CN103826283A - 一种无线自组网中节点的路由方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线自组网中节点的路由方法及装置，属于无线自组网领域。所述方法包括：源节点广播包含链路质量等级的路由请求消息，所述链路质量等级由根据物理层和MAC层上传给路由层的链路服务质量信息计算得出；收到所述路由请求消息的节点更新所述路由请求消息中的链路质量等级，并判断所述收到所述路由请求消息的节点是否为目标节点；若不是目标节点，则广播所述路由请求消息；若是目标节点，将所述相对更优的链路质量等级更新至路由应答消息并发送所述路由应答消息；所述源节点根据所述路由应答消息中的链路质量等级选择路径。本发明通过所述无线自组网中节点的路由方法及装置，节省了带宽资源并加入了对服务质量的考虑。

Description

一种无线自组网中节点的路由方法及装置

技术领域

本发明涉及无线自组网领域，特别涉及一种无线自组网中节点的路由方法及装置。

背景技术

与传统的有线网络不同，无线自组网是一种复杂的分布式网络系统，网络中的无线移动节点能够动态地自组织成任意的网络拓扑，从而能够实现在没有预设通信基础设备的条件下的互连通信。无线自组网中的每个无线移动节点都能够持续地监听和寻找附近的节点，以确定在当前的网络条件下将数据分组传送给其它节点的最优路径。正由于无线自组网的特殊性，其本身具有的带宽有限和拓扑动态变化等特点，使得在有线网络或传统无线网络中性能表现良好的路由技术在无线自组网中均不适用，必须根据无线自组网的具体特点研究专门的路由技术。组播技术作为一种点对多点的数据传输技术，在无线自组网中拥有广泛的应用场景，例如某主机要求向其他主机传送文件或图片，或者进行视频会议等，通过组播技术能够降低传输分组的开销，节省系统资源。对于一些较关注某些性能指标的业务来说，如视频、电话等，应重点考虑这些业务所关注的指标，根据这些指标选择合适的传输路径，以增强其实用性。

无线自组网现有技术是按需距离矢量组播路由协议（Multicast Operation ofthe Ad-Hoc On-Demand Distance Vector Routing Protocol，MAODV）。MAODV协议在按需距离矢量路由协议的基础上加入了组播技术，同时支持单播和组播，基于共享树机制，在有通信请求时按需地建立组播树。在创建组播树时，按照序列号最新时延最小的标准来构建最终的组播树。然而，对于组播通信业务来说，依据该准则选取的路径对于业务的通信需求来说并不一定是最好的。同时，在MAODV协议中各节点为维护自己周围的邻居节点信息，需要周期性地广播HELLO消息，在没有业务通信请求时，这种周期性广播的维护信息会耗费一定的带宽，带来不必要的系统开销。

发明内容

本发明实施例提供了一种无线自组网中节点的路由方法及装置，更有效地利用了系统带宽资源。

一方面，本发明实施例提供了一种无线自组网中节点的路由方法，所述方法包括：

源节点广播包含链路质量等级的路由请求消息，所述链路质量等级为用来表示链路整体质量的物理量，由根据物理层和MAC层上传给路由层的链路服务质量信息计算得出；

收到所述路由请求消息的节点根据物理层和MAC层实时为路由层提供的所述链路服务质量信息，更新所述路由请求消息中的链路质量等级，并判断所述收到所述路由请求消息的节点是否为目标节点；

若所述收到所述路由请求消息的节点不是目标节点，则所述收到所述路由请求消息的节点广播所述路由请求消息；

若所述收到所述路由请求消息的节点是目标节点，则所述目标节点判断所述路由请求消息中链路质量等级是否优于该上一跳节点对应的已保存的链路质量等级，若所述路由请求消息中链路质量等级优于该上一跳节点对应的已保存的链路质量等级，则保存所述相对更优的链路质量等级，将所述相对更优的链路质量等级更新至路由应答消息并发送所述路由应答消息；

所述源节点根据所述路由应答消息中的链路质量等级选择路径。

第二方面，本发明实施例提供了一种无线自组网中节点的路由装置，所述装置包括：

初始化模块，用于源节点广播包含链路质量等级的路由请求消息，所述链路质量等级为用来表示链路整体质量的物理量，由根据物理层和MAC层上传给路由层的链路服务质量信息计算得出；

更新模块，用于收到所述路由请求消息的节点根据物理层和MAC层实时为路由层提供的所述链路服务质量信息，更新所述路由请求消息中的链路质量等级，并判断所述收到所述路由请求消息的节点是否为目标节点；

广播模块，用于若所述收到所述路由请求消息的节点不是目标节点，则所述收到所述路由请求消息的节点广播所述路由请求消息；

应答模块，用于若所述收到所述路由请求消息的节点是目标节点，则所述目标节点判断所述路由请求消息中链路质量等级是否优于该上一跳节点对应的已保存的链路质量等级，若所述路由请求消息中链路质量等级优于该上一跳节点对应的已保存的链路质量等级，则保存所述相对更优的链路质量等级，将所述相对更优的链路质量等级更新至路由应答消息并发送所述路由应答消息；

选择模块，用于所述源节点根据所述路由应答消息中的链路质量等级选择路径。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

