CN101394356A

CN101394356A - 无线自组织网的路由建立方法及装置

Info

Publication number: CN101394356A
Application number: CNA200810225162XA
Authority: CN
Inventors: 刘志敏; 杨毅; 管涛
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2028-10-29
Also published as: CN101394356B

Abstract

本发明公开了一种无线自组织网的路由建立方法，包括：无线自组织网中的每个节点定时广播Hello消息，接收到所述Hello消息的各节点分别维护邻居节点表，并在邻居节点表中记录当前节点与各邻居节点的连接状态，包括连通状态和中断状态；获取各邻居节点的接收信号质量参数，并依据所述接收信号质量参数调整相应邻居节点的连接状态；当某个节点收到路由请求时，读取所述邻居节点表的连接状态，若为连通状态，则向该邻居节点转发所述路由请求，建立相应的路由；若为中断状态，则丢弃所述路由请求。本发明可以提高路由建立的稳定性，并减少路由更新时间，满足实时语音业务的需求。

Description

无线自组织网的路由建立方法及装置

技术领域

本发明涉及无线网络通信领域，特别是涉及一种无线自组织网(Mobile Ad hoc Network，MANET)的按需距离矢量(Ad hoc On-DemandDistance Vector，AODV)路由协议的路由建立方法及装置。

背景技术

MANET，又称移动AdHoc网络，是由一组移动节点通过自组连接形成的多跳无线网络，是一种与传统有基站无线网络相对的无中心结构通信网。近年来，随着移动设备的小型化，MANET已经开始参与个人通信网络的建立，成为超3G网络的重要网络接入形式。利用AdHoc进行组网具有灵活、便捷和迅速的特点，相较于现有的一些有中心结构网络来说，MANET具有更低的建设成本和更大的普及空间。例如，当发生自然灾害、基础通信设施遭到破坏及作战小分队之间的相互联系等情况下，这种无中心结构通信网就可以提供临时通信便利。

由于MANET是由若干节点所组成的一个移动自治系统，在一个无线AdHoc网络中，节点之间通过多跳无线链路相互通信，所有的节点利用共享的无线媒质相互联系，因而，节点之间路由的好坏，直接影响着网络性能的优劣。目前，AODV路由协议是MANET中应用最广泛的一种路由协议。

基于AODV协议，当节点要发送数据的时候先查找路由表，如果有到目的节点的路径，则按路由表的下一跳转发，若没有(去往目的节点的路由未知)，就会发起一个路由发现(Path Discovery)过程，即源节点向邻居节点广播发送路由请求(RREQ，Route Request)；中间节点(收到非重复RREQ的邻居节点)以泛洪方式转发该RREQ，同时，建立或更新到源节点的反向路由；当目的节点或某个收到RREQ的中间节点有到目的节点的有效路由，则向中间节点发送RREQ的响应分组(RREP，Route Reply)，并沿着反向路由以单播方式向源节点传播，当源节点收到RREP时，从源节点到目的节点的路由就建立了。

现有技术中，为检测已建立的路由是否正常，并在某段路由异常时快速重建，AODV通过Hello消息、链路更新及链路断开后发RERR(RouteError)包来进行路由维护(Route Maintenance)，具体过程如下：每个节点按一定周期(HELLO_INTERVAL，典型值为1s)发送Hello消息，目的地址为广播地址，所有节点均接收来自邻居节点的Hello消息，如果在一段时间内(ALLOWED_HELLO_LOSS×HELLO_INTERVAL，典型值为2×1s＝2s)没有收到Hello消息，则判定到该节点的链路失效，接着沿它到源节点的路径发送一个RERR(Route Error)消息。此时，在该节点到源节点的路径上的各节点，接收到RERR消息并标记路由为无效；之后，源节点再次启动路由发现过程，重新建立到目的节点的路由。

采用这种传统的路由建立及维护方式，路由更新频繁、并且更新时间较长；再者，由于路由来回跳变，导致路由不稳定，尤其影响实时语音业务的服务质量(Qos)。

因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何能够创新地提出一种MANET的AODV路由建立机制，以提高路由建立的稳定性，并减少路由更新时间，满足实时语音业务的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无线自组织网的路由建立方法，用以提高路由建立的稳定性，并减少路由更新时间，满足实时语音业务的需求。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种无线自组织网的路由建立装置，用以保证上述方法在实际中的实现及应用。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了一种无线自组织网的路由建立的方法，包括：

无线自组织网中的每个节点定时广播Hello消息，接收到所述Hello消息的各节点分别维护邻居节点表，并在邻居节点表中记录当前节点与各邻居节点的连接状态，包括连通状态和中断状态；

