CN105517050A - 基于拥塞控制的无线路由算法 - Google Patents

Abstract

基于拥塞控制的无线路由算法，可用于信息检测传送，主要由队列模型、备份路由表、全局路由策略和局部路由策略构成，所述全局路由策略根据所述队列模型，计算链路代价，并根据所述链路代价选择代价最低的链路，所述局部路由策略通过利用所述备份路由表重新建立起源节点到目的节点之间断裂的路由，当节点拥塞发生时，所述局部路由策略通过利用所述备份路由表将所述节点中的流量进行分流，缓解所述节点的拥塞。

Description

基于拥塞控制的无线路由算法

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及一种适用于信息检测传送的网络路由策略，具体涉及基于拥塞控制的无线路由算法，可用于信息检测传送。

背景技术

Mobileadhocnetworks(MANETs)是一种移动自组织网。在这种网络中，终端覆盖范围具有有限性，两个无法直接通信的用户终端可借助其它节点进行分组转发。由于其特殊性，它的应用场合主要有以下几类：军事应用、传感器网络、紧急应用、个人通信等，其在传感器网络方面的应用在逐步增加。而由于基础设施的缺乏、节点的移动性和不可预知的拓扑变化都可能导致节点连接的失败。此外，当网络通信量较大而节点队列不够时，分组成功投递率也将降低，此时对于拥塞的控制就显得尤为重要。

Destination-SequencedDistanceVectorroutingprotocol(DSDV)是一个典型的MANETs路由协议，改进自传统的路由信息协议RoutingInformationProtocol(RIP)。每个DSDV节点都保存了一张路由表，包含了要到达目的节点所经过的下一跳节点。DSDV协议为每一个路由表中的条目都标记了一个由目的节点产生的序列号，用来判断这条路由条目的新旧。每个节点每次都将序列号加2，当路由条目中的序列号小于接收到的路由条目时，此路由条目将会被替代。当节点移动或当节点不能使用时都会导致链路断裂，断裂路由的metric设为BIG值，序列号加1(奇数序列号)。其产生的奇数序列号将大于之前由目的节点所产生的序列号，此时这个无效路由将被传播到整个网络。在此过程中除了目的节点之外的所有节点都认为不可通过此节点到达目的节点，因此将产生很多丢包。当网络通信量较大时，节点的网卡队列也会产生丢包。

近年来，人们对DSDV协议性能的提高主要集中在解决DSDV因使用陈旧路由而致使的丢包问题。人们大多通过检测链路的状态，通过信息交换策略等方法重建断裂的路由，这只能解决链路断裂造成的分组丢失问题而不能解决网络拥塞造成的分组丢失问题。对于网络的拥塞问题，人们大多是通过调整发送速率来减轻网络的拥塞，这种方法虽然可以减轻网络的拥塞，却无法高效的利用整个网络，从而造成资源浪费。

发明内容

本发明提出了基于拥塞控制的无线路由算法，所述路由算法通过全局路由策略和局部路由策略减少因节点拥塞而丢失的分组。

本发明通过以下技术方案实现：

基于拥塞控制的无线路由算法，其特征在于：由队列模型、备份路由表、全局路由策略和局部路由策略构成；

所述全局路由策略根据所述队列模型，计算链路代价，所述全局路由策略根据所述链路代价选择代价最低的链路；

当所述局部路由策略检测到源节点和目的节点之间的链路断裂时，所述局部路由策略通过利用所述备份路由表重新建立起所述源节点到所述目的节点之间的路由；

所述局部路由策略根据所述队列模型，获得节点的拥塞程度，当所述节点拥塞时，所述局部路由策略通过利用所述备份路由表将所述节点中的流量进行分流，缓解所述节点的拥塞；

所述全局路由策略，为每个节点的队列定义3个量，占用率BOR、堆积率AR和拥塞度CD，所述占用率BOR为所述节点的所述队列中待发送数据包个数与所述队列最大容量的比值，所述堆积率AR为单位时间进入所述节点数据包的个数和流出所述节点数据包个数的差值与所述节点的所述队列最大容量的比值，所述拥塞度CD为所述占用率BOR和所述堆积率AR的和，约束条件为：

