CN102281609A - 一种基于物联网的路由改进协议 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于物联网的路由改进协议包括路由探索、路由维护和路径切换，通过对现有AOMDV路由协议进行改进，将物理层的信道状态信息引入到路由层，并使用信道平均衰落持续时间作为链路稳定性的度量，联合传统的跳数度量来进行路径选择，从而可避免不必要的路由探索，此外本方案集成了路径切换机制来避免不必要的由于新的路由探索过程导致的路由控制开销，如果预测到某条当前正在使用的路径即将发生中断，则路径切换机制立即投入工作，当某条路径信道状况许可时，它们可以投入使用，而不是一有信道衰减就简单的把它们丢弃掉，这样就大大提高了信息的使用效率，因此总体的效果由于使用了此路由决策，因而更加稳定。

Description

一种基于物联网的路由改进协议

技术领域        

本发明涉及物联网及自主路由协议领域，特别涉及一种基于物联网的路由改进协议。

  

背景技术

随着传感器技术的日益成熟，由具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器为基础构成的物联网引起了人们的极大关注。一般情况下，物联网上部署了大量的多种类型传感器，这些传感器实时监测、感知、采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理再传送到用户手中，其每个传感器都是一个信息源, 不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同，在物联网的网络组织结构中，移动无线自组网络 （Mobile Ad Hoc Networks）是一种新型的无线网络结构，网络中不需要固定通信设施的支持，通过节点即可以自由移动，因而具有很高的灵活性的优点，在移动无线自组物联网的运用中，一个最主要的网络性能约束来自于路径损耗和多径衰落。许多移动无线自组网路由协议利用多跳路径来传送信息包，因此信息包在一条路径的成功传输概率取决于每一跳的无线信道，在移动无线自组物联网中，高速的节点运动会影响链路稳定性，如引入较大的多普勒扩展，就会导致信道快速变化。 

路由协议是通过在路由器之间共享路由信息来支持路由协议，路由信息在相邻路由器之间传递，确保所有路由器知道到其它路由器的路径，由于路由协议能利用基于信道特性的先验知识预测的信道状态信息（channel state information）来监测瞬时链路状况，因此具体的、及时的信道质量信息的使用能让我们更加正确的处理路径可用性涨落，只需对信道行为模式进行了解，就可以选择最好的链路来建立新的路径，或者从就要中断的连接中切换到信道条件好一些的连接中去。 

目前物联网路由协议主要使用AOMDV路由协议，AOMDV协议使用指定给终端节点d序列号（sequence numbers）来确保从节点i的一条给定路径没有回路存在，也就是说，每一节点仅根据已知的到某一终端节点最高的序列号来维持一或多条到此终端节点的路径，此外由于AOMDV协议使用广告跳数的概念来维持有相同序列号的多条路径，即对每一终端节点d每一节点i维持一个广告跳数Hdi，和序列号Ndi，节点i到终端节点d的广告跳数代表了在节点i处到d的多条路径的“最大” 跳数，因此AOMDV协议仅允许接受具有较低跳数的替代路径，因此在AOMDV协议中，虽然缓存了多条路径，只有当前路径中断后替代路径才投入使用，直到中断被检测到并且选择了新的路径，因此链路会发生中断，而链路中断则会导致包重发和超时，在移动环境中，路径中经常性的发生链路中断，稳定性不高，因此需要一种新的协议。 

  

发明内容

针对以上问题，本发明对现有AOMDV路由协议进行改进，将物理层的信道状态信息引入到路由层，并使用信道平均衰落持续时间（average fading duration）作为链路稳定性的度量，联合传统的跳数度量来进行路径选择，从而可极大地提高物联网的抗移动性能及网络稳定性，为达此目的，本发明提供一种基于物联网的路由改进协议： 

