CN104735712B - 一种Ad Hoc网络路由的维护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Ad Hoc网络路由的维护方法，属于无线通信技术领域。本发明技术方案是：在路由发现过程中，通过建立备份路由，源节点形成主路由和备份路由；在路由维护过程中，源节点和源节点主路由上的下一跳节点协同进行链路状态的检测；源节点根据链路状态的检测结果，确定是否采用备份路由传输数据。它克服了现有技术在Ad Hoc网络路由发现过程中，源节点仅以应答消息中的目的节点序列号和跳数为判据，保留一条到目的节点的路由，而将另一条可能有效的路由丢弃，造成对路由应答消息利用不充分的问题，从而有效地维护源节点和目的节点稳定的数据传输。
Description
技术领域
本发明涉及一种Ad Hoc网络路由的维护方法，属于无线通信技术领域。
背景技术
移动Ad Hoc网络（MANET，Mobile Ad hoc Network）是由一组带有无线收发装置的节点组成的一个多跳、自组织的网络。最早的Ad Hoc网络应用可以追溯到1972年的美国国防部高级研究规划署（DARPA）的分组无线网络（Packet Radio Network，PRNet）计划。PRNet以分布式体系为特征，旨在战场环境下利用分组无线网进行数据通信。1983年DARPA又研发了抗毁无线网络（Survivable Radio Networks，SURANs），开发新的网络算法，提高网络的可扩展性。并于1987年开发出低成本分组无线（Low-cost Packet Radio，LPR）技术。1996年IETF成立了MANET工作组，移动Ad Hoc网络的特征、要求和应用环境在1999年RFC2501文档中公布出来。
移动Ad Hoc网络拓扑结构变化频繁， 传统的距离矢量和链路状态路由协议因此不适用于Ad Hoc网络，有必要为Ad Hoc网络设计专门的路由协议。
目前，已经开发出许多Ad Hoc网络路由协议，文献[Abolhasan M, Wysocki T,Dutkiewicz E. A review of routing protocols for mobile ad hoc networks[J]. Adhoc networks, 2004, 2(1): 1-22.]将路由协议被分为3类：主动路由、被动路由和混合路由。
Ad Hoc按需距离矢量（Ad-hoc On-demand Distance Vector，AODV）路由协议由文献[Perkins C E, Royer E M. Ad-hoc on-demand distance vector routing[C].Mobile Computing Systems and Applications, 1999. Proceedings. WMCSA'99.Second IEEE Workshop on. IEEE, 1999: 90-100.]提出，属于按需路由协议，借鉴了DSR协议中的路由发现和路由维护过程，不同的是AODV协议使用的是传统路由表中的逐跳路由，此外引入了DSDV协议的目的节点序列号用于避免形成路由环路。与表驱动路由协议相比，AODV中的节点不需要维护关于整个网络拓扑的链路信息，路由协议的路由控制开销低。
目前，对AODV路由协议的改进方法主要有备份路由、位置感知、拓扑信息增加等。文献[Lee S J, Gerla M. AODV-BR: Backup routing in ad hoc networks[C].Wireless Communications and Networking Confernce, 2000. WCNC. 2000 IEEE.IEEE, 2000, 3: 1311-1316.]提出了AODV-BR路由协议，修改路由应答为广播方式，通过在非主路径上的节点对路由应答消息的监听，形成备份路由，当链路断开时，采用备份路由传输数据。文献[Ayash M, Mikki M, Yim K. Improved AODV routing protocol to copewith high overhead in high mobility MANETs[C]. Innovative Mobile and InternetServices in Ubiquitous Computing (IMIS), 2012 Sixth International Conferenceon. IEEE, 2012: 244-251.]