$\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{CD}}_i\left(t\right)=0& {\mathrm{CD}}_i\left(t\right)<0;\\ {\mathrm{CD}}_i\left(t\right)={\mathrm{CD}}_i\left(t\right)& 0\&le;{\mathrm{CD}}_i\left(t\right)\&le;1;\\ {\mathrm{CD}}_i\left(t\right)=1& {\mathrm{CD}}_i\left(t\right)>1.\end{array}\right.$

为所述节点的所述队列设置拥塞阈值和根据所述拥塞阈值将所述节点的所述队列等分为3段，分别对应所述节点所处的3个阶段：空闲阶段、正常阶段和拥塞阶段，并设置一个拥塞标志单元CU，所述节点通过周期性检测所述拥塞度CD的值来确定所述拥塞标识单位CU的值，所述拥塞标识单位CU的值的计算按如下规则进行：

$\left\{\begin{array}{cc}CU=0& CD<\mathrm{\&theta;}1;\\ CU=6(CD-\mathrm{\&theta;}1)& \mathrm{\&theta;}1\&le;CD\&le;\mathrm{\&theta;}2;\\ CU=1+5^{3\&times;(CD-\mathrm{\&theta;}2)}& CD>\mathrm{\&theta;}2.\end{array}\right.$

所述源节点s到所述目的节点d的路径的总代价ω_sd(t)为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\&omega;}}_{sd}\left(t\right)=\underset{i=1}{\overset{n-1}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&omega;}}_{i,i+1}\left(t\right)\&times;{\mathrm{CD}}_i\left(t\right)\\ ={\mathrm{metric}}_{sd}\left(t\right)=\underset{i=2}{\overset{n}{\&Sigma;}}{\mathrm{CU}}_i\&times;{\mathrm{CD}}_i\left(t\right)\end{array}$

ω_i,i+1(t)为将数据包从节点i转发到邻节点i+1所要付出的代价，metric_sd为所述源节点s到所述目的节点d的跳数，所述全局路由策略选择使ω_sd(t)值最小的路径作为更新路由；

所述局部路由策略，为每个节点创建一张所述备份路由表，当节点C的所述拥塞标志单位CU大于4时，判断为所述节点C发生拥塞，所述节点C向需要转发分组的上游节点B发送拥塞信息并设置一个定时器，接收到所述拥塞信息的所述节点B查询主路由表并用所述备份路由表中的下一跳节点不是所述节点C目的节点是所述节点D的备份路线代替下一跳节点是所述节点C目的节点是所述节点D的主路线，所述节点C将所述备份路线的跳数设成无限大，将新的所述主路线的序列号设置为比旧的所述主路线的序列号大1，当所述定时器时间到所述节点C还处在拥塞状态时，重复上述步骤，当所述节点C的拥塞标志单元CU等于0时，所述节点C发送以自己为目的节点的更新包，所述定时器时间的设置采用动态设置方式，当所述节点C的所述拥塞标志单元CU>4且完成第一次发送所述拥塞信息时，所述节点C根据所述占用率BOR和所述堆积率AR的值计算所述定时器检测的时间间隔：

$T_i\left(t\right)=\frac{(1-{\mathrm{BOR}}_i(t\left)\right)}{{\mathrm{AR}}_i\left(t\right)}$

T_i(t)为所述定时器检测的时间间隔，当所述节点C检测到与所述节点D之间的链路断裂时，所述节点C查询所述主路由表并用所述备份路由表中的相应的下一跳节点不是所述节点D的所述备份路线代替下一跳节点是所述节点D的所述主路线，所述节点C将所述备份路线的跳数设成无限大并将新的所述主路线的序列号设置为比旧的所述主路线的序列号大1，所述节点C广播所述主路由表中跳数为无限大或奇数序列号的路线，当节点E接收到来自所述节点C的路由更新包，且所述路由更新包中包含到所述节点D的跳数为无限大的路线更新，且所述节点E中有到所述节点D的所述主路线且其下一跳为所述节点C时，所述节点E用所述备份路线代替所述主路线，所述节点E将所述备份路线的跳数设为无限大并将新的所述主路线的序列号设置为比旧的所述主路线的序列号大1，所述节点E广播所述主路由表中跳数为无限大或奇数序列号的路线，反之，当所述节点E中有到所述节点D的所述主路线且它的下一跳不是所述节点C时，所述节点E将所述主路线的序列号设置为比旧的所述主路线的序列号大1，所述节点E广播所述主路由表中跳数为无限大或奇数序列号的路线。

