CN101496360B - Ad hoc网络中的机会路由协议 - Google Patents

Abstract

一种机会ad hoc路由协议系统以及方法，包括：动态ad hoc网络，其具有被配置为彼此进行无线通信的一个或多个节点。每一节点被配置为：实现这样的路由协议，其中在一个或多个节点中的每一个的路由表中存储可能中继节点的列表。此外，每一节点被配置为：实现适用于允许不同节点接收相同分组的协议。此外，每一节点适用于：更新所述可能中继节点的列表，以捕获所述ad hoc网络中的改变。

Description

AD HOC网络中的机会路由协议

技术领域

本发明涉及无线网络技术。具体地说，本发明涉及ad hoc网络中的机会路由协议。

背景技术

这个部分意欲提供用于在权利要求中所陈述的发明的背景或上下文。在此的描述可以包括可以被推行的构思，但并非一定是先前已经构想过或者推行过的构思。因此，除非在此另外指出，否则在这个部分中所描述的内容并非是用于该申请中的说明书和权利要求的现有技术，并且不应通过被包括在这个部分中而被认为是现有技术。

ad hoc网络可以被定义为这样的一种无线网络，即其中站或设备与其它站或设备直接地并且不经由接入点地进行通信。ad hoc网络一般用于建立其中不存在网络基础架构的网络。

无线网络或“空中接口”的混杂特性已经典型地被认为是对传输的妨碍。在无线通信网络中收听其它参与方的业务被认为是干扰，这一般是要寻求补救的。仅在最近才考虑了使用对通信网络有利的空中接口的基本广播特性。

ad hoc网络可以很有益，在ad hoc网络中无线节点处于彼此的范围之内并且在利用空中接口的广播特性的情况下使用彼此来对消息进行中继。然而，典型ad hoc路由协议通常致力于发现对于连接的生存时间的一条良好路由，而非利用在任何时刻可用的传输路径分集。

ad hoc网络中的条件一贯在演变。在高动态系统中，发现良好传输路由是一个困难的任务。例如，衰落改变每一无线链路的条件，从而使得某些节点即刻消失，仅一会儿之后再次出现。节点的移动性也扰乱了节点对之间的连接性。相应地，无论在任何给定时间连接如何次优，良好路由都经常以成为持续期望时间段的路由而结束。

某些已知系统利用空中接口的广播特性。例如，蜂窝网络通过考虑某种信道质量指示符(CQI)而将分组从基站调度到移动终端，从而在每个时隙，关于某种度量而选取最佳信道。然而，这种架构过于特定于蜂窝架构，以至于无法应用于ad hoc网络中。

虽然如此，但出于若干原因，机会协议很有益。例如，这对于考虑方形区域的简单情况很有帮助。为了在处于某些按对角线相对的角处的两个节点(表示为s和d)之间建立连接，节点经由在方形中均匀分布的中继而被连接。每一节点对之间的连接性受某种衰落所影响。存在两种广义类型的路由协议，被称为被动式路由协议和主动式路由协议。主动式协议会尝试提前标识节点之间的连接性，并且将信息存储在路由表中。被动式协议尝试仅在连接建立时标识路由。

在其中待建立单一连接的具有静态节点的系统中，主动式协议和被动式协议二者表现相似。协议尝试对将持续连接的长度的路由进行标识。如果路由在连接时间期间演变，则这两种类型的协议进行不同的反应。

在连接性仅受两个固定点之间衰落所干扰的静态环境中，这些协议的性能取决于路由有多强健。通过实现并且部署ad hoc网络的实验结果已经表明，多数协议执行得很糟糕。例如Douglas S.J.De Couto，Daniel Aguayo，John Bicket，Robert Morris，A High-Throughput Path Metric for Multi-HopWireless Routing，Proceedings of the 9th ACM International Conference onMobile Computing and Networking(MobiCom′03)，San Diego，California，September 2003(通过引用合并到此)表明：在连接性仅受两个固定点之间的衰落所干扰的情况下，现有ad hoc协议并非执行得良好。

图1示出使用具有相关Rayleigh衰落的已知路由协议对于ad hoc网络的仿真的结果。相关高斯过程(Correlated Gaussian process)用于生成相关衰落分布，其于是被用于在方形中在节点之间建立连接性。假设连接性在每一时隙上恒定。这说明信道的相干时间大于一个时隙。由于多数ad hoc协议尝试获取具有最短跳数的路径，因此图1中绘制出每一时隙中的最短路径长度。对于该仿真，考虑由从50个节点至100节点变化的多个节点所占据的500m×500m方形。两个节点可以连接的距离也是可变的，并且取决于模型。最大连接距离被设置为大约300m。

对于Gilbert-Elliot模型所描述的信道仿真相同的情形，如E.Gilbert，Capacity of a burst-noise channel，Bell System Technical Journal，pp.1253-65，1960(通过引用合并到此)中所讨论的那样。Gilbert-Elliot(GE)模型是用于仿真具有一些相关分组错误的信道的典型模型。从Ben Miler，Alastair James，An Analysis of Packet Loss Models for Distributed SpeechRecognition in Proc.ICSLP 2004，October 2004(通过引用合并到此)获得GE模型的参数。Miler给出三种类型信道的参数，每一信道相隔3dB。考虑信号的自由空间衰减，以将这些类型的信道映射到图1的图线中的距离，从而使得距离的加倍与功率上的6dB下降对应。对于最后范围之外的节点，假设没有连接性。扩展连接性范围以包括这些节点将仅增加最短路径长度的可变性。所得到的仿真被绘制为如图2所示。

