CN101478806B - 一种无线自组织网络的无环路由构建方法 - Google Patents

一种无线自组织网络的无环路由构建方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种无线自组织网络的无环路由构建方法,包括:源节点根据数据传送需求向目标节点发送路由请求消息,在所述路由请求消息转发过程中,确定请求消息接收者的动态跳数;所述请求消息接收者根据所述动态跳数更新所述请求消息接收者的路由项,转发路由请求消息直到目标节点;所述请求消息接收者对比上下游节点的跳数与自身动态跳数,对多路径路由上的节点线性排序,建立无环路由。通过应用本发明的方法,克服了多路径路由节点跳数计算上存在的固有缺陷,解决了无环有效路径丢失和多路径路由发现效率不高的问题。

Description

一种无线自组织网络的无环路由构建方法
技术领域
本发明涉及无线自组织网络技术领域,更具体地,本发明涉及一种无线自组织网络中的无环多路径路由动态构建方法。
背景技术
无线自组织网络由一组不需要任何基础硬件设施的动态网络节点组成,由于其灵活、扩展性强的特点,在社区网络、应急救灾等领域有广阔的应用前景。按需协议是适用于无线自组织网络的一种路由协议,这类路由协议只有在存在数据传递时才创建路由,所生成的路由总是使用较新的网络拓扑信息,对网络变化有一定适应性。
按需协议包括单路径按需协议和多路径按需协议。单路径按需协议根据数据传递需要来建立从源节点到目标节点的单一路径,当路由上的节点失效或网络结构发生变化造成路由中断时,启动路径重发现过程以建立新的工作路径。然而,无线自组织网路本身具有动态特性,经常发生节点失效及网络结构变化,由此引起的路由中断导致频繁的路由重发现,增加了数据传输延迟,降低了网络性能。多路径按需协议根据数据传输需要创建多条从源节点到目标节点的路由,当一条路由因节点失效或网络结构变化而中断时,可以利用另一条路由完成数据传递,但其相对的通信线路占用较多,而且在路径发现上效率不高。
实际应用中,AODV协议是单路径按需协议的典型代表,AOMDV协议是AODV协议的多路径扩展,是一种典型的多路径按需协议。AODV结合消息序号,根据节点跳数排序消除路由上的环路,按需创建由源节点到目标节点的单一路径。在多路径路由中一个节点可能会分属于不同的路由,不同路由上节点跳数会不相同。节点跳数的差异使AODV的环路消除方法无法在其多路径扩展中使用。AOMDV采用广告跳数标记节点跳数,并结合消息序号和广告跳数,消除环路,创建多路径路由。节点广告跳数计算方法存在固有缺陷,AOMDV多路径发现的效率也并不高。在AODV的多路径扩展协议中,有的协议,例如MNH,并没有解决环路问题;有的协议,如AOMDV、MP-AOMDV、AODVM和AODVM-PPSP,虽然可以生成无环多路径路由,但多路径发现效率不高。尤其是AOMDV和基于AOMDV的协议仍存在严重的有效路径丢失问题(Zhenqiang Ye,Srikanth V.Krishnamurthy,Satish K.Tripathi,A Framework for Reliable Routing in Mobile Ad hoc Networks,In Proc.The INFOCOM′03.Washington:IEEE Computer Society Press,2003,270-280)。
发明内容
为克服现有无线自组织网络技术中多路径路由节点跳数计算方法缺陷、无环有效路径丢失和多路径路由发现效率不高的缺陷,本发明提出一种基于动态跳数的无线自组织网络的无环路由构建方法。
本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题,构建灵活的节点动态跳数计算方法,并以此为基础建立多路径路由上节点间的线性关系,构造无环多路径路由,提高多路径路由的发现效率。
根据本发明的一个方面,提出了一种无线自组织网络的无环多路径路由按需构建方法。该方法包括:
步骤10)、源节点根据数据传送需求向目标节点发送路由请求消息,在所述路由请求消息转发过程中确定请求消息接收者的动态跳数;
步骤20)、所述请求消息接收者根据所述动态跳数更新所述请求消息接收者的路由项,转发路由请求消息直到目标节点;
步骤30)、所述请求消息接收者对比上下游节点的跳数与自身动态跳数,对多路径路由的节点线性排序,消除路由中的环路。
其中,步骤10)中,所述动态跳数包括<Min,Max>,其中,Max为该节点在多条路由路径上距目标节点跳数的最大值,Min为该节点的直接前驱节点距目标节点跳数的最小值。
其中,步骤20)中,所述消息接收者直接前驱动态跳数的Min值大于或等于消息接收者动态跳数的Max值时更新请求消息接收者的路由项。
所述方法还包括:
步骤40)、目标节点向所述源节点发送路由响应消息,在所述路由响应消息转发过程中,确定响应消息接收者的动态跳数;
步骤50)、所述响应消息接收者根据动态跳数更新所述响应消息接收者的路由项,转发响应消息直到源节点;
步骤60)、所述响应消息接收者对比上下游节点的跳数和自身动态跳数,对多路径路由的节点排序,消除路由中的环路。
其中,步骤50)中,响应消息接收者直接前驱动态跳数的Min值大于或等于请求消息接收者动态跳数的Max值时更新响应消息接收者的路由项。
其中,步骤20)包括:请求消息接收者确定路由表中没有通向消息发送者的路由项,创建通向消息发送者的路由项,将请求消息的上一跳节点作为路由项添加到路由表中,更新自身跳数和动态跳数的Max值为“当前跳数+1”,将当前跳数发送至自己的直接后继节点。
其中,步骤30)包括:请求消息接收者路由表中存在通向消息发送者的路由项,该路由项的序号小于请求消息的序号,请求消息接收者将请求消息的上一跳节点作为路由项,更新自身跳数和动态跳数Max值为“当前跳数+1”。
其中,步骤30)中,如果请求消息接收者路由表中存在通向消息发送者的路由项且该路由项的序号与请求消息序号相同,步骤30)还包括:
如果请求消息的跳数+1小于或等于请求消息接收者动态跳数Max值,请求消息接收者将请求消息的上一跳节点作为路由项添加到路由表中。
其中,如果请求消息的跳数+1小于或等于请求消息接收者动态跳数Max值,步骤30)还包括:如果请求消息接收者没有直接前驱节点,请求消息接收者将请求消息的上一跳节点作为路由项添加到路由表中,并将自身跳数及动态跳数的Max值更新为请求消息接收者当前跳数与请求消息跳数+1的最大值。
其中,如果请求消息接收者有直接前驱节点,步骤30)还包括:如果请求消息接收者的直接前驱节点动态跳数的Min值大于或等于请求消息跳数+1,请求消息接收者将请求消息的上一跳节点作为路由项添加到路由表中,将自身跳数及动态跳数的Max值更新为请求消息接收者当前跳数与请求消息跳数+1的最大值。
其中,步骤50)包括:响应消息接收者确定路由表中没有通向消息发送者的路由项,创建通向消息发送者的路由项,将响应消息的上一跳节点作为路由项添加到路由表中,更新自己的跳数和动态跳数Max值为“当前跳数+1”,将当前跳数发送至自己的直接后继节点。
其中,步骤60)包括:响应消息接收者路由表中存在通向消息发送者的路由项,该路由项的序号小于响应消息的序号,响应消息接收者将响应消息的上一跳节点作为路由项,更新自身跳数和动态跳数Max值为“当前跳数+1”。
其中,步骤60)中,如果响应消息接收者路由表中存在通向消息发送者的路由项且该路由项的序号与响应消息序号相同,步骤60)还包括:
如果响应消息的跳数+1小于或等于响应消息接收者动态跳数Max值,响应消息接收者将响应消息的上一跳节点作为路由项添加到路由表中。
其中,如果响应消息的跳数+1小于或等于响应消息接收者动态跳数Max值,步骤60)还包括:如果响应消息接收者没有直接前驱节点,响应消息接收者将响应消息的上一跳节点作为路由项添加到路由表中,并将自身跳数及动态跳数的Max值更新为响应消息接收者当前跳数与响应消息跳数+1的最大值。
