CN102711207A - 一种用于跨洋航空通信的路由选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于跨洋航空通信的路由选择方法，其特征在于：数据包传输时，如果当前节点是本地最小节点，则“携带”数据包继续飞行，不是则在备用下一跳节点列表中选择一个备用节点；如果备用节点是正向飞行节点，则将数据包转发给它，如果不是则判断该节点是否存在正向飞行的前向邻居节点，存在则将数据包转发给该节点，不存在则将该节点从备用下一跳节点列表中删除，继续选择下一个备用节点。其显著效果是：在运用贪婪转发的基础上引入机会路由“存储-携带-转发”机制解决了本地最小问题，运用两跳路由信息解决了“携带”可能带来的路由环路问题，在平均时延、端到端数据传输成功率等方面具有较好性能，满足航空自组网的高动态需求。

Description

一种用于跨洋航空通信的路由选择方法

技术领域

本发明涉及到航空通信中的路由技术，具体地说，是一种用于跨洋航空通信的路由选择方法。

背景技术

航空自组网是无线自组网在航空领域的典型应用，它具有大尺度、多质异构、拓扑高速变化、链路寿命短、信道资源受限、节点分布稀疏等特点。传统的无线自组网路由协议已无法适应航空通信环境中路由的频繁变化，因此设计一种高效的路由协议成为航空自组网研究的重点和难点。

目前，航空自组网中使用的路由协议可分为两大类：①基于拓扑结构的路由，如OLSR，DSDV，AODV，DSR等；②基于地理位置信息的路由，如DREAM，LAR，GPSR，AeroRP等。基于地理位置信息的路由协议在航空自组网中具有很好的性能。贪婪周边无状态路由协议(GreedyPerimeter Stateless Routing，GPSR)是一种使用地理位置信息来转发数据包的路由协议。在GPSR中使用路由节点在网络拓扑结构中的即时邻居节点信息来进行数据转发，即节点将数据包发送给距离目标节点最近的邻居节点。当贪婪转发失败，即出现本地最小问题时，协议会进入边界转发模式来保证数据的有效传输。而当数据传输重新满足贪婪转发的条件时，协议再自动转回贪婪转发模式，直至数据传送到目标节点。由于只使用一跳邻居节点的信息来进行路由选择，GPSR具有更小的路由开销和网络负载，但GPSR存在三角路由和盲目绕路等缺陷。

发明内容

为了解决上述缺陷，本发明提供一种用于跨洋航空通信的路由选择方法，该方法在运用贪婪转发的基础上，引入机会路由“存储-携带-转发”机制以解决本地最小问题，为处理“携带”可能带来的路由环路问题，运用了很少的两跳路由信息以保证路由协议可靠性。

本发明的具体技术方案如下：

一种用于跨洋航空通信的路由选择方法，包括邻居节点列表建立和数据包传输两个过程，其关键在于：

所述邻居节点列表建立的方法是：每个节点周期性广播自身的Hello消息，当节点i收到节点j发出的Hello消息时，节点i则将节点j的信息保存到节点i的邻居节点列表中，i、j为节点的ID号，且i≠j，所述Hello消息包括节点ID号、地理位置、移动速度以及NI标志；

所述数据包传输的步骤如下：

步骤一：当前节点需要向目的节点发送数据时，当前节点检查自己的邻居节点列表中是否存在目的节点；

如果存在，则当前节点直接将数据包发送给目的节点；

如果不存在，则进入步骤二；

步骤二：当前节点根据地理位置计算自己与目的节点之间的距离以及邻居节点列表中所有邻居节点与目的节点之间的距离，并将前向邻居节点保存在备用下一跳节点列表中；

步骤三：当前节点判断自己是否为本地最小节点：

如果当前节点是本地最小节点，则由当前节点“携带”数据包，返回步骤一；

如果当前节点不是本地最小节点，则在所述备用下一跳节点列表中选择离目标节点最近的邻居节点作为备用下一跳节点，进入步骤四；

步骤四：当前节点根据移动速度判断步骤三中的备用下一跳节点是否为正向飞行节点：

如果是正向飞行节点，则当前节点将数据包转发给所述备用下一跳节点；

如果不是正向飞行节点，则进入步骤五；

步骤五：当前节点根据NI标志判断所述备用下一跳节点是否存在正向飞行的前向邻居节点：

如果所述备用下一跳节点存在正向飞行的前向邻居节点，则当前节点将数据包转发给所述备用下一跳节点；

如果所述备用下一跳节点不存在正向飞行的前向邻居节点，将所述备用下一跳节点从所述备用下一跳节点列表中删除，返回步骤三。

作为进一步描述，所述Hello消息中的地理位置用(x，y，z)三维坐标表示，当前节点按照 ${\mathrm{\Δd}}_i=\sqrt{{(x_d-x_i)}^2+{(y_d-y_i)}^i+{(z_d-z_i)}^2}$ 计算自己与目的节点之间的距离以及所有邻居节点与目的节点之间的距离，其中(x_d，y_d，z_d)表示目的节点的地理位置，(x_i，y_i，z_i)表示节点i的地理位置，与目的节点之间的距离小于当前节点到目的节点之间的距离的节点即为当前节点的前向邻居节点。