应注意，在GE模型或Rayleigh模型中未考虑干扰。由于每一链路将得到更高的丢弃分组的机会，因此干扰将仅增加跳数。这也将增加最短路径长度的可变性。在这两种情况下可见，即使是静态网络，最短路径也经受某些显著变化。对于被动式协议，多数当前ad hoc协议决定单个路由为在建立时的最短路径，或者对于主动式协议，多数当前ad hoc协议决定在单个路由为在编辑路由表时的最短路径。二者都证明对系统的性能无益，这是因为协议要么满足于不可维持的最短路径，要么每当存在更短路径时满足于表现不佳的路径。

当前ad hoc网络系统尚未完全利用机会路由的优点。机会调度已经广泛用于一对多传输，主要用于关于将节点连接到基站的信道的条件而调度节点。然而，在ad hoc的情况下，存在相关的工作，即考虑利用通过空中接口上的多个用户所提供的分集。

关于该主题的最相关的工作是Sanjit Biswas，Robert Morris，Opportunistic routing in Multi-Hop Wireless Networks，Proceedings of theSecond Workshop on Hot Topics in Networking(HotNets-II)，Cambridge，Massachusetts，November 2003(通过引用合并到此)。Biswas和Morris的这个工作起因于实践问题。首先，使用传统且标准化的媒体访问控制(MAC)层和网络以及路由协议，部署RoofNet项目(如在http://www.pdos.lcs.mit.edu/roofnet/所讨论的那样，通过引用合并到此)。然而，这些协议最终执行得有点糟糕，如Douglas S.J.De Couto，Daniel Aguayo，JohnBicket，Robert Morris，A High-Throughput Path Metric for Multi-HopWireless Routing，Proceedings of the 9th ACM International Conference onMobile Computing and Networking(MobiCom′03)，San Diego，California，September 2003(通过引用合并到此)所讨论的那样。

为了改进网络的整个性能，Douglas的第一直觉是改变性能度量，因为典型路由协议基于使度量、跳计数最小化来选取路由，这导致表现不佳的路由。Douglas探寻对重传数量而不是跳数进行最小化将如何改进性能。

在同期的努力中，在RoofNet小组中的其他人考虑了机会路由。该构思在于，使用从一个发射机到多个接收机的分集。为了实现这个目的，他们修改了两个关键元素：路由和MAC协议。路由协议被修改为使得没有了用于下一跳的一个单独的候选，而是有了可能候选的列表：会将分组更接近地向目的地(在网络拓扑的意义上)转发的所有节点都被包括在路由表中。

MAC适用于允许不同接收机接收相同分组。因此，用于下一跳的预期接收机的列表被包括在MAC头中。所述预期接收机依次进行确认，从而使得发射机获知至少一个接收机已经成功地接收到分组。还假设所有接收机都收听该确认，以判断是否转发它们的该分组的拷贝。遗憾的是，Biswas中所讨论的协议没有被配置为在动态ad hoc网络中操作。

图4示出在Biswas中如何对转发候选进行排序。候选A是优于B的优选中继，而B优于C。确认连同最优选候一起被返回给发射机。

其它相关的工作包括GPSR，如Brad Karp，H.T.Kung，GPSR：GreedyPerimeter Stateless Routing for Wireless Networks in Proc.of the 6th AnnualACM/IEEE International Conference on Mobile Computing andNetworking(MobiCom 2000)(通过引用合并到此)中所讨论的那样。GPSR是地理路由协议，因此其略微与机会路由有关。GPSR背后的构思在于将分组转发到范围之内的节点，该节点于是将把分组推进到最接近于分组的目的地。该方法的优点在于，因为确定哪个节点是下一跳是一个纯粹的几何计算，所以在路由表中没有可扩展性问题。当不存在比当前节点更接近于目的地的节点时，GPSR转发切换到周界模式(perimeter mode)。

该系统由Brian Blum，Tian He，Sang Son，and John Stankovic.IGF：Astate-free robust communication protocol for wireless sensor networks所描述。技术报告CS-2003-11，University of Virginia CS Department，2003(通过引用合并到此)与Biswas相似之处在于，修改了MAC层。节点将请求发送给一组潜在中继，并且错开对于该请求的响应，从而避免碰撞。此外，这组潜在中继由彼此收听的节点组成，从而使得节点之一进行的该请求的确认被其它节点听到。这样，仅一个节点应答，即第一节点进行应答。Blum系统与Biswas的不同之处在于，潜在中继的列表并非由发射机在MAC头中给出，而是基于地理区域内的节点的位置而被定义。可以使用位置的GPS信息或某种定位算法来映射所述区域。然而，地理路由的一个缺点是需要定位信息和地理寻址。