通过应用本发明的方法,克服了多路径节点跳数计算上存在的固有缺陷,解决了无环有效路径丢失和多路径路由发现效率不高的问题;以动态跳数为基础对节点线性排序,在消除了多路径路由环路的同时增加了路径数量;动态跳数不设置最大初始值,依据动态跳数添加新路由项提高了多路径路由发现效率。
附图说明
图1示出根据本发明的无环路由方法的总体流程图;
图2示出基于动态跳数的无环多路径路由构造过程中的消息处理、跳数计算/更新、路由更新的流程图;
图3示出构建无环多路径路由的一个实例。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施实例对本发明提供的一种无线自组织网络的无环路由构建方法进行详细描述。
图1示出根据本发明的无环路由方法的总体流程图,所述方法以节点动态跳数为基础来构造源节点与目标节点间的双向无环多路径路由,采用路由建立过程中的即时环路判断来消除多路径路由中的环路,生成无环多路径路由。即时环路判断首先计算节点动态跳数,然后对比路由中上下游节点的跳数和动态跳数,对多路径路由所涉及的节点进行线性排序,判断环路是否存在。在本实施例中,一个节点动态跳数是一个数对<Min,Max>,其中Max为该节点在多路径路由中的多条路径上距目标节点跳数的最大值;该节点的直接前驱节点可能会有多个,Min为该节点的直接前驱节点距目标节点跳数的最小值。Max或Min的值可以为空,在路由创建过程中,动态跳数初始化为<0,0>,且无须设置最大值。
如图1所示,该方法在具体实施过程中包括两个阶段。第一阶段中,源节点根据数据传送需求来触发路由发现过程,路由请求消息RREQ被不断转发,直至到达目标节点,其中,转发过程中的每一个消息接收者拥有一个路由表,此路由表将保存通向源节点或目标节点的路由项。第一阶段包括:(1)、在转发RREQ的过程中,计算请求消息接收者的动态跳数,即<Min,Max>;(2)、判断是否更新路由项。当RREQ为不同路由构造过程的新消息或消息接收者无通向源节点路由项时,消息接收者将增加/更新路由项,当RREQ为同一次路由构造过程的消息时,RREQ接收者将根据节点动态跳数判断是否增加路由项。增加路由项后将保持如下的关系:RREQ接收者直接前驱动态跳数的Min值大于或等于RREQ接收者动态跳数的Max值。只要满足上述条件路由就可以更新,否则放弃更新。
当RREQ到达目标节点时,第一阶段结束,第二阶段开始,其时目标节点发送路由响应消息RREP。第二阶段包括:(1)、响应消息接收者计算动态跳数;(2)、响应消息接收者判断是否增加、更新路由项。更新、增加路由项时将保持如下的关系:RREP接收者直接前驱动态跳数的Min值大于或等于RREQ接收者动态跳数的Max值,当RREP到达源节点时第二阶段结束,完成源节点到目标节点间的无环多路径路由创建。如果只建立目标节点到源节点的单向无环多路径路由,则只需完成第一阶段的操作。如果要建立从源节点到目标节点的双向无环多路径路由,需要完成第一、第二阶段的共同操作。
图2的示意图详细描述基于动态跳数的无环多路径路由构造方法中消息处理、跳数计算/更新、路由更新的流程。在图2中,以一个单方向的计算、更新过程来示例说明。
如图2所示,源节点向目标节点发送路由请求RREQ,如果RREQ到达目标节点,目标节点将产生路由请求响应消息RREP。源节点和目标节点通过发送路由请求消息RREQ、路由请求响应消息RREP,以节点动态跳数为基础创建无环多路径路由,其过程主要包括以下步骤:
(1)、RREQ/RREP消息接收者查看自身的路由表中是否有通往消息发送者的路由项,若路由表中没有通向消息发送者的路由项,则创建一个通向消息发送者的路由项,将RREQ/RREP消息的上一跳节点作为路由项添加到路由表中,更新自己的跳数和动态跳数Max值为“当前跳数+1”,将当前跳数发送至自己的直接后继节点。该直接后继节点将在动态跳数中保留其直接前驱跳数的最小值,转发RREQ/RREP消息。
