CN102395174A - 一种用于自组织网络的抗干扰路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于移动通信技术领域，公开了一种用于自组织网络的抗干扰路由方法。本发明是针对受到强干扰源的自组织网络的无线信道而提出的。本发明方法中的源节点只有在需要与其它节点进行通信时才会去寻找一条路由，而不用一直维持到所有节点的路由表项。在转发数据包时可以根据各节点维持的其到周围邻居节点的链路质量值检测网络是否遭遇的强干扰，可以检测并自动的避开被强干扰源影响的路径，主动选择通信质量较好的路径进行数据包的转发。本发明设计的抗干扰路由方法可以很好的识别干扰源的变化并根据变化选择相应的路径。

Description

一种用于自组织网络的抗干扰路由方法

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，特别涉及一种自组织网络中按需路由方法。 

背景技术

自组织网络(Ad hoc)是自组织理论在通信网络中的具体运用。目前自组织网络中出现的典型路由协议包括动态源路由协议(DSR，Dynamic Source Routing)、按需平面距离矢量路由协议(AODV，Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing)、优化的链路状态路由协议(OLSR，Optimized Link State Routing)。传统路由的实现机制是在源节点和目的节点之间选择一条最好的路径，然后沿着选好的路径依次发送数据包。 

AODV协议属于一种典型的按需路由算法，使用跳数作为唯一的选路参数。它是反应式路由协议，也就是说当向目的节点发送包时，源节点才会在网络中发起路由查找过程，找到相应的路由。当链路状况好的时候，传统路由机制可以很好的工作。但是无线信道的不稳定和噪声干扰经常会导致传输范围和通信质量发生剧烈的变化，而目前的路由协议并不能够很好地衡量并处理这种变化。 

发明内容

本发明的目的为了解决现有的自组织网络中，传统路由机制不能很好的平衡和处理噪声干扰造成的问题，提出了一种用于自组织网络的抗干扰路由方法。 

本发明的技术方案是：一种用于自组织网络的抗干扰路由方法，包括如下步骤： 

S1：当源节点与目的节点首次通信或者源节点没有存储目的节点的路由信息时，源节点启动路由发现过程，即广播一个RREQ报文，所述RREQ报文包括源地址、请求ID、目的地址、跳计数N、链路质量、源序列号、目的序列号； 

S2：对中间节点收到的RREQ报文进行判断，如果该RREQ报文为自己发送出去的报文或者该RREQ报文的源地址和请求ID出现在所述的中间节点的历史记录中，则丢弃该报文；如果该RREQ报文的源地址和请求ID未出现在该中间节点的历史记录中，则将该源地址和请求ID写到历史记录中，查找通往该报文目的地址的路径； 

S3：若找到的路径的目的序列号大于RREQ报文中的目的序列号，则表明找到了一条路径，然后中间节点等待至少ΔT秒的时间，其中，ΔT＝N×T，T为与MAC层协议相关的时间参数；如果在ΔT秒内继续收到具有相同源地址和请求ID的RREQ报文，则提取具有最小跳计数值的RREQ报文，然后比较找到的路径的链路质量与所提取的RREQ报文中的链路质量，取链路质量的较小值填入新生成的RREP报文，所述RREP报文包括生存时间，并向源节点单播发送该RREP报文，则执行S6；若找到的路径的目的序列号小于RREQ 报文中的目的序列号，则执行S4； 

S4：比较中间节点收到的RREQ报文中的链路质量值与历史记录中的链路质量值，所述历史记录中的链路质量值为该中间节点与RREQ上游节点之间的链路质量值，将较小值填入RREQ报文中，且跳计数加1，重新广播RREQ报文；同时，该中间节点也提取RREQ报文中的信息，用来构建逆向路由表，等待一定的时间，该时间应能保证RREQ报文能够穿过整个网络并产生一个发送到源节点的RREP报文，如果超时则删除逆向路由表； 

S5：对其它中间节点按照步骤S2到S4进行操作，目的节点接收到RREQ报文分组后，等待至少ΔT秒的时间，在ΔT秒的时间内，若重复收到具有相同源地址和请求ID的RREQ报文，则选取最大链路质量的RREQ报文，然后目的节点构建RREP报文，RREP报文的目的地址和目的序列号分别复制RREQ的源地址和源序列号，RREP报文的源序列号是节点维护的最新序列号值，跳计数值置为0，链路质量值是当前节点与其上游节点之间的链路质量与RREQ报文中的链路质量二者的较小值，生存时间控制目的节点到源节点的返回路径的生存时间，最后目的节点单播该RREP报文； 

