CN102316527A - 一种基于服务质量感知的多路径aodv路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于服务质量感知的多路径AODV路由方法。该方法包括如下步骤：源节点以泛洪方式发送AODV路由请求报文；中间节点根据是否是首次收到该请求报文、及是否存有到达目的节点的有效路由，选择丢弃请求报文、或丢弃并向源节点发送路由应答报文、或继续转发请求报文；目的节点对所有到达它的路由请求报文，都向相应的源节点发送路由应答报文；根据各路由的可用有效带宽和跳数值，计算其相应的等级值；取等级最高的3条路由，按其等级值比将数据分流传输至目的节点。使用本方法，可以降低网络泛洪查找路由的频率，平衡网络负载，提高通信节点对于带宽的有效利用，提高分组交付的可靠性，补偿了移动AdHoc网络的动态特性和不可预测性。

Description

一种基于服务质量感知的多路径AODV路由方法

技术领域

本发明是针对Ad Hoc网络中AODV路由协议的基于服务质量感知的多路径传输方案。它采用了源节点和目的节点之间多条节点无交叉路径同时传输；解决了因冲突域内节点间相互影响，干扰路径性能评估的问题，实现了降低泛洪请求频率、平衡网络负载的功能，并补偿了移动Ad Hoc网络的动态特性和不可预测性，属于移动Ad hoc网络路由技术领域。

 

背景技术

关于多径传输的路由协议，按照路径生成方式的不同，主要有如下两种：

(1)链路不相交多路径：指各条路径相互之间没有任何共享链路，但是，可能会有共享的节点，即可能是节点相交的多路径。

(2)节点不相交多路径：指各条路径除了共享源节点和目的节点之外，相互之间在没有任何其他的共享节点；

这两种多路径生成方式适用于不同需求和状态的Ad Hoc网络。链路不相交多路径的产生条件较为宽松，在仿真实验中产生的可选路由数较多。但是在规模较小的Ad Hoc网络中有时会生成过多可选路径，从而产生大量开销；节点不相交多路径产生的条件较为苛刻，产生的可选路由数较前者少得多，但是它能够保证各条链路的中断相互独立、互不影响；在数据传输量不是太大的中小型规模的Ad Hoc网络中，相对较小的路由应答开销和多路径间的独立性正是它所需要的，并且节点不相交多路径还能够保证网络的载荷平衡性能。

针对AODV的多径传输，现有的主流思想之一为Ad Hoc按需多径距离矢量路由协议(Ad Hoc On-Demand Multipath Distance Vector, AOMDV)，它是在AODV路由协议的基础上扩充而成的链路不相交多路径路由协议。AOMDV的多条通信路径是在源和目的两个通信节点之间建立的，通信时同时使用多条路径。虽然与AODV相比，AOMDV极大地提高了移动Ad Hoc网络的传输性能，但是却不能保证各条链路的中断相互独立；有时会生成过多的可选路由，不仅因为大量RREP的转发造成网络资源的消耗，还会因为数据分流过度影响数据流处理速度。尤其是在中小型网络中，AOMDV会产生过多的应答开销，并且无法保证所选路径间的相对独立性。

在移动Ad Hoc网络中，由于无线网络的带宽有限性以及链路层对于多径传输的影响，节点在无线媒介上进行通信时，必须考虑无线干扰的问题，即在一定的冲突域内，一条路径上数据的发送可能会影响到另一条路径的信息发送，消耗其相应的带宽等有限资源，AOMDV中也没有考虑到提高服务质量的重要性。

 

发明内容

本发明的目的是，提出一种应用于中小型移动Ad Hoc网络中，保证无线通信的服务质量的多路径路由方法，它不仅极大地提高了网络的吞吐量，还减弱了无线媒介和节点移动性对于通信质量的影响，同时还保证了网络负载的均衡。

图7是传统的AODV流程图，当前节点收到路由请求报文后，无论是否是目的节点，对于同一个请求报文，只应答一次；源节点选择收到的第一个应答报文对应的路由作为传输路径。图8是运用了本发明的基于服务质量感知的多路径AODV路由方法，两者相比，图8主要是修改了节点对请求的处理模块、应答处理模块并增加了数据分流模块。

下面给出对修改及新增模块功能的具体说明。

请求处理模块：

本模块主要是区别中间节点和目的节点对请求报文的处理方式、增加HELLO报文和邻居列表存储的信息。对于中间节点来说，若重复收到一个路由请求，则丢弃；对于目的节点来说，无论是否是重复接收，一概给予回复。把HELLO报文的预留字段设置为本节点已使用带宽值；把邻居列表的预留字段设置为对应邻居节点的已被占用的带宽值。

