CN103685038A - 一种在无线自组织网中基于节点相对运动速度和节点密集程度的广播路由选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种在无线自组织网中基于节点相对运动速度和节点所处区域密集程度的广播路由选择方法。本发明解决的技术问题是：针对在Ad-hoc网络中广播风暴问题和节点快速移动的路由稳定问题。本发明针对这一现象，提出了一种新的路由选择算法，使广播分组的传输过程更稳定，丢包率更小。该技术方案的要点是：我们利用节点相互发送hello协议包来计算和传递节点的相对运动速度，同时设置定时器来设定广播包转发的时间并收集广播包副本被接受次数，以此两点来计算广播包转发概率。最后以此概率定向转发分组。本技术方案主要用途是提高高速运动的Ad-hoc网络中的广播路由建立传输的可靠性并改善广播风暴问题。

Description

一种在无线自组织网中基于节点相对运动速度和节点密集程度的广播路由选择方法

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，尤其涉及广播路由选择过程。

二、背景技术：

无线自组织网络(Ad-hoc)是一个没有有线基础设施支持的移动网络，在Ad-hoc网络中，所有的节点都是由移动主机构成。它是当今网络研究领域的研究热点，此领域吸引了大量的科研人员的关注。该类型的网络最初是应用于军事领域，为了在战场环境下分组无线网络数据的通信。由于其组网灵活、扩容方便、维护费用和运营成本低、安装快捷、系统简单、覆盖范围广等特点，Ad-hoc网络在应急救灾、野外勘探等领域也有着广泛的应用前景。

自20世纪70年代美军DARPA资助研究的分组无线网项目开展以来，国内外的很多研究人员从不同的角度提出了一系列的Ad-hoc网络路由协议。这些协议主要分为两大类：表驱动路由协议和按需路由协议。表驱动路由协议需要维护所有节点的路由表，可以迅速的找到数据传输的路径，但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。这类路由协议的主要代表有DSDV(DestinationSequenced Distance Vector)和OLSR(Optimized Link State Routing)。而按需路由协议不需要时刻都了解和维护整个网络的拓扑信息，只在有传输需要时才进行路径查找与计算，如例如DSR(Dynamic SourceRouting)协议和AODV(Ad Hoc On Demand Di stance 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。

在Mobile Ad Hoc Networks(MANETs)中，泛洪是一种最简单的广播机制，但它在数据传输中会造成很高的冗余传输，且由此会产生大量的信道的拥塞和分组的碰撞。这种被称为广播风暴的现象极大的增加了网络通信的负担和端到端的延迟。文献《A.Mohammed，M.Ould-Khaoua，L.M，Mackenzie，and J Abdulai，”AnAdjusted Counter-Based Broadcast Scheme for Mobile Ad Hoc Networks，″in Proceedings of the TenthInternational Coneference on Computer Modelíng and Simulation(EUROSIM/UKSIM 2008)，2008，pp.441-446》中提出以一定时间内节点接收相同广播的数目来衡量节点处于区域的节点密集程度，并以此来作为节点转发广播包的概率的依据，这样可以大大减少广播包的转发数量，又可以保证路由的发现。

另外，文献《Enneya，N.；El Koutbi，M.；Berqia，A.Enhanci ng AODV Performance based on Stati sticalMobility Quantification.Information and Communica tionTcchnologies，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广播路径选择算法，将节点所处区域的密集程度与节点的相对运动速度同时纳入考量。提出一种新的广播转发选择方法，使得广播转发过程得到更加稳定精确。

三、发明内容：

本发明解决的技术问题是：在Ad-hoc网络中，广播泛洪所带来的冗余，拥塞，碰撞等的广播风暴问题严重制约路由发现的稳定与快速问题，同时节点的快速移动导致网络网络拓扑结构的改变而使路由中断也制约着路由发现的稳定性问题。本发明提出一种新的算法，同时考虑节点所处区域的密集程度(c)与节点的相对运动速度(mobility)对于广播转发概率的影响，使得节点可以选择更加稳定可靠的路径来传输广播分组。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和stay，n代表此节点的邻居数目，get代表一个hello周期内新进入此节点通信范围的节点数日，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)。

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

在发送hello包时，同时将本节点的相对运动速度(mobility)附在包内传递给相邻节点，相邻节点将此信息封装在邻居节点队列中。

每个无线节点在收到一个具有特定源节点与广播id的广播包时，启动定时器，插入一个1s内随机时间后的事件入等待队列，并统计在定时器时间到达前此广播包副本被接受的次数(次数越多则表示此节点所处区域越密集)，比较广播包计数值(密集程度c)与阈值C，若c较大则选择较低的传输概率f₁，若c较小则选择较大的传输概率f₂。

在之前选择好的传输概率f₀(f₁或f₂)的基础上，考虑邻居节点的相对运动速度(mobility)，并与设定好的运动阈值mc(标志运动快慢)做比较，若mobility较大，则给予f₀一个负的增益，若mobility较小，则给予f₀一个正的增益。

在定时器到时后，根据之前计算好的概率定向的转发广播路由包。

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3节点相对运动速度(mobility)的传递：在hello包发送时，附带将mobility(初始为0)信息发送给邻居节点，邻居节点收到后将此信息存储在自己的邻居节点队列中。每接收到一次hello包更新一次。

步骤4统计一定时间内相同广播包数量：节点每当收到一个广播包，即存入广播队列，并同时开启定时器，定时时间为1s内的随机时间，在这段时间内，每收到一个相同的广播包即将计数器c加1。

步骤5计算广播包转发概率：根据定时器时间到达之时的计数值c和阈值C的比较，选择初步转发概率f₀(c较大选择较小的概率f₁，c较小选择较大的概率f₂)。在此基础上考虑邻居节点的相对运动速度(mobility)与阈值mc的比较，得到最终的转发概率f，f₀加上一个增益(若mobility较大，则给予f₀一个负的增益，若mobility较小，则给予f₀一个正的增益)。

步骤6转发广播分组：以此转发概率定向的转发广播分组。

Claims (1)

1.一种在无线自组织网中基于节点相对运动速度和节点密集程度的广播路由选择方法，其特征包含以下几个步骤：

A.获取节点在一段时间内的收到某广播包数：在无线节点收到一个具有特定源节点与广播id的广播包时，启动定时器，插入一个1s内随机时间后的事件队列，统计定时器时间到达前此广播包被接收的次数。

B.初步计算广播包转发的概率：对于选定的广播包计数阈值C，比较广播包计数与此阈值C的大小，选择广播包转发的概率f₀。

C.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与离开节点传输范围来计算出相对运动速度。

D.获取邻居节点的相对运动速度：在无线节点互相发送hello协议包时，会将发送hello协议包的节点加入本节点的邻居节点队列，且会将发送hello协议包的节点的相对运动速度(之前计算过并保存了的)跟随hello协议包发给本节点，保存在此邻居节点的信息中。

E.计算最终广播包转发概率：对于每个邻居节点的相对运动速度和选定的运动阈值，给予广播包转发概率f₀一个正的或负的增益。