从上述本发明实施例可知，由于利用了已有的控制消息，将相关的服务质量（Quality of Service，QoS）因素放在其路由请求消息和路由应答消息的保留字段中，并且利用了物理层和MAC层上传给路由层的链路信息，从而不再需要周期性发送系统维护消息，因此，节省了带宽资源，同时在不额外增加控制消息负载的条件下，实现了对QoS因素的考虑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种无线自组网中节点的路由方法的第一实施例流程图；

图2为本发明一种无线自组网中节点的路由方法第二实施例流程图；

图3为本发明一种无线自组网中节点的路由方法第三实施例流程图；

图4为本发明一种无线自组网中节点的路由装置第一实施例结构示意图；

图5为本发明一种无线自组网中节点的路由装置更新模块第一实施例结构示意图。

图6为本发明一种无线自组网中节点的路由装置选择模块第一实施例结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明一种无线自组网中节点的路由方法第一实施例流程，参见图1，所述方法包括：

101：源节点广播包含链路质量等级的路由请求消息，所述链路质量等级为用来表示链路整体质量的物理量，由根据物理层和MAC层上传给路由层的链路服务质量信息计算得出。

由于源节点要加入组播树，或者向组播树发送数据，但是目前源节点处没有到该组播树的路由，所以需发送路由请求消息。

路由层根据物理层和MAC层上传的链路服务质量信息，如信噪比、信干噪比、误包率、丢包率、误帧率、信道总带宽、信道可用带宽、传输延时等，选取应用场景中关注的因素以计算本节点的各相邻链路的质量，用于后续的路由过程，增强了协议的实用性。在本实施例中定义一个名为链路质量等级的物理量来表示链路的质量，用LQ表示。

对链路质量等级作如下定义：用BW(u,v)表示节点u和节点v之间的信道可用带宽，用SNR(u,v)表示节点u和节点v之间的信噪比，用DL(u,v)表示节点u和节点v之间的传输延时。在本实施例中使用信道可用带宽BW(u,v)、信噪比SNR(u,v)和传输延时DL(u,v)的加权来表示一条链路或路径的QoS状态信息，将其称为链路质量等级，在具体使用时，可以根据应用场景的具体业务需求，选取业务较关注的因素更换有关QoS信息。假设节点u_i有n个邻居节点u₁,u₂,...,u_n，那么它与每一个邻居节点间的链路都有一个信道带宽信息、信噪比信息和传输延时信息，所以节点上应有n个信道可用带宽信息BW(u_i,u₁),BW(u_i,u₂),…,BW(u_i,u_n)、n个信噪比信息SNR(u_i,u₁),SNR(u_i,u₂),…,SNR(u_i,u_n)和n个传输延时信息DL(u_i,u₁),DL(u_i,u₂),…,DL(u_i,u_n)。用LQ(u,v)表示节点u和节点v间的链路质量等级，其计算方法为：

$\mathrm{LQ}(u,v)=\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{BW}(u,v)}+\frac{\mathrm{\β}}{\mathrm{SNR}(u,v)}+\mathrm{\γ}\·\mathrm{DL}(u,v)$

其中，α,β,γ为公式计算中所需的加权因子，根据通信业务对各指标的关注程度，可对各参数进行相应调整，以改变其所占有的权重。

链路质量等级的值越大，链路的质量越差，反之，链路质量等级的值越小，链路的质量越好。据此计算方法每个节点都能实时获得与本节点相关的所有链路的链路质量等级。

该源节点查询本地保存的列表，据此决定如何发送路由请求消息。若在组头列表中有该组播树的目标节点IP地址，且源节点有到达该目标节点的路由，就单播带有加入“J”标志的路由请求消息到目标节点，否则，广播该路由请求消息。源节点广播路由请求消息时，将路由请求消息中的链路质量等级字段初始化为0。

102：收到所述路由请求消息的节点根据物理层和MAC层实时为路由层提供的所述链路服务质量信息，更新所述路由请求消息中的链路质量等级，并判断所述收到所述路由请求消息的节点是否为目标节点。

目标节点是路由请求消息的目的地址，是组播树的管理节点，又叫组头节点，该节点负责发送组播树的维护消息。

路由层根据物理层和MAC层上传的链路QoS信息，如信噪比、信干噪比、误包率、丢包率、误帧率、信道总带宽、信道可用带宽、传输延时等，选取应用场景中关注的因素以计算本节点的各相邻链路的质量，用于后续的路由过程，增强了协议的实用性。在本实施例中定义一个名为链路质量等级的物理量来表示链路的质量，见步骤101。

在本实施例中有两种更新所述路由请求消息链路质量等级字段方式：

方法一：

将所述链路质量等级的值改为原值与收到所述路由请求消息的链路所对应的链路质量等级之和。

用LQ(path)表示保存在路由请求消息中的链路质量等级，该路由请求消息经过了一系列节点i₁,i₂,...,i_n，每一条链路都有各自的链路质量等级LQ(i_m,i_n)，则利用公式

更新路由请求消息中的链路质量等级字段，即每经过一条链路，就将这条链路的链路质量等级加入到路由请求消息中链路质量等级字段的值上。各节点均据此规则更新路由请求消息中的链路质量等级字段，使得路由请求消息中的链路质量等级字段保存的值是该消息所经过的所有链路的链路质量等级之和。