相应地，需要一种路由协议，其机会主义地将自身适配于动态ad hoc网络中的信道条件。

发明内容

根据本发明一个实施例，一种机会ad hoc路由协议系统，包括：动态ad hoc网络，其具有被配置为彼此进行无线通信的一个或多个节点。每一节点被配置为实现这样的路由协议，其中，在一个或多个节点中的每一个的路由表中存储可能中继节点的列表。此外，每一节点被配置为：实现适用于允许不同节点接收相同分组的协议。此外，每一节点适用于：更新所述可能中继节点的列表，以捕获所述ad hoc网络中的改变。

根据本发明另一实施例，一种用于在ad hoc网络中实现机会路由的方法，包括：首先将包括一个或多个分组的广播消息从源节点发送给目的地节点。在一个或多个中继节点处接收所述广播消息。每一中继节点更新接收的分组，在中继节点的路由表中创建路由条目，并且将所述更新的分组重新广播给一个或多个邻近中继节点。可以在一个或多个中继节点处接收来自转发节点的另外的广播消息。对所述另外的广播消息的跳计数与所述路由表中存储的一个或多个跳计数值进行比较。如果所述另外的广播的跳计数小于阈值，则在所述路由表中创建附加条目，以用于所述转发节点。于是在目的地节点处接收所述广播消息。所述目的地节点更新所述接收的分组，在所述目的地节点的路由表中创建路由条目，并且向所述源节点发送路由应答消息。接下来，在所述一个或多个中继节点处接收所述路由应答消息。相应地，所述一个或多个中继节点更新其路由表，以标识新的潜在转发节点。所述一个或多个中继节点向目的地节点发送所述路由应答消息被所述一个或多个中继节点接收的确认，并且所述路由应答消息被转发给所述源节点。

根据本发明又一实施例，如果所述一个或多个中继节点的MAC地址被包括在所述路由应答消息的MAC头中，则用于在ad hoc网络中实现机会路由的方法包括：接收所述路由应答，其中，所述一个或多个中继节点的去往所述目的地节点的跳计数增加1。接下来，将等于去往所述源节点的最小跳数的值插入在接收的分组的头中。将用于标识去往所述目的地节点的潜在转发节点的条目添加到所述一个或多个中继节点的路由表中。

根据本发明又一实施例，如果所述一个或多个中继节点经由本地广播地址接收所述路由应答消息，则用于在ad hoc网络中实现机会路由的方法包括：接收所述路由应答，其中，所述方法确定所述一个或多个中继节点是否为用于节点转发的候选。如果所述一个或多个中继节点是用于节点转发的候选，则更新接收的分组和所述一个或多个中继节点的路由表。此外，将确认发送给所述转发节点。

当结合附图时，本发明的这些和其它优点和特征连同其操作的组织和方式将从以下详细描述变得清楚，其中，贯穿以下所描述的几个附图，相似的元件具有相似的标号。

附图说明

图1是Rayleigh衰落仿真中的随时间而变的关于跳数的最短路径的图线。

图2是Gilbert-Elliot模型中随时间而变的关于跳数的最短路径的图线。

图3是示出在无线网络中机会路由如何增加连接性的示图。

图4是示出机会MAC协议的示图。

图5是在其中可以实现本发明的系统的概览示图。

图6是可以在本发明的实现方式中使用的移动电话机的透视图。

图7是图6的移动电话机的电话机电路的示意性表示。

图8是根据本发明一个实施例的ad hoc网络。

图9(a)是示出根据本发明一个实施例的路由请求广播消息的接收的流程图。

图9(b)是示出根据本发明另一实施例的路由请求广播消息的接收的流程图。

图9(c)是示出根据本发明一个实施例的路由应答广播消息的接收的流程图。

图9(d)是示出根据本发明一个实施例的用于机会路由协议的路由条目的建立的示图。

图10是示出用于机会路由协议的路由条目的更新的示图。

图11是示出使用Gilbert-Elliot模型的、对于in and ad hoc网络的机会协议中的分组的路径长度除以AODV协议网络中分组的分组长度的图线。

图12是示出使用相关Rayleigh模型的、对于in and ad hoc网络的机会协议中的分组的路径长度除以AODV协议网络中分组的分组长度的图线。

图13是示出AODV协议与根据本发明所实现的协议的、对于1000个时隙连接的在所有仿真轮次上取平均的路由修复平均数量的比的图线。

具体实施方式

以下将参照附图描述本发明实施例。应理解，以下描述意欲描述本发明示例性实施例，而并非限制本发明。

图5示出其中可以利用本发明的系统10，其包括可以通过网络进行通信的多个通信设备。系统10可以包括有线网络或无线网络的任何组合，包括移动电话网络、无线局域网(LAN)、蓝牙个域网、以太网LAN、令牌环LAN、广域网、互联网等等，但不限于此。系统10可以既包括有线通信设备又包括无线通信设备。

为了举例说明，图1所示的系统10包括移动电话网络11和互联网28。至互联网28的连接性可以包括长距离无线连接、短距离无线连接、以及各种有线连接(包括电话线路、缆线线路、电源线路等等，但不限于此)，但不限于此。