获取各邻居节点的接收信号质量参数，并依据所述接收信号质量参数调整相应邻居节点的连接状态，包括：

当所述邻居节点表记录为中断状态，而接收信号质量参数高于预设高门限值时，将所述邻居节点表调整为连通状态；或者，当所述邻居节点表记录为连通状态，而接收信号质量参数低于预设低门限值时，将所述邻居节点表调整为中断状态；

当某个节点收到路由请求时，读取所述邻居节点表的连接状态，若为连通状态，则向该邻居节点转发所述路由请求，建立相应的路由；若为中断状态，则丢弃所述路由请求。

优选的，所述的方法，还包括：

若检测到中断路由，则重新发起所述路由建立过程。

优选的，所述获取各邻居节点的接收信号质量参数的步骤进一步包括：

获取所述邻居节点Hello消息并提取电平值；

按预置权重对N次电平值进行滑动加权平均处理，获得滑动加权平均值为接收信号质量参数；

按固定时间间隔计算所述接收信号质量参数。

优选的，所述N为5，所述预置权重依次为0.1、0.15、0.2、0.25、0.3，所述固定时间时隔为1秒。

优选的，所述预设高门限值为35；所述预设低门限值为17。

本发明实施例还公开了一种无线自组织网的路由建立装置，包括：

邻居节点表维护单元，用于使无线自组织网中的每个节点定时广播Hello消息，接收到所述Hello消息的各节点分别维护邻居节点表，并在邻居节点表中记录当前节点与各邻居节点的连接状态，包括连通状态和中断状态；

接收信号获取单元，用于获取各邻居节点的接收信号质量参数；

连接状态调整单元，用于依据所述接收信号质量参数调整相应邻居节点的连接状态，包括：

路由请求处理单元，用于当某个节点收到路由请求时，读取所述邻居节点表的连接状态，若为连通状态，则向该邻居节点转发所述路由请求；若为中断状态，则丢弃所述路由请求。

优选的，所述的装置，还包括：

新建路由触发单元，用于当检测到中断路由时，重新发起所述路由建立过程。

优选的，所述接收信号获取单元进一步包括：

接收信号电平获取子单元，用于获取所述邻居节点Hello消息并提取电平值；

滑动加权平均处理子单元，用于按预置权重对N次电平值进行滑动加权平均处理，获得滑动加权平均值为接收信号质量参数；

更新子单元，用于按固定时间间隔计算所述接收信号质量参数。

优选的，所述预设高门限值为35；所述预设低门限值为17。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

首先，本发明在路由建立过程中，利用模拟Hello消息的接收信号电平并依据其计算接收信号质量参数，通过一双门限来维护当前节点与邻居节点的真实连接状态，并将连接状态信息记录至邻居节点表中，再基于该邻居节点表的状态来选择是否处理转发而来的RREQ，在这种情况下，保证RREQ只能沿着质量较好的链路进行转发，使得建立的路由稳定性增强。

再者，本发明可以保证路由更新时间降低为500ms左右，满足了实时语音业务的需求。

最后，本发明使用接收信号强度信息对现有的AODV协议进行改进，对软硬件要求不高，无特殊保密算法，易于实现。

附图说明

图1是本发明的一种无线自组织网路由建立的方法实施例的流程图；

图2是经本发明处理前后的接收信号质量参数变化趋势对比图；

图3是经过双门限对比确定邻居节点表状态的示意图；

图4是本发明的一种路由建立过程的示意图；

图5是本发明的一种无线自组织网路由建立的装置实施例的结构框图；

图6是应用图5所示的优选实施例进行无线自组织网路由建立的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明实施例的核心构思之一在于，利用模拟Hello消息的接收信号电平并依据其计算接收信号质量参数，通过一双门限来维护当前节点与邻居节点的真实连接状态，并将连接状态信息记录至邻居节点表中，当某个节点接收到RREQ时，通过读取邻居节点表的连接状态来选择是否处理转发而来的RREQ；解决了现有的AODV路由协议存在的路由更新频繁、更新时间较长；以及，路由来回跳变，路由不稳定的问题，特别得以满足实时语音业务的QoS需求。

参考图1，示出了本发明的一种无线自组织网路由建立的方法实施例的流程图，具体可以包括以下步骤：

步骤101、无线自组织网中的每个节点定时广播Hello消息；

公知的是，在实际中，无线自组织网中的每个节点会按一定周期发送Hello消息，目的地址为广播地址，所有节点均接收来自邻居节点的Hello消息，在现有技术中，上述操作用于根据节点在一定时间内对Hello消息的响应来检测已建立的路由是否正常；而在本发明实施例中，本步骤主要用于构建各接收节点的邻居节点表。