方法二：

比较收到所述路由请求消息的链路所对应的链路质量等级的值与所述路由请求消息中的链路质量等级的值，取值较大的链路质量等级更新所述路由请求中的消息链路质量等级。

用LQ(path)表示保存在路由请求消息中的链路质量等级，该路由请求消息经过了一系列节点i₁,i₂,...,i_n，每一条链路都有各自的链路质量等级LQ(i_m,i_n)，则利用公式LQ(path)=max(LQ(i₁,i₂),LQ(i₂,i₃),...,LQ(i_n-1,i_n))更新路由请求消息中的链路质量等级字段，即每经过一条链路，就对比该链路的链路质量等级与路由请求消息中链路质量等级字段的值，将较大值更新到路由请求消息的链路质量等级字段中。各节点均据此规则来更新路由请求消息中的链路质量等级字段，使得该字段中保存的是路由请求消息已经经过的链路中最差链路的链路质量等级。

103a：若所述收到所述路由请求消息的节点不是目标节点，则所述收到所述路由请求消息的节点广播所述路由请求消息。

为使节点加入组播树的树枝是所有可选择路径中最稳定的，在本发明中设定只有目标节点能够应答路由请求消息，而中间节点只能进行转发，这样能够得到源节点到目标节点所经过所有链路的链路质量等级相关信息。

103b：若所述收到所述路由请求消息的节点是目标节点，则所述目标节点判断所述路由请求消息中链路质量等级是否优于该上一跳节点对应的已保存的链路质量等级，若所述路由请求消息中链路质量等级优于该上一跳节点对应的已保存的链路质量等级，则保存所述相对更优的链路质量等级，将所述相对更优的链路质量等级更新至路由应答消息并发送所述路由应答消息。

对每一个上一跳节点都会保存一个到目前为止最好的链路质量等级。由于目标节点可能存在一个以上的上一跳节点，对于来自每一个上一跳节点的多个路由请求消息，目标节点只回复从该上一跳节点处收到的第一个路由请求消息，并将链路质量等级字段与收到该路由请求消息的上一跳节点对应起来保存在目标节点本地，然后更新链路质量等级字段并填入到所回复的路由应答消息中。对于之后从该上一跳节点上收到的其余路由请求消息，只有当该路由请求消息中的链路质量等级字段小于在目标节点上保存的链路质量等级时，才再次回复路由应答消息，并更新本地保存的该上一跳节点对应的链路质量等级信息，而其他的路由请求消息，均不予处理、全部丢弃。具体实施中，可以等到定时器到时，或是收到的路由请求消息达到指定的个数才进行回复。

104：所述源节点根据所述路由应答消息中的链路质量等级选择路径。

源节点可能收到多个应答的路由应答消息，从中选出最稳定的路径作为源节点加入组播树的树枝。对应于不同的更新链路质量等级的方法，使用不同的选路策略。

若使用方法一进行链路质量等级字段的更新，所述源节点在所述路由应答消息中选出具有最小链路质量等级的路由应答消息所对应的路径作为源节点加入该组播树的树枝。由于路由应答消息中的链路质量等级字段保存的是所经过整条路径中所有链路的链路质量等级之和，该字段值越小，说明该条路径所经过的跳数越少，且各链路的质量也越好，综合考虑跳数和链路的质量，链路质量等级字段值最小的路径应为最稳定的，故据此选出来的树枝应为所有路径中最稳定的。依据此准则在所有可选路径中选择具有最小链路质量等级字段的路径作为源节点加入组播树的最终树枝。

若使用方法二进行链路质量等级字段的更新，所述源节点对所述路由应答消息中链路质量等级和跳数进行计算得出路由尺度，选择最佳路由尺度对应的路径，作为所述源节点加入该组播树的树枝。对每一个路由应答消息，用HC(path)表示该消息所经过的路径的总跳数，用RM(path)表示该路径的路由尺度，其计算方法为：

RM(path)=ω·LQ(path)+ξ·HC(path)

其中，ω,ξ为计算所需的加权因子，依据对跳数和链路质量等级的关注度，可对加权因子进行相应调整，以改变其所占有的权重。源节点对收到的多个应答的路由应答消息分别进行路由尺度的计算，然后从中选择具有最小路由尺度的路径作为源节点加入组播树的树枝。路由尺度越小，说明该路径的跳数越小，且所经过的链路中最差链路的质量也越好。由于路由尺度综合考虑了跳数和链路质量，路由尺度最小的路径应为最稳定的，故据此选出来的树枝应为所有路径中最稳定的。依据此准则在所有可选路径中选择具有最小路由尺度的路径作为源节点加入组播树的最终树枝。

本实施例通过利用已有的控制消息，将相关的QoS因素放在其路由请求消息和路由应答消息的保留字段中，并且利用了物理层和MAC层上传给路由层的链路信息，从而不再需要周期性发送系统维护消息，因此，节省了带宽资源，同时在不额外增加控制消息负载的条件下，实现了对QoS因素的考虑。

本发明一种无线自组网中节点的路由方法第二实施例流程，如图2所示，所述方法流程包括：

201：源节点广播包含链路质量等级的路由请求消息，所述链路质量等级为用来表示链路整体质量的物理量，由根据物理层和MAC层上传给路由层的链路服务质量信息计算得出。与步骤101相同，此处不再赘述。