本发明的有益技术效果为：

(1)本发明利用所述全局路由策略，根据所述队列模型，计算链路代价，所述全局路由策略根据所述链路代价选择代价最低的链路，使网络负载分布均衡，提高了网络分组成功投递率。

(2)本发明利用所述局部路由策略，基于所述备份路由表和所述定时器解决链路断裂问题和调整局部拥塞，提高了网络分组成功投递率。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

本发明设计了基于拥塞控制的无线路由算法，改善了网络因节点拥塞产生的丢包。利用所述全局路由策略可以合理选择使网络负载均衡的路由，利用所述局部路由策略，可以实现断裂路由和拥塞路由的重建，提高网络的分组成功投递率。

所述全局路由策略，为每个节点的队列定义3个量，占用率BOR、堆积率AR和拥塞度CD和2个拥塞阈值，并设置一个拥塞标志单元CU，所述节点通过周期性检测所述拥塞度CD的值来确定所述拥塞标识单位CU的值，并计算所述源节点到所述目的节点的路径的代价，所述全局路由策略选择使代价值最小的路径作为更新路由；

所述局部路由策略，为每个节点创建一张所述备份路由表，当节点C的所述拥塞标志单位CU大于4时，所述节点C向需要转发分组的上游节点B发送拥塞信息并设置一个定时器，接收到所述拥塞信息的所述节点B查询主路由表并用所述备份路由表中的下一跳节点不是所述节点C目的节点是所述节点D的备份路线代替下一跳节点是所述节点C目的节点是所述节点D的主路线，所述节点C将所述备份路线的跳数设成无限大，将新的所述主路线的序列号设置为比旧的所述主路线的序列号大1，当所述定时器时间到所述节点C还处在拥塞状态时，重复上述步骤，当所述节点C的拥塞标志单元CU等于0时，所述节点C发送以自己为目的节点的更新包，所述定时器时间的设置采用动态设置方式，当所述节点C的所述拥塞标志单元CU>4且完成第一次发送所述拥塞信息时，根据所述占用率BOR和所述堆积率AR的值计算所述定时器检测的时间间隔，当所述节点C检测到与所述节点D之间的链路断裂时，所述节点C查询所述主路由表并用所述备份路由表中的相应的下一跳节点不是所述节点D的所述备份路线代替下一跳节点是所述节点D的所述主路线，所述节点C将所述备份路线的跳数设成无限大并将新的所述主路线的序列号设置为比旧的所述主路线的序列号大1，所述节点C广播所述主路由表中跳数为无限大或奇数序列号的路线，当节点E接收到来自所述节点C的路由更新包，且所述路由更新包中包含到所述节点D的跳数为无限大的路线更新，且所述节点E中有到所述节点D的所述主路线且其下一跳为所述节点C时，所述节点E用所述备份路线代替所述主路线，所述节点E将所述备份路线的跳数设为无限大并将新的所述主路线的序列号设置为比旧的所述主路线的序列号大1，所述节点E广播所述主路由表中跳数为无限大或奇数序列号的路线，反之，当所述节点E中有到所述节点D的所述主路线且它的下一跳不是所述节点C时，所述节点E将所述主路线的序列号设置为比旧的所述主路线的序列号大1，所述节点E广播所述主路由表中跳数为无限大或奇数序列号的路线。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.基于拥塞控制的无线路由算法，其特征在于：由队列模型、备份路由表、全局路由策略和局部路由策略构成；

