CN103813407A - Ad hoc网络路由的恢复方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种Ad hoc网络路由的恢复方法和系统，通过获取发送节点发送的信标报文的信息，根据所述信标报文信息生成记录多个可到达目的端路径信息的路由表，在下一跳节点不在当前节点的转发区域时，根据所述路由表选择替换下一跳节点的节点进行转发。在生成的路由表中，记录多个可到达目的端路径信息，在下一跳区域中的中继节点移走导致路由崩溃时，系统可以根据所述路由表直接选择优先级别较高的当前节点的邻居节点作为下一跳节点，无需发送FERROR报文给它的上一跳节点重新计算选择下一跳节点，有效的降低路由算法本身的开销，减少了网络负载，提高了网络性能。

Description

Ad hoc网络路由的恢复方法和系统

技术领域

本发明涉及网络路由控制领域，特别是涉及Ad hoc网络路由的恢复方法和系统。 

背景技术

报文在中继过程中，当计算的下一跳区域中中继节点移走时，就会导致路由崩溃，这种情况下就需要启动路由恢复过程。 

一般的网络路由恢复方法，在当前节点向下一跳节点发送数据时，当检测到当前节点的下一跳转发区域中已经没有中继节点时，在等待一个时间后，当前节点会发送一个FERROR报文给该报文的源节点，源节点收到后，会重新选择下一跳节点，重新发送报文。这样由源节点重新计算选择下一跳节点，会给网络带来不必要的网络负载，不利于网络性能的优化。 

发明内容

基于此，针对现有网络路由恢复方法容易增加网络负载的问题，有必要提供一种能够有效降低网络路由负载、优化网络路由的Ad hoc网络路由恢复方法和系统。 

一种Ad hoc网络路由恢复方法，包括步骤： 

获取发送节点发送的信标报文信息； 

根据所述信标报文信息生成记录多个可到达目的端路径信息的路由表； 

在下一跳节点不在当前节点的转发区域时，在所述路由表中选择替换下一跳节点的节点进行转发。 

一种Ad hoc网络路由的恢复系统，包括信标报文信息获取单元、路由表生成单元和节点转发单元； 

所述信标报文信息获取单元用于获取发送节点发送的信标报文的信息； 

所述路由表生成单元用于根据所述信标报文信息生成记录多个可到达目的 端路径信息的路由表； 

所述节点转发单元用于在下一跳节点不在当前节点的转发区域时，在所述路由表中选择替换下一跳节点的节点进行转发。 

上述Ad hoc网络路由恢复方法和系统，通过获取发送节点发送的信标报文信息，根据所述信标报文信息生成记录多个可到达目的端路径信息的路由表，在下一跳节点不在当前节点的转发区域时，在所述路由表中选择替换下一跳节点的节点进行转发。在生成的路由表中，记录多个可到达目的端路径的信息，在下一跳区域中的中继节点移走导致路由崩溃时，系统可以在所述路由表中直接选择优先级别较高的当前节点的邻居节点作为下一跳节点，无需发送FERROR报文给它的源节点重新计算选择下一跳节点，有效的降低路由算法本身的开销，减少了网络负载，提高了网络性能。 

附图说明

图1为Ad hoc网络路由的恢复方法其中一个实施例的方法流程图； 

图2为Ad hoc网络路由的恢复方法其中另一个实施例的方法流程图； 

图3为Ad hoc网络路由的恢复系统其中一个实施例的模块结构图； 

图4为Ad hoc网络路由的恢复方法其中另一个实施例的模块结构图。 

图5为Adhoc网络路由的恢复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网络路由恢复方法，包括步骤： 

步骤S110，获取发送节点发送的信标报文信息； 

步骤S120，根据所述信标报文信息生成记录多个可到达目的端路径信息的路由表； 

步骤S130，在下一跳节点不在当前节点的转发区域时，在所述路由表中选择替换下一跳节点的节点进行转发。 

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△_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报文通告源节点重新做路由选择，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，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。 

上述Ad hoc网络路由的恢复方法，通过获取发送节点发送的信标报文信息，根据所述信标报文信息生成记录多个可到达目的端路径信息的路由表，在下一跳节点不在当前节点的转发区域时，根据所述路由表选择替换下一跳节点的节点进行转发。在生成的路由表中，记录多个可到达目的端路径信息，在下一跳区域中的中继节点移走导致路由崩溃时，系统可以根据所述路由表直接选择优先级别较高的当前节点的邻居节点作为下一跳节点，无需发送FERROR报文给 源节点进行重新路径选择，有效地降低路由算法本身的开销，减少了网络负载，提高了网络性能。 

在其中一个实施例中，Ad hoc网络路由的恢复方法，在下一跳节点不在当前节点的转发区域时，在所述路由表中选择替换下一跳节点的节点进行转发步骤之后，还包括： 

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

若不在所述路由表中，则在所述路由表中插入路由。 

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，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。 

在其中一个实施例中，所述的Ad hoc网络路由恢复方法，在获取发送节点发送的信标报文信息之前，还包括发送Ad hoc网络信标报文的步骤： 

步骤S140，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S150，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S160，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； 

步骤S170，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△为节点发送信标报文的度量； 

步骤S180，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，在球体表面由A到B的所有路线中，有一条路线是在以球心为圆心的球面大圆上，经过这样的路径最节省能量。根据Adhoc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，并以该方向作为报文的传输方向，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： 