系统10的示例性通信设备可以包括移动电话机12，组合PDA和移动电话机14、PDA 16、集成消息传送设备(IMD)18、桌面计算机20以及笔记本计算机22，但不限于此。通信设备可以是固定的，或当由正在移动的个人所携带时而移动的。通信设备也可以处于交通模式中，包括汽车、卡车、出租车、公交车、船、飞机、脚踏车、摩托车等等，但不限于此。通信设备中的一些或全部可以发送并且接收呼叫和消息，并且通过至基站24的无线连接25与服务提供商进行通信。基站24可以连接到网络服务器26，网络服务器26允许移动电话网络11与互联网28之间的通信。系统10可以包括不同类型的附加通信设备和通信设备。

通信设备可以使用各种传输技术进行通信，包括码分多址(CDMA)、全球移动通信系统(GSM)、通用移动电信系统(UMTS)、时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)、短消息传送服务(SMS)、多媒体消息传送服务(MMS)、电子邮件、即时消息传送服务(IMS)、蓝牙、IEEE 802.11等等，但不限于此。通信设备可以使用各种介质进行通信，包括无线电、红外线、激光、缆线连接等等，但不限于此。

图6和图7示出其中可以实现本发明的一个代表性移动电话机12。然而，应理解，本发明并非意欲受限于一种特定类型的移动电话机12或其它电子设备。图6和图7的移动电话12包括外壳30、液晶显示器形式的显示器32、键区34、麦克风36、耳机38、电池40、红外端口42、天线44、根据本发明一个实施例的UICC的形式的智能卡46、读卡器48、无线电接口电路52、编解码器电路54、控制器56和存储器58。各种电路和元件是本领域中的(例如在Nokia移动电话机的范围内)已知的所有类型。

图8示出根据本发明一个实施例的ad hoc网络100。如图所示，多个节点n被配置为：与出现在ad hoc网络100上的其它节点n中的每一个进行无线通信。节点可以是被配置为用于无线通信的若干设备之一，包括PDA 16、移动电话机12和笔记本计算机22，但不限于此。根据本发明实施例，ad hoc网络100是基于802.11框架的。因此，所述多个节点n中的每一个具有IP能力，并且侦听相同信道，以用于数据的接收和发送。802.11框架允许节点n在处于动态环境中的同时与其它节点n进行通信。相应地，节点n无需协定用于通信的专用信道。ad hoc网络100中的每一节点n能够中继用于其它节点n的数据业务。通常，节点n不了解它们的相对地理位置。

根据本发明一个实施例，ad hoc网络100的路由协议被修改，从而使得不存在用于下一跳的一个单独的候选，而是存在可能候选的列表。因此，对于给出的节点n，会将分组更接近地向目的地转发的所有节点都被包括在节点n的路由表中。此外，ad hoc网络100的MAC协议适用于允许不同节点接收相同分组。因此，用于下一跳的预期接收机的列表被包括在MAC头中。所述预期接收机依次进行确认，从而使得发射机获知至少一个接收机已经成功地接收到分组。还假设所有接收节点n收听确认，以判断是否转发它们的该分组的拷贝。此外，如下将描述的那样，如果在ad hoc网络有改变，每一节点n能够更新自身。例如，改变可以是向网络100添加节点n或从网络100删除节点n。

为了描述，移动电话机被标记S，以表示源节点，而笔记本计算机22被标记D，以表示目的地节点。相应地，其余节点被标记n，以表示为了该讨论这些节点是中继节点。根据本发明一个实施例，并且如图9(a)至9(d)所示，当源节点S期望建立至目的地节点D的连接时，节点S将广播消息发送给节点D(步骤1000)。广播消息是泛洪广播，从而使得分组被发送给ad hoc网络100中出现的每个节点n。分组是在其行进穿过网络时保持其完整性的信息片段。每一分组包含有包括这样的信息的头，所述信息包括所述分组的业务类型并且标识所述分组的源(在此情况下是节点S)。广播的格式是路由请求RREQ的格式，与AODV路由请求相似。AODV是被动式路由协议，并且仅根据需要而建立至目的地的路由。下文中，仅为了简化讨论，广播消息将被称为路由请求RREQ。应理解，广播消息可以是适合于执行本发明的目的的不同类型的。

首次接收路由请求RREQ(步骤1010)的每一中继节点n执行一组任务。首先，根据本发明一个实施例，接收来自源节点S的广播的中继节点n将分组头中存储的跳计数增加1，以创建更新的分组(步骤1020)。跳计数表示分组在源节点S与目的地节点D之间所穿越的跨段的数量。此外，中继节点n在其路由表中创建路由条目(步骤1030)。用于给出的中继节点n的路由条目是列表对，其标识转发节点n_f(将分组转发到中继节点n的节点)以及分组头跳计数(n_f，h)。中继节点n于是通过重新广播更新的分组而将更新的分组转发给其他邻近中继节点n′(步骤1040)。

根据本发明一个实施例，因为源节点S发送泛洪广播消息，所以中继节点n可能接收路由请求RREQ的若干个拷贝(步骤1050)。当中继节点n从邻近节点n′接收到从源节点S向目的地节点D发送的广播消息的另一拷贝时，其将分组头中的跳计数h′与存储在其路由表中的不同跳计数值进行比较(步骤1060)。如果分组头中的跳计数h′小于或等于用于中继节点n’去往源节点S的路由的路由表中存储的最小值加上阈i，则中继节点n通过将新的列表对(n′，h′)添加到去往源节点S的路由表条目来更新其路由表(步骤1070)。

