CN102547905A

CN102547905A - 支持移动Ad Hoc网络的QoS路由实现的方法

Info

Publication number: CN102547905A
Application number: CN2012100056968A
Authority: CN
Inventors: 王小刚
Original assignee: Shanghai Dianji University
Current assignee: Shanghai Dianji University
Priority date: 2012-01-09
Filing date: 2012-01-09
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明提供一种支持移动Ad Hoc网络的QoS路由实现的方法，根据本发明的建议，包括以下步骤：建立所述网络中的各个节点的效用决策表；依据已建效用决策表，获得从源节点到目的节点的最优路由，并在所述效用决策表存储；依据已建效用决策表，获得从源节点到目的节点的次优路由，并在所述效用决策表存储；计算所述最优路由和次优路由链路中的最小相邻链路带宽值；比较上述带宽值，取较大的带宽值对应的路由作为最佳路由，若上述带宽值相等，则进一步计算所述最优路由和次优路由链路的总通信时延，取较小的总通信时延所对应的路由作为最佳路由。

Description

支持移动Ad Hoc网络的QoS路由实现的方法

技术领域

本发明涉及无线通讯领域，尤其涉及一种支持移动Ad Hoc网络的QoS路由实现的方法。

背景技术

当前无线移动Ad Hoc网络应用逐渐兴起，各种智能手机、移动电脑、无线路由器等支持无线应用的移动终端或节点可以自动组织成应用网络，提供移动环境下的资源共享和各类应用服务。在这种环境下，各移动终端相互之间可以发送消息、传送普通文本、甚至传送和在线共享多媒体数据(视频、语音等)。由于移动Ad Hoc网络是一种无线自组织网络，不像设备相对固定的互联网络，在此网络中，各通信终端是移动的、且可能由于多种原因很容易掉线，因此，各终端之间的通信路由面临带宽共享、时延等网络服务质量的重要问题。现有技术中，有一些考虑此类网络服务质量的路由协议，如AODV(无线自组网按需距离矢量路由协议)、DSR(动态源路由协议)、OLSR(优化的链路状态路由协议)、QOLSR(支持多度量QoS标准的扩展OLSR)。

现有技术中，AODV实现的是源点按需路由，使用终点序列号来发现去往终点的最新路由的协议方法；多路路由应答数据包应答一个单一请求会导致沉重的控制管理开销，而且带来不必要的带宽消耗。DSR类似于AODV，也是按需路由，但是它使用源点路由，而不依据每个中间节点的路由表，中间节点使用路由缓存信息；但这种路由协议方法的路由保持机制不能局部修复断开的链路，在路由重建时期，各节点过时的路由缓存信息会导致不一致的情况，节点重连的配置时延消耗大于基于路由表的协议。由于移动Ad Hoc网络节点的移动性，DSR性能较差，由于使用源路由机制，相当大的路由开销将会产生，只适合于固定的、低移动性的网络。OLSR继承了链路状态协议的稳定性，使用多点中继(MPR)，在路由跳数上来选择最佳路由，但是这个协议没有就发现路由上的QoS开销做明确的优化设计。QOLSR扩展了OLSR，从带宽、时延等多度量QoS标准上做了设计，但是它不能保证能选择到最大带宽且最短时延的路由，而且节点在基于一跳、二跳的邻居结点中选择最佳节点组成MPR，从而形成最佳路由的过程时间代价太大。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的形成最佳路由的过程时间代价太大的问题，提出一种能在较短的时间内寻找到最佳路由的支持移动Ad Hoc网络的QoS路由实现的方法。

为了实现上述目的，本发明提出一种支持移动Ad Hoc网络的QoS路由实现的方法，包括以下步骤：步骤1：建立所述网络中的各个节点的效用决策表；步骤2：依据所述效用决策表，各个所述节点选择效用距离值最小的节点作为多点中继的下一跳节点，即获得从源节点到目的节点的最优路由，并在所述效用决策表存储；步骤3：依据所述效用决策表并考虑全链路带宽和时延最优选择，各个所述节点选择效用距离值次小的节点作为多点中继的下一跳节点，即获得从源节点到目的节点的次优路由，并在所述效用决策表存储；步骤4：计算所述最优路由和次优路由链路中的最小相邻链路带宽值；步骤5：比较上述带宽值，取较大的带宽值对应的路由作为最佳路由，若上述带宽值相等，则进一步计算所述最优路由和次优路由链路的总通信时延，取较小的总通信时延所对应的路由作为最佳路由。

可选的，所述步骤1建立效用决策表的过程包括：A、各个节点向周围最近的节点发Hello数据包，探测最近邻节点是否存在或在线，若收到应答，则在各自效用决策表中的最近邻结点集中记录最近邻节点，同时计算本次探测存在回应的各相邻链路的通信时延，并记录检测到的各相邻链路最大带宽值，上述各值都分别存入各自效用决策表；B、源结点发送带有一定TTL(包生存期)值的探测广播数据包给网络中所有节点，所述广播数据包的TTL值每经过一个节点就减1，同时被各个节点统计1次，再向最近邻节点转发，直到包TTL值为0，就不统计，直接丢弃该包，各节点可在本地接收到该广播数据包一个或多个复本，并换算成效用距离值，存入效用决策表。

