.2)如果某个网络节点收到了网络中的呼叫报文，分析报文中的网络节点是否已经存在于当前网络节点的邻居表中，如果存在则进行更新，如果不存在则发起创建流程；

1.3)当呼叫报文在一定的时间内没有收到，则认为该邻居已经不存在了，将其信息从当前网络节点的邻居表中删除。

所述步骤2中，具体包括以下几个步骤：

2.1)收到上层的广播报文发送指示；

2.2)填充广播报文，并在报文首部中加入当前网络节点的地址，将当前网络节点的序号加一并加入报文首部；

2.3)判断当前节点是否存在邻居节点；

2.4)如果存在邻居节点，则将邻居添加到报文首部；

2.5)如果不存在邻居节点，则继续；

2.6)发送广播报文。

所述步骤3中，具体包括以下几个步骤：

3.1)从网络中收到广播报文；

3.2)以接收到广播报文的生成节点为索引在当前网络节点中的广播表中进行查找；

3.3)如果没有找到该广播报文的生成节点，则以报文中的生成节点标识和序号创建一个新的广播表节点，跳至3.7)；

3.4)如果找到该广播报文的生成节点，则将广播表中的该成生节点对应的序号和报文中的序号进行比较；

3.5)如果报文中的序号小于等于广播表中的相应序号，说明收到的报文是一个冗余广播报，则丢弃；

3.6)如果报文中的序号大于广播表中的相应序号，说明收到的报文是一个更新的广播报文，则继续处理；

3.7)检查报文首部中的广播列表；

3.8)如果报文的广播列表中没有当前网络节点的邻居，则将其添加到广播报文的首部中，并将报文广播出去；

3.9)如果报文的广播列表中包含了当前网络节点的所有邻居节点，则不进行转发处理；

3.10)将广播报文交给本地协议栈继续处理。

附图说明

图1是路由扩散方法邻居关系的创建、更新和删除基本流程图

图2是路由扩散方法广播报文发送基本流程图

图3是路由扩散方法广播报文转发基本流程图

图4是路由扩散方法一个实施例的网络节点示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方法做进一步说明。

图4中以A、B、C、D四个网络节点所组成的无线自组织网络为例，假设其邻居关系如下：

●B为A的邻居节点

●C、D为B的邻居节点

●B、D为C的邻居节点

●B、C为D的邻居节点

假设初始的广播表包含了A和B节点的标识和序号，序号为0。

1)B节点从网络中收到广播报文1(A节点为该广播报文的生成节点)，在B节点中的广播表中查找该报文的生成节点，由于A节点不是B节点的邻居节点，则以A节点的MAC地址和序号“0”创建一个新的广播表节点，添加至报文首部，然后检查报文首部中的广播列表，添加列表中所没有的当前网络节点的邻居节点。

2)将B节点的序号加一，加入报文首部，并将报文广播至C和D节点，假设由于延时，报文1未及时发送至D节点。对于C节点来说，B节点为该广播报文的生成节点，由于B节点为C节点的邻居节点，而报文中的序号为1，广播表中的该生成节点对应的序号为0，则收到的报文是一个更新的报文。

3)检查报文首部的广播列表，由于列表中已包含了C节点的所有邻居节点，则不再进行转发处理，将报文交给本地协议栈继续处理。

4)广播报文1已经发送完毕，B节点又从网络中收到广播报文2(A节点为该广播报文的生成节点)，又转发至C和D节点，报文中的序号为2，广播表中的该生成节点对应的序号为1，则收到的报文是一个更新的报文。

5)检查报文首部的广播列表，由于列表中已包含了C节点和D节点的所有邻居节点，则不再进行转发处理，将报文交给本地协议栈继续处理。

6)假设此时由于延时而未转发至D节点的广播报文1正好发送至D节点，B节点为该广播报文的生成节点，由于B节点为C节点的邻居节点，而报文中的序号为1，广播表中的该生成节点对应的序号为1，则收到的报文是一个冗余的报文，丢弃。

以上以特定实施例阐述了本发明的方法，但本发明的上述方法不限于所例举的实施例。

Claims (12)