根据本发明一个实施例，阈参数i可以被修改。例如，一个可能的阈情形是：如果另外的广播的跳计数小于或等于(在分组头中发现的)当前跳计数+1，则把新的列表对添加到中继节点n路由表。通常，副本广播消息的分组中的跳计数的值将随时间而增加，从而使得中继节点n的路由表将接受新的条目仅很短的时间，并且于是将忽略另外的广播消息。此外，中继节点n不重新广播副本路由请求。相应地，由源节点S发送的路由请求RREQ建立回到源S的不同路径。以上所描述的一系列动作作为部分A被显示在例如图9(d)中，其中，ad hoc网络100包括源节点S、目的地节点D以及中继节点R1、R2和R3。

此外，如图9(b)和9(d)所示，除了目的地节点D不转发广播消息(RREQ)之外，目的地节点D与以上所描述的中继节点n相似地处理路由请求(RREQ)(步骤2000、2010和2020)。然而，目的地节点D创建路由应答消息RREP，并且将RREP消息发送给目的地节点D已经在其路由表中作为潜在转发条目列出的所有中继节点n(步骤2030)。路由应答消息RREP被寻址至D，并且包括两个计数。第一RREP计数h_d在每一跳处增加，并且用于估计将分组从接收RREP的中继节点n路由回到目的地节点D的跳数。另一RREP计数h_s存储去往源节点S的跳数。

根据本发明一个实施例，目的地节点D使用标准转发过程。相应地，目的地节点D使用这样的MAC头，该MAC头带有以增加跳计数的方式排序的、在路由表中作为朝向D的转发节点所列出的所有条目。有限的本地广播地址被附接在列表的结尾。

在发送路由应答消息RREP之后，目的地节点D等待确认(步骤2040)。在一个特定实施例中，等待时间由MAC协议来定义。如果目的地节点D接收到确认，则该过程完成(步骤2050)。如果目的地节点D没有接收到确认，则其重传RREP消息分组(步骤2060)。在尝试预定数量的失败传输之后，分组被完全丢弃(步骤2070)。

如图9(c)和9(d)所示，{部分B}，接收来自邻近节点n′的路由应答消息RREP(步骤3000)的中继节点n更新其路由表。如果中继节点n具有MAC头中特别包括的其MAC地址(步骤3010)，则其如下更新其路由表(步骤3020)：中继节点n将去往目的地节点D的跳计数增加1。此外，中继节点n在RREP分组的头中插入表示朝向源节点S的最小跳数的值。此外，中继节点n将列表对(n′，h′ _D )作为条目添加到其朝向目的地节点D的潜在转发中继节点n的列表中。

中继节点n于是等待来自在MAC头列表上列在中继节点n之前的邻近中继节点n′的潜在确认(步骤3030)。如果中继节点n接收到确认，则中继节点n不进行任何操作(步骤3040)。如果中继节点n没有检测到确认，则中继节点n使用相同MAC格式，将路由应答消息RREP转发给在中继节点n的朝向源节点S的潜在转发节点的列表中的邻近节点n′(步骤3050)。

在替换方式中，如果中继节点n通过有限本地广播地址的方式接收(收听)到RREP分组，则首先，中继节点n对其在路由表中的用于源节点S的条目进行比较(步骤3060)。如果RREP分组中所包括的跳计数的值h′_S大于中继节点n’的路由表中存储的最小跳计数值h_s，则中继节点n是用于转发的良好候选节点。相应地，中继节点n增加其跳计数，并且更新其路由表(步骤3070)。在此阶段，中继节点n不尝试转发RREP分组。中继节点n而是将确认信号发送给这样的节点n′，即该节点n′在中继节点n从目的地节点D接收分组的最近确认时隙中转发了路由应答RREP(步骤3080)。其后，邻近节点n′以列表对(n，h_s)更新其路由表(步骤3090)。一旦分组(或潜在的多个分组)返回到源节点S，就已经在两个方向上建立了路由。于是在源节点S与目的地节点D之间建立了连接(步骤3100)。此外，中继节点n将确认发送给目的地节点D。

根据本发明一个实施例，通过与用于路由应答消息RREP的规则相似的规则来转发分组。由于可以通过收听并且响应有限本地广播而添加新的节点，因此被发送的每一分组增强并且可能更新中继节点n、源节点S和目的地节点D的路由表中的信息。

ad hoc网络100中的节点中的每一个的路由表中的所有条目仅被保存连接的时间。在表中条目应该被设置为具有一些往返时间的顺序的默认TTL值。在高度动态环境中无需将信息保存更长时间，并且这确保了协议的可扩展性。本发明的一个优点是使得协议可以是无循环的。可以针对消息分组所携带的头中的值而检查去往目的地节点D的跳数。