S6：RREP报文按照逆向路由表回送到源节点，每经过一个中间节点，若该节点维护的链路质量值小于RREP报文的链路质量值，则用该节点的链路质量值替换RREP报文原有的链路质量值；每经过一个中间节点，RREP报文的跳计数加一，同时每个中间节点提取RREP报文的相关信息，构建前向路由表。 

本发明的有益效果：本发明针对受到强干扰源的自组织网络的无线信道，设计了网络层的干扰检测与避免的方法。RREQ报文可能沿着不同的路径到达目的节点，目的节点等待至少ΔT秒的时间，表明目的节点有机会在ΔT秒的时间内选择一条链路质量最大的路径。当路径的跳数越多的时候，表明有更多的可选择路径，因此目的节点等待的时间越长；路径的跳数越少的时候，表明可选择的路径越少，因此目的节点等待的时间越短。在ΔT秒的时间内，选择链路质量最大的路径，该原则避开了强干扰路径，从而选择一条跳数合理，链路质量最大的路径。 

本发明方法中的源节点只有在需要与其它节点进行通信时才会去寻找一条路由，而不用一直维持到所有节点的路由表项。在转发数据包时可以根据各节点维持的其到周围邻居节点的链路质量值检测网络是否遭遇的强干扰，可以检测并自动的避开被强干扰源影响的路径，主动选择通信质量较好的路径进行数据包的转发。本发明设计的抗干扰路由方法可以很好的识别干扰源的变化并根据变化选择相应的路径。 

附图说明

图1为实施例一的网络拓扑实例图。 

图2为实施例二的网络拓扑实例图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的阐述。 

当源节点有数据包要向目的节点发送的时候，源节点发起路由请求，即广播一个RREQ(Route Request)报文。RREQ报文中，源地址表示源节点的IP地址；源序列号是由源节点产生的递增的序列号，用以区别新的和老的路径；目的地址表示目的节点的IP地址；目的序列号是源节点所见过的最新的目的节点的序列号值；请求ID是源节点产生的一个递增计数器，用以标识每一次的路由请求；跳计数记录了RREQ报文经过了多少个节点；链路质量记录了所经过的节点中，链路质量的最小值。<源地址，请求ID>唯一的标识了一次RREQ请求。当目的节点接收到RREQ报文，且等待了ΔT时间后，判断ΔT时间内接收到的具有相同请求ID的所有RREQ报文，选择一个跳数最少，链路质量最优的路径发送RREP(Route Reply)单播报文。RREP报文中，与RREQ相同的字段表示相同的意义，生存时间表示控制该路径在多长时间内有效。 

这里的链路质量可以用信噪比(SNR)，也可以采用SNR之外的其它参数进行表征，如传输速率，节点可支持的数据传输速率越大，则链路质量越好。 

报文格式如表1和表2所示。RREQ报文包括源地址、源序列号、目的地址、目的序列号、请求ID、跳计数N、链路质量；RREP报文包括源地址、目的地址、目的序列号、跳计数N、链路质量、生存时间。 

表1 

源地址

源序列号

目的地址

目的序列号

请求ID

跳计数N

链路质量

表2 

源地址

目的地址

目的序列号

跳计数N

链路质量

生存时间

各字段的说明如下： 

源地址为源节点的IP地址；源序列号为源节点的当前序列号(即最大的序列号)；目的地址为目的节点的IP地址；目的序列号为源节点所知的目的节点的序列号(如果源节点没有存储任何目的节点的序列号，则该字段为0)；请求ID为源节点的当前请求ID值(即最大的请求ID)；跳计数N为数据包经历站点的跳数；链路质量为表征通信链路好坏的数值，初始值为0；生存时间控制路径在多长时间内有效。 

实施例一： 

如图1所示，这是一个Ad hoc网络拓扑模型，所有节点通过无线的方式与其它节点进行通信。其中S是源节点，D是目的节点，A、B、C、E、H、I、F、G是中间节点，站点在网络中的分布情况如图1所示。箭头表示相邻两个节点之间无线环境的链路质量值，数值越大表明链路质量越好，数值越小表明链路质量越差。黑色表示网络周边的干扰源，越靠近干扰源无线环境的链路质量越差，离干扰源越远无线环境的链路质量越好。如图1所示在离干扰源远时，路径S-A-B-C-E-D的链路质量较好，其数值为：S-A之间为5，A-B之间为6，B-C之间为7，C-E之间为6，E-D之间为5。而离干扰源近时，路径S-F-G-D的链路质量较差，其数值为：S-F之间为2，F-G之间为2，G-D之间为3。 