所述路由改进协议包括路由探索、路由维护和路径切换，

所述路由改进协议路由探索过程为当一个节点从其邻近的节点处接收到路由请求数据包RREQ时，首先估计此链路的链路平均衰落持续时间，然后，基于上述标准，再决定是否传递这个路由请求数据包，并相应的更新其路由表，当这个路由请求数据包最后到达终端节点时，它包含了沿途参加传递的所有节点的列表，和本条路径的RFD，此时RFD和MRFD被添加到沿途传递节点的路由表中；

所述路由探索的路由表结构如下：

终端节点IP地址，

终端节点序列号，

广告跳数，

MRFD，

路径列表{（下一跳IP 地址1，跳数1，RFD1），

（下一跳IP 地址2，跳数2, RFD2），…….}，

生存时间，

路径切换休眠时间；

所述MRFD作为成本函数是介于一个给定节点i 和终端节点d 的所有RFD的最大值，即 

，其中

是节点i和d所有保存路径的列表；

所述RFD为对于任一给定路径的平均衰落持续时间LFD，其定义为

，其中h是链路的数量，H是路径的跳数；

所述对于任一给定路径的平均衰落持续时间LFD为链路的信道平均衰落持续时间AFD；

所述EAOMDV路由表中的路径切换休眠时间项是路径由于信道衰减应置于休眠的时间长度，为路径中所有链路的AFD的最大值；

所述路由改进协议路由维护和路径切换过程如下：

先对长度进行预测：所述预测长度阈值的选择应对预报误差提供鲁棒性，受物理层预测的延迟和从路径切换请求包起始节点到源节点的包端对端传输延迟的双重影响，阈值的设定应给路径切换请求包足够的时间，以便路径切换请求包能在路径中断发生前能被传送回源节点，对于路径切换请求包从节点j到i的长度，用从节点j到i的数据传输时间进行估计；

根据链接下游节点所预测到的链路信号强度与预测长度阈值进行比较确定是否需要激发路径切换：所述路由改进协议的活动路径中的每一个节点监视着其链接的信道状态并对信道进行预测，当一个链接的下游节点预测到链路信号强度下降到低于阈值时，路经切换机制被激发，本协议将路径切换到一条质量良好的链路上去，此时此节点生成一个路经切换请求包HREQ发送给上游节点，并沿着逆向路由将此包传递回源节点，如果T_R是传输范围，则假定所有节点此值都相同，并定义R_(t)是在t时刻预测到的信号强度，R_th是特定阈值，如果预测到信号在t₀+ψ时刻高于R_th而在t₀+2ψ时刻低于R_th，即可得到信号强度在t₀+ψ时刻大于R_th的节点的最大运动速度v^maxT，当预测到衰减的链路一端的中间节点接收到路经切换请求包时，它采用预测机制来确认本链路的衰减状态，当预测的衰减被确认则继续传递此路经切换请求包，当预测的衰减被否认则将此路经切换请求包丢弃；

所述路经切换请求包包含：源节点IP地址、终端节点IP地址、源节点序列号、衰减指示、AFD、和v^maxT；

再使用切换表避免重复发送HREQ：所述路由改进协议每一节点维护一个本地路径切换表，路径切换表每一条目包含：源节点IP地址，源节点序列号，终端节点IP地址，和生存时间，所述生存时间用以表明什么时候本条路径又能投入使用，其值设置为通过该节点到一个特定的源节点路径上所有衰减链路的最大AFD值，当一个节点收到一个针对于某一源节点的HREQ时，它察看自己的路径切换表来寻找此源节点相关的条目，如果条目不存在，或新收到的HREQ有更长的AFD值，或此条目生存时间已过期，则路径切换表就会被更新，如果此源节点有有效的条目，并且此条目有与HREQ相同或更高的源节点序列号，则此HREQ会被丢弃；

