CN103763752B - Ad hoc网络路由的信标报文发送方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种Ad hoc网络路由的信标报文发送方法和系统，通过获取信标报文发送节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)和节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)，根据所有节点分布的空间坐标和所有节点数目分别获取节点在X轴、Y轴、Z轴方向的节点间平均距离d_x、d_y、d_z，再获取信标报文发送节点的移动方向(α,β,γ)，再根据节点发送信标报文的度量公式计算得到节点发送信标报文的度量，只有在节点发送信标报文的度量大于预先设定的度量门限值时，节点才能发送信标报文，发送条件与时间无关，能够有效减少预定时间内的信标报文的发送数量，避免发送不必要的信标报文，有效减轻网络的负载，减少影响信标报文发送的额外因素，使得网络稳定性加强。

Description

Ad hoc网络路由的信标报文发送方法和系统

技术领域

本发明涉及网络路由控制领域，特别是涉及一种Ad hoc网络路由的信标报文发送方法和系统。

背景技术

Ad hoc网络是一种多跳、无中心的自组织网络，网络中的所有节点都是对等的。为了实现多跳寻址，源和目的节点需要借助其它节点进行分组转发。因此，一个高效的、适应性强的路由算法能够有效保证Ad hoc网络性能，进一步Ad hoc网络路由中的信标报文的有效发送也是确保Ad hoc网络性能的关键。

一般的Ad hoc网络路由的信标报文采用固定周期的发送方法，一些研究发现了固定周期发送信标报文的不足，尝试采用非固定周期时间来发送信标报文，有代表性的一种信标报文发送时间计算方法为：

式中：

T_p—下一个信标报文的广播时间；

α—节点密度因子；

V_avg—节点的平均移动速度；

V_max—节点的最大速度；

V—节点的当前移动速度。

该方法中，当节点以匀速或是近似匀速的速度运动时，就会导致V_avg-V的值近似于0，这样T_p就变成了一个恒定值，和节点的密度也不再有关系。这样就和恒定的发送周期一样，是不科学的，因为对于节点的移动，只要在某一方向区域内，对于源节点的方向性选择其实是没有影响的，没有必要经常发送信标报文而增加网络的负载，这样的发送方法同样使得节点的分布密度对发送周期也存在影响，增加了影响信标报文发送的额外因素，不利于网络的稳定性。

发明内容

基于此，有必要针对现有的Ad hoc网络路由的信标报文发送方法导致网络负载较多、网络稳定性较差的问题，提供一种网络负载较少、网络稳定性较高的Ad hoc网络路由的信标报文发送方法和系统。

一种Ad hoc网络路由的信标报文发送方法，包括步骤：

获取信标报文发送节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)和节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)；

根据所有节点分布的空间坐标和所有节点数目分别获取节点在X轴、Y轴、Z轴方向的平均距离d_x、d_y、d_z；

根据所述节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)和节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)获取信标报文发送节点的移动方向(α,β,γ)；

根据公式确定节点发送信标报文的

度量，其中所述Δ为节点发送信标报文的度量；

在所述节点发送信标报文的度量大于预先设定的度量门限值时，发送信标报文。

一种Ad hoc网络路由的信标报文发送系统，包括节点坐标获取单元、节点参数获取单元、节点方向确定单元、发送度量获取单元和度量对比发送单元；

所述节点坐标获取单元用于获取信标报文发送节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)和节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)；

所述节点参数获取单元用于根据所有节点分布的空间坐标和所有节点数目分别获取节点在X轴、Y轴、Z轴方向的平均距离d_x、d_y、d_z；

所述节点方向确定单元用于根据所述节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)和节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)获取信标报文发送节点的移动方向(α,β,γ)；

所述发送度量获取单元用于根据公式确定节点发送信标报文的度量，其中所述Δ为节点发送信标报文的度量；

所述度量对比发送单元用于在所述节点发送信标报文的度量大于预先设定的度量门限值时，发送信标报文。

上述Ad hoc网络路由的信标报文发送方法和系统，通过获取信标报文发送节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)和节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)，根据所有节点分布的空间坐标和所有节点数目分别获取节点在X轴、Y轴、Z轴方向的平均距离d_x、d_y、d_z，获取信标报文发送节点的移动方向(α,β,γ)，根据节点发送信标报文的度量公式计算得到节点发送信标报文的度量，在所述节点发送信标报文的度量大于预先设定的度量门限值时，发送信标报文。只有在节点发送信标报文的度量大于预先设定的度量门限值时，节点才能发送信标报文，发送条件与时间无关，能够有效减少预定时间内的信标报文的发送数量，避免发送不必要的信标报文，有效减轻了网络的负载，减少了影响信标报文发送的额外因素，使得网络稳定性得到加强。