步骤102、接收到所述Hello消息的各节点分别维护邻居节点表，并在邻居节点表中记录当前节点与各邻居节点的连接状态，包括连通状态和中断状态；

其中，所述连接状态为当前节点与各邻居节点的初始连接状态，即根据邻居节点一定时间内响应Hello消息的情况所获得的连接状态。而实际上，由于节点可能受到诸如时间、位置变化等影响，仅仅根据节点当前接收Hello消息的情况来判断链路的有效性显然是不合适的，因而当前连接状态还不是真实的连接状态，需要进一步进行以下处理。

步骤103、获取各邻居节点的接收信号质量参数；

在本发明的一种优选实施例中，可以通过以下子步骤获取邻居节点接收信号质量参数，具体为：

子步骤S1、获取所述邻居节点Hello消息并提取电平值；

子步骤S2、按预置权重对N次电平值进行滑动加权平均处理，获得滑动加权平均值为接收信号质量参数；

子步骤S3、按固定时间间隔计算所述接收信号质量参数。

即针对信号质量时变和位置变化的特点，模拟Hello消息的接收信号电平并依据其计算接收信号质量参数。在具体实现过程中，可以针对某一节点的各邻居节点的信号质量值计算滑动加权平均值，如采用以下公式：

aw = Σ_{i = 1}^{N} f_{i} * w_{i}

其中，w_i为从接收帧中提取的信号质量值qual，f_i为权重，N为窗口值，表示对某一邻居节点此前n个接收帧进行计算。优选的，所述固定时间时隔可以为1秒。即每隔1秒钟计算一次aw。经过实际测试发现，采用N＝5，f₁＝0.1，f₂＝0.15，f₃＝0.2，f₄＝0.25，f₅＝0.3的滑动平均参数组合，得到aw的值变化最平滑，处理前后的接收信号质量参数变化趋势对比如图2所示。

当然，本领域技术人员采用任一种获取接收信号质量参数的方法都是可行的，例如，计算邻居节点Hello消息前后两次电平的平均值或加权平均值等，本发明对此无需加以限定。

步骤104、依据所述接收信号质量参数调整相应邻居节点的连接状态：

为避免“乒乓效应”，本步骤可以采用如图3所示的双门限判决方法来判定链路的连通性，具体可以按如下方式进行调整：

当所述邻居节点表记录为中断状态，而接收信号质量参数高于预设高门限值时，将所述邻居节点表调整为连通状态；

当所述邻居节点表记录为连通状态，而接收信号质量参数低于预设低门限值时，将所述邻居节点表调整为中断状态；

以及，当接收信号质量参数在高、低门限之间时，则保持所述邻居节点表中记录的状态。

进行上述调整的原理在于，在实际中，如果链路正常，相应节点的接收信号质量参数通常都会高于所述高门限，所以在这种情况下，维护邻居节点表的连接状态为连通；而在一定时间内未收到Hello消息，则相应节点的接收信号质量参数通常都会低于所述低门限，所以在这种情况下，维护邻居节点表的连接状态为中断；可以看出，经过上述调整的邻居节点表，由于考虑到节点多次响应Hello消息的信号强度信息，所获得的节点连接状态可以准确反映当前链路的真实连接状态。

为满足语音业务的Qos需求，在实际中可以设置高门限值为35；预设低门限值为17，在这种情况下，路由建立时间能降低至500ms左右。当然，本领域技术人员根据实际业务需求任意设置该高、低门限值都是可行的，本发明对此无需加以限制。

步骤105、当某个节点收到路由请求时，读取所述邻居节点表的连接状态，若为连通状态，则向该邻居节点转发所述路由请求，建立相应的路由；若为中断状态，则丢弃所述路由请求；

在具体实现中，某个节点收到RREQ，则只有在其邻居节点表的连接状态为连通状态时，才向相应的邻居节点转发该路由请求，当目的节点或某个收到RREQ的中间节点有到目的节点的有效路由，则向发送RREQ的中间节点响应RREP，并沿着反向路由以单播方式向源节点传播，当源节点收到RREP时，从源节点到目的节点的路由就建立了。