1.一种路由扩散方法，即在网络中动态生成扩展树的方法。其特征在于，

在网络广播报文传播中采用了广播表、邻居表和序列号相结合的方法。该

方法处理流程包括以下步骤：

步骤1，网络节点间通过周期发送呼叫分组交互信息来创建、更新和删除邻居关系；

步骤2，通过下述步骤来实现广播报文的发送：

第1步，收到上层的广播报文发送指示；

第2步，用当前节点和邻居节点的信息填充广播报文；

第3步，发送广播报文。

步骤3，通过下述步骤来实现广播报文的转发：

第1步，从网络中收到广播报文；

第2步，通过比较报文中的序号与广播表中的相应序号的大小判断是否为冗余广播报，丢弃冗余广播报文；

第3步，根据报文首部中的广播列表判断是否继续广播报文的转发，不再进行转发则将报文交给本地协议栈继续处理。

2.根据权利要求1所述的路由扩散方法，其特征在于，所述路由扩散方法可将报文广播到每个网络节点可见的所有周遭节点。

3.根据权利要求1所述的路由扩散方法，其特征在于，所述每一个网络节点对某个广播报文只处理一次。

4.根据权利要求1所述的路由扩散方法，其特征在于，在每个广播报文中带上一个广播表，其中包含了当前网络节点和该节点的所有邻居节点。

5.根据权利要求1所述的路由扩散方法，其特征在于，每个网络节点维护一个邻居表，该邻居表的相关操作通过特定报文的定时发送和处理实现。

6.根据权利要求2所述的路由扩散方法，其特征在于，所述方法采用MAC层的MAC地址，或网络层的IP地址，或应用层的SIP中的URI来标识网络节点。

7.根据权利要求1所述的路由扩散方法，其特征在于，创建、更新和删除邻居关系包括以下3个步骤：

第1步：每个网络节点定时发送呼叫报文，报文中带有当前节点的信息；

第2步：如果某个网络节点收到了网络中的呼叫报文，分析报文中的网络节点是否已经存在于当前网络节点的邻居表中，如果存在则进行更新，如果不存在则发起创建流程；

第3步：当呼叫报文在一定的时间内没有收到，则认为该邻居已经不存在了，将其信息从当前网络节点的邻居表中删除。

8.根据权利要求1所述的路由扩散方法，其特征在于，在整个广播报文发送与转发的过程中，节点的序号、邻居表和广播表都是实时更新的，且是决定广播报文发送与转发的前提。

9.根据权利要求1所述的路由扩散方法，其特征在于，所述步骤2中填充广播报文还包括以下3个步骤：

第1步，填充广播报文，并在报文首部中加入当前网络节点的地址，将当前网络节点的序号加一并加入报文首部；

第2步，判断当前节点是否存在邻居节点；

第3步，如果存在邻居节点，则将邻居添加到报文首部；否则继续。

10.根据权利要求1所述的路由扩散方法，其特征在于，所述步骤3中广播报文的转发还包括以下5个步骤：

第1步，从网络中收到广播报文；

第2步，以接收到广播报文的生成节点为索引在当前网络节点中的广播表中进行查找；

第3步，找到该广播报文的生成节点，将广播表中的该成生节点对应的序号和报文中的序号进行比较；

第4步，如果报文中的序号小于等于广播表中的相应序号，说明收到的报文是一个冗余广播报，则丢弃；

第5步，如果报文中的序号大于广播表中的相应序号，说明收到的报文是一个更新的广播报文，则继续处理；

11.根据权利要求7所述的路由扩散方法，其特征在于，所述步骤3中广播报文的转发还包括以下6个步骤：

第1步，从网络中收到广播报文；

第2步，以接收到广播报文的生成节点为索引在当前网络节点中的广播表中进行查找；

第3步，没有找到该广播报文的生成节点，则以报文中的生成节点标识和序号创建一个新的广播表节点，

第4步，检查报文首部中的广播列表；

第5步，如果报文的广播列表中没有当前网络节点的邻居，则将其添加到广播报文的首部中，并将报文广播出去；

第6步，如果报文的广播列表中包含了当前网络节点的所有邻居节点，则不进行转发处理；而是将广播报文交给本地协议栈继续处理。

12.根据权利要求1所述的路由扩散方法，其特征在于，本方法在广播报文中增加网络节点标识、链路质量、QoS参数信息作为扩充流经节点的信息。

Images