CN101355506B

CN101355506B - 一种Ad Hoc网络多路径路由的实现方法

Info

Publication number: CN101355506B
Application number: CN2008101510010A
Authority: CN
Inventors: 任品毅; 薛波; 冯佳; 张国梅
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2028-09-17
Also published as: CN101355506A

Abstract

本发明公开了一种Ad Hoc网络多路径路由的实现方法，该方法在基于按需距离矢量多路径路由AOMDV方法的基础上，在路由应答分组中加入首跳标志位和公共节点标志位，在路由应答过程中，通过对首跳标志位的判断建立被忽略的反向路径，根据公共节点标志位的值来建立存在但为选择的链路不相关路径。理论分析和仿真结果都表明，相对于AOMDV，本发明方法选择了性能更佳的路径，在按需路由优越的网络场景下大大提升了网络各方面的性能。

Description

一种Ad Hoc网络多路径路由的实现方法

技术领域

本发明涉及一种无线通信技术领域的Ad Hoc网络的网络层路由方法，特别涉及一种多路径路由的实现方法。

背景技术

Ad Hoc网络具有其自身的特点，没有基础设施支持，节点作为独立的通信单位自主的进行对等的通信，这就为我们提出了新的挑战。如何让节点有效快速的找到需要的高效经济的路由来完成通信就成为我们的一个首要问题。路由的发现、维护以及更新都直接影响着评估网络的许多主要指标：端到端的延迟、发包率、Qos等，在满足这些性能的同时路由协议对网络造成的开销必须得到控制，如查询路由发送路由请求给网络带来的网络负载等。因此，路由的研究成为Ad Hoc网络的一个重要研究议题。

现有AdHoc网络路由的实现方法主要分成两类：主动式路由(如DSDV，WRP等)和按需路由(DSR，AODV，TORA等)。其中主动式路由是一种基于表驱动的传统路由方式，其结点存储到达网络其他所有节点的路由表，并通过周期性交换路由表来更新路由信息。按需路由是一种基于请求/响应方式的路由，根据需要通过路由发现应答机制来建立路由。这两类路由方式都是单路径路由方式，它们具有路由简单，灵活性强等优点。但正是因为这些路由协议一般只使用单路径，无法有效地利用整个网络信息，因而导致路由开销比较大，延迟增加，吞吐量低下等一些缺点，无法很好适应Ad Hoc移动网络要求。

多路径路由可以较好的解决上述问题，减少路由和能源开销，降低网络延迟，提高网络流通量、负载均衡和安全性能，从而更好的支持Qos要求。目前多路径路由方式一般都是对单路径方式的扩展，主要分为两大类：主动式多路径路由(M-DSDV等)和按需多路径路由协议(MSR，SMR，AOMDV，MAODV等)。M-DSDV是基于距离矢量路由(DSDV)的多路径路由，MSR是基于动态源路由(DSR)的多路径路由，SMR是基于DSR的随选分离多路径路由，建立相互分离的两条路径并行传输数据，AOMDV基于按需距离矢量(AODV)的多路径路由，建立链路不相关的路径，MAODV基于AODV，建立节点不相关的路径。以上所列多路径路由方式主要针对提高网络负载平衡，减少网络延迟，提高数据流通量。

在仿真评估中，AOMDV能够在节点移动性高、网络负荷重的网络场景中表现出更好性能，并且扩展性高。但是基于AOMDV的路由，其发现应答机制存在一些缺陷，如出现反向路径被忽略的问题(route cutoff)，影响数据的传输；另一方面在路由之间公共节点选择上存在缺陷，不能够优先的将非公共节点纳入选择的路由。这些都一定程度上影响了路由方法的性能效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术，特别是AOMDV的缺点，提供一种高效的多路径路由方法，

为达到上述目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种Ad Hoc网络多路径路由的实现方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)如果源节点S需要向目的节点D发送数据，当没有现成可用路由时，源节点S要生成一个RREQ分组，RREQ分组首跳标志位设置为空；

(2)对于接收到RREQ分组的第一跳节点，即为源节点S的邻居节点，如果第一次收到的该RREQ分组，第一跳节点将自己的ID加入RREQ分组首跳标志位，然后转发该RREQ分组；如果第一跳节点已经收到过来自源节点S同样的RREQ分组，则丢弃之；对于接收到RREQ分组的其他中间节点，即不是源节点S的邻居节点，对于收到的RREQ分组，当该RREQ分组具有相同源节点S的ID号时，如果当前收到的RREQ分组的首跳标志位与之前收到的RREQ分组的首跳标志位不同，仍然转发当前收到的RREQ分组；否则丢弃之：

(3)目的节点D收到RREQ分组后，在RREP分组中加入首跳标志位和公共节点标志位，对于产生的所有RREP分组将公共节点标志位初始化为0；目的节点D对来自自己不同邻居节点的RREQ分组都作出应答，对于含有不同首跳标志位的RREQ分组，将首跳标志加入RREP分组中的首跳标志位，给予应答，对于含有与已应答RREQ分组相同首跳标志位的RREQ分组，将RREP分组首跳标志位设置为N/A，给予应答；源节点S在收到RREP分组时获知有反向路径被忽略，然后将被忽略的反向路径的信息置于要发送的第一个数据分组中；源节点S对于由首跳标志位不为N/A的RREP分组建立起来的反向路径直接发送数据分组。