最后对HREQ进行转发：当节点接收到一个非重复的HREQ时，它首先检查其是否有到终端节点的缓存路径，如果没有，它继续转发此HREQ，否则，如果其有至少一条到终端节点的好的缓存路径，它将此衰减路径的衰减指示标示为休眠状态，并将路由表中此路径条目的路径切换休眠时间设置为HREQ中记录的AFD值，然后丢弃掉此HREQ，如果当前使用的路径预测到了衰减，非休眠的通向终端节点的缓存路径就可以在链路中断前投入使用，此时休眠的路径继续保留， 以便在衰减结束后继续投入使用。

作为本专利进一步改进，当链路的信号包络低于传输阈值R_th时，传输不能正常进行，移动对移动信道的信道平均衰落持续时间AFD的值是

, 

，

其中ρ＝Rth／Rrms，（ 

）是传输阈值与接收信号均方根功率的比值，f_T = f₀v_T／c是传输节点的最大多普勒频移，c≈３ｘ１０^８，μ＝v_R／v_T是接收节点速度相对于传输节点速度的比值，v_R和v_T分别是接收节点及传输节点的移动速度,通过此计算可计算出移动对移动信道的信道平均衰落持续时间AFD，从而可对AFD值进行定义。

作为本专利进一步改进，所述信道预测采用计算最小均方误差的方式来进行预测，具体运算如下，假设在离散时间间隔n内以前接收到的用于信号预测的值的个数是M， 

是接收信号强度在离散时间

的线性最小均方误差预期，且定义 

，

其中

是与

的１ｘM交互相关向量

，

代表转置，

是

 的MｘM自相关矩阵，x是M个以前接收到的用于信号预测的值的Mｘ１向量，因此自相关矩阵

为，

，

其中

，

这里

代表埃尔米特转置，

，J₀是零阶第一类贝塞尔函数，本专利信道预测采用计算最小均方误差的方式来进行预测，通过此方式可较为准确的对信道进行预测。

作为本专利进一步改进，当任何时候节点接收到路由广告时，路由更新程序开始启用，对于一条有效路径上的相邻节点i和j的更新算法如下， 

，

当任何时候节点接收到路由广告时，路由更新程序开始启用，其更新算法可采用如上更新算法。

本发明对现有AOMDV路由协议进行改进，将物理层的信道状态信息引入到路由层，使用信道平均衰落持续时间（average fading duration）作为链路稳定性的度量，联合传统的跳数度量来进行路径选择，从而可避免不必要的路由探索，此外本方案集成了路径切换机制来避免不必要的由于新的路由探索过程导致的路由控制开销，如果预测到某条当前正在使用的路径即将发生中断，则路径切换机制立即投入工作，这样，当某条路径信道状况许可时，它们可以投入使用，而不是一有信道衰减就简单的把它们丢弃掉，而且，本协议利用相同的信道状态信息来确定信道平均衰落持续时间和预期当前路径的中断，这样就提高了信息的使用效率，因此总体的效果由于使用了此路由决策，因而更加稳定。 

  

附图说明

图1是路由改进协议EAOMDV和AOMDV的PDR随着节点运动速度（从10米每秒到50米每秒）的变化情况的比较。 

图2是路由改进协议EAOMDV和AOMDV的平均端至端延迟随着节点运动速度（从10米每秒到50米每秒）的变化情况的比较。 

图3是路由改进协议EAOMDV和AOMDV的归一化路由控制开销随着节点运动速度（从10米每秒到50米每秒）的变化情况的比较。 

  

具体实施方式

以下结合附图和实施例对发明做详细的说明： 

本发明对现有AOMDV路由协议进行改进，将物理层的信道状态信息引入到路由层，并使用信道平均衰落持续时间（average fading duration）作为链路稳定性的度量，联合传统的跳数度量来进行路径选择，从而可极大地提高物联网的抗移动性能及网络稳定性。

