CN102404819A - 一种在无线自组织网中基于路径跳数和节点相对运动速度的路由选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种在无线自组织网中基于路径跳数和节点相对运动速度的路由选择方法，所属技术领域是无线通信技术。本发明解决的技术问题是：在移动的无线自组织网络(Ad-hoc)中，应用AODV等路由协议，数据传输往往不稳定，丢包率较高。本发明针对这一现象，提出了一种新的路由选择算法，改进了AODV路由协议，使数据传输的过程更稳定，丢包率更小。该技术方案的要点是：通过无线节点之间互相发送hello协议包来计算各个节点的相对运动速度，在中间节点转发源节点的RREQ协议包时把自身的相对运动速度压入RREQ包中，目的节点收到RREQ包后计算这条路径的M值并判断是否更新路由表，更新了路由表就意味着选择了一条更优的路径。本技术方案主要用途是提高高速运动的Ad-hoc网络中的数据传输的可靠性。

Description

一种在无线自组织网中基于路径跳数和节点相对运动速度的路由选择方法

一、技术领域：

本发明涉及无线通信技术，针对MANET(mobile ad-hoc network)网络中的路由协议，尤其涉及路由选择过程。

二、背景技术：

无线自组织网络(Ad-hoc)是没有基础设施支持的网络，网络中的所有节点既是客户机又是路由器，节点可以动态地发现周围可以与之进行通信的节点。Ad-hoc网络是当今网络研究领域的研究热点，特别在便携式无线设备大量普及之后，这个领域吸引了科研人员的大量关注。Ad-hoc网络具有广阔的应用前景，特别适用于没有基础网络设施而需要建立临时通信的场合，例如战场通信，灾后救援，空间探测，伐木和森林业，或者需要临时办公室的地方。

Ad-hoc网络的实现要依赖专门的路由协议，目前Ad-hoc路由协议主要有两大类：被动式协议和主动式协议。主动式路由协议要时刻计算整个网络中存在的传输路径，虽然这类协议可以迅速找到数据传输的路径，但也有很大的缺点，网络拓扑结构的任何变化都会导致整个网络范围的路由表更新，网络开销很大因此效果并不理想。这类协议有OLSR(Optimized Link State Routing)，TBRPF(Topology Based Reverse PathForwarding)等。被动式协议指那些按需查找的协议，这类协议并不需要时刻了解并维护整个网络的拓扑信息，只是在有传输需要的时候才进行路径的查找和计算，例如DSR(Dynamic Source Routing)协议和AODV(Ad Hoc On Demand Distance Vector)协议。AODV协议是目前应用最广泛，综合效果最好的路由协议之一。

AODV路由协议默认选择路径最短的路径作为数据传输路径，但是对于高速运动的网络，最短路径经常不是好的选择，因为路径中有可能含有高速运动的节点，这样会导致数据传输的中断。为了优化路径的选择，文献《Enneya，N.；El Koutbi，M.；Berqia，A.Enhancing AODV Performance based on Statistical MobilityQuantification.Information and Communication Technologies，2006.ICTTA’06.2nd》中提出了使用相对速度模型来衡量节点的运动速度，并以此作为路径选择的依据，这样可以得到更好的传输路径，但是这种方法只在路径跳数(hops)最短的多条路径之间进行选择，而抛弃了跳数大于最小跳数的那些路径，而那些路径很有可能使数据传输更加稳定可靠。

针对上述情况，本方法在AODV协议基础上提出了一种新的路径选择算法，将路径跳数和节点的相对运动速度同时纳入考量，提出一种新的路径选择标准，使目的节点能选择更加优秀和稳定的路径来进行数据的传输。

三、发明内容：

本发明解决的技术问题是：在运动着的Ad-hoc网络中，数据的传输经常由于网络拓扑结构的改变而中断，本发明提出一种新的算法，同时考虑路径跳数(hops)和节点相对速度(mobility)对于整条路径的影响，使目的节点可以选择更稳定可靠的路径来传输数据包。无线节点之间互相发送hello包，在接收hello协议包的时候统计变量n，get_in和stay，n代表此节点的邻居数目，get_in代表一个hello周期内新进入此节点通信范围的节点数目，stay代表留在节点通信范围中邻居节点数目。运用公式(1)可以计算出节点的相对运动速度(mobility)。

$\mathrm{mobility}=\frac{(n-\mathrm{stay})+\mathrm{get}\_\mathrm{in}}{n+1}---\left(1\right)$

在RREQ的包头部分，有计数器记录RREQ包所经历的跳数(hops)，中间节点在转发的过程中把本节点的运动速度(mobility)压入RREQ协议包中。目的节点接收RREQ之后，按照公式(2)计算RREQ途径路径所有节点mobility的均值avr_route，其中D代表此路径跳数(hops)，p_i代表第i个节点的相对速度(mobility)。

${\mathrm{avr}}_{\mathrm{route}}=\frac{\underset{i=1}{\overset{D+1}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i}{D+1}---\left(2\right)$

本发明提出新的参数M作为路由选择的衡量标准，利用公式(3)计算M，使目的节点在选择路径时通过对此参数的比较来选择最优路径，这样就可以提高ad-hoc网络中数据传输的可靠性。其中λ为参数，在实验中设置为0.5。

M＝avr_route+λ*hops    (3)

该解决方案的技术要点是：在节点之间互相传递hello协议包的时候，通过统计单位时间按进入和离开节点范围的其它节点个数，从而计算出网络中每个节点的相对运动速度。中间节点在转发RREQ包得时候，将自身的相对运动速度加入RREQ包头，当目的节点接收到RREQ包得时候，利用中间节点的运动信息计算这条路径的运动均值avr_route，并利用运动均值计算M，通过比较不同M值而选取M值最小的那条路径，并把路由表中的记录最小M值的变量min更新为此最小M值。

四、具体实施方法：

步骤1计算加入和离开通信范围的节点数：节点收到一个hello包，查看这个hello包的来源，如果来源于节点在邻居链表中，stay加1，如果此源节点不在邻居链表中，get_in加1。

步骤2计算节点的相对运动速度(mobility)：循环遍历邻居链表，得到邻居数量n，用公式(1)计算此节点的相对运动速度(mobility)。

步骤3RREQ的传播：在包头部分添加一个容器，每个中间节点在转发RREQ包的时候把本节点的相对运动速度(mobility)加入这个容器之中。

步骤4计算运动均值avr_route和M：在RREQ到达目的节点的时候，目的节点利用公式(2)计算这条路径的运动均值avr_route，利用公式(3)计算此路径M值。

步骤5选择路径：目的节点将计算得到的M和反向路由表中的最小值变量(min)比较，如果M＜min，说明此路径稳定性更高，更加可靠，更新路由表并向源节点发送RREP包，如果M＞＝min，不更新路由表。

Claims (1)

1.一种在无线自组织网中基于路径跳数和节点相对运动速度的路由选择方法，其特征包含以下几个步骤：

A.获取节点的相对运动速度：在无线节点互相发送hello协议包时，通过统计单位时间进入和离开节点范围来计算出相对运动速度。

B.RREQ协议包的转发：在源节点向目的节点发送RREQ之后，不能应答的中间节点将自己的相对运动速度压入RREQ包中，然后转发RREQ包。

C.路径运动速度均值的计算：在目的节点获得RREQ包之后，利用中间节点压入的相对速度计算整条路径的运动均值。

D.计算衡量参数M：目的节点利用RREQ包中记录的跳数hops和这条路径的运动均值计算出M。

E.更新路由表选择路径：比较M和路由表中的最小M值min，如果M＜min，则更新路由表，选择此路径作为数据传输通道。