附图说明

图1为Ad hoc网络路由的信标报文发送方法其中一个实施例的方法流程图；

图2为Ad hoc网络路由的信标报文发送方法其中另一个实施例的方法流程图；

图3为Ad hoc网络路由的信标报文发送系统其中一个实施例的模块连接图；

图4为Ad hoc网络路由的信标报文发送系统其中另一个实施例的模块连接图；

图5为Ad hoc网络路由的信标报文发送方法其中一个实施例的球体表面路径示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种Ad hoc网络路由的信标报文发送方法，包括步骤：

步骤S110，获取信标报文发送节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)和节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)；

步骤S120，根据所有节点分布的空间坐标和所有节点数目分别获取节点在X轴、Y轴、Z轴方向的平均距离d_x、d_y、d_z；

步骤S130，根据所述节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)和节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)获取信标报文发送节点的移动方向(α,β,γ)；

步骤S140，根据公式确定节点发送信标报文的度量，其中所述Δ为节点发送信标报文的度量；

步骤S150，在所述节点发送信标报文的度量大于预先设定的度量门限值时，发送信标报文。

在本实施例中，如图5所示，在从球体表面由A到B的路线过程中，其轨迹是经过近似以球心为圆心的球面大圆，经过这样的路径最节省能量。根据Ad hoc网络中每个节点的位置信息，当选择从A到B的路径时，根据A和B的坐标，按照A和B在同一大圆上的规则来计算方向，选择信标报文的传输方向，并在该方向上选择下一跳节点。

基于该思想，该算法定义某一个邻居被选择作为下一跳节点的概率为：

且φ+β+γ＝1

式中：

E_i—邻居节点的能量；

E_max—所有节点的最大能量值；

d_nd—邻居节点和目的节点在大圆上的距离；

d_id—本节点和目的节点在大圆上的距离；

θ—邻居节点偏离本节点和目的节点形成的大圆的角度。

当一个节点选择下一跳节点时，根据上式计算各个邻居节点的概率值P_i，并选择P_i最大且大于某一给定阈值的邻居作为下一跳节点，从而确定信标报文的传输方向。

在信标报文的传播方向上获取信标报文发送节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)和节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)，由于在长、宽、高分别为L_x、L_y、L_z的空间区域内有n个节点，各个节点服从均匀分布，那么可以得到三个方向的平均距离d_x、d_y、d_z，所述三个方向分别为长、宽、高分别为L_x、L_y、L_z的空间区域内的X轴、Y轴、Z轴，进一步获取信标报文发送节点的移动方向(α,β,γ)；可以根据预先定义的公式获取节点发送信标报文的度量为：

其中，所述Δ为节点发送信标报文的度量。

在一般应用中，在一个较小或平面区域内，Z_c-Z_o≈0或X_c-X_o,Y_c-Y_o＞＞Z_c-Z_o，则可忽略Z轴方向的影响，即：

在所述节点发送信标报文的度量大于预先设定的度量门限值时，发送信标报文，否则节点不发送信标报文。

上述Ad hoc网络路由的信标报文发送方法，通过获取信标报文发送节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)和节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)，根据所有节点分布的空间坐标和所有节点数目分别获取节点在X轴、Y轴、Z轴方向的平均距离d_x、d_y、d_z，获取信标报文发送节点的移动方向(α,β,γ)，根据节点发送信标报文的度量公式计算得到节点发送信标报文的度量，在所述节点发送信标报文的度量大于预先设定的度量门限值时，发送信标报文。只有在节点发送信标报文的度量大于预先设定的度量门限值时，节点才能发送信标报文，发送条件与时间无关，能够有效减少预定时间内的信标报文的发送数量，避免发送不必要的信标报文，有效减轻了网络的负载，减少了影响信标报文发送的额外因素，使得网络稳定性得到加强。

如图2所示，在其中一个实施例中，所述的Ad hoc网络路由的信标报文发送方法，所述在所述节点发送信标报文的度量大于预先设定的度量门限值时，发送信标报文的步骤之后，还包括：

步骤S160，用信标报文发送节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)实时更新所述节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)。

在本实施例中，当节点发送信标报文给下一个节点后，系统可以自动用信标报文发送节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)实时更新所述节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)，接收到信标报文的节点即为发送信标报文的节点当前坐标，再计算节点发送信标报文的度量，进一步，在所述节点发送信标报文的度量大于预先设定的度量门限值时，发送信标报文，否则节点不发送信标报文，在信标报文传输方向上传输信标报文。