AOMDV的路由探索过程可以选择多条无环路和相互链路不相交的路径，缓存路径仅在当前活动路径中断后才投入使用。AOMDV的一个主要不足之处是其在选择路径时仅考虑路径的跳数。路径稳定性被完全忽略掉了。因此，选定的路径往往具有较少跳数的长跳节点，而这些长跳节点已经接近可能的最大通信距离，可能造成频繁的连接中断。进一步说，信道条件理想化为路损 /传输范围模型，忽略所有实际的无线通信环境中固有的衰落特性。 

在EAOMDV中，我们从两方面处理这里的不足。在路径探索阶段，我们使用链路的AFD作为其稳定性的衡量。在路径维持阶段，并非等待有效路径中断，我们使用路径上链路信道预期来预先阻止连接中断，并允许切换到其余的缓存路径去。这样保存了数据包，因此导致较小的延迟。 

1.EAOMDV的路由探索； 

EAOMDV中的路由探索是 AOMDV路由探索的增强版本，通过纳入通道的特性来选择更可靠的路径。前面我们根据mobile-to-mobile信道模型定义了路径上一条链路的信道平均衰落持续时间。在EAOMDV中，我们将信道平均衰落持续时间引入路由层来得到信道自适应路由协议。信道平均衰落持续时间在路由探索阶段被引入到EAOMDV，并用来作为信道自适应路由度量来表征衰减链路的质量。对于每一链路，我们定义链路平均衰落持续时间（LFD）为链路的AFD， 

。这样，对于任一给定路径，路径的平均衰落持续时间（RFD）定义为

其中h是链路的数量，H是路径的跳数。因此，RFD就是一条给定路径中的所有链路LFD的最大值。在转发RREQ给其邻近节点前，节点将其运动速度插入到RREQ包头（header），这样，它的邻近节点可以用其计算链路LFD。路径的平均衰落持续时间，RFD，也被记录在RREQ中，并在每一中间节点及时进行更新。这样，计算AFD所需的信息都可以从RREQ出得到，减少了增加的复杂性。与AOMDV中仅广告每一节点的最长跳路径以便考虑最坏的情况相似，这里，我们使用介于一个给定节点i 和终端节点d 的所有RFD的最大值，作为我们路由选择的成本函数的一部分。也就是说，

其中

是节点i和d所有保存路径的列表。现在，在EAOMDV中，路径的选择是基于MRFD、序列号和广告跳数。这样，我们有效的将稳定性标准引入了路由选择中。

EAOMDV的路由探索更新算法是对AOMDV的更新算法进行了稍微的更改如下 

当一个节点从其邻近的节点处接收到路由请求数据包（RREQ）时，它首先估计此链路的链路平均衰落持续时间。然后，基于上述标准，它再决定是否传递这个路由请求数据包，并相应的更新其路由表。当这个路由请求数据包最后到达终端节点时，它包含了沿途参加传递的所有节点的列表，和本条路径的RFD。 RFD 和 MRFD被添加到沿途传递节点的路由表中。

EAOMDV路由表中的路径切换休眠时间项是路径由于信道衰减应置于休眠的时间长度。它定义为路径中所有链路的AFD的最大值。路径切换休眠时间的使用将在下一节进行详细的描述。 

2. 路由维护和路径切换； 

在移动环境中，采用有效的方法来应对路径中断是很有必要的。使用预测和路径切换来预先消除活动路径上的链路衰减的影响，可以使路径中断的可能降低到最小，同时降低传输延迟和丢包率。

EAOMDV中的路由维护采用路径切换机制来抵消信道衰减影响。所有节点维持一个记录其以前接收到的每一信号的表格，此表格包含以下内容：前一跳，信号强度，和到达时间。理想情况下应有M个数据包。 

之后先对长度进行预测：阈值的选择应对预报误差提供鲁棒性。此阈值受物理层预测的延迟和从路径切换请求包起始节点到源节点的包端对端传输延迟的双重影响。此阈值的设定应给路径切换请求包足够的时间，以便路径切换请求包能在路径中断发生前能被传送回源节点。而另一方面，阈值设定得太高则会不必要地、过早地激发路径中断机制，并使当前路径在质量尚许可时被切换到一条更加容易中断的连接。这样会更加频繁的激发路径切换，不必要的增加网络负荷并降低降低网络性能。对于路径切换请求包从节点j 到 i，一个合适的长度预测可以用从节点j 到 i的数据传输时间大概的估计。 