(2)、如果RREQ/RREP消息接收者路由表中有通向消息发送者的路由项,而且此路由项的序号比RREQ/RREP序号小,则增加路由项,RREQ/RREP接收者将RREQ/RREP的上一跳节点为路由项来更新路由表,更新自己的跳数和动态跳数Max值为“当前跳数+1”,并将当前跳数发送至自己的直接后继节点,转发RREQ/RREP消息。
(3)、如果RREQ/RREP消息接收者路由表中有通向消息发送者的路由项,判断路由项序号是否等于消息序号,若否,则不作处理,直接转发此消息;如果此路由项的序号与RREQ/RREP序号相同,那么将做如下处理:
(3.1)、如果RREQ/RREP消息的跳数+1小于或等于RREQ/RREP接收者动态跳数Max值,则RREQ/RREP接收者将RREQ/RREP的上一跳节点作为路由项添加到路由表中,转发RREQ/RREP消息。
(3.2)、如果RREQ/RREP消息的跳数+1大于RREQ/RREP接收者动态跳数Max值,则RREQ/RREP接收者作如下处理:
(3.2.1)、如果RREQ/RREP消息接收者没有直接前驱节点,则RREQ/RREP接收者将RREQ/RREP的上一跳节点作为路由项添加到路由表中,并将自身跳数及动态跳数的Max值更新为RREQ/RREP接收者当前跳数与RREQ/RREP跳数+1的最大值,然后将自己的跳数发送至直接后继节点,转发RREQ/RREP消息。
(3.2.2)、如果RREQ/RREP消息接收者有直接前驱节点,则做如下处理:如果其直接前驱节点动态跳数的Min值大于或等于RREQ/RREP消息跳数+1,则RREQ/RREP接收者将RREQ/RREP的上一跳节点作为路由项添加到路由表中,然后将自身跳数及动态跳数的Max值更新为RREQ/RREP接收者当前跳数与RREQ/RREP跳数+1的最大值;否则,放弃添加路由项的操作,转发RREQ/RREP消息。
图3示出使用本发明所述方法构造无环多路径路由的一个具体实例。如图3所示,v0和v6分别为源节点和目标节点,在此实例中路由请求消息序号与各节点路由项序号相同;在构造无环多路径路由过程中,无线自组织网络已经存在如图3(1.1)中所示的路径,即(v6→v5→v4→v1→v0)、(v6→v5→v2→v0)和(v3→v0),图3(1.1)列出每个节点的跳数,其中,节点v5动态跳数的Max=3,Min=2,v2、v3动态跳数的Max、Min均为1。此时,节点v3转发路由请求消息RREQ,节点v2收到消息,路由请求消息序号与v2路由项序号相同。此时,路由请求消息的跳数+1=2,大于v2的跳数,增加路由项,存在产生环路的危险。因此,v2比较路由请求消息的跳数+1与其直接前驱动态跳数的Min值。而路由请求消息的跳数+1=直接前驱v5动态跳数的Min值,故v2增加(v2→v3)为路由项,然后更新自身跳数和动态跳数。增加(v2→v3)之后,v2动态跳数Max值更新为2,如图3(2.2)所示。新路径(v6→v5→v2→v3→v0)被构造出来,如图3(2.1)所示。当v5转发路由请求消息RREQ时,节点v3收到消息。此时,路由请求消息跳数+1=4,它大于v3动态跳数的Max值。增加(v3→v5),存在产生环路的风险。v3比较其直接前驱动态跳数的Min值与路由请求消息跳数+1的值,因v3直接前驱动态跳数的Min值小于路由请求消息跳数+1,所以(v3→v5)不会被添加,从而环路(v3→v5→v2→v3)不形成,如图3(3.1)所示。按照本发明所述方法,经上述过程之后,节点v6到节点v0包括的两条无环多路径路由被构造出来,这两条路径是(v6→v5→v4→v1→v0)、(v6→v5→v2→v0),路径上各节点的跳数如图3(3.2)所示。
最后应说明的是,以上实施实例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制,本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施实例,并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施实例都在本发明的精神和教导范围内。

Claims (9)