202：收到所述路由请求消息的节点根据物理层和MAC层实时为路由层提供的所述链路服务质量信息，将所述链路质量等级的值改为原值与收到所述路由请求消息的链路所对应的链路质量等级之和，并判断所述收到所述路由请求消息的节点是否为目标节点。

用LQ(path)表示保存在路由请求消息中的链路质量等级，该路由请求消息经过了一系列节点i₁,i₂,...,i_n，每一条链路都有各自的链路质量等级LQ(i_m,i_n)，则利用公式

更新路由请求消息中的链路质量等级字段，即每经过一条链路，就将这条链路的链路质量等级加入到路由请求消息中链路质量等级字段的值上。各节点均据此规则更新路由请求消息中的链路质量等级字段，使得路由请求消息中的链路质量等级字段保存的值是该消息所经过的所有链路的链路质量等级之和。

203a：若所述收到所述路由请求消息的节点不是目标节点，则所述收到所述路由请求消息的节点广播所述路由请求消息。与步骤103a相同，此处不再赘述。

203b：若所述收到所述路由请求消息的节点是目标节点，则所述目标节点判断所述路由请求消息中链路质量等级是否优于该上一跳节点对应的已保存的链路质量等级，若所述路由请求消息中链路质量等级优于该上一跳节点对应的已保存的链路质量等级，则保存所述相对更优的链路质量等级，将所述相对更优的链路质量等级更新至路由应答消息并发送所述路由应答消息。与步骤103b相同，此处不再赘述。

204：所述源节点在所述路由应答消息中选出具有最小链路质量等级的路由应答消息所对应的路径作为源节点加入该组播树的树枝。

由于路由应答消息中的链路质量等级字段保存的是所经过整条路径中所有链路的链路质量等级之和，该字段值越小，说明该条路径所经过的跳数越少，且各链路的质量也越好，综合考虑跳数和链路的质量，链路质量等级字段值最小的路径应为最稳定的，故据此选出来的树枝应为所有路径中最稳定的。依据此准则在所有可选路径中选择具有最小链路质量等级字段的路径作为源节点加入组播树的最终树枝。

当选定了源节点加入组播树的树枝后，就沿着该路径单播发送带有加入“J”标志的激活消息给选定的下一跳节点，激活组播路由表中的该下一跳节点。当下一跳节点收到该激活消息后，将更新组播路由表中的条目，如果以前不是组播树成员，则向自己组播路由表中的下一跳节点继续单播激活消息，直到该消息到达组播树成员为止，这样就完成了一个更新后的组播树的建立过程，将连接该源节点的枝干嫁接到了组播树上。

为减少不必要的路由请求消息在全网的洪泛，源节点使用扩展环搜索技术，在预设时间后若没有收到路由应答消息，就在生存周期（Time To Live，TTL）域的值上加上预设时间，重新广播路由请求消息，同时重新等待预设时间，直到TTL域的值增加到TTL阈值为止，或者若在尝试了预设次数之后还未收到路由应答消息的应答，就认为网络中不存在这个组的节点，将自己设为组头，初始化组序列号，并广播组维护消息。

本实施例通过利用已有的控制消息，将相关的QoS因素放在其路由请求消息和路由应答消息的保留字段中，并且利用了物理层和MAC层上传给路由层的链路信息，从而不再需要周期性发送系统维护消息，因此，节省了带宽资源，同时在不额外增加控制消息负载的条件下，实现了对QoS因素的考虑。

本发明一种无线自组网中节点的路由方法第三实施例流程，如图3所示，所述方法流程包括：

301：源节点广播包含链路质量等级的路由请求消息，所述链路质量等级为用来表示链路整体质量的物理量，由根据物理层和MAC层上传给路由层的链路服务质量信息计算得出。与步骤101相同，此处不再赘述。

302：收到所述路由请求消息的节点根据物理层和MAC层实时为路由层提供的所述链路服务质量信息，比较收到所述路由请求消息的链路所对应的链路质量等级的值与所述路由请求消息中的链路质量等级的值，取值较大的链路质量等级更新所述路由请求中的消息链路质量等级，并判断所述收到所述路由请求消息的节点是否为目标节点。

用LQ(path)表示保存在路由请求消息中的链路质量等级，该路由请求消息经过了一系列节点i₁,i₂,...,i_n，每一条链路都有各自的链路质量等级LQ(i_m,i_n)，则利用公式LQ(path)=max(LQ(i₁,i₂),LQ(i₂,i₃),...,LQ(i_n-1,i_n))更新路由请求消息中的链路质量等级字段，即每经过一条链路，就对比该链路的链路质量等级与路由请求消息中链路质量等级字段的值，将较大值更新到路由请求消息的链路质量等级字段中。各节点均据此规则来更新路由请求消息中的链路质量等级字段，使得该字段中保存的是路由请求消息已经经过的链路中最差链路的链路质量等级。

303a：若所述收到所述路由请求消息的节点不是目标节点，则所述收到所述路由请求消息的节点广播所述路由请求消息。与步骤103a相同，此处不再赘述。

303b：若所述收到所述路由请求消息的节点是目标节点，则所述目标节点判断所述路由请求消息中链路质量等级是否优于该上一跳节点对应的已保存的链路质量等级，若所述路由请求消息中链路质量等级优于该上一跳节点对应的已保存的链路质量等级，则保存所述相对更优的链路质量等级，将所述相对更优的链路质量等级更新至路由应答消息并发送所述路由应答消息。与步骤103b相同，此处不再赘述。