在其中一个实施例中，所述的Ad hoc网络路由的信标报文发送方法，所述预先设定的度量门限值为1。在本实施例中，根据实际的实施过程，优选预先设定的度量门限值为1。

在其中一个实施例中，所述的Ad hoc网络路由的信标报文发送方法，还包括：在发送信标报文的同时生成基于距离矢量的路由表，所述路由表记录多个可到达目的端路径信息。

在本实施例中，在应用中利用信标报文的信息生成一个基于距离矢量的应急路由表，在一个节点知道其转发方向内的邻居消失时，可以在应急路由表中选择另一可到达目的端的邻居进行转发，具体处理过程和用到的数据结构如下。

每个节点在位置变化达到阈值Δ_max或者有邻居节点的位置更新时，均要发送如表1所示的携带变化信息的信标报文，信标报文的广播使得每个节点可以知道通过哪一个下一跳可以到达网络中的其它目的节点，从而形成一个基于距离矢量的路由表，所述路由表包括目的、位置、下一跳和距离四个项目，结构如表2所示。该应急路由表中允许对同一目的地存在多个路径。

表1信标报文结构

表2应急路由表的表结构

目的	位置	下一跳	距离
				……	……	……	……

正常转发情况下，节点只需利用邻居节点的位置信息和目的节点的位置信息来计算转发区域，并不会用到该路由表。但是当出现节点下一跳转发区域中已经没有中继节点的情况时，此时通过应急路由表选择一个不同的下一跳节点来转发报文，不需要通过FERROR报文通告源节点做重新选择，下一跳节点收到报文以后，继续按照方向性选择标准来计算转发区域进行转发。出现节点下一跳转发区域中已经没有中继节点的情况时，直接通过路由表获取下一跳节点的多个路径，不需要通过FERROR报文通告源节点做重新选择，节省了节点传输步骤和时间，进一步的改善了增加了节点的移动速度，降低了路由算法本身的开销，减少了网络负载，降低了网络平均端到端延迟，从而提高了网络的性能。

在其中一个实施例中，所述的Ad hoc网络路由的信标报文发送方法，还包括：

当节点接收信标报文时，会生成一条或多条路由，节点判断所述路由是否在所述路由表中存在；

若不存在，则根据所述路由表插入所述路由。

在一个具体的实施例中，当节点接收信标报文时，获得一条或多条经过信标发送节点到达目的节点的路由，如果这些路由在应急路由表中不存在，则根据所述在应急路由表插入路由。

在本实施例中，应急路由表的维护采用一种简单的策略进行插入和删除的操作，当收到一个信标报文时，则根据信标报文中的数据检查是否需要插入一条新的路由，只要目的节点和下一跳不完全相同，就插入一条新的路由。当路由崩溃、需要在应急路由表中选择一条新的路由时，就在应急路由表中把以崩溃节点为下一跳的所有路由删除。

如图3所示，一种Ad hoc网络路由的信标报文发送系统，包括节点坐标获取单元110、节点参数获取单元120、节点方向确定单元130、发送度量获取单元140和度量对比发送单元150；

所述节点坐标获取单元110用于获取信标报文发送节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)和节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)；

所述节点参数获取单元120用于根据所有节点分布的空间坐标和所有节点数目分别获取节点在X轴、Y轴、Z轴方向的平均距离d_x、d_y、d_z；

所述节点方向确定单元130用于根据所述节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)和节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)获取信标报文发送节点的移动方向(α,β,γ)；

所述发送度量获取单元140用于根据公式

确定节点发送信标报文的度量，其中所述Δ为节点发送信标报文的度量；

所述度量对比发送单元150用于在所述节点发送信标报文的度量大于预先设定的度量门限值时，发送信标报文。

上述Ad hoc网络路由的信标报文发送系统，通过获取信标报文发送节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)和节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)，根据所有节点分布的空间坐标和所有节点数目分别获取节点在X轴、Y轴、Z轴方向的平均距离d_x、d_y、d_z，获取信标报文发送节点的移动方向(α,β,γ)，根据节点发送信标报文的度量公式计算得到节点发送信标报文的度量，在所述节点发送信标报文的度量大于预先设定的度量门限值时，发送信标报文。只有在节点发送信标报文的度量大于预先设定的度量门限值时，节点才能发送信标报文，发送条件与时间无关，能够有效减少预定时间内的信标报文的发送数量，避免发送不必要的信标报文，有效减轻了网络的负载，减少了影响信标报文发送的额外因素，使得网络稳定性得到加强。

如图4所示，在其中一个实施例中，所述的Ad hoc网络路由的信标报文发送系统，还包括与所述度量对比发送单元连接的节点坐标更新单元160；

所述节点坐标更新单元160用于用信标报文发送节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)实时更新所述节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)。

