CN105578558A - 一种无线自组网的路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种无线自组网的路由方法，所述自组网的各节点互相广播其邻节点信息，根据接收到的邻节点的广播消息维护本地路由表；所述各节点根据收到的广播消息选择和维护自己的中转节点，并通知所述中转节点；路由消息由所述中转节点转发。本发明提出的方法可以缩短路由建立时间，降低路由开销。

Description

一种无线自组网的路由方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种无线自组网的路由方法。

背景技术

路由技术是自组网网络非常关键的技术，对数据转发的效率、时延以及整个系统的性能都非常重要。常见的路由技术包括AODV(AdhocOnDemandDistanceVector)、DSR(DynamicSourceRouting)、DSDV(DestinationSequencedDistanceVector)、OLSR(OptimizedLinkStateRouting)等，其中AODV和DSR为按需路由，当有数据发送请求且查询路由表没有路由的时候会发起路由请求，路由开销较小，但是业务建立时延较长；DSDV和OLSR是主动路由，节点需要周期性的广播路由消息，以便能够使各个节点维护自身的路由表，当有业务请求时可直接查询路由表进行发送，具有的较短的业务建立时延，但是路由的开销比较大。

常见的路由算法中主动路由算法通常都是需要每个节点周期性的广播自身的路由信息，或者选择部分中转节点周期性的转发全网路由消息，这样会导致网络中有大量的路由消息在传递，占用较多的空口开销；而按需路由算法通常是在有业务请求时发送路由请求，源节点发送洪泛的路由请求消息，相对主动路由算法，具有较小的开销，但是也导致建链时延的增加。因此路由算法通常是在开销和建链速度上进行折中。

以上的路由算法没有利用自组网自身特点，只是单纯的路由算法，实际的自组网中可利用自组网本身的特点对路由算法进行跨层优化，会达到更优的性能。

发明内容

为克服以上问题，本发明提出一种无线自组网的路由方法，所述自组网的各节点互相广播其邻节点信息，根据接收到的邻节点的广播消息维护本地路由表；所述各节点根据收到的广播消息选择和维护自己的中转节点，并通知所述中转节点；路由消息由所述中转节点转发。

优选的，所述本地路由表包括本节点的一跳节点和二跳节点信息。

优选的，所述各节点如与两跳或一跳节点进行通信，则直接根据本地路由表进行路由。

优选的，所述各节点如与两跳以上节点进行通信，则进行按需路由查找。

优选的，所述按需路由查找包括：源节点发送路由请求消息，所述路由请求消息中包括源节点ID、目的节点ID和上一跳节点ID；中间节点收到所述路由请求消息后，查找目的节点是否在本地路由表中：如果在，则向上一跳节点发送路由响应消息，所述路由响应消息携带源节点ID、目的节点ID和本节点到达目标节点的跳数；更新反向路由；如果不在且本节点是上一跳节点的中转节点，则将路由请求消息中上一跳节点修改为本节点，然后转发该路由请求消息；中间节点收到路由响应消息后，根据其中的源节点ID和目的节点ID，查找反向路由，并转发所述路由响应消息；源节点收到路由响应消息，建立路由。

优选的，所述源节点发送的路由请求消息中还包括转发次数TTL；所述路由请求消息每转发一次，所述TTL减一，TTL等于0时，路由请求消息不再被转发。

优选的，所述源节点发送路由请求消息后，还启动请求超时定时器T1；如果所述源节点在定时器T1为0之前没有收到路由响应消息，则路由查找失败，随机退避一段时间之后重新发起路由查找。

优选的，所述源节点在收到第一个路由响应消息后，设置定时器T2，在定时器T2超时之前保存所收到的所有的路由响应消息，然后选择其中一个建立路由。

优选的，当所述源节点收到的路由响应消息为多个时，所述源节点选择最先到达的路由响应消息建立路由。所述路由响应消息中还包含链路度量信息，当所述源节点收到的路由响应消息为多个时，所述源节点根据各路由响应消息中携带的链路度量信息选择一个路由响应消息建立路由。