根据链接下游节点所预测到的链路信号强度与预测长度阈值进行比较确定是否需要激发路径切换：活动路径中的每一个节点保持着监视其也是一部分的链接的信道状态。当一个链接的下游节点预测到链路信号强度下降到低于阈值时，路经切换机制被激发，本协议将路径切换到一条质量良好的链路上去。此节点生成一个路经切换请求包（HREQ）发送给上游节点，并沿着逆向路由（reverse route）将此包传递回源节点。如果T_R是传输范围，假定所有节点此值都相同，R(t) 是在t时刻预测到的信号强度，R_th是特定阈值。如果预测到信号在t₀+ψ时刻高于R_th而在t₀+2ψ时刻低于R_th，这样以确保信号强度在t₀+ψ时刻大于R_th的节点最大运动速度v^max _T得出。当预测到衰减的链路一端的中间节点接收到路经切换请求包时，它也采用预测机制来确认本链路的衰减状态，并决定是继续传递此路经切换请求包（预测的衰减被确认）或将其丢弃（预测的衰减被否认）。路经切换请求包包含下列项目：源节点 IP 地址，终端节点IP 地址，源节点序列号，衰减指示，AFD，和vmax T。 

再使用切换表避免重复发送HREQ：除了前面提到的路由表外，每一节点同时维护一个本地路径切换表。路径切换表每一条目包含：源节点 IP 地址，源节点序列号，终端节点IP 地址，和生存时间。生存时间用以表明什么时候本条路径又能投入使用（衰减减弱），其值设置为通过该节点到一个特定的源节点路径上所有衰减链路的最大AFD值。这与AOMDV定义广告跳数相类似，广告跳数设置为通过一个节点到源节点的所有路径的最大跳数。当一个节点收到一个针对于某一源节点的HREQ时，它察看自己的路径切换表来寻找此源节点相关的条目。如果条目不存在，或新收到的HREQ有更长的AFD值，或此条目生存时间已过期，路径切换表就会被更新。如果此源节点有有效的条目，并且此条目有与HREQ相同或更高的源节点序列号，此HREQ被丢弃掉。 

最后对HREQ进行转发：当节点接收到一个非重复的HREQ时，它首先检查其是否有到终端节点的缓存路径。如果没有，它继续转发此HREQ。否则，如果其有至少一条到终端节点的好的缓存路径，它将此衰减路径的衰减指示标示为休眠状态，并将路由表中此路径条目的路径切换休眠时间设置为HREQ中记录的AFD值。然后此HREQ被丢弃掉。如果当前使用的路径预测到了衰减，非休眠的通向终端节点的缓存路径就可以在链路中断前投入使用。休眠的路径继续保留， 以便在衰减结束后继续投入使用。这样，本发明提出的信道自适应路由协议就可以大大降低路由探索的时间。 EAOMDV通过使用缓存起来的某条状况良好的路径来替代当前发生衰减的路径，来维持源节点和终端节点的连接性。 

本专利移动对移动（Mobile-to-Mobile）信道模型 

在移动无线自组物联网中，所有节点都可能在移动中，因而用移动对移动信道模型来描述两个节点间的信道更为正确。实际运作中非常困难找到移动节点间的相对速度，而移动对移动信道模型具有仅使用各节点各自的速度的优点。它包含了大规模的路径损耗和小规模的平坦衰落。对于一传输经过距离D，在平坦衰落存在的情况下，接收信号功率是以均值G_０Ｄ^－α的指数分布，G_０其中正比于传输信号功率，α是传输损耗系数，一般介于２到４之间，具体信道平均衰落持续时间及。