在其中一个实施例中，所述的Ad hoc网络路由的信标报文发送系统，所述预先设定的度量门限值为1。

在其中一个实施例中，所述的Ad hoc网络路由的信标报文发送系统，还包括与所述度量对比发送单元连接的路由表生成单元，所述路由表生成单元用于在发送信标报文的同时生成基于距离矢量的路由表，所述路由表用于在节点转发方向内的接收节点无法接收时，提供多个可到达目的端路径信息。

在其中一个实施例中，所述的Ad hoc网络路由的信标报文发送系统，还包括与所述路由表生成单元连接的路由表维护单元，所述路由表维护单元用于当节点接收信标报文时，生成一条或多条路由，节点判断所述路由是否在所述路由表中，若不在所述路由表中，则根据所述路由表插入路由。

由于所述的Ad hoc网络路由的信标报文发送系统其他部分技术特征与上述方法相同，在此不予赘述。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种Ad hoc网络路由的信标报文发送方法，其特征在于，包括步骤：

获取信标报文发送节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)和节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)；

根据所述节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)和节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)获取信标报文发送节点的移动方向(α,β,γ)；

根据所有节点分布的空间坐标和所有节点数目分别获取节点在X轴、Y轴、Z轴方向的节点间平均距离d_x、d_y、d_z；

根据公式 $\mathrm{\Δ}=\frac{\sqrt{{(X_c-X_o)}^2+{(Y_c-Y_o)}^2+{(Z_c-Z_o)}^2}}{d_x\cos \mathrm{\α}+d_y\cos \mathrm{\β}+d_z\cos \mathrm{\γ}}$ 确定节点发送信标报文的

度量，其中所述Δ为节点发送信标报文的度量；

在所述节点发送信标报文的度量大于预先设定的度量门限值时，发送信标报文。

2.根据权利要求1所述的Ad hoc网络路由的信标报文发送方法，其特征在于，所述在所述节点发送信标报文的度量大于预先设定的度量门限值时，发送信标报文的步骤之后，还包括步骤：

用信标报文发送节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)实时更新所述节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)。

3.根据权利要求1或2所述的Ad hoc网络路由的信标报文发送方法，其特征在于，所述预先设定的度量门限值为1。

4.根据权利要求1或2所述的Ad hoc网络路由的信标报文发送方法，其特征在于，还包括：在发送信标报文的同时生成基于距离矢量的路由表，所述路由表记录多个可到达目的端路径信息。

5.根据权利要求4所述的Ad hoc网络路由的信标报文发送方法，其特征在于，还包括：

当节点接收信标报文时，生成一条或多条路由，节点判断所述路由是否在所述路由表中；

若不在所述路由表中，则根据所述路由表插入所述路由。

6.一种Ad hoc网络路由的信标报文发送系统，其特征在于，包括节点坐标获取单元、节点参数获取单元、节点方向确定单元、发送度量获取单元和度量对比发送单元；

所述节点坐标获取单元用于获取信标报文发送节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)和节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)；

所述节点参数获取单元用于根据所述节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)和节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)获取信标报文发送节点的移动方向(α,β,γ)；

所述节点方向确定单元用于根据所有节点分布的空间坐标和所有节点数目分别获取节点在X轴、Y轴、Z轴方向的节点间平均距离d_x、d_y、d_z；

所述发送度量获取单元用于根据公式 $\mathrm{\Δ}=\frac{\sqrt{{(X_c-X_o)}^2+{(Y_c-Y_o)}^2+{(Z_c-Z_o)}^2}}{d_x\cos \mathrm{\α}+d_y\cos \mathrm{\β}+d_z\cos \mathrm{\γ}}$ 确定节点发送信标报文的度量，其中所述Δ为节点发送信标报文的度量；

所述度量对比发送单元用于在所述节点发送信标报文的度量大于预先设定的度量门限值时，发送信标报文。

7.根据权利要求6所述的Ad hoc网络路由的信标报文发送系统，其特征在于，还包括与所述度量对比发送单元连接的节点坐标更新单元；

所述节点坐标更新单元用于用信标报文发送节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)实时更新所述节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)。

8.根据权利要求6或7所述的Ad hoc网络路由的信标报文发送系统，其特征在于，所述预先设定的度量门限值为1。

9.根据权利要求6或7所述的Ad hoc网络路由的信标报文发送系统，其特征在于，还包括与所述度量对比发送单元连接的路由表生成单元，所述路由表生成单元用于在发送信标报文的同时生成基于距离矢量的路由表，所述路由表用于在节点转发方向内的接收节点无法接收时，提供多个可到达目的端路径信息。

10.根据权利要求9所述的Ad hoc网络路由的信标报文发送系统，其特征在于，还包括与所述路由表生成单元连接的路由表维护单元，所述路由表维护单元用于当节点接收信标报文时，生成一条或多条路由，节点判断所述路由是否在所述路由表中，若不在所述路由表中，则根据所述路由表插入路由。