本发明提出的方法可以路由建立时间缩短，同时极大降低路由开销。

附图说明

图1为本发明实施例4的节点拓补示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对自组网自身的特点，本发明对现有路由算法之上进行了跨层优化，提出了一种无线自组网的路由方法，包括：各节点互相广播其邻节点信息，根据接收到的邻节点的广播消息维护本地路由表，所述本地路由表中可以包括本节点的一跳节点和二跳节点信息；各节点根据收到的广播消息选择和维护自己的中转节点，并通知所述中转节点；路由消息由所述中转节点转发；各节点如与两跳或一跳节点进行通信，则直接根据本地路由表进行路由；如与两跳以上节点进行通信，则进行按需路由查找。

按需路由查找的过程包括：

源节点发送路由请求消息，路由请求消息中可以包括源节点ID、目的节点ID和上一跳节点ID；

中间节点收到所述路由请求消息后，查找目的节点是否在本地路由表中：

如果在，则向上一跳节点发送路由响应消息，路由响应消息携带源节点ID、目的节点ID和本节点到达目标节点的跳数；更新反向路由；

如果不在，且本节点是上一跳节点的中转节点，则将路由请求消息中上一跳节点修改为本节点，然后转发该路由请求消息；

中间节点收到路由响应消息后，根据其中的源节点ID和目的节点ID，查找反向路由，并转发所述路由响应消息；

源节点收到路由响应消息，建立路由。

其中，源节点发送的路由请求消息中还包括转发次数TTL；所述路由请求消息每转发一次，所述TTL减一，TTL等于0时，路由请求消息不再被转发。

所述源节点发送路由请求消息后，还可以启动请求超时定时器T1；如果所述源节点在定时器T1为0之前没有收到路由响应消息，则路由查找失败，随机退避一段时间之后重新发起路由查找。

所述源节点在收到第一个路由响应消息后，还可以设置定时器T2，在定时器T2超时之前保存所收到的所有的路由响应消息，然后选择其中一个建立路由。

当源节点收到的路由响应消息为多个时，源节点可以选择最先到达的路由响应消息建立路由。或者，路由响应消息中还包含链路度量信息，源节点还可以根据各路由响应消息中携带的链路度量信息选择一个来建立路由。

实施例1：邻节点信息广播和本地路由表建立

设定网络中的各个节点之间相互广播自己的邻居节点信息，则每个节点都能够通过接收邻居节点的广播消息知道自己的一跳邻居和两条邻居，从而建立本地路由表，该路由表中包含一跳节点和两跳节点信息。这样，对两跳以内的路由寻址，就可以通过查找本地路由表来完成，而不再需要高层发起路由请求，从而缩短了两跳以内链路建立的时间，同时避免了路由开销。

为了降低路由寻找带来的信令开销，网络中定义路由消息的中转节点，该类节点在收到路由消息之后，判断如果路由消息传播的跳数没有超过最大跳数，则会进行转发；如果不是中转节点，在收到路由消息之后，只更新自己本地的路由，不进行转发。每个节点都会根据接收到的周边邻居节点的广播消息来计算自己的中转节点，并通过广播的形式通知给被选中的节点，每个节点选择的中转节点会有不同，同时每个节点选择的中转节点的个数也可能为多个。

实施例2：两跳以内路由查找

步骤1：通过接收邻居节点的广播消息，将每个对称邻居作为1跳邻居添加到路由表中；

步骤2：通过接收到的邻居节点广播的邻居列表消息，将非1跳的对称节点作为2跳邻居添加到路由表中；

由以上两个步骤可以确定每个节点的一跳和两跳邻居，并通过不断的接收广播消息进行路由表的更新。当节点需要和两跳以内的邻居进行通信，则可以直接查询所存储的路由表进行发送即可。