$P_i=\mathrm{\φ}\×\frac{E_i}{E_{\max }}+\mathrm{\β}\×(1-\frac{d_{\mathrm{nd}}}{d_{\mathrm{id}}})+\mathrm{\γ}\×(1-|\frac{\mathrm{\θ}}{\mathrm{\π}}\left|\right)$ 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，从而确定报文的传输方向。 

每个信标报文发送节点获取当前坐标(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 个方向分别为空间区域内的X轴、Y轴、Z轴，且在三个方向上的长、宽、高分别为L_x、L_y、L_z，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： 

$\mathrm{\Δ}=\frac{\sqrt{{(X_c-X_o)}^2+{(Y_c-Y_o)}^2{(Z_c-Z_o)}^2}}{d_x\cos \mathrm{\α}+d_y\cos \mathrm{\β}+d_z\cos \mathrm{\γ}}>{\mathrm{\Δ}}_{\max }$

其中，所述△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： 

$\mathrm{\Δ}=\frac{\sqrt{{(X_c-X_o)}^2+{(Y_c-Y_o)}^2}}{d_x\cos \mathrm{\α}+d_y\cos \mathrm{\β}}>{\mathrm{\Δ}}_{\max }$

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。 

在其中一个实施例中，所述的Ad hoc网络路由恢复方法，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： 

步骤S190，用信标报文发送节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)更新移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)。 

在本实施例中，当节点发送信标报文后，系统可以自动用发送信标报文节点的当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)来更新节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)。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。 

在其中一个实施例中，所述的Ad hoc网络路由恢复方法，其特征在于，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。 

一种Ad hoc网络路由的恢复系统，包括信标报文信息获取单元110、路由表生成单元120和节点转发单元130； 

所述信标报文信息获取单元110用于获取发送节点发送的信标报文的信息； 

所述路由表生成单元120用于根据所述信标报文信息生成记录多个可到达目的端路径信息的路由表； 

所述节点转发单元130用于在下一跳节点不在当前节点的转发区域时，在所述路由表中选择替换下一跳节点的节点进行转发。 

上述Ad hoc网络路由恢复系统，通过获取发送节点发送的信标报文信息，根据所述信标报文信息生成记录多个可到达目的端路径信息的路由表，在下一跳节点不在当前节点的转发区域时，根据所述路由表选择替换下一跳节点的节点进行转发。在生成的路由表中，记录多个可到达目的端路径信息，在下一跳区域中的中继节点移走导致路由崩溃时，系统可以根据所述路由表直接选择优先级别较高的当前节点的邻居节点作为下一跳节点，无需发送FERROR报文给源节点进行重新做路由选择，有效的降低路由算法本身的开销，减少了网络负载，提高了网络性能。 

在其中一个实施例中，所述的Ad hoc网络路由恢复系统，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接收节点接收信标报文时，生成一条或多条路由，接收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，则在所述路由表中插入路由。 

在其中一个实施例中，所述的Ad hoc网络路由恢复系统，还包括节点坐标获取单元140、节点参数获取单元150、节点方向确定单元160、发送度量获取单元170和度量对比发送单元180； 

所述节点坐标获取单元140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150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160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170用于根据公式 

确定节点发送信标报文的度量，其中所述△为节点发送信标报文的度量； 

所述度量对比发送单元180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。 

在其中一个实施例中，所述的Ad hoc网络路由恢复系统，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190； 

所述节点坐标更新单元190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网络路由恢复系统，所述预先设定的度量门限值为1。 

由于所述的Ad hoc网络路由恢复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网络路由的恢复方法，其特征在于，包括步骤：

获取发送节点发送的信标报文；

根据所述信标报文生成记录多个可到达目的端路径信息的路由表；

在下一跳节点不在当前节点的转发区域时，根据所述路由表选择替换下一跳节点的节点进行转发。

2.根据权利要求1所述的Ad hoc网络路由的恢复方法，其特征在于，在下一跳节点不在当前节点的转发区域时，根据所述路由表选择替换下一跳节点的节点进行转发的步骤之后，还包括步骤：

当节点接收信标报文时，生成一条或多条路由，接收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，则在所述路由表中插入路由。

3.根据权利要求1或2所述的Ad hoc网络路由的恢复方法，其特征在于，在获取发送节点发送的信标报文的信息之前，还包括发送节点发送Ad hoc网络信标报文的步骤：

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

根据所述信标报文发送节点当前坐标(X_c,Y_c,Z_c)和移动前坐标(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△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。

4.根据权利要求3所述的Ad hoc网络路由的恢复方法，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)更新发送节点移动前坐标(X_o,Y_o,Z_o)。

5.根据权利要求3所述的Ad hoc网络路由的恢复方法，其特征在于，所述预先设定的度量门限值为1。

6.一种Ad hoc网络路由的恢复系统，其特征在于，包括信标报文信息获取单元、路由表生成单元和节点转发单元；

所述信标报文信息获取单元用于获取发送节点发送的信标报文的信息；

所述路由表生成单元用于根据所述信标报文信息生成记录多个可到达目的端路径信息的路由表；

所述节点转发单元用于在下一跳节点不在当前节点的转发区域时，根据所述路由表选择替换下一跳节点的节点进行转发。

7.根据权利要求6所述的Ad hoc网络路由的恢复系统，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，接收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，则在所述路由表中插入路由。

8.根据权利要求6或7所述的Ad hoc网络路由的恢复系统，其特征在于，还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△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。

9.根据权利要求8所述的Ad hoc网络路由的恢复系统，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)。

10.根据权利要求8所述的Ad hoc网络路由的恢复系统，其特征在于，所述预先设定的度量门限值为1。

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