在这种情况下，RREQ只能通过质量较好(连通状态)的链路进行转发，使得最终建立起的路由稳定性增强。

以下结合图4更进一步说明本发明的路由建立过程：

假设结点A、B及C互为邻居节点，邻居节点表记录的连接状态均为连通状态；

第(1)步、节点A与节点C建立了一跳路由，节点C向远离节点A的方向位移，但节点B与节点C的链路依旧连通；

此时，节点A(C)根据AC链路丢包率判断与C(A)的链路中断，则更改与C(A)的邻居节点表状态为中断状态；

第(2)步、节点A广播RREQ，节点B、C均可能接收到；

第(3)步、节点C接收来自节点A的RREQ(A)，通过读取邻居节点表发现与节点A的连接状态为中断，于是丢弃该RREQ(A)；

第(4)步、节点B接收到来自节点A的RREQ(A)，通过读取邻居节点表发现与节点A的连接状态为连通，于是转发该RREQ；节点C接收到来自节点B的RREQ(B)，通过读取邻居节点表发现与节点B的连接状态为连通；

第(5)步、节点C向节点B发送RREQ(B)的响应分组RREP，节点B沿着反向路由以单播方式向节点A发送该RREP，从而建立源节点A到目的节点C之间路由为A—B—C。

作为本发明的另一优选实施例，还可以包括步骤：

若检测到中断路由(cut route)，则重新发起路由建立过程。

即当发现路由中断时，执行前述步骤101—105以重建路由。所述检测中断路由的方法可以采用现有技术中的任一种方法，如采用节点通过RREQ中的路由恢复标识(route recovery ID)判断该RREQ是否发现了一条中断路由的方式，当然，上述方式仅仅用作示例，本发明对此无需作出限制。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

参考图5，示出了本发明的一种无线自组织网的路由建立的装置实施例的结构框图，其中，无线自组织网中的每个节点定时广播Hello消息，所述装置可以包括以下单元：

邻居节点表维护单元501，用于使无线自组织网中的每个节点定时广播Hello消息，接收到所述Hello消息的各节点分别维护邻居节点表，并在邻居节点表中记录当前节点与各邻居节点的连接状态，包括连通状态和中断状态；

接收信号获取单元502，用于获取各邻居节点的接收信号质量参数；

连接状态调整单元503，用于依据所述接收信号质量参数调整相应邻居节点的连接状态，包括：

路由请求处理单元504，用于当某个节点收到路由请求时，读取所述邻居节点表的连接状态，若为连通状态，则向该邻居节点转发所述路由请求；若为中断状态，则丢弃所述路由请求。

优选的，在本发明实施例中，所述预设高门限值可以为35；所述预设低门限值可以为17。

在本发明的一种优选实施例中，所述接收信号获取单元502可以进一步包括以下子单元：

优选的，所述N可以为5，所述预置权重依次为0.1、0.15、0.2、0.25、0.3，所述固定时间时隔可以为1秒。

优选的，本发明实施例还可以包括：

新建路由触发单元，用于当检测到中断路由时，重新发起路由建立过程。

参考图6，示出了应用图5所示的优选实施例进行无线自组织网的路由建立的步骤流程图，具体可以包括以下步骤：

步骤601、邻居节点表维护单元使无线自组织网中的每个节点定时广播Hello消息，接收到所述Hello消息的各节点分别维护邻居节点表，并在邻居节点表中记录当前节点与各邻居节点的连接状态，包括连通状态和中断状态；

步骤602、接收信号获取单元获取各邻居节点的接收信号质量参数；

步骤603、连接状态调整单元依据所述接收信号质量参数调整相应邻居节点的连接状态，包括：

步骤604、路由请求处理单元在某个节点收到路由请求时，读取所述邻居节点表的连接状态，若为连通状态，则向该邻居节点转发所述路由请求；若为中断状态，则丢弃所述路由请求。

由于图5所示的装置实施例都可以对应适用于前述的各种方法实施例中，所以描述较为简略，未详尽之处可以参见本说明书前面相应部分的描述。

以上对本发明所提供的一种无线自组织网的路由建立方法和一种无线自组织网的路由建立装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1、一种无线自组织网的路由建立方法，其特征在于，包括：

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

若检测到中断路由，则重新发起所述路由建立过程。

3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述获取各邻居节点的接收信号质量参数的步骤进一步包括：

获取所述邻居节点Hello消息并提取电平值；

按固定时间间隔计算所述接收信号质量参数。

4、如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述N为5，所述预置权重依次为0.1、0.15、0.2、0.25、0.3，所述固定时间时隔为1秒。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设高门限值为35；所述预设低门限值为17。

6、一种无线自组织网的路由建立装置，其特征在于，包括：

7、如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

8、如权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述接收信号获取单元进一步包括：

9、如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述N为5，所述预置权重依次为0.1、0.15、0.2、0.25、0.3，所述固定时间时隔为1秒。

10、如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述预设高门限值为35；所述预设低门限值为17。