所述全局路由策略根据所述队列模型，计算链路代价，所述全局路由策略根据所述链路代价选择代价最低的链路；

当所述局部路由策略检测到源节点和目的节点之间的链路断裂时，所述局部路由策略通过利用所述备份路由表重新建立起所述源节点到所述目的节点之间的路由；

所述局部路由策略根据所述队列模型，获得节点的拥塞程度，当所述节点拥塞时，所述局部路由策略通过利用所述备份路由表将所述节点中的流量进行分流，缓解所述节点的拥塞。

2.如权利要求1所述的基于拥塞控制的无线路由算法，其特征在于：为每个节点的队列定义3个量，占用率BOR、堆积率AR和拥塞度CD，所述占用率BOR为所述节点的所述队列中待发送数据包个数与所述队列最大容量的比值，所述堆积率AR为单位时间进入所述节点数据包的个数和流出所述节点数据包个数的差值与所述节点的所述队列最大容量的比值，所述拥塞度CD为所述占用率BOR和所述堆积率AR的和，约束条件为：

为所述节点的所述队列设置拥塞阈值和根据所述拥塞阈值将所述节点的所述队列等分为3段，分别对应所述节点所处的3个阶段：空闲阶段、正常阶段和拥塞阶段，并设置一个拥塞标志单元CU，所述节点通过周期性检测所述拥塞度CD的值来确定所述拥塞标识单位CU的值，所述拥塞标识单位CU的值的计算按如下规则进行：

所述源节点s到所述目的节点d的路径的总代价ω_sd(t)为：

ω_i,i+1(t)为将数据包从节点i转发到邻节点i+1所要付出的代价，metric_sd为所述源节点s到所述目的节点d的跳数，所述全局路由策略选择使ω_sd(t)值最小的路径作为更新路由。

3.如权利要求1所述的基于拥塞控制的无线路由算法，其特征在于：为每个节点创建一张所述备份路由表，当节点C的所述拥塞标志单位CU大于4时，判断为所述节点C发生拥塞，所述节点C向需要转发分组的上游节点B发送拥塞信息并设置一个定时器，接收到所述拥塞信息的所述节点B查询主路由表并用所述备份路由表中的下一跳节点不是所述节点C目的节点是所述节点D的备份路线代替下一跳节点是所述节点C目的节点是所述节点D的主路线，所述节点C将所述备份路线的跳数设成无限大，将新的所述主路线的序列号设置为比旧的所述主路线的序列号大1，当所述定时器时间到所述节点C还处在拥塞状态时，重复上述步骤，当所述节点C的拥塞标志单元CU等于0时，所述节点C发送以自己为目的节点的更新包，所述定时器时间的设置采用动态设置方式，当所述节点C的所述拥塞标志单元CU>4且完成第一次发送所述拥塞信息时，所述节点C根据所述占用率BOR和所述堆积率AR的值计算所述定时器检测的时间间隔：

T_i(t)为所述定时器检测的时间间隔，当所述节点C检测到与所述节点D之间的链路断裂时，所述节点C查询所述主路由表并用所述备份路由表中的相应的下一跳节点不是所述节点D的所述备份路线代替下一跳节点是所述节点D的所述主路线，所述节点C将所述备份路线的跳数设成无限大并将新的所述主路线的序列号设置为比旧的所述主路线的序列号大1，所述节点C广播所述主路由表中跳数为无限大或奇数序列号的路线，当节点E接收到来自所述节点C的路由更新包，且所述路由更新包中包含到所述节点D的跳数为无限大的路线更新，且所述节点E中有到所述节点D的所述主路线且其下一跳为所述节点C时，所述节点E用所述备份路线代替所述主路线，所述节点E将所述备份路线的跳数设为无限大并将新的所述主路线的序列号设置为比旧的所述主路线的序列号大1，所述节点E广播所述主路由表中跳数为无限大或奇数序列号的路线，反之，当所述节点E中有到所述节点D的所述主路线且它的下一跳不是所述节点C时，所述节点E将所述主路线的序列号设置为比旧的所述主路线的序列号大1，所述节点E广播所述主路由表中跳数为无限大或奇数序列号的路线。