应答处理模块：

本模块主要增加了应答报文携带的信息和路由表中的信息。将路由应答报文中的预留字段设置为相应路由的可用有效带宽值；将路由表中的预留字段设置为对应路由的等级值

。

第j条可行链路的应答报文中，记录的该路径的可用有效带宽

，计算过程如下所述：

首先，取一跳邻居节点的通信范围作为冲突域，在此范围内如果有节点正在通信，那么其他节点的可用有效带宽都会受到影响，则节点n处可用有效带宽值为：

其中，

为当前节点的最大可用带宽值，为节点n的一跳邻居节点集，

为节点i此时已被占用的带宽值，

表示节点n 处可用有效带宽值。

其次，对于每一条可行路由，其可用有效带宽为：

其中，

表示第j条路由所经过的节点的集合，B_j表示第j条路由的可用有效带宽值；即该带宽值等于此路径上各节点的可用有效带宽的最小值。

数据分流模块：

在路由表中，第i条可行路径的等级计算过程如下：

其中，

表示第i条路由的可用有效带宽值，表示第i条路由的跳数，A，C分别为

和

的权重因子，为第i条路由的等级值。

比较各条路径的等级，选择值最大的三条路径，并用

、

、

分别表示其相应的可用有效带宽；首先判断

是否成立，若成立，则将需传输数据分流的方法如下所示：

其中，

，

表示沿第i条路由传送的数据量速率；、

和

之和应等于需传送的总的数据量速率；若不成立，则将需传输数据分流的方法如下所示：

其中，

，k表示传输此数据的可用路径的条数，其他同上。

本发明方法利用上述功能模块，生成多条节点无相交的路径，在考虑到无线通信的缺陷并加入QoS保障的情况下，计算出各路径的可用有效带宽值，并结合采集到的路由跳数，计算出相应的路由等级值，以确定是否使用此路径，以及分配给此路径传输的数据量。如图8，本发明方法包含的具体流程为：

1 当一个节点接收到一个路由请求报文后，判定当前节点并非目的节点；

2 请求处理模块根据定时接收的HELLO报文，及时更新邻居列表里的信息；

3 应答处理模块根据可行路径中每个节点邻居列表里的信息，利用公式(1)计算出所经过的每个节点的可用有效带宽值

；

4 利用公式(2)计算出每条可行路由的可用有效带宽值；

5再利用公式(3)计算出各条路由的等级值，取最大的三个值对应的路由进行数据传输；

6 最后利用公式(4)将数据分流传输；

7 全过程结束。

在上述技术方案的基础上，本发明还做了以下改进。

在各节点i定期发往其邻居节点的HELLO报文的保留字段增加

，用以记录此节点已被占用的带宽值。

各节点在其邻居列表的保留字段增加

，用以记录此节点的各邻居节点i被占用的带宽值;根据所收到的各邻居节点的HELLO报文，及时更新其邻居列表。

在路由应答报文RREP的保留字段增加

，记录相应路由的可用有效带宽值，初始化为目的节点n的可用有效带宽

。在返回过程中，经过每个节点时，与此节点可用有效带宽比较，若后者较小，则更新

的值。

在各节点路由表的保留字段增加

，用于记录对应的第i条路由的等级值。

本发明方法提出了一种基于服务质量感知的多路径AODV路由方法。通过使用本发明提出的方法，可以保证在网络内建立的节点不相交多路径的独立性和较高的服务质量，实现了一定程度的负载平衡。本方法大大的减少了路由请求的次数，降低了通信开销，在一定程度上补偿了移动Ad Hoc网络的动态性和不可预测性。

 

附图说明

图1是传统AODV的HELLO分组格式。

图2是本发明的HELLO分组格式。

图3是传统AODV的RREP分组格式。

图4是本发明的RREP分组格式。

图5是传统AODV的路由表条目结构。

图6是本发明的路由表条目结构。

图7是传统的AODV流程图。

图8是本发明的流程图。

 

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

以下是本发明的一个具体实施案例。节点A想和节点B进行通信，A有C、D、E、F四个邻居节点。节点A为源节点，节点B为目的节点，其他为中间节点，工作过程如下：

判断节点A不是目的节点B，接着A向邻居节点C、D、E、F泛洪转发一个想和B通信的路由请求；

节点C、D、E、F收到一个路由请求RREQ后，首先查看自己是不是目的节点，如果是，则直接建立连接，传输数据流；如果不是，则进入3；经判断，节点C、D、E、F均不是目的节点；