提出了AODV-LAR路由协议，借助GPS提供的位置信息，根据源节点和目的节点的位置信息，将泛洪的路由请求消息控制在一个有限的区域内。文献[Gwalani S, Belding-Royer E M, Perkins C E. AODV-PA: AODV with pathaccumulation[C]. Communications, 2003. ICC'03. IEEE International Conferenceon. IEEE, 2003, 1: 527-531.]提出了AODV-PA路由协议，在控制消息中加入路由链路上的多跳节点信息，增加适量的拓扑信息冗余有利于降低路由发现频率。
发明内容
本发明针对现有的Ad Hoc网络路由发现过程中，源节点仅以应答消息中的目的节点序列号和跳数为判据，保留一条到目的节点的路由，而将另一条可能有效的路由丢弃，提供一种充分利用路由应答消息，有效维护Ad Hoc网络中源节点和目的节点稳定数据传输的方法。
实现本发明目的的技术方案是提供一种Ad Hoc网络路由的维护方法，在路由发现过程中，建立备份路由，源节点形成主路由和备份路由；在路由维护过程中，源节点和源节点主路由上的下一跳节点协同进行链路状态的检测；源节点根据链路状态的检测结果，确定是否采用备份路由传输数据；
建立备份路由，源节点形成主路由和备份路由，包括如下步骤：
（1）目的节点根据接收到的路由请求，向源节点单播路由应答消息；
（2）中间节点接收到路由应答消息后，对路由应答消息中的源节点地址和该路由应答消息中的发送节点地址是否一致进行判别；若路由应答消息中的源节点地址和该路由应答消息中的发送节点地址一致，表明本节点为目的节点的邻居节点，则执行在本节点查找路由表中是否有到达路由应答消息中目的节点的路由，若有则建立正向路由并转发路由应答消息，反之则丢弃该路由应答消息；
若路由应答消息中的源节点地址和该路由应答消息中的发送节点地址不一致，表明本节点不是目的节点的邻居节点，若本节点是该路由应答消息要单播的节点，则建立正向路由并转发该路由应答消息，否则，丢弃该路由应答消息；
（3）源节点对最先到达的两条路由应答消息进行处理，建立主路由和备份路由；
源节点和源节点主路由上的下一跳节点协同进行链路状态的检测，包括如下步骤：
（1）源节点完成路由发现过程后，开始进行数据包的发送，发送完第一个数据包后，启动源节点计数器，源节点每发送一次数据源节点计数器加1；
（2）源节点主路由上的下一跳节点接收到源节点发送的第一个数据包后，判断是否为单播给本节点的，若不是，则判断是否收到两种下一跳节点地址的数据包，且数据包来自相同目的节点和包发送节点：若收到，则表明本节点是非主备路由链路上的节点，清除该目的节点的路由表；反之，则继续接收数据包；
如果是单播给本节点的，则启动中间节点计数器，中间节点每收到一次单播给本节点的数据中间节点计数器加1；
（3）源节点主路由上的下一跳节点的中间节点计数器计数值达到检测阈值，则源节点主路由上的下一跳节点便发送一次链路状态检测消息给源节点，随后将中间节点计数器清零复位，作为中间节点计数器计数周期新的开始，并继续接收数据；
（4）源节点接收到源节点主路由上的下一跳节点的链路状态检测消息后，将源节点计数器清零复位，作为源节点计数器计数周期新的开始，并继续发送数据；
（5）不断重复步骤（1）～（4），直到源节点主路由上的下一跳节点失效；
源节点主路由上的下一跳节点失效后，源节点无法接收到链路状态检测消息，则进行备份路由的切换，包括如下步骤：
（1）源节点由于无法接收到源节点主路由上的下一跳节点链路状态检测消息，源节点计数器计数变量将超过超时阈值，则源节点切换为备份路由传输数据。
本发明所述的检测阈值具体可设为100次，超时阈值可设为28800次。
参见附图1，它是本发明提供的Ad Hoc网络路由维护方案的工作原理示意图。节点1为源节点，节点4为目的节点，节点2和节点3为中间节点，节点1要向节点4传输数据。在进行AODV路由发现的过程中，由于节点2和节点3均接收到节点4发送的路由应答消息，并且判断自身为目的节点4的邻居节点，均要转发路由应答消息，由于节点3距离节点1和节点4较近，节点1会先收到节点3发送的路由应答消息，将路径1-3-4对应的路由作为主路由；由于节点2距离节点1和节点4较远，节点1将会后收到节点2发送的路由应答消息，将路径1-2-4对应的路由作为备份路由。路由发现过程结束后，节点1将开始向节点4发送数据。