(4)目的节点D在RREP分组中加入另一公共节点标志位，用来在路由应答过程中记录沿途公共节点数目，在RREP分组回传过程中，如果RREP分组经过的节点已经转发过到达相同源节点S的RREP分组，但依然具有到达源节点的链路不相关路径，将该RREP分组中的公共节点标志位增1，同时选择该链路不相关路径转发之；当中间节点收到重复RREP分组，但不具有到达源节点S的链路不相关的路径，则比较RREP分组中公共节点标志位字段中的公共节点数目，如果该RREP分组具有更小的公共节点数目时，更新相应的前向路径信息条目，选择不相关性更高的路径。

本发明方法仅在AOMDV协议本身的RREP分组中增加首跳标志位和公共节点标志位，使得所有中间节点能够在路由应答过程中，根据公共节点标志位优先选择可以利用的非公共节点，更新路由表以选择性能更好的路由；源节点通过对首跳标志位的判断，确定是否需要建立被忽略的反向路径，通过捎带信息的方式在第一个数据分组传送的过程建立起被忽略的反向路由，整个路由方法没有增加额外的开销，但达到了建立忽略反向路由和选择更优路由的目的，从而大大提高网络的各项性能。仿真结果表示，本发明改善了网络的各项性能指标，并且减少了路由开销。

附图说明

图1为本发明方法中路由条目信息[图1(a)]和RREQ分组格式[图1(b)]。

图2为AOMDV路由方法中的反向路由被忽略的示意图。

图3为本发明方法中源节点根据RREP分组中首跳标志位确定被忽略反向路由的示意图。

图4本发明方法中为中间节点根据RREP分组中公共节点标志位优先选择存在的非公共节点示意图。

图5为网络仿真曲线图。图5(a)(b)为两种典型场景下的分组投递率；图5(c)(d)为两种典型场景下的平均端到端延时；图5(e)(f)为两种典型场景下的规一化路由载荷。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1(a)给出了本发明路由方法中节点路由表中路由条目存储的信息，我们给出了其中几个重要的参数，目的节点、序列号记录到达的目的节点和该路由信息的新鲜度；与AODV不同的是，中间需要建立链路不相交的链路，对来自不同首跳节点的RREQ进行转发，必须对这些信息进行记录。广告跳数和下一跳列表用来完成不相关链路的记录。对于来自自己不同邻居节点的含不同首跳标志位的RREQ携带的信息存储于下一跳列表中。

图1(b)给出了RREQ分组的格式，除了常规的类型、保留、RREQ ID、目的节点、源节点以及序列号等信息，再加入首跳标志位。当源节点转发RREQ分组，第一跳节点对于自己收到的RREQ分组，将自己的标号打入RREQ的首跳标志位，然后转发。

参见图2，说明AOMDV路由方法中的反向路由被忽略的问题。源节点S产生RREQ分组发起路由发现过程，节点A和节点B收到来自S的RREQ分组，分别将自己的标号加入RREQ的首跳标志位，图中可以看到分别表示为RREQ(A)和RREQ(B)，然后转发；节点C收到RREQ(A)和RREQ(B)，转发先到达的RREQ，丢弃后来到达的RREQ，无论首跳节点是否相同，但节点C同时存储了到达S节点的两条不相关路由(C—A—S)和(C—B—S)；这里我们假设转发的是RREQ(A)，丢弃的是RREQ(B)，RREQ(A)经转发，通过节点E和节点F到达目的节点D；目的节点D对于来自节点E和节点F的RREQ(A)分别给予应答，但因为该RREQ含有相同的首跳节点，因此只能建立到达源的一条反向路径(否则不能保证路由链路不相关)；RREP经过节点E和节点F到达节点C，分别选择到达源的两条链路不相关路由(C—A—S)和(C—B—S)到达源节点S，随着RREP的传输，两条前向路径都随之而建立。这就是反向路由被忽略的问题。

参见图3，说明如何利用RREP分组中首跳标志位来发现并建立被忽略的反向路由。目的节点D收到来自节点E和节点F的RREQ(A)，都给予应答，不同的是我们加入了首跳标志位。目的节点对于来自不同邻居节点的RREQ都给予应答，对于首跳标志位与已应答RREQ不同的RREQ直接将RREQ中携带的首跳节点标号加入RREP分组，进行应答；对于首跳标志位与已应答RREQ相同的RREQ，将首跳标志位置为N/A，进行应答；所有RREP分组经过不同的反向路径到达源节点，源节点对于首跳标志位不为N/A的RREP不做任何处理，直接发送数据；对于首跳标志位为N/A的RREP，源节点可以确定存在被忽略的反向路由，将建立被忽略路由的信息加入第一个需要发送的数据分组中，随着第一个分组的传输，将被忽略的路由建立起来。