1.信道平均衰落持续时间 

信道平均衰落持续时间（average fading duration）是信号包络低于传输阈值的平均时间长度。当链路的信号包络低于传输阈值R_th时，传输不能正常进行。移动对移动信道的信道平均衰落持续时间是

，

其中ρ＝Rth／Rrms，（ 

）是传输阈值与接收信号均方根功率的比值，f_T = f₀v_T／c是传输节点的最大多普勒频移，c≈３ｘ１０^８，μ＝v_R／v_T是接收节点速度相对于传输节点速度的比值，v_R和v_T分别是接收节点及传输节点的移动速度

2.使用时间相关预测信道

EAOMDV的一个特征就是，当预测到当前使用的路径的某个链路有衰减时，使用信道预测来在多条路径间激发路径切换。我们使用线性最小均方误差（linear minimum mean square error）算法来进行信道预测。假设M是在离散时间间隔n内以前接收到的用于信号预测的值的个数，如果

是接收信号强度

在离散时间

的线性最小均方误差预期，我们有

,

其中

是

与

的１ｘM交互相关向量，

代表转置，

是

 的MｘM自相关矩阵，x是M个以前接收到的用于信号预测的值的Mｘ１向量。自相关矩阵就是

,

其中

,

这里

代表埃尔米特转置（Hermitian transpose），

，J0是零阶第一类贝塞尔函数。最后，

,

其中

AOMDV和EAOMDV的每一路径条目的路由表结构对比如下所示

 

此外为了对路由协议EAOMDV和路由协议AOMDV进行比较，发明人在网络仿真器ns-2中进行了仿真实验，具体实验网络配置为5０个节点均匀分布在1000米× 1000米区域，其中10个节点以随机路径点模型进行移动，10个节点被随机选为CBR（constant bit rate）源节点，并生成512比特长的数据包并以4个包每秒的速率发送到随机选取的终端节点。网络流量从10个包增加到80个包每秒，每次仿真时间为1000 秒。并对路由协议EAOMDV和路由协议AOMDV的以下几个网络性能进行了考虑比较：

（1）PDR （Packet delivery ratio）：终端节点成功接收到的数据包与源节点生成的数据包的比率；

（2）平均端至端延迟（Average end-to-end delay）：从源节点传送一个数据包到终端节点平均所用时间；

（3）归一化路由控制开销（Normalized routing control overhead）：控制包数量与所传输的数据包数量的比率。

并得到相应的变化趋势图，其中图1给出了随着节点运动速度的增加路由协议EAOMDV和路由协议AOMDV的PDR的变化趋势，从图中可以看出对于两个路由协议，它们的PDR都随着节点运动速度的增加而下降，但路由协议EAOMDV的PDR总是高于路由协议AOMDV的PDR，当节点速度为20米每秒时，两者的差别达到大约5%，由此可知路由协议EAOMDV的PDR明显高于路由协议AOMDV的PDR，此处路由协议EAOMDV性能的提高应归因于其引入了信道状态信息和路径切换机制，通过引入信道状态信息和路径切换机制大大降低了链路中断导致的掉包数量。 

图2给出了节点运动速度增加路由协议EAOMDV和路由协议AOMDV的平均端至端延迟的变化趋势，由于节点运动速度的快慢对端至端延迟的影响很大，从图中可知路由协议EAOMDV的表现一直好于路由协议AOMDV，特别是在节点运动速度较快时，相对于路由协议AOMDV，路由协议EAOMDV的平均端至端延迟提高了0.1秒，这是由于路由协议EAOMDV提高了路径的稳定性，同时采用路径切换机制可避开容易中断的链路，可以看出，随着节点运动速度的增加，两个路由协议的平均端至端延迟都变平坦了，高节点运动速度，由于超出节点传输范围引起的链路中断数量高于信道衰减引起的链路中断数量，因此相对于在比较短的路径中传输的数据包，更多传输的数据包是在跳数组成的路径中进行的因此更容易被丢弃，此外从图中可以看出由于传输包传输主要由较短的路径进行传输，因此成功传输的包的平均传输跳数的下降使平均端至端延迟为一常量。 