节点1通过链路状态检测机制判断节点3是否失效，当检测到节点3不再发送链路状态检测消息后，节点1便使用路径1-2-4对应的备份路由，向节点4发送数据。
在Ad Hoc网络中，源节点对可能接收到的两条路由应答消息，仅保留一条目的节点序列号较大或者目的节点序列号相同且跳数较少的作为路由，尽管另一条路由可能是有效的也会被丢弃。为了减少对路由应答消息使用不充分的问题，本发明采用源节点备份路由建立机制，以及采用源节点和源节点主路由上的下一跳节点协同链路状态检测机制，当源节点检测到源节点主路由上的下一跳节点失效时，源节点切换至备份路由传输数据的方法，与现有技术相比，本发明是一种能够有效维护源节点和目的节点稳定的数据传输的方法。
附图说明
图1是本发明提供的Ad Hoc网络路由维护方案的工作原理示意图；
图2是本发明实施例提供的Ad Hoc网络路由维护方案源节点建立备份路由的流程图；
图3是本发明实施例提供的Ad Hoc网络路由维护方案中间节点建立备份路由的流程图；
图4是本发明实施例提供的Ad Hoc网络路由维护方案源节点的数据发送流程图；
图5是本发明实施例提供的Ad Hoc网络路由维护方案源节点的链路状态检测消息接收流程图；
图6是本发明实施例提供的Ad Hoc网络路由维护方案源节点主路由上的下一跳节点的数据发送流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步的阐述。
实施例1
本实施例中，提供的Ad Hoc网络路由维护方案技术方案包括：在路由发现过程中，采用备份路由建立机制，源节点形成主路由和备份路由；在路由维护过程中，源节点与源节点主路由上的下一跳节点协同进行链路状态的检测，源节点根据链路状态的检测结果，确定是否采用备份路由传输数据。
一、路由发现过程中备份路由建立机制
备份路由建立机制需要中间节点和源节点共同实现，源节点实现备份路由建立的程序流程图参见附图2，中间节点实现备份路由建立的程序流程图参见附图3。
备份路由建立的具体工作步骤如下：
1. 中间节点接收到路由应答消息，参见附图3。如果路由应答消息中的源节点地址和该路由应答消息的发送节点地址一致，表明本节点为目的节点的邻居节点，本节点查找路由表中是否有到达路由应答消息中目的节点的路由，如果有则建立正向路由并转发路由应答消息，如果没有，则丢弃该路由应答消息；
如果路由应答消息中的源节点地址和该路由应答消息的发送节点地址不一致，表明本节点不是目的节点的邻居节点，如果本节点是该路由应答消息要单播的节点，则建立正向路由并转发该路由应答消息，否则，丢弃路由应答消息；
2. 源节点对最先到达的两条路由应答消息进行处理，建立主路由和备份路由，参见附图2。
二、源节点与源节点主路由上的下一跳节点协同链路状态检测机制
经过路由发现过程，源节点建立了主路由和备份路由，源节点使用主路由向目的节点传输数据。源节点与源节点主路由上的下一跳节点协同进行链路状态检测，源节点实现链路状态检测的程序流程图参见附图4和附图5，其中附图5源节点对链路状态检测消息的接收采用中断方式，即每当有链路状态检测消息到达，源节点都会从附图4的数据发送程序中退出进行链路状态检测消息的接收，接收完毕后，回到附图4继续进行数据发送，源节点主路由上的下一跳节点实现链路状态检测的程序流程参见附图6。
链路状态检测的具体工作步骤如下：
1. 源节点完成路由发现过程后，开始数据包的发送，发送完第一个数据包后，判断源节点计数变量是否小于等于超时阈值，如果是则源节点计数变量自增1，使用主路由组装数据包并发送，参见附图4；
2. 源节点主路由上的下一跳节点接收到源节点发送的第一个数据包后，参见附图6，如果不是单播给本节点的，判断是否收到两种下一跳节点地址的数据包，且数据包来自相同目的节点和包发送节点：若收到，则表明本节点是非主备路由链路上的节点，清除该目的节点的路由表，防止不被使用的路由表占用过多存储空间；若没有收到则继续接收数据包；