304：所述源节点对所述路由应答消息中链路质量等级和跳数进行计算得出路由尺度，选择最佳路由尺度对应的路径，作为所述源节点加入该组播树的树枝。

对每一个路由应答消息，用HC(path)表示该消息所经过的路径的总跳数，用RM(path)表示该路径的路由尺度，其计算方法为：

RM(path)=ω·LQ(path)+ξ·HC(path)

其中，ω,ξ为计算所需的加权因子，依据对跳数和链路质量等级的关注度，可对加权因子进行相应调整，以改变其所占有的权重。源节点对收到的多个应答的路由应答消息分别进行路由尺度的计算，然后从中选择具有最小路由尺度的路径作为源节点加入组播树的树枝。路由尺度越小，说明该路径的跳数越小，且所经过的链路中最差链路的质量也越好。由于路由尺度综合考虑了跳数和链路质量，路由尺度最小的路径应为最稳定的，故据此选出来的树枝应为所有路径中最稳定的。依据此准则在所有可选路径中选择具有最小路由尺度的路径作为源节点加入组播树的最终树枝。

当选定了源节点加入组播树的树枝后，就沿着该路径单播发送带有加入“J”标志的激活消息给选定的下一跳节点，激活组播路由表中的该下一跳节点。当下一跳节点收到该激活消息后，将更新组播路由表中的条目，如果以前不是组播树成员，则向自己组播路由表中的下一跳节点继续单播激活消息，直到该消息到达组播树成员为止，这样就完成了一个更新后的组播树的建立过程，将连接该源节点的枝干嫁接到了组播树上。

为减少不必要的路由请求消息在全网的洪泛，源节点使用扩展环搜索技术，在预设时间后若没有收到路由应答消息，就在生存周期（Time To Live，TTL）域的值上加上预设时间，重新广播路由请求消息，同时重新等待预设时间，直到TTL域的值增加到TTL阈值为止，或者若在尝试了预设次数之后还未收到路由应答消息的应答，就认为网络中不存在这个组的节点，将自己设为组头，初始化组序列号，并广播组维护消息。

本实施例通过利用已有的控制消息，将相关的QoS因素放在其路由请求消息和路由应答消息的保留字段中，并且利用了物理层和MAC层上传给路由层的链路信息，从而不再需要周期性发送系统维护消息，因此，节省了带宽资源，同时在不额外增加控制消息负载的条件下，实现了对QoS因素的考虑。

与本发明一种无线自组网中节点的路由方法的实施例相对应，本发明还提供一种无线自组网中节点的路由装置的实施例。

本发明一种无线自组网中节点的路由装置的第一实施例结构示意图如图4所示，所述装置40包括：初始化模块410、更新模块420、广播模块430、应答模块440和选择模块450。

初始化模块410，用于源节点广播包含链路质量等级的路由请求消息，所述链路质量等级为用来表示链路整体质量的物理量，由根据物理层和MAC层上传给路由层的链路服务质量信息计算得出。

由于源节点要加入组播树，或者向组播树发送数据，但是目前源节点处没有到该组播树的路由，所以需发送路由请求消息。

路由层根据物理层和MAC层上传的链路服务质量信息，如信噪比、信干噪比、误包率、丢包率、误帧率、信道总带宽、信道可用带宽、传输延时等，选取应用场景中关注的因素以计算本节点的各相邻链路的质量，用于后续的路由过程，增强了协议的实用性。在本实施例中定义一个名为链路质量等级的物理量来表示链路的质量，用LQ表示。

对链路质量等级作如下定义：用BW(u,v)表示节点u和节点v之间的信道可用带宽，用SNR(u,v)表示节点u和节点v之间的信噪比，用DL(u,v)表示节点u和节点v之间的传输延时。在本实施例中使用信道可用带宽BW(u,v)、信噪比SNR(u,v)和传输延时DL(u,v)的加权来表示一条链路或路径的QoS状态信息，将其称为链路质量等级，在具体使用时，可以根据应用场景的具体业务需求，选取业务较关注的因素更换有关QoS信息。假设节点u_i有n个邻居节点u₁,u₂,...,u_n，那么它与每一个邻居节点间的链路都有一个信道带宽信息、信噪比信息和传输延时信息，所以节点上应有n个信道可用带宽信息BW(u_i,u₁),BW(u_i,u₂),…,BW(u_i,u_n)、n个信噪比信息SNR(u_i,u₁),SNR(u_i,u₂),…,SNR(u_i,u_n)和n个传输延时信息DL(u_i,u₁),DL(u_i,u₂),…,DL(u_i,u_n)。用LQ(u,v)表示节点u和节点v间的链路质量等级，其计算方法为：

$\mathrm{LQ}(u,v)=\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{BW}(u,v)}+\frac{\mathrm{\β}}{\mathrm{SNR}(u,v)}+\mathrm{\γ}\·\mathrm{DL}(u,v)$