节点C、D、E、F查看此路由请求是否为重复接收，若是，则丢弃；否则进入4；

当前节点查看自己是否保存有到达目的节点的有效路由，若节点C、D查到有，则直接向节点A发送应答报文，建立路由，计算这两条路由的可用有效带宽，进而计算出相应路由的

值；若节点E、F处未查到有有效路由，则继续泛洪转发；

源节点自发出路由请求后，会等待一定的时间，以便接收到多条应答报文，已建立多条路由；

选出

值最大的三条路由作为最优路径，并判断其对应的可用有效带宽之和是否大于需传送的数据量速率；若是，则按其

比值将数据流D分流，沿三条最优可行路由同时传送，这里假设经过节点C、D、E的三条路由就是最优的，那么就有 

，其中

、

和

就是分别沿这三条节点无交叉路径传输的数据流量，其和为总的需传送的数据流量；若否，那么就使用所有可用有效路径，在此数据流分流方法如下所示： 

；

全过程结束。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于服务质量感知的多路径AODV路由方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一，判断源节点是否即是目的节点，如果是，则将数据流传输至目的节点；否则进入下一步；

步骤二，源节点判断是否存有有效路由，如果有，则响应路由请求，将数据流传输至目的节点；如果没有，则以泛洪方式转发路由请求报文RREQ,并进入下一步；

步骤三，判断当前节点i是否是目的节点，如果是，则直接向源节点发送路由应答报文RREP，根据可行路由的有效带宽值及跳数值，计算其相应的等级值，并按照等级值之比将数据分流；否则进入下一步；

步骤四，节点i收到路由请求报文后，判断是否首次收到此报文，如果不是，则直接丢弃报文；如果是，则进入下一步；

步骤五，查看节点i是否有到达目的节点的有效路由，如果有，则丢弃请求报文并向源节点发送路由应答报文；如果没有，则继续转发请求报文，并进入步骤三；

步骤六，根据每条可行路由的有效带宽值及跳数值，计算其相应的等级值，并取等级值最大的三条路由作为多径传输的有效路径，按照等级值之比将数据分流；

步骤七，将数据流传输至目的节点。

2.根据权利要求1所述的基于服务质量感知的多路径AODV路由方法，其特征在于，在节点i定期发往其各邻居节点的HELLO报文中，在其保留字段增加

，用以记录此节点已被占用的带宽值。

3. 根据权利要求1所述的基于服务质量感知的多路径AODV路由方法，其特征在于，节点在其邻居列表的保留字段增加，用以记录此节点的各邻居节点i被占用的带宽值;根据所收到的各邻居节点的HELLO报文，及时更新其邻居列表。

4.根据权利要求1所述的基于服务质量感知的多路径AODV路由方法，其特征在于，在步骤三或五中，在路由应答报文RREP的保留字段增加，记录相应路由的可用有效带宽值，初始化为目的节点n的可用有效带宽

，

在返回过程中，经过每个节点时，与此节点可用有效带宽比较，若后者较小，则更新

的值；计算过程如下所述：

首先，取一跳邻居节点的通信范围作为冲突域，在此范围内如果有节点正在通信，那么其他节点的可用有效带宽都会受到影响，则节点n处可用有效带宽值为：

其中，为每个节点的初始带宽值，

为节点n的一跳邻居节点集，

为节点i此时已被占用的带宽值，表示节点n 处可用有效带宽值；

其次，对于每一条可行路由，其可用有效带宽为：

其中，表示第j条路由所经过的节点的集合，

表示第j条路由的可用有效带宽值；即该带宽值等于此路径上各节点的可用有效带宽集合中的最小值。

5.根据权利要求1所述的基于服务质量感知的多路径AODV路由方法，其特征在于，在步骤六中，在各节点路由表的各条目的保留字段增加

，用于记录对应的第i条路由的等级值; 路径的等级计算过程如下：

其中，

表示第i条路由的可用有效带宽值，

表示第i条路由的跳数，A，C分别为

和的权重因子，

为第i条路由的等级值。

6.根据权利要求5所述的基于服务质量感知的多路径AODV路由方法，其特征在于，在步骤六中，假设、

、为

值最大的三条路径对应的可用有效带宽；首先判断

是否成立，若成立，则将需传输数据分流的方法如下所示：

其中，

，

表示沿第i条路由传送的数据量速率；

、

和

之和应等于需传送的总的数据量速率；若不成立，则将需传输数据分流的方法如下所示：

其中，

，k表示传输此数据的可用路径的条数，其他同上。

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