图3给出了节点运动速度增加路由协议EAOMDV和路由协议AOMDV归一化路由控制开销的变化趋势，图中表明路由协议EAOMDV和路由协议AOMDV的归一化路由控制开销都随着节点运动速度的增加而上升，这是由于网络拓扑变化越快，路由更新频率越快，同时也可以看出，直到节点运动速度增加到50米每秒，相对于路由协议AOMDV，因为路由协议EAOMDV的路径切换机制意味着避免了许多即将发生的衰减，路由协议EAOMDV一直保持着一个相对较低的归一化路由控制开销，因而不需要建立新的路径，从而降低了路由控制开销。在高速运动情景下路由协议EAOMDV的路由控制开销会增加则是由于快速变化的网络拓扑和增加的信道衰减导致了路由探索请求和路径切换请求包的增加。 

由此可见本发明通过对现有AOMDV路由协议进行改进，将物理层的信道状态信息引入到路由层，并使用信道平均衰落持续时间（average fading duration）作为链路稳定性的度量，联合传统的跳数度量来进行路径选择，从而可避免不必要的路由探索，此外本方案集成了路径切换机制来避免不必要的由于新的路由探索过程导致的路由控制开销，如果预测到某条当前正在使用的路径即将发生中断，则路径切换机制立即投入工作，这样，当某条路径信道状况许可时，它们可以投入使用，而不是一有信道衰减就简单的把它们丢弃掉，而且，本协议利用相同的信道状态信息来确定信道平均衰落持续时间和预期当前路径的中断，这样就提高了信息的使用效率，因此总体的效果由于本协议使用了此路由决策，因而整个网络更加稳定。 

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。 

Claims (4)

1.一种基于物联网的路由改进协议，其特征在于：

所述路由改进协议包括路由探索、路由维护和路径切换，

所述路由改进协议路由探索过程为当一个节点从其邻近的节点处接收到路由请求数据包RREQ时，首先估计此链路的链路平均衰落持续时间，然后，基于上述标准，再决定是否传递这个路由请求数据包，并相应的更新其路由表，当这个路由请求数据包最后到达终端节点时，它包含了沿途参加传递的所有节点的列表，和本条路径的RFD，此时RFD和MRFD被添加到沿途传递节点的路由表中；

所述路由探索的路由表结构如下：

终端节点IP地址，

终端节点序列号，

广告跳数，

MRFD，

路径列表{（下一跳IP 地址1，跳数1，RFD1），

（下一跳IP 地址2，跳数2, RFD2），…….}，

生存时间，

路径切换休眠时间；

所述MRFD作为成本函数是介于一个给定节点i 和终端节点d 的所有RFD的最大值，即                                               

，其中

是节点i和d所有保存路径的列表；

所述RFD为对于任一给定路径的平均衰落持续时间LFD，其定义为

，其中h是链路的数量，H是路径的跳数；

所述对于任一给定路径的平均衰落持续时间LFD为链路的信道平均衰落持续时间AFD；

所述EAOMDV路由表中的路径切换休眠时间项是路径由于信道衰减应置于休眠的时间长度，为路径中所有链路的AFD的最大值；

所述路由改进协议路由维护和路径切换过程如下：

先对长度进行预测：所述预测长度阈值的选择应对预报误差提供鲁棒性，受物理层预测的延迟和从路径切换请求包起始节点到源节点的包端对端传输延迟的双重影响，阈值的设定应给路径切换请求包足够的时间，以便路径切换请求包能在路径中断发生前能被传送回源节点，对于路径切换请求包从节点j到i的长度，用从节点j到i的数据传输时间进行估计；