图10示出简单情况，以进一步描述本发明。如图所示，源节点S期望建立至目的地节点D的连接，其中，以R1、R2和R3表示的中继节点n在其之间潜在地有效。

使用所示路由表进行在建立连接之后的分组转发。如果某些传输第一轮失败，则在接下来的成功传输之后更新路由表。例如，在图10中，中继节点R2与源节点S之间的RREP消息被丢弃，提示中继节点R1再次发送RREP(4000)。如果中继节点R2发送到源节点S的下一分组通过，则源节点S在其路由表中包括朝向目的地节点D至中继节点R2的项。

图10进一步示出根据本发明一个实施例在连接期间如何更新节点路由表中的路由条目。中继节点R1向D发送分组，该分组带有其路由表中的发自源节点S的和去往目的地节点D的跳计数(4010)。如图所示，分组被从中继节点R1发送给中继节点R2，并且于是绕过中继节点R3而被发送到目的地节点D(4010、4020)。中继节点R3收听从中继节点R2至目的地节点D的分组传输(4030)。根据本发明一个实施例，在其路由表中没有去往源节点S的条目的中继节点R3在其路由表中创建条目。根据本发明另一实施例，中继节点R3的去往目的地节点D的跳计数小于R2的去往目的地节点D的跳计数。相应地，中继节点R3向中继节点R2进行宣告，从而使得中继节点R2在其路由表中包括R3。

根据本发明另一实施例，中继节点R3的去往源节点S的跳计数小于中继节点R2的去往S的跳计数。相应地，当将分组从目的地节点D发送回中继节点R2时，中继节点R3收听分组传输(4040)。因为从中继节点R3至源节点S的跳计数小于从中继节点R2至源节点S的跳计数，所以中继节点R3对去往目的地节点D的分组进行确认，并且将其去往源节点S的和目的地节点D的跳计数发送给目的地节点D(4050)。其后，目的地节点D将中继节点R3包括在其路由表中。相应地，在从源节点S接收到另一分组时，目的地节点D将返回分组发送给中继节点R2和R3两者(4060)。中继节点R3确认从D发送的分组，并且将该分组发送给源节点S(4070)。因此，无线网络的混杂性允许节点R3收听分组传输，并且利于从目的地节点D到源节点S的未来分组的更可靠并且直接的传输。

根据本发明另一实施例，与如上所述的MAC层相反，可以在互联网协议(IP)层实现机会ad hoc路由协议。因此，ad hoc网络100的IP协议适用于允许不同节点n接收相同分组。因此，用于下一跳的预期接收机的列表被包括在IP分组头中。预期接收机依次进行确认，从而使得发射机获知至少一个接收机已经成功地接收到分组。还假设所有接收节点n收听确认，以判断是否转发它们的分组的拷贝。此外，如下所述，如果在ad hoc网络中有改变，每一节点n能够更新自身。例如，改变可以是向网络100添加节点n或者从网络100删除节点n。

根据本发明一个实施例，当源节点S期望建立至目的地节点D的连接时，节点S将广播消息或RREQ发送给节点D(步骤1000)。所述广播消息是泛洪广播，从而使得分组被发送给ad hoc网络100中出现的每个节点n。

首次接收路由请求RREQ(步骤1010)的每一中继节点n执行一组任务。首先，根据本发明一个实施例，接收来自源节点S的广播的中继节点n将IP分组头中存储的跳计数增加1，以创建更新的分组(步骤1020)。跳计数表示分组在源节点S与目的地节点D之间所穿越的跨段的数量。此外，中继节点n在其路由表中创建路由条目(步骤1030)。用于给出的中继节点n的路由条目是列表对，其标识转发节点n_f(将分组转发到中继节点n的节点)以及IP分组头跳计数(n_f，h)。中继节点n于是通过重新广播更新的分组而将更新的分组转发给其他邻近中继节点n′(步骤1040)。此外，如图9(b)和9(d)所示，除了目的地节点D不转发广播消息(RREQ)之外，目的地节点D与以上所描述的中继节点n相似地处理路由请求(RREQ)(步骤2000、2010和2020)。然而，目的地节点D创建路由应答消息RREP，并且将RREP消息发送给目的地节点D已经在其路由表中作为潜在转发条目列出的所有中继节点n(步骤2030)。路由应答消息RREP被寻址至D，并且包括两个计数。第一RREP计数h_d在每一跳处增加，并且用于估计将分组从接收RREP的中继节点n路由回到目的地节点D的跳数。另一RREP计数h_s存储去往源节点S的跳数。

当节点n接收到分组时，该节点对其路由表中的去往目的地D的其跳计数与当前跳计数进行比较。根据本发明一个实施例，如果(在路由表中的去往目的地D的跳计数)+(在IP分组头中的当前跳计数)的和小于(在IP分组头中的目标跳计数)+阈值，则转发分组。如果阈值为零，则经由最短路径和/或多个最短路径来转发分组。

根据本发明另一实施例，节点n被配置为：限制所发送的分组的数量。在转发分组之前，节点n等待与(去往目的地D的跳计数)+(当前跳计数)-(目标跳计数)成比例的时间长度。相应地，如果在节点n正等待由以上等式给出的时间长度的同时，节点n从另一节点n接收到分组，则这指示相同分组已经被朝向目的地进一步向下转发了。响应于此，节点n取消其自身已调度的传输。