1.一种无线自组织网络的无环路由构建方法,包括:
步骤10)、源节点根据数据传送需求向目标节点发送路由请求消息,在所述路由请求消息转发过程中,确定请求消息接收者的动态跳数;其中,所述动态跳数包括<Min,Max>,其中,Max为该节点在多条路径上距目标节点跳数的最大值,Min为该节点的直接前驱节点在多条路径上距目标节点跳数的最小值;
步骤20)、所述请求消息接收者直接前驱动态跳数的Min值大于或等于消息接收者动态跳数的Max值时更新所述请求消息接收者的路由项,转发路由请求消息直到目标节点;
步骤30)、所述请求消息接收者对比上下游节点的跳数与自身动态跳数,对多路径路由的节点线性排序,建立无环路由。
2.权利要求1的方法,还包括:
步骤40)、目标节点向所述源节点发送路由响应消息,在所述路由响应消息转发过程中,确定响应消息接收者的动态跳数;
步骤50)、所述响应消息接收者直接前驱动态跳数的Min值大于或等于请求消息接收者动态跳数的Max值时更新所述响应消息接收者的路由项,转发响应消息直到源节点;
步骤60)、所述响应消息接收者对比上下游节点的跳数和自身动态跳数,对多路径路由的节点排序,建立无环路由。
3.权利要求1的方法,其中,步骤20)包括:
请求消息接收者确定路由表中没有通向消息发送者的路由项,创建通向消息发送者的路由项,将请求消息的上一跳节点作为路由项添加到路由表中,更新自身跳数和动态跳数的Max值为“当前跳数+1”,将当前跳数发送至自己的直接后继节点。
4.权利要求1的方法,其中,步骤30)包括:
请求消息接收者路由表中存在通向消息发送者的路由项,该路由项的序号小于请求消息的序号,请求消息接收者将请求消息的上一跳节点作为路由项,更新自身跳数和动态跳数Max值为“当前跳数+1”。
5.权利要求1的方法,其中,步骤30)还包括,如果请求消息接收者路由表中存在通向消息发送者的路由项且该路由项的序号与请求消息序号相同,
如果请求消息的跳数+1小于或等于请求消息接收者动态跳数Max值,请求消息接收者将请求消息的上一跳节点作为路由项添加到路由表中;
如果请求消息的跳数+1大于请求消息接收者动态跳数Max值,如果请求消息接收者没有直接前驱节点,请求消息接收者将请求消息的上一跳节点作为路由项添加到路由表中,并将自身跳数及动态跳数的Max值更新为请求消息接收者当前跳数与请求消息跳数+1的最大值。
6.权利要求5的方法,其中,如果请求消息接收者有直接前驱节点,步骤30)还包括:如果请求消息接收者的直接前驱节点动态跳数的Min值大于或等于请求消息跳数+1,请求消息接收者将请求消息的上一跳节点作为路由项添加到路由表中,将自身跳数及动态跳数的Max值更新为请求消息接收者当前跳数与请求消息跳数+1的最大值。
7.权利要求2的方法,其中,步骤50)包括:
响应消息接收者确定路由表中没有通向消息发送者的路由项,创建通向消息发送者的路由项,将响应消息的上一跳节点作为路由项添加到路由表中,更新自己的跳数和动态跳数Max值为“当前跳数+1”,将当前跳数发送至自己的直接后继节点。
8.权利要求2的方法,其中,步骤60)包括:
响应消息接收者路由表中存在通向消息发送者的路由项,该路由项的序号小于响应消息的序号,响应消息接收者将响应消息的上一跳节点作为路由项,更新自身跳数和动态跳数Max值为“当前跳数+1”。
9.权利要求2的方法,其中,步骤60)还包括:如果响应消息接收者路由表中存在通向消息发送者的路由项且该路由项的序号与响应消息序号相同,
如果响应消息的跳数+1小于或等于响应消息接收者动态跳数Max值,响应消息接收者将响应消息的上一跳节点作为路由项添加到路由表中;
如果响应消息的跳数+1大于响应消息接收者动态跳数Max值,如果响应消息接收者没有直接前驱节点,响应消息接收者将响应消息的上一跳节点作为路由项添加到路由表中,并将自身跳数及动态跳数的Max值更新为响应消息接收者当前跳数与响应消息跳数+1的最大值。
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