其中，α,β,γ为公式计算中所需的加权因子，根据通信业务对各指标的关注程度，可对各参数进行相应调整，以改变其所占有的权重。

链路质量等级的值越大，说明链路的质量越差，反之，链路质量等级的值越小，说明链路的质量越好。据此计算方法每个节点都能实时获得与本节点相关的所有链路的链路质量等级。

该源节点查询本地保存的列表，据此决定如何发送路由请求消息。若在组头列表中有该组播树的目标节点IP地址，且源节点有到达该目标节点的路由，就单播带有加入“J”标志的路由请求消息到目标节点，否则，广播该路由请求消息。源节点广播路由请求消息时，将路由请求消息中的链路质量等级字段初始化为0。

更新模块420，用于收到所述路由请求消息的节点根据物理层和MAC层实时为路由层提供的所述链路服务质量信息，更新所述路由请求消息中的链路质量等级，并判断所述收到所述路由请求消息的节点是否为目标节点。

目标节点是路由请求消息的目的地址，是组播树的管理节点，又叫组头节点，该节点负责发送组播树的维护消息。

路由层根据物理层和MAC层上传的链路QoS信息，如信噪比、信干噪比、误包率、丢包率、误帧率、信道总带宽、信道可用带宽、传输延时等，选取应用场景中关注的因素以计算本节点的各相邻链路的质量，用于后续的路由过程，增强了协议的实用性。在本实施例中定义一个名为链路质量等级的物理量来表示链路的质量，见初始化模块410。

在本实施例中有两种更新所述路由请求消息链路质量等级字段方式：

方法一：

更新模块420将所述链路质量等级的值改为原值与收到所述路由请求消息的链路所对应的链路质量等级之和。

用LQ(path)表示保存在路由请求消息中的链路质量等级，该路由请求消息经过了一系列节点i₁,i₂,...,i_n，每一条链路都有各自的链路质量等级LQ(i_m,i_n)，则利用公式

更新路由请求消息中的链路质量等级字段，即每经过一条链路，就将这条链路的链路质量等级加入到路由请求消息中链路质量等级字段的值上。各节点均据此规则更新路由请求消息中的链路质量等级字段，使得路由请求消息中的链路质量等级字段保存的值是该消息所经过的所有链路的链路质量等级之和。

方法二：

更新模块420比较收到所述路由请求消息的链路所对应的链路质量等级的值与所述路由请求消息中的链路质量等级的值，取值较大的链路质量等级更新所述路由请求消息中的链路质量等级。

用LQ(path)表示保存在路由请求消息中的链路质量等级，该路由请求消息经过了一系列节点i₁,i₂,...,i_n，每一条链路都有各自的链路质量等级LQ(i_m,i_n)，则利用公式LQ(path)=max(LQ(i₁,i₂),LQ(i₂,i₃),...,LQ(i_n-1,i_n))更新路由请求消息中的链路质量等级字段，即每经过一条链路，就对比该链路的链路质量等级与路由请求消息中链路质量等级字段的值，将较大值更新到路由请求消息的链路质量等级字段中。各节点均据此规则来更新路由请求消息中的链路质量等级字段，使得该字段中保存的是路由请求消息已经经过的链路中最差链路的链路质量等级。

广播模块430，用于若所述收到所述路由请求消息的节点不是目标节点，则所述收到所述路由请求消息的节点广播所述路由请求消息。

为使节点加入组播树的树枝是所有可选择路径中最稳定的，在本发明中设定只有目标节点能够应答路由请求消息，而中间节点只能进行转发，这样能够得到源节点到目标节点所经过所有链路的链路质量等级相关信息。

应答模块440，若所述收到所述路由请求消息的节点是目标节点，则所述目标节点判断所述路由请求消息中链路质量等级是否优于该上一跳节点对应的已保存的链路质量等级，若所述路由请求消息中链路质量等级优于该上一跳节点对应的已保存的链路质量等级，则保存所述相对更优的链路质量等级，将所述相对更优的链路质量等级更新至路由应答消息并发送所述路由应答消息。

对每一个上一跳节点都会保存一个到目前为止最好的链路质量等级。由于目标节点可能存在一个以上的上一跳节点，对于来自每一个上一跳节点的多个路由请求消息，目标节点只回复从该上一跳节点处收到的第一个路由请求消息，并将链路质量等级字段与收到该路由请求消息的上一跳节点对应起来保存在目标节点本地，然后更新链路质量等级字段并填入到所回复的路由应答消息中。对于之后从该上一跳节点上收到的其余路由请求消息，只有当该路由请求消息中的链路质量等级字段小于在目标节点上保存的链路质量等级时，应答模块440才再次回复路由应答消息，并更新本地保存的该上一跳节点对应的链路质量等级信息，而其他的路由请求消息，均不予处理、全部丢弃。具体实施中，可以等到定时器到时，或是收到的路由请求消息达到指定的个数才进行回复。

选择模块450，用于所述源节点根据所述路由应答消息中的链路质量等级选择路径。

源节点可能收到多个应答的路由应答消息，从中选出最稳定的路径作为源节点加入组播树的树枝。对应于不同的更新链路质量等级的方法，使用不同的选路策略。

若使用方法一进行链路质量等级字段的更新，所述源节点在所述路由应答消息中选出具有最小链路质量等级的路由应答消息所对应的路径作为源节点加入该组播树的树枝。由于路由应答消息中的链路质量等级字段保存的是所经过整条路径中所有链路的链路质量等级之和，该字段值越小，说明该条路径所经过的跳数越少，且各链路的质量也越好，综合考虑跳数和链路的质量，链路质量等级字段值最小的路径应为最稳定的，故据此选出来的树枝应为所有路径中最稳定的。依据此准则在所有可选路径中选择具有最小链路质量等级字段的路径作为源节点加入组播树的最终树枝。