现假设A、B、C、E四个中间节点都没有存储较新的有关目的节点D的路由信息，则它们应对上游发来的RREQ报文使用报文广播方式进行选路。 

步骤1：源节点S有数据要发送，启动路由发现过程，即广播一个RREQ报文。 

步骤2：与S相邻节点A收到的RREQ报文后判断：RREQ报文的<源地址，请求ID>未出现在A的历史记录中，将该<源地址，请求ID>写到历史记录中，然后执行步骤3。 

步骤3：A查找到通往该RREQ报文目的地址的路径： 

查找到通往该目的地址的路径，但该路径的目的序列号小于RREQ报文中的目的序列号，表明A中存储到达目的节点的路径信息是旧的，现在需要查找一条更新的路径，执行步骤4。 

步骤4：由于A不知道通往目的节点的较新的路径，则A比较RREQ报文中的链路质量值(源节点发来的报文中链路质量值为初始值0)与历史记录中的链路质量值(即A与RREQ上游节点S之间的链路质量为5)，由于A收到的是从源节点发来的报文，所以将5填入RREQ报文的链路质量值，且跳计数加1，重新广播RREQ分组。同时，A提取RREQ报文中的信息，用来构建逆向路由表。逆向路由表记录了RREQ的上游节点地址(对于A，其上游节点地址为S)，以便RREP报文可以顺利的回送到源节点。针对新建的逆向路由表，等待一定的时间，所述的时间以保证RREQ报文能够穿过整个网络并产生一个发送到源节点的RREP报文，如果超时则删除逆向路由表。 

步骤5：A的邻居节点B收到A广播的RREQ报文后判断： 

RREQ报文的<源地址，请求ID>未出现在B的历史记录中，将该<源地址，请求ID>写到历史记录中，然后执行步骤6。 

步骤6：B查找到通往该RREQ报文目的地址的路径： 

查找到通往该目的地址的路径，但该路径的目的序列号小于RREQ报文中的目的序列号，表明B中存储到达目的节点的路径信息是旧的，现在需要查找一条更新的路径，执行 步骤7。 

步骤7：由于中间节点B不知道通往目的节点的较新的路径，则B比较RREQ报文中的链路质量值(为5)与历史记录中的链路质量值(即该中间节点B与RREQ上游节点A之间的链路质量为6)，将较小值5填入RREQ报文中，且跳计数加1，重新广播RREQ报文。同时，B提取RREQ报文中的信息，用来构建逆向路由表。逆向路由表记录了RREQ的上游节点地址(对于B，其上游节点地址为A)，以便RREP报文可以顺利的回送到源节点。针对新建的逆向路由表，等待一定的时间，所述的时间以保证RREQ报文能够穿过整个网络并产生一个发送到源节点的RREP报文，如果超时则删除逆向路由表； 

步骤8：重复上述过程，当目的节点D接收到RREQ分组后，等待至少ΔT秒的时间，其中，ΔT＝N×T，T为与MAC层协议相关的时间参数，在本实施例中具体为网络中相邻两个节点MAC层之间传输一个报文的平均时延。在ΔT时间内，对重复收到具有相同<源地址，请求ID>的RREQ报文，选取具有最大链路质量的RREQ报文。然后目的节点构建RREP报文，RREP报文的目的地址和目的序列号分别复制RREQ的源地址和源序列号，RREP报文的源序列号是节点维护的最新序列号值，跳计数值置为0，生存时间控制该路径在多长时间内有效。最后目的节点单播该RREP报文。至此，找到了一条通信质量最好的路径。 

步骤9：RREP报文按照逆向路由表回送到源节点。每经过一个中间节点，若该节点维护的链路质量值小于RREP报文的链路质量值，则用该节点的链路质量值替换RREP报文原有的链路质量值；每经过一个中间节点，RREP报文的跳计数加一，同时每个中间节点提取RREP报文的相关信息(包括跳计数，链路质量等)，构建前向路由表。 

实施例二： 

如图2所示，这是一个Ad hoc网络拓扑模型，所有站点通过无线的方式与其它站点进行通信。其中S是源站点，D是目的站点，H、I、F、G是中间节点，站点在网络中的分布情况如图2所示。箭头表示相邻两个站点之间无线环境的链路质量值，数值越大表明链路质量越好，数值越小表明链路质量越差。黑色表示网络周边的干扰源，越靠近干扰源无线环境的链路质量越差，离干扰源越远无线环境的链路质量越好。如图2所示，路径的链路质量值S-F之间为2，S-H之间为3，H-F之间为3，F-G之间为2，G-D之间为3。 