如果是单播给本节点的，判断中间节点计数变量是否大于检测阈值，如果大于则将中间节点计数变量清零，并发送链路状态检测消息，然后中间节点计数变量自增1并转发接收到的数据包；如果小于或等于，中间节点计数变量自增1并转发接收到的数据包；
3. 源节点接收到链路状态检测消息后，将源节点计数变量清零，参见附图5。
三、源节点备份路由的切换过程如下：
1. 源节点主路由上的下一跳节点失效后，源节点由于无法接收到源节点主路由上的下一跳节点链路状态检测消息，源节点计数变量无法清零，导致源节点计数变量大于超时阈值，则使用备份路由组装数据包并发送，参见附图4。
将本实施例提供的Ad Hoc网络路由维护方案在图1所示的网络拓扑架构中进行测试，为了便于查看数据是否传输到目的节点，在本实施例中，以语音数据作为网络中的传输数据进行测试，步骤如下：
（1）按照节点4、节点2、节点3和节点1的顺序依次复位节点设备，完成路由发现过程后，各节点的状态如表1所示。在图1所示的Ad Hoc网络路由中，节点1按照接收到的路由应答消息的先后顺序，分别将1-3-4设为主路由，将1-2-4设为备份路由。
表1
（2）启动节点1、节点2、节点4的数据处理程序，目的节点4并未收到测试的语音信号，而这时节点3仍然工作，并没有断开；再启动节点3的数据处理程序，目的节点4收到了语音信号，表明数据仅按主路由单播。
（3）关闭节点3，目的节点4经过短暂的中断又接收到了语音信号，表明实现了备份路由的切换。
测试证明，在实际应用中，本发明提供的技术方案能够实现对路由的维护。
Claims (3)
1.一种Ad Hoc网络路由的维护方法，其特征在于：在路由发现过程中，建立备份路由，源节点形成主路由和备份路由；在路由维护过程中，源节点和源节点主路由上的下一跳节点协同进行链路状态的检测；源节点根据链路状态的检测结果，确定是否采用备份路由传输数据；
建立备份路由，源节点形成主路由和备份路由，包括如下步骤：
（1）目的节点根据接收到的路由请求，向源节点单播路由应答消息；
（2）中间节点接收到路由应答消息后，对路由应答消息中的源节点地址和该路由应答消息中的发送节点地址是否一致进行判别；若路由应答消息中的源节点地址和该路由应答消息中的发送节点地址一致，表明本节点为目的节点的邻居节点，则执行在本节点查找路由表中是否有到达路由应答消息中目的节点的路由，若有则建立正向路由并转发路由应答消息，反之则丢弃该路由应答消息；
若路由应答消息中的源节点地址和该路由应答消息中的发送节点地址不一致，表明本节点不是目的节点的邻居节点，若本节点是该路由应答消息要单播的节点，则建立正向路由并转发该路由应答消息，否则，丢弃该路由应答消息；
（3）源节点对最先到达的两条路由应答消息进行处理，建立主路由和备份路由；
源节点和源节点主路由上的下一跳节点协同进行链路状态的检测，包括如下步骤：
① 源节点完成路由发现过程后，开始进行数据包的发送，发送完第一个数据包后，启动源节点计数器，源节点每发送一次数据源节点计数器加1；
② 源节点主路由上的下一跳节点接收到源节点发送的第一个数据包后，判断是否为单播给本节点的，若不是，则判断是否收到两种下一跳节点地址的数据包，且数据包来自相同目的节点和包发送节点：若收到，则表明本节点是非主备路由链路上的节点，清除该目的节点的路由表；反之，则继续接收数据包；
如果是单播给本节点的，判断中间节点计数变量是否大于检测阈值，如果大于则将中间节点计数变量清零，并发送链路状态检测消息，然后中间节点计数变量加1并转发接收到的数据包；如果小于或等于，中间节点计数变量加1并转发接收到的数据包；
③ 源节点接收到源节点主路由上的下一跳节点的链路状态检测消息后，将源节点计数器清零复位，作为源节点计数器计数周期新的开始，并继续发送数据；
④ 不断重复步骤①～③，直到源节点主路由上的下一跳节点失效；
源节点主路由上的下一跳节点失效后，源节点无法接收到链路状态检测消息，则进行备份路由的切换，包括如下步骤：
a. 源节点由于无法接收到源节点主路由上的下一跳节点链路状态检测消息，源节点计数器计数变量将超过超时阈值，则源节点切换为备份路由传输数据。
2.根据权利要求1所述的一种Ad Hoc网络路由的维护方法，其特征在于：所述的检测阈值为100次。
3. 根据权利要求1所述的一种Ad Hoc网络路由的维护方法，其特征在于：所述的超时阈值为28800次。
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