若使用方法二进行链路质量等级字段的更新，所述源节点对所述路由应答消息中链路质量等级和跳数进行计算得出路由尺度，选择最佳路由尺度对应的路径，作为所述源节点加入该组播树的树枝。对每一个路由应答消息，用HC(path)表示该消息所经过的路径的总跳数，用RM(path)表示该路径的路由尺度，其计算方法为：

RM(path)=ω·LQ(path)+ξ·HC(path)

其中，ω,ξ为计算所需的加权因子，依据对跳数和链路质量等级的关注度，可对加权因子进行相应调整，以改变其所占有的权重。源节点对收到的多个应答的路由应答消息分别进行路由尺度的计算，然后从中选择具有最小路由尺度的路径作为源节点加入组播树的树枝。路由尺度越小，说明该路径的跳数越小，且所经过的链路中最差链路的质量也越好。由于路由尺度综合考虑了跳数和链路质量，路由尺度最小的路径应为最稳定的，故据此选出来的树枝应为所有路径中最稳定的。依据此准则在所有可选路径中选择具有最小路由尺度的路径作为源节点加入组播树的最终树枝。

当选定了源节点加入组播树的树枝后，就沿着该路径单播发送带有加入“J”标志的激活消息给选定的下一跳节点，激活组播路由表中的该下一跳节点。当下一跳节点收到该激活消息后，将更新组播路由表中的条目，如果以前不是组播树成员，则向自己组播路由表中的下一跳节点继续单播激活消息，直到该消息到达组播树成员为止，这样就完成了一个更新后的组播树的建立过程，将连接该源节点的枝干嫁接到了组播树上。

为减少不必要的路由请求消息在全网的洪泛，源节点使用扩展环搜索技术，在预设时间后若没有收到路由应答消息，就在生存周期（Time To Live，TTL）域的值上加上预设时间，重新广播路由请求消息，同时重新等待预设时间，直到TTL域的值增加到TTL阈值为止，或者若在尝试了预设次数之后还未收到路由应答消息的应答，就认为网络中不存在这个组的节点，将自己设为组头，初始化组序列号，并广播组维护消息。

其中，如图5所示，更新模块420包括第一更新单元421或第二更新单元422。

第一更新单元421，用于将所述链路质量等级的值改为原值与收到所述路由请求消息的链路所对应的链路质量等级之和。

用LQ(path)表示保存在路由请求消息中的链路质量等级，该路由请求消息经过了一系列节点i₁,i₂,...,i_n，每一条链路都有各自的链路质量等级LQ(i_m,i_n)，则第一更新单元421利用公式更新路由请求消息中的链路质量等级字段，即每经过一条链路，就将这条链路的链路质量等级加入到路由请求消息中链路质量等级字段的值上。各节点均据此规则更新路由请求消息中的链路质量等级字段，使得路由请求消息中的链路质量等级字段保存的值是该消息所经过的所有链路的链路质量等级之和。

第二更新单元422，用于比较收到所述路由请求消息的链路所对应的链路质量等级的值与所述路由请求消息中的链路质量等级的值，取值较大的链路质量等级更新所述路由请求消息中的链路质量等级。

用LQ(path)表示保存在路由请求消息中的链路质量等级，该路由请求消息经过了一系列节点i₁,i₂,...,i_n，每一条链路都有各自的链路质量等级LQ(i_m,i_n)，则第二更新单元422利用公式LQ(path)=max(LQ(i₁,i₂),LQ(i₂,i₃),...,LQ(i_n-1,i_n))更新路由请求消息中的链路质量等级字段，即每经过一条链路，就对比该链路的链路质量等级与路由请求消息中链路质量等级字段的值，将较大值更新到路由请求消息的链路质量等级字段中。各节点均据此规则来更新路由请求消息中的链路质量等级字段，使得该字段中保存的是路由请求消息已经经过的链路中最差链路的链路质量等级。

其中，如图6所示，选择模块450包括第一选择单元451或第二选择单元452。

第一选择单元451，用于所述源节点在所述路由应答消息中选出具有最小链路质量等级的路由应答消息所对应的路径作为源节点加入该组播树的树枝。

由于路由应答消息中的链路质量等级字段保存的是所经过整条路径中所有链路的链路质量等级之和，该字段值越小，说明该条路径所经过的跳数越少，且各链路的质量也越好，综合考虑跳数和链路的质量，链路质量等级字段值最小的路径应为最稳定的，故据此选出来的树枝应为所有路径中最稳定的。依据此准则在所有可选路径中选择具有最小链路质量等级字段的路径作为源节点加入组播树的最终树枝。

第二选择单元452，用于所述源节点对所述路由应答消息中链路质量等级和跳数进行计算得出路由尺度，选择最佳路由尺度对应的路径，作为所述源节点加入该组播树的树枝。

对每一个路由应答消息，用HC(path)表示该消息所经过的路径的总跳数，用RM(path)表示该路径的路由尺度，其计算方法为：

RM(path)=ω·LQ(path)+ξ·HC(path)