假设F节点存储了较新的关于目的节点D的路由信息，则它不需要向其下游节点G广播RREQ报文就可以直接给源节点S返回RREP报文。 

步骤1：源节点S有数据要发送，启动路由发现过程，即广播一个RREQ报文。其邻居节点F收到的RREQ报文后，执行步骤2。 

步骤2：RREQ报文的<源地址，请求ID>未出现在F的历史记录中，将该<源地址，请求ID>写到历史记录中，然后执行步骤3。 

步骤3：F查找到通往该RREQ报文目的地址的路径： 

找到的路径的目的序列号大于RREQ报文中的目的序列号，说明找到一条路径，然后F等待ΔT秒的时间。在ΔT秒内继续对收到具有相同<源地址，请求ID>的RREQ报文(如H节点转发的报文)提取具有最小跳计数值的RREQ报文，然后比较找到的路径的链路质量(F-D之间为2)与所提取的RREQ报文中的链路质量(为2)，取链路质量的较小值2填入新生成的RREP报文中，并向源节点S发送该RREP报文。 

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。以上所述仅为本发明的较佳实施而已，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 (3)

1.一种用于自组织网络的抗干扰路由方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：当源节点与目的节点首次通信或者源节点没有存储目的节点的路由信息时，源节点启动路由发现过程，即广播一个RREQ报文，所述RREQ报文包括源地址、请求ID、目的地址、跳计数N、链路质量、源序列号、目的序列号；

S2：对中间节点收到的RREQ报文进行判断，如果该RREQ报文为所述的中间节点发送出去的报文或者该RREQ报文的源地址和请求ID出现在所述的中间节点的历史记录中，则丢弃该报文；如果该RREQ报文的源地址和请求ID未出现在该中间节点的历史记录中，则将该源地址和请求ID写到历史记录中，查找通往该报文目的地址的路径；

S3：若找到的路径的目的序列号大于RREQ报文中的目的序列号，则表明找到了一条路径，然后中间节点等待至少ΔT秒的时间，其中，ΔT＝N×T，T为与MAC层协议相关的时间参数；如果在ΔT秒内继续收到具有相同源地址和请求ID的RREQ报文，则提取具有最小跳计数值的RREQ报文，然后比较找到的路径的链路质量与所提取的RREQ报文中的链路质量，取链路质量的较小值填入新生成的RREP报文，所述RREP报文包括生存时间，并向源节点单播发送该RREP报文，则执行S6；若找到的路径的目的序列号小于RREQ报文中的目的序列号，则执行S4；

S4：比较中间节点收到的RREQ报文中的链路质量值与历史记录中的链路质量值，所述历史记录中的链路质量值为该中间节点与RREQ上游节点之间的链路质量值，将较小值填入RREQ报文中，且跳计数加1，重新广播RREQ报文；同时，该中间节点也提取RREQ报文中的信息，用来构建逆向路由表，等待一定的时间，该时间应能保证RREQ报文能够穿过整个网络并产生一个发送到源节点的RREP报文，如果超时则删除逆向路由表；

S5：对其它中间节点按照S2到S4进行操作，目的节点接收到RREQ报文后，等待至少ΔT秒的时间，在ΔT秒的时间内，若重复收到具有相同源地址和请求ID的RREQ报文，则选取最大链路质量的RREQ报文，然后目的节点构建RREP报文，RREP报文的目的地址和目的序列号分别复制RREQ的源地址和源序列号，RREP报文的源序列号是节点维护的最新序列号值，跳计数值置为0，链路质量值是当前节点与其上游节点之间的链路质量与RREQ报文中的链路质量二者的较小值，生存时间控制目的节点到源节点的返回路径的生存时间，最后目的节点单播该RREP报文；

S6：RREP报文按照逆向路由表回送到源节点，每经过一个中间节点，若该节点维护的链路质量值小于RREP报文的链路质量值，则用该节点的链路质量值替换RREP报文原有的链路质量值；每经过一个中间节点，RREP报文的跳计数加一，同时每个中间节点提取RREP报文的相关信息，构建前向路由表。

2.根据权利要求1所述的用于自组织网络的抗干扰路由方法，其特征在于，所述的链路质量通过节点可支持的数据传输速率进行表征。

3.根据权利要求1所述的用于自组织网络的抗干扰路由方法，其特征在于，步骤S3中所述的T具体为所述网络中相邻两个节点MAC层之间传输一个报文的平均时延。

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