可选的，若移动节点发生掉线或失电情况而造成局部链路破坏时，进行如步骤4所述的次优路由的计算，从而使得发生上述情形时，网络具备多路备选的较优路由，但每次路由只建立一条最佳路由，发生上述情形时才进行次优路由的计算，从而避免进行最初的全网路由重建。

本发明支持移动Ad Hoc网络的QoS路由实现的方法的有益技术效果为：本发明能在较短的时间内，发现从源点到终点的最大带宽且最短时延的路由；本发明还使用了在最优和次优路由中选择带宽大、通信时延小的QoS路由，实现难度较小，克服了现有有些路由协议过于理论化，实现代价太大等实用性不强的缺点。

附图说明

图1为本发明支持移动Ad Hoc网络的QoS路由实现的方法的流程示意图。

图2为本发明支持移动Ad Hoc网络的QoS路由实现的方法的一实施例。

具体实施方式

本发明路由协议是在移动Ad Hoc网络环境下，为较稳定地发现源点到终点带QoS的最佳路由，使得能在较短的时间内，发现从源点到终点的最大带宽且最短时延的路由，设计了一种新的柔性链路状态QoS路由协议，本实施例中统称为FLSQR。

请参考图1，包括以下步骤：步骤11：建立所述网络中的各个节点的效用决策表；步骤12：依据所述效用决策表，各个所述节点选择效用距离值最小的节点作为多点中继的下一跳节点，即获得从源节点到目的节点的最优路由，并在所述效用决策表存储；步骤13：依据所述效用决策表并考虑全链路带宽和时延最优选择，各个所述节点选择效用距离值次小的节点作为多点中继的下一跳节点，即获得从源节点到目的节点的次优路由，并在所述效用决策表存储；步骤14：计算所述最优路由和次优路由链路中的最小相邻链路带宽值；步骤15：比较上述带宽值，取较大的带宽值对应的路由作为最佳路由，若上述带宽值相等，则进一步计算所述最优路由和次优路由链路的总通信时延，取较小的总通信时延所对应的路由作为最佳路由。

下面更为详细的对上述步骤进行阐述。

本发明FLSQR是针对移动Ad Hoc网络环境下的QoS路由协议，路由协议包含三个部分：路由状态信息建立、路由决策和路由维持。本路由协议使用链路状态方式建立和维持路由。协议的主要原理过程如下：

1.FLSQR路由状态信息建立部分：

(1)网络中各节点使用各自的缓存区建立各自的一张效用决策表。各节点向周围最近的节点发Hello数据包，探测最近邻节点是否存在或在线，如果收到应答，则在各自效用决策表中的最近邻结点集中记录最近邻节点，同时计算本次探测存在回应的各相邻链路的通信时延，并记录检测到的各相邻链路最大带宽值。以上各值都分别存入各自效用决策表。

(2)源结点发送探测广播数据包给网络中所有节点，此广播数据包带有一定TTL(包生存期)值，此广播数据包每经过一个节点就减1，直到TTL值等于0，就丢弃该包。在此广播数据包每经过各节点1次，就被各节点统计1次，再向最近邻节点转发，直到TTL值为0，就不统计，直接丢弃该包。各节点可在本地接收到该广播数据包一个或多个复本(PCN，为正整数)，并换算成效用距离值(ED)，存入各自效用决策表。

表1效用距离值与包复本的关系

2.FLSQR路由决策部分：根据效用决策表，进行初次最近邻最优选择、其次全链路次优选择，最终实现全网最优(得到从源点到终点的最大带宽且最短时延的QoS路由)的路由计算。

(1)各节点在各自效用决策表中的最近邻结点集中选择效用距离值最小的节点作为多点中继(MPR)的下一跳节点，记录在本次MPR1中，此项信息也在效用决策表中存储。根据各节点所选择的最优节点可以得到一条从源节点到目的节点的最优路由。

(2)在前步最优基础上考虑全链路带宽和时延最优选择。各节点选择效用距离值次小的最近邻节点，记录在本次MPR2中，根据各节点所选择的次优节点可以得到一条从源节点到目的节点的次优路由。

(3)根据各节点效用决策表中的各相邻链路最大带宽值，在上述最优和次优路由中，分别计算这两条路由链路中最小相邻链路带宽值；然后比较这两个最小带宽值，其中较大的那个带宽值对应的路由，即为从源点到终点的最大带宽最优路由。

(4)如果上步最优和次优路由中，各自链路中最小相邻链路带宽值相等；然后根据各节点效用决策表中的各相邻链路的通信时延，计算最优和次优路由各自链路总通信时延，得出最小总通信时延对应的路由，即为从源点到终点的最大带宽且最短通信时延最优路由。