参见图4，说明如何利用RREP分组中公共节点标志位来优先选择非公共节点建立路由。按照该路由方法，目的节点D对于来自节点E、节点F和节点I的RREQ给予应答，应答的RREP分组分别标记为RREP(A)、RREP(N/A)和RREP(B)，三个反向分组沿着相反的方向返回，可以看到RREP(N/A)和RREP(B)都将通过节点B，如果RREP(N/A)先到达节点B，节点存储通过节点C到达目的节点的路由，RREP(B)则会被丢弃；然而很明显，这种情况下，我们应该优先选择RREP(B)携带的路由信息，建立通过节点H到达目的节点的路由，这也正是公共节点标志位要解决的问题。公共节点标志位记录了该RREP分组途径的节点中，与其他路由公共的节点的个数。这样当某一中间节点收到重复的RREP分组，但是下一跳列表中不具有到达源节点的链路不相关路径，在丢弃该RREP分组前，读取RREP分组公共节点标志位，如果该数值小于之前转发RREP分组中的数值，更新路由表信息为该RREP所携带的信息。本例中，节点B收到后到达的RREP(B)分组，断定该RREP(B)分组中公共节点标志位的数值小于之前转发的RREP(N/A)分组具有的数值，节点B更新到达目的节点D的路由条目信息为(B—H—I—D)。

参见图5，说明本发明方法对网络性能的改善效果，仿真使用NS-2仿真平台，仿真参数设定物理层为双向链路，信道传输速率为2Mbps，无线传播模型为双射线模型，电波传输距离为250m，MAC层采用IEEE802.11协议。仿真中，设定50个节点随机地分布在1500×300m²的区域和100个节点随机地分布在2200×600m²的区域两种场景中，移动模型采用随机路点模型，节点停顿时间为0s，在仿真中，变化节点移动最大速率来反映节点的运动性，最大速率越大，说明节点运动程度越高。信源采用CBR(Constant Bit Rate)数据流，最大连接数分别为20和30，分组产生率为每秒4个，分组长度为512bits，仿真时间为500秒。仿真结果中我们以MAOMDV本文的高效多路径路由方法，我们给出了MAOMDV与AOMDV的性能比较。

图5(a)、(b)分别给出了两种场景下分组投递率的比较。容易看出两种场景中，MAOMDV的分组投递率都高于AOMDV几个百分点。主要是因为被忽略的反向路径被建立，链路的不相关度增加了，从而提高了分组投递率。图5(c)、(d)分别给出了两种场景下平均端到端延时的比较。MAOMDV的端到端延时明显的低于AOMDV。图5(e)、(f)分别给出了两种场景下规一化路由载荷的比较，MAOMDV的规一化路由载荷明显低于AOMDV。除了反向路径的原因外，链路不相关度的提高，使得链路的稳定性得到提高，这样路由中断对于路由发现频率的影响降低，从而路由查找频率降低，因此使得端到端延时和规一化载荷都由明显的降低。

Claims

1.一种Ad Hoc网络多路径路由的实现方法，其特征在于，包括下述步骤：

(2)对于接收到RREQ分组的第一跳节点，即为源节点S的邻居节点，如果第一次收到该RREQ分组，第一跳节点将自己的ID号加入RREQ分组首跳标志位，然后转发该RREQ分组；如果第一跳节点已经收到过来自源节点S同样的RREQ分组，则丢弃之；对于接收到RREQ分组的其他中间节点，即不是源节点S的邻居节点，对于收到的RREQ分组，当该RREQ分组具有相同源节点S的ID号时，如果当前收到的RREQ分组的首跳标志位与之前收到的RREQ分组的首跳标志位不同，仍然转发当前收到的RREQ分组；否则丢弃之；

(3)目的节点D收到RREQ分组后，在RREP分组中加入首跳标志位和公共节点标志位，对于产生的所有RREP分组将公共节点标志位初始化为0；目的节点D对来自自己不同邻居节点的RREQ分组都作出应答，对于含有不同首跳标志位的RREQ分组，将第一跳节点的ID号加入RREP分组中的首跳标志位，给予应答，对于含有与已应答RREQ分组相同首跳标志位的RREQ分组，将RREP分组首跳标志位设置为N/A，给予应答；源节点S接收到RREP分组，对于首跳标志位为N/A的RREP分组，源节点S在收到RREP分组时获知有反向路径被忽略，然后将被忽略的反向路径的信息置于要发送的第一个数据分组中；随着第一个数据分组的传送，捎带建立被忽略的反向路径，源节点S对于由首跳标志位不为N/A的RREP分组建立起来的反向路径直接发送数据分组：

(4)目的节点D在RREP分组中加入公共节点标志位，用来在路由应答过程中记录沿途公共节点数目，在RREP分组回传过程中，如果RREP分组经过的节点已经转发过到达相同源节点S的RREP分组，但依然具有到达源节点S的链路不相关路径，将该RREP分组中的公共节点标志位增1，同时选择该链路不相关路径转发之；当中间节点收到重复RREP分组，但不具有到达源节点S的链路不相关的路径，则比较RREP分组中公共节点标志位字段中的公共节点数目，如果该RREP分组具有更小的公共节点数目时，更新相应的前向路径信息条目，选择不相关性更高的路径。