再进一步描述，所述Hello消息中节点i的移动速度用向量(v_xi，v_yi)表示，节点i的飞行方向按照以下方法确定：

(1)当前节点按照计算x轴正方向与节点i速度矢量方向连线的夹角，这里函数θ＝atan2(y，x)表示给定x及y的反正切值，以弧度表示并介于-π到π之间，不包括-π；

(2)当前节点按照

计算节点i的速度大小；

(3)当前节点按照 $\stackrel{\‾}{\mathrm{\θ}}=a\tan 2(y_d-y_i,x_d-x_i)\×\frac{180}{\mathrm{\π}}$ 计算节点i的速度矢量与该节点和目的节点之间连线的夹角；

按照

计算节点i的相对速度；

当S_id大于0时，则节点i是当前节点的正向飞行节点；

当S_id小于或等于0时，则节点i不是当前节点的正向飞行节点。

所述NI标志设定的方法是：如果节点存在正向飞行的前向邻居节点，则节点的NI标志为1，如果节点不存在正向飞行的前向邻居节点，则节点的NI标志为0。

本发明的显著效果是：该方法结合航空自组网节点的高速移动性，在运用贪婪转发的基础上引入机会路由“存储-携带-转发”机制以解决本地最小问题。为处理“携带”可能带来的路由环路问题，运用了很少的两跳路由信息以保证路由协议可靠性，该方法相对于已有的航空自组网路由协议，在平均时延、端到端数据传输成功率等方面具有更好的协议性能，能够较好地满足航空自组网的高动态需求。

附图说明

图1是本发明的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种用于跨洋航空通信的路由选择方法，包括邻居节点列表建立和数据包传输两个过程，邻居节点列表建立的方法是：每个节点周期性广播自身的Hello消息，当节点i收到节点j发出的Hello消息时，节点i则将节点j的信息保存到节点i的邻居节点列表中，i、j为节点的ID号，且i≠j，所述Hello消息包括节点ID号、地理位置、移动速度以及NI标志，实施过程中，通常目的节点为地面基站，其地理位置固定，移动速度为零，而其他节点为大洋上空正在飞行的民用客机，节点的地理位置通常采用自身携带的GPS系统获取。

所述数据包传输的步骤如下：

步骤一：当前节点需要向目的节点发送数据时，当前节点检查自己的邻居节点列表中是否存在目的节点；

如果存在，则当前节点直接将数据包发送给目的节点；

如果不存在，则进入步骤二；

步骤二：当前节点根据地理位置计算自己与目的节点之间的距离以及邻居节点列表中所有邻居节点与目的节点之间的距离，并将前向邻居节点保存在备用下一跳节点列表中，这里所谓的前向邻居节点是相对于当前节点来说，邻居节点列表中与目的节点之间的距离小于当前节点到目的节点之间的距离的节点即为当前节点的前向邻居节点。

步骤三：当前节点判断自己是否为本地最小节点：

如果当前节点是本地最小节点，则由当前节点“携带”数据包，返回步骤一，如果当前节点不是本地最小节点，则在所述备用下一跳节点列表中选择离目标节点最近的邻居节点作为备用下一跳节点，进入步骤四。

步骤四：当前节点根据移动速度判断步骤三中的备用下一跳节点是否为正向飞行节点：

如果是正向飞行节点，则当前节点将数据包转发给所述备用下一跳节点；

如果不是正向飞行节点，则进入步骤五；

步骤五：当前节点根据NI标志判断所述备用下一跳节点是否存在正向飞行的前向邻居节点：

如果所述备用下一跳节点存在正向飞行的前向邻居节点，则当前节点将数据包转发给所述备用下一跳节点；

如果所述备用下一跳节点不存在正向飞行的前向邻居节点，将所述备用下一跳节点从所述备用下一跳节点列表中删除，返回步骤三。

上述步骤中，所述Hello消息中的地理位置用(x，y，z)三维坐标表示，当前节点按照 ${\mathrm{\Δd}}_i=\sqrt{{(x_d-x_i)}^2+{(y_d-y_i)}^i+{(z_d-z_i)}^2}$ 计算自己与目的节点之间的距离以及所有邻居节点与目的节点之间的距离，其中(x_d，y_d，z_d)表示目的节点的地理位置，(x_i，y_i，z_i)表示节点i的地理位置，与目的节点之间的距离小于当前节点到目的节点之间的距离的节点即为当前节点的前向邻居节点。