3.FLSQR路由维持部分：如果移动节点发生掉线或失电情况而造成局部链路破坏时，FLSQR进行如路由决策部分所述的次优路由的计算，从而使得发生上述情形时，网络具备多路备选的较优路由。但每次路由只建立一条最佳路由，发生上述情形时才进行次优路由的计算，从而避免进行最初的全网路由重建。

下面，请看本发明的一个具体实施例。

请参考图2，图2中a为源节点、g为终节点，虚线上标示的是测定的最近邻节点间链路的带宽值，时延以链路的条数计。

表2FLSQR实施例效用决策表

路由决策过程说明：该实施例效用决策表中，Node表项是每个节点号；Nearest Neighbors(NN)表项是每个节点最近邻节点集；Effective Distance(ED)表项是在路由状态信息建立时期由节点a发出探测包(TTL设定为5秒)，并由各节点将各自获得的包复本(PCN)换算成的效用距离值；MPR1表项记录的是每个节点在Effective Distance(ED)表项中选出的最优相邻下一跳结点；MPR2表项记录的是在MPR1基础上，每个节点在Effective Distance(ED)表项中选出的次优相邻下一跳结点。

其中，生成MPR1表项原则：

每行Node节点选择ED值最小的作为本行最优节点；如果本行以上各行已选择过的节点，则在本行选择中不考虑，而考虑未曾在本行以上已选节点中出现的节点ED值最小的作为本行最优节点；如果本行无节点可选，则不选。

其中，生成MPR2表项原则：

每行Node节点选择本行MPR1表项节点的下一个ED值最小的作为本行最优节点；如果本行ED表项节点在MPR1选择中是最后一个节点，则选择与本行MPR1相同节点。因此，MPR2表项是比MPR1表项次优的选择。

因此，根据上述原则，得到如表2所示各行节点的MPR1、MPR2表项值。进而得到两条从源节点a到终节点g的初步最优和次优路由线路：

Line1：a-c-b-f-e-g

Line2：a-b-c-e-g

Line1路径上最小相邻带宽值为5，作为Line1上最大允许带宽值，且通信时延(路径上经过的相邻链路数)为5；Line2路径上最小相邻带宽值为5，作为Line2上最大允许带宽值，且通信时延为4；

综合比较，得到最大允许带宽且最短通信时延的最优路由线路是Line2。

本发明路由协议使用链路状态方式建立和维持路由，修改和扩展了目前的QOLSR；综合考虑了各节点对数据包的可靠处理能力，减少了链路冗余通信流量，同时路由决策兼顾了网络带宽和通信时延。在路由维持时，即使有节点掉线，重新路由开销也不大，不需进行最初的全网路由重建。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所述技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种支持移动Ad Hoc网络的QoS路由实现的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立所述网络中的各个节点的效用决策表；

步骤2：依据所述效用决策表，各个所述节点选择效用距离值最小的节点作为多点中继的下一跳节点，即获得从源节点到目的节点的最优路由，并在所述效用决策表存储；

步骤3：依据所述效用决策表并考虑全链路带宽和时延最优选择，各个所述节点选择效用距离值次小的节点作为多点中继的下一跳节点，即获得从源节点到目的节点的次优路由，并在所述效用决策表存储；

步骤4：计算所述最优路由和次优路由链路中的最小相邻链路带宽值；

步骤5：比较上述带宽值，取较大的带宽值对应的路由作为最佳路由，若上述带宽值相等，则进一步计算所述最优路由和次优路由链路的总通信时延，取较小的总通信时延所对应的路由作为最佳路由。

2.根据权利要求1所述的QoS路由实现的方法，其特征在于：所述步骤1建立效用决策表的过程包括：A、各个节点向周围最近的节点发Hello数据包，探测最近邻节点是否存在或在线，若收到应答，则在各自效用决策表中的最近邻结点集中记录最近邻节点，同时计算本次探测存在回应的各相邻链路的通信时延，并记录检测到的各相邻链路最大带宽值，上述各值都分别存入各自效用决策表；B、源结点发送带有一定TTL(包生存期)值的探测广播数据包给网络中所有节点，所述广播数据包的TTL值每经过一个节点就减1，同时所述广播数据包被各个节点统计1次，再向最近邻节点转发，直到包TTL值为0，就不统计，直接丢弃该包，各节点可在本地接收到该广播数据包一个或多个复本，并换算成效用距离值，存入效用决策表。

3.根据权利要求1所述的QoS路由实现的方法，其特征在于：若移动节点发生掉线或失电情况而造成局部链路破坏时，进行如步骤4所述的次优路由的计算，从而使得发生上述情形时，网络具备多路备选的较优路由，但每次路由只建立一条最佳路由，发生上述情形时才进行次优路由的计算，从而避免进行最初的全网路由重建。