现在描述本发明的简单估算。在500×500方形区域中进行仿真，尝试经由均匀分布在方形中的N个中继节点来连接位于方形的对角处的两个节点。N被设置为75，并且本发明的性能使用Douglas描述的GE模型。

在静态情况下，AODV协议收敛于在整个仿真中始终稳定的路由上。然而，这种收敛性朝向次优化的路由。图11是对于本发明所实现的协议的每一分组的路径长度除以对于不同实现方式的AODV的路径长度的比率的图线。如图11所示，本发明所实现的协议一贯地发现较短路径，其平均是AODV路径的长度的77％。

图12使用相关Rayleigh衰落信道模型而不是GE信道模型来执行与图11相同的测量。如图所示，对于使用本发明所实现的协议的路径长度平均是以AODV实现的路径长度的四分之三长度。

为了分析路由修复的影响，考虑其中节点移动的动态网络。在此情况下，存在固定连接性半径，并且连接性的变化是仅由于节点的运动而导致的。N＝50并且连接性半径是250m。每个节点挑选速率和方向。当节点触及边界时，其挑选另一速率和方向，从而使得其停留在方形内。均匀地挑选速率和方向。速度被限制在较小的最小值之下，从而使得没有节点永远坚持停留在低速率上卡住。

路由修复对于很多参数(例如连接性半径、节点数量、仿真长度、移动性模型等等)是敏感的。图13示出AODV协议与根据本发明所实现的协议的、对于1000个时隙连接的在所有仿真轮次上取平均的路由修复平均数量的比。路由修复的数量被绘制为随移动节点的最大速率而变。如图所示，AODV需要比根据本发明所实现的协议明显更多的路由修复。

在以上实施例中描述的本发明具有优于传统系统的若干优点。例如，可以将分组转发给目的地节点的并且位置比源节点“更接近”的ad hoc网络中的所有节点进行竞争来转发分组。此外，可以使用相对简单的现成的组件来实现本发明。此外，本发明具有用于与有线协议相互操作的能力，以确保ad hoc网络可以与遗留的有线基础架构进行通信。

在方法步骤的一般情境中描述了本发明，其可以由程序产品在一个实施例中实现，所述程序产品包括由网络化的环境中的计算机所执行的计算机可执行指令，例如程序代码。通常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。计算机可执行指令、关联数据结构和程序模块表示用于执行在此所公开的方法的步骤的程序代码的示例。这样的可执行指令或关联数据结构的特定顺序表示用于实现在这些步骤中所描述的功能的对应动作的示例。

可以通过具有基于规则的逻辑以及其它逻辑的标准编程技术来实现本发明的软件和web实现方式，以实现各个数据库搜索步骤、相关步骤、比较步骤和判断步骤。应注意，在此以及在权利要求中所使用的文字“组件”和“模块”意欲包括使用一个或多个系列的软件代码的实现方式、和/或硬件实现方式、和/或用于接收手动输入的设备。

为了进行说明和描述，已经提出了本发明优选实施例的前面的描述。这并非意欲对本发明进行无遗漏的描述，或者将本发明限制为在此所公开的形式，有可能根据上述技术进行修改和变形或者可以从本发明的实践获取修改和变形。选取并且描述实施例，以解释本发明的原理，并且作为实际应用使得本领域技术人员能够以各个实施例并且以适用于预期的特定使用的各种修改来使用本发明。本发明的范围倾向于由所附权利要求及其等同物所定义。

Claims (18)

1.一种用于在ad-hoc网络中实现机会路由的方法，包括：

将广播消息从源节点发送给目的地节点，所述广播消息包括一个或多个分组；

在一个或多个中继节点处从所述源节点接收所述广播消息；

在所述一个或多个中继节点处从转发节点接收所述广播消息的另外的拷贝；

在目的地节点处接收所述广播消息并将路由应答消息发送给所述源节点；

在所述一个或多个中继节点处接收所述路由应答消息，其中，所述一个或多个中继节点更新它们的路由表，以标识潜在转发节点；

在所述目的地节点处从所述一个或多个中继节点接收关于所述路由应答消息被所述一个或多个中继节点接收到的确认；以及

在所述源节点处接收所述路由应答消息。

2.如权利要求1所述的用于在ad-hoc网络中实现机会路由的方法，其中，所述路由表包括路由条目，所述路由条目是对所述转发节点和从所述转发节点转发到所述一个或多个中继节点的分组的跳计数进行标识的列表对。