进一步描述，所述Hello消息中节点i的移动速度用向量(v_xi，v_yi)表示，节点i的飞行方向按照以下方法确定：

(1)当前节点按照计算x轴正方向与节点i速度矢量方向连线的夹角；

(2)当前节点按照

计算节点i的速度大小；

(3)当前节点按照 $\stackrel{\‾}{\mathrm{\θ}}=a\tan 2(y_d-y_i,x_d-x_i)\×\frac{180}{\mathrm{\π}}$ 计算节点i的速度矢量与该节点和目的节点之间连线的夹角；

按照计算节点i的相对速度；

当S_id大于0时，则节点i是当前节点的正向飞行节点；

当S_id小于或等于0时，则节点i不是当前节点的正向飞行节点。

在实施过程中，所述NI标志设定的方法是：如果节点存在正向飞行的前向邻居节点，则节点的NI标志为1，如果节点不存在正向飞行的前向邻居节点，则节点的NI标志为0。

本发明结合航空自组网节点的高速移动性，在运用贪婪转发的基础上引入机会路由“存储-携带-转发”机制以解决本地最小问题。为处理“携带”可能带来的路由环路问题，运用了很少的两跳路由信息以保证路由协议的可靠性，该方法相对于已有的航空自组网路由协议，在平均时延、端到端数据传输成功率等方面具有更好的协议性能，从而满足航空自组网的高动态需求。

Claims (4)

1.一种用于跨洋航空通信的路由选择方法，包括邻居节点列表建立和数据包传输两个过程，其特征在于：

所述邻居节点列表建立的方法是：每个节点周期性广播自身的Hello消息，当节点i收到节点j发出的Hello消息时，节点i则将节点j的信息保存到节点i的邻居节点列表中，i、j为节点的ID号，且i≠j，所述Hello消息包括节点ID号、地理位置、移动速度以及NI标志；

所述数据包传输的步骤如下：

步骤一：当前节点需要向目的节点发送数据时，当前节点检查自己的邻居节点列表中是否存在目的节点；

如果存在，则当前节点直接将数据包发送给目的节点；

如果不存在，则进入步骤二；

步骤二：当前节点根据地理位置计算自己与目的节点之间的距离以及邻居节点列表中所有邻居节点与目的节点之间的距离，并将前向邻居节点保存在备用下一跳节点列表中；

步骤三：当前节点判断自己是否为本地最小节点：

如果当前节点是本地最小节点，则由当前节点“携带”数据包，返回步骤一；

如果当前节点不是本地最小节点，则在所述备用下一跳节点列表中选择离目标节点最近的邻居节点作为备用下一跳节点，进入步骤四；

步骤四：当前节点根据移动速度判断步骤三中的备用下一跳节点是否为正向飞行节点：

如果是正向飞行节点，则当前节点将数据包转发给所述备用下一跳节点；

如果不是正向飞行节点，则进入步骤五；

步骤五：当前节点根据NI标志判断所述备用下一跳节点是否存在正向飞行的前向邻居节点：

如果所述备用下一跳节点存在正向飞行的前向邻居节点，则当前节点将数据包转发给所述备用下一跳节点；

如果所述备用下一跳节点不存在正向飞行的前向邻居节点，将所述备用下一跳节点从所述备用下一跳节点列表中删除，返回步骤三。

2.根据权利要求1所述的一种用于跨洋航空通信的路由选择方法，其特征在于：所述Hello消息中的地理位置用(x，y，z)三维坐标表示，当前节点按照 ${\mathrm{\Δd}}_i=\sqrt{{(x_d-x_i)}^2+{(y_d-y_i)}^i+{(z_d-z_i)}^2}$ 计算自己与目的节点之间的距离以及所有邻居节点与目的节点之间的距离，其中(x_d，y_d，z_d)表示目的节点的地理位置，(x_i，y_i，z_i)表示节点i的地理位置，与目的节点之间的距离小于当前节点到目的节点之间的距离的节点即为当前节点的前向邻居节点。

3.根据权利要求1所述的一种用于跨洋航空通信的路由选择方法，其特征在于：所述Hello消息中节点i的移动速度用向量(v_xi，v_yi)表示，节点i的飞行方向按照以下方法确定：

(1)当前节点按照

计算x轴正方向与节点i速度矢量方向连线的夹角；

(2)当前节点按照

计算节点i的速度大小；

(3)当前节点按照 $\stackrel{\‾}{\mathrm{\θ}}=a\tan 2(y_d-y_i,x_d-x_i)\×\frac{180}{\mathrm{\π}}$ 计算节点i的速度矢量与该节点和目的节点之间连线的夹角；

按照计算节点i的相对速度；

当S_id大于0时，则节点i是当前节点的正向飞行节点；

当S_id小于或等于0时，则节点i不是当前节点的正向飞行节点。

4.根据权利要求1所述的一种用于跨洋航空通信的路由选择方法，其特征在于：所述NI标志设定的方法是：如果节点存在正向飞行的前向邻居节点，则节点的NI标志为1，如果节点不存在正向飞行的前向邻居节点，则节点的NI标志为0。

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