其中，ω,ξ为计算所需的加权因子，依据对跳数和链路质量等级的关注度，可对加权因子进行相应调整，以改变其所占有的权重。源节点对收到的多个应答的路由应答消息分别进行路由尺度的计算，然后从中选择具有最小路由尺度的路径作为源节点加入组播树的树枝。路由尺度越小，说明该路径的跳数越小，且所经过的链路中最差链路的质量也越好。由于路由尺度综合考虑了跳数和链路质量，路由尺度最小的路径应为最稳定的，故据此选出来的树枝应为所有路径中最稳定的。依据此准则在所有可选路径中选择具有最小路由尺度的路径作为源节点加入组播树的最终树枝。

本实施例通过利用已有的控制消息，将相关的QoS因素放在其路由请求消息和路由应答消息的保留字段中，并且利用了物理层和MAC层上传给路由层的链路信息，从而不再需要周期性发送系统维护消息，因此，节省了带宽资源，同时在不额外增加控制消息负载的条件下，实现了对QoS因素的考虑。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种无线自组网中节点的路由方法，其特征在于，所述方法包括：

源节点广播包含链路质量等级的路由请求消息，所述链路质量等级为用来表示链路整体质量的物理量，由根据物理层和MAC层上传给路由层的链路服务质量信息计算得出；

收到所述路由请求消息的节点根据物理层和MAC层实时为路由层提供的所述链路服务质量信息，更新所述路由请求消息中的链路质量等级，并判断所述收到所述路由请求消息的节点是否为目标节点；

若所述收到所述路由请求消息的节点不是目标节点，则所述收到所述路由请求消息的节点广播所述路由请求消息；

若所述收到所述路由请求消息的节点是目标节点，则所述目标节点判断所述路由请求消息中链路质量等级是否优于该上一跳节点对应的已保存的链路质量等级，若所述路由请求消息中链路质量等级优于该上一跳节点对应的已保存的链路质量等级，则保存所述相对更优的链路质量等级，将所述相对更优的链路质量等级更新至路由应答消息并发送所述路由应答消息；

所述源节点根据所述路由应答消息中的链路质量等级选择路径。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述更新所述路由请求消息中的链路质量等级包括：

将所述链路质量等级的值改为原值与收到所述路由请求消息的链路所对应的链路质量等级之和。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述所述源节点根据所述路由应答消息中的链路质量等级选择路径包括：

所述源节点在所述路由应答消息中选出具有最小链路质量等级的路由应答消息所对应的路径作为源节点加入该组播树的树枝。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述更新所述路由请求消息中的链路质量等级包括：

比较收到所述路由请求消息的链路所对应的链路质量等级的值与所述路由请求消息中的链路质量等级的值，取值较大的链路质量等级更新所述路由请求消息中的链路质量等级。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述所述源节点根据所述路由应答消息中的链路质量等级选择路径包括：

所述源节点对所述路由应答消息中链路质量等级和跳数进行计算得出路由尺度，选择最佳路由尺度对应的路径，作为所述源节点加入该组播树的树枝。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的方法，其特征在于，所述链路质量等级由信道可用带宽、信道总带宽、信噪比、信干噪比、误包率、丢包率、误帧率、传输延时中任意几项计算得出。

7.一种无线自组网中节点的路由装置，其特征在于，所述装置包括：

初始化模块，用于源节点广播包含链路质量等级的路由请求消息，所述链路质量等级为用来表示链路整体质量的物理量，由根据物理层和MAC层上传给路由层的链路服务质量信息计算得出；

更新模块，用于收到所述路由请求消息的节点根据物理层和MAC层实时为路由层提供的所述链路服务质量信息，更新所述路由请求消息中的链路质量等级，并判断所述收到所述路由请求消息的节点是否为目标节点；

广播模块，用于若所述收到所述路由请求消息的节点不是目标节点，则所述收到所述路由请求消息的节点广播所述路由请求消息；

应答模块，用于若所述收到所述路由请求消息的节点是目标节点，则所述目标节点判断所述路由请求消息中链路质量等级是否优于该上一跳节点对应的已保存的链路质量等级，若所述路由请求消息中链路质量等级优于该上一跳节点对应的已保存的链路质量等级，则保存所述相对更优的链路质量等级，将所述相对更优的链路质量等级更新至路由应答消息并发送所述路由应答消息；

选择模块，用于所述源节点根据所述路由应答消息中的链路质量等级选择路径。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述更新模块包括：

第一更新单元，用于将所述链路质量等级的值改为原值与收到所述路由请求消息的链路所对应的链路质量等级之和。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述选择模块包括：

第一选择单元，用于所述源节点在所述路由应答消息中选出具有最小链路质量等级的路由应答消息所对应的路径作为源节点加入该组播树的树枝。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述更新模块包括：

第二更新单元，用于比较收到所述路由请求消息的链路所对应的链路质量等级的值与所述路由请求消息中的链路质量等级的值，取值较大的链路质量等级更新所述路由请求消息中的链路质量等级。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述选择模块包括：

第二选择单元，用于所述源节点对所述路由应答消息中链路质量等级和跳数进行计算得出路由尺度，选择最佳路由尺度对应的路径，作为所述源节点加入该组播树的树枝。

12.根据权利要求7至11任意一项所述的装置，其特征在于，所述链路质量等级由信道可用带宽、信道总带宽、信噪比、信干噪比、误包率、丢包率、误帧率、传输延时中任意几项计算得出。

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