3.如权利要求1所述的用于在ad-hoc网络中实现机会路由的方法，其中，所述广播消息是泛洪广播AODV路由请求。

4.如权利要求1所述的用于在ad-hoc网络中实现机会路由的方法，进一步包括：在所述一个或多个中继节点处接收所述广播消息之后：

更新接收的分组；

在所述中继节点的路由表中创建路由条目；以及

将所更新的分组重新广播给一个或多个邻近中继节点。

5.如权利要求1所述的用于在ad-hoc网络中实现机会路由的方法，进一步包括：在接收所述广播消息的另外的拷贝之后：

对所述广播消息的另外的拷贝的跳计数与所述路由表中存储的一个或多个跳计数进行比较；以及

如果所述广播消息的另外的拷贝的跳计数小于阈值，则在所述路由表中创建附加条目，以用于所述转发节点。

6.如权利要求1所述的用于在ad-hoc网络中实现机会路由的方法，进一步包括：在所述目的地节点处接收所述广播消息之后：

更新接收的分组；以及

在所述目的地节点的路由表中创建路由条目。

7.一种用于在ad-hoc网络中实现机会路由的方法，包括以下步骤：

在中继节点处接收来自源节点的广播消息；

在所述中继节点处接收另外的广播消息；

在所述中继节点处接收来自目的地节点的路由应答消息，其中，所述中继节点更新它们的路由表，以标识潜在转发节点；

从所述中继节点向所述目的地节点发送确认；以及

在所述中继节点处将所述路由应答消息转发给所述源节点。

8.如权利要求7所述的用于在ad-hoc网络中实现机会路由的方法，进一步包括：在所述中继节点处接收来自源节点的所述广播消息之后：

创建更新的分组；

在所述中继节点的路由表中创建路由条目；以及

将所述更新的分组重新广播给一个或多个邻近中继节点。

9.如权利要求7所述的用于在ad-hoc网络中实现机会路由的方法，进一步包括：在所述中继节点处接收所述另外的广播消息之后：

对所述另外的广播消息的跳计数与所述路由表中存储的一个或多个跳计数进行比较；以及

如果所述另外的广播的跳计数小于阈值，则在所述中继节点的路由表中创建附加条目。

10.如权利要求7所述的用于在ad-hoc网络中实现机会路由的方法，进一步包括：如果所述中继节点的MAC地址被包括在所述路由应答消息的MAC头中，则：

将所述中继节点的去往所述目的地节点的跳计数增加1；

将等于去往所述源节点的最小跳数的值插入到接收的分组的头中；以及

将用于标识去往所述目的地节点的潜在转发节点的条目添加到所述中继节点的路由表中。

11.如权利要求7所述的用于在ad-hoc网络中实现机会路由的方法，进一步包括：如果所述中继节点的IP地址被包括在所述路由应答消息的IP分组头中，则：

将所述中继节点的去往所述目的地节点的跳计数增加1；

将等于去往所述源节点的最小跳数的值插入到接收的分组的头中；以及

将用于标识去往所述目的地节点的潜在转发节点的条目添加到所述中继节点的路由表中。

12.如权利要求7所述的用于在ad-hoc网络中实现机会路由的方法，进一步包括：如果所述中继节点经由本地广播地址接收所述路由应答消息，则：

确定所述中继节点是否为用于节点转发的候选；

如果所述中继节点是用于节点转发的候选，则更新接收的分组和所述中继节点的路由表；以及

将确认发送给转发节点。

13.一种用于在ad-hoc网络中实现机会路由的装置，包括：

用于在中继节点处接收来自源节点的广播消息的装置；

用于在所述中继节点处接收另外的广播消息的装置；

用于在所述中继节点处接收来自目的地节点的路由应答消息的装置，其中，所述中继节点更新它们的路由表，以标识潜在转发节点；

用于从所述中继节点向所述目的地节点发送确认的装置；以及

用于所述中继节点处将所述路由应答消息转发给所述源节点的装置。

14.如权利要求13所述的装置，进一步包括：用于进行以下操作的装置，在中继节点处接收来自源节点的所述广播消息之后：

创建更新的分组；

在所述中继节点的路由表中创建路由条目；以及

将所述更新的分组重新广播给一个或多个邻近中继节点。

15.如权利要求13所述的装置，进一步包括：用于进行以下操作的装置，在中继节点处接收所述另外的广播消息之后：

对所述另外的广播消息的跳计数与所述路由表中存储的一个或多个跳计数进行比较；以及

如果所述另外的广播的跳计数小于阈值，则在所述中继节点的路由表中创建附加条目。

16.如权利要求13所述的装置，进一步包括：用于进行以下操作的装置，如果所述中继节点的MAC地址被包括在所述路由应答消息的MAC头中，则在接收所述路由应答之后：

将所述中继节点的去往目的地节点的跳计数增加1；

将等于去往所述源节点的最小跳数的值插入到接收的分组的头中；以及

将用于标识去往所述目的地节点的潜在转发节点的条目添加到所述中继节点的路由表中。

17.如权利要求13所述的装置，进一步包括：用于进行以下操作的装置，如果所述中继节点的IP地址被包括在所述路由应答消息的IP分组头中，则在接收所述路由应答之后：

将所述中继节点的去往目的地节点的跳计数增加1；

将等于去往所述源节点的最小跳数的值插入到接收的分组的头中；以及

将用于标识去往所述目的地节点的潜在转发节点的条目添加到所述中继节点的路由表中。

18.如权利要求13所述的装置，进一步包括：用于进行以下操作的装置：如果所述中继节点经由本地广播地址接收路由应答消息，则在接收所述路由应答之后：

确定所述中继节点是否为用于节点转发的候选；以及

如果所述中继节点是用于节点转发的候选，则更新接收的分组和所述中继节点的路由表；以及

将确认发送给转发节点。

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