根据链接下游节点所预测到的链路信号强度与预测长度阈值进行比较确定是否需要激发路径切换：所述路由改进协议的活动路径中的每一个节点监视着其链接的信道状态并对信道进行预测，当一个链接的下游节点预测到链路信号强度下降到低于阈值时，路经切换机制被激发，本协议将路径切换到一条质量良好的链路上去，此时此节点生成一个路经切换请求包HREQ发送给上游节点，并沿着逆向路由将此包传递回源节点，如果T_R是传输范围，则假定所有节点此值都相同，并定义R_(t)是在t时刻预测到的信号强度，R_th是特定阈值，如果预测到信号在t₀+ψ时刻高于R_th而在t₀+2ψ时刻低于R_th，即可得到信号强度在t₀+ψ时刻大于R_th的节点的最大运动速度v^maxT，当预测到衰减的链路一端的中间节点接收到路经切换请求包时，它采用预测机制来确认本链路的衰减状态，当预测的衰减被确认则继续传递此路经切换请求包，当预测的衰减被否认则将此路经切换请求包丢弃；

所述路经切换请求包包含：源节点IP地址、终端节点IP地址、源节点序列号、衰减指示、AFD、和v^maxT；

再使用切换表避免重复发送HREQ：所述路由改进协议每一节点维护一个本地路径切换表，路径切换表每一条目包含：源节点IP地址，源节点序列号，终端节点IP地址，和生存时间，所述生存时间用以表明什么时候本条路径又能投入使用，其值设置为通过该节点到一个特定的源节点路径上所有衰减链路的最大AFD值，当一个节点收到一个针对于某一源节点的HREQ时，它察看自己的路径切换表来寻找此源节点相关的条目，如果条目不存在，或新收到的HREQ有更长的AFD值，或此条目生存时间已过期，则路径切换表就会被更新，如果此源节点有有效的条目，并且此条目有与HREQ相同或更高的源节点序列号，则此HREQ会被丢弃；

最后对HREQ进行转发：当节点接收到一个非重复的HREQ时，它首先检查其是否有到终端节点的缓存路径，如果没有，它继续转发此HREQ，否则，如果其有一条或多条到终端节点的好的缓存路径，它将此衰减路径的衰减指示标示为休眠状态，并将路由表中此路径条目的路径切换休眠时间设置为HREQ中记录的AFD值，然后丢弃掉此HREQ，如果当前使用的路径预测到了衰减，非休眠的通向终端节点的缓存路径就可以在链路中断前投入使用，此时休眠的路径继续保留， 以便在衰减结束后继续投入使用。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的路由改进协议，其特征在于：当链路的信号包络低于传输阈值R_th时，传输不能正常进行，移动对移动信道的信道平均衰落持续时间AFD的值是

，

，

其中ρ＝Rth／Rrms，（ ）是传输阈值与接收信号均方根功率的比值，f_T = f₀v_T／c是传输节点的最大多普勒频移，c≈３ｘ１０^８，μ＝v_R／v_T是接收节点速度相对于传输节点速度的比值，v_R和v_T分别是接收节点及传输节点的移动速度。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于物联网的路由改进协议，其特征在于：所述信道预测采用计算最小均方误差的方式来进行预测，具体运算如下，假设在离散时间间隔n内以前接收到的用于信号预测的值的个数是M， 

是接收信号强度

在离散时间

的线性最小均方误差预期，且定义

，

其中

是与

的１ｘM交互相关向量

，

代表转置，

是 的MｘM自相关矩阵，x是M个以前接收到的用于信号预测的值的Mｘ１向量，因此自相关矩阵

为，

，

其中

，

这里

代表埃尔米特转置，

，J₀是零阶第一类贝塞尔函数。

4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的路由改进协议，其特征在于：

当任何时候节点接收到路由广告时，路由更新程序开始启用，对于一条有效路径上的相邻节点i和j的更新算法如下，

。

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