实施例3：两跳以上路由查找

如果节点需要和超过两跳以外的节点进行通信，则进行按需路由查找，查找过程可以分为反向路由查找和前向路由查找，具体包括：

1、源节点x发送路由请求消息(RouteRequest)，该消息中包含源节点ID，转发次数TTL(TimeToLive)，目的节点ID，上一跳节点ID为(为自身ID)；启动请求超时定时器T1；

2、中间节点收到RouteRequest之后查找目的节点ID是否在自己两跳以内的邻居列表中:

(1)如果在列表中，则直接向上一跳节点发送RouteReply，携带源节点ID，目的节点ID，跳数为1或者2(如果目的节点为自己的1跳邻居则为1，如果目的节点为自己的两跳邻居则为2)；更新自身到源节点的反向路由(下一跳为RouteRequest的转发者)；

(2)如果没有在自己的1跳和两跳的邻居列表中，

(a)如果该节点被上一跳节点选择为中转节点，判断TTL是否大于零，如果大于0，则将收到的RouteRequest进行修改并转发，修改内容有：上一跳节点ID改为自身节点，转发次数TTL减一；如果TTL等于零则不进行转发

(b)如果该节点没有被上一跳节点选为中转节点，不进行转发，只更新自身到源节点的反向路由；

3、中间节点收到RouteReply之后根据RouteReply中的源节点ID和目的节点ID，查找所保存的反向路由，并对RouteReply进行转发，同时更新自身的前向路由(自身到目的节点的路由，下一跳为RouteReply的转发者)；同时作为可选项，中间节点接收到RouteReply之后更新LinkMetric字段。

4、源节点收到第一个RouteReply之后，路由建立成功，源节点更新自己的前向路由；作为可选项，源节点可在接收到第一个RouteReply之后设置一个定时器T2，在定时器T2超时之前，保存所收到的所有的RouteReply，并根据RouteReply中所携带的LinkMetric字段，选择合适的RouteReply，并更新自身的路由表，路由寻找结束。

5、如果源节点在请求超时定时器T1为0之前没有收到RouteReply，则路由寻找失败，可随机退避一段时间之后重新发起路由查找过程，过程同步骤1～4。

下面通过一个相对完整的过程对上述各实例的有益效果进行具体阐述。

实施例4：源节点x的路由过程

请参照附图1，每个圈代表一个节点，连线代表两个节点可以互相通信，即存在对称链路；连线上的数字代表该条链路的度量值。

首先，节点x选择中转节点，中转节点集合S＝{2,3,4,6}

接下来，通过广播消息的接收，节点x可以建立如下的本地路由表：

ID	Next Hop	Hop Count
			1	1	1
2	2	1
			3	3	1
4	4	1
			5	5	1
6	6	1
			7	6	2
8	6	2
			9	4	2
10	4	2
			11	3	2
12	3	2
			13	2	2

然后，假定节点x需要寻找到节点17的路由，过程如下：

节点x发送路由请求消息。

各中转节点转发给路由请求消息：

节点4作为中转节点之一，需要转发该路由请求消息，节点9收到了路由请求消息之后查找自己的两跳以内的邻居列表，发现节点17是自己的两条邻居消息，则可以立即向节点x回复路由响应消息，告知节点x可以通过自己来转发消息到节点17，节点x收到路由相应消息后开启定时器T2；

同时节点10也可以收到路由请求消息，由于节点10是节点4的中转节点，所以将该消息转发给节点15，节点15收到路由请求之后查询自己的两跳以内的邻居列表，发现节点17是自己的两跳邻居，则给节点x回复路由响应消息；

因此在节点x处会收到两个路由响应消息，节点x可以依据特定的准则来选择合适的路由，例如可以选择最先到达的路由响应建立路由，或者选择LinkMetric最大的路由响应建立路由。

通过以上实施例可以看出，本发明具有如下有益效果：

1、利用自组网自身的特点，对路由算法进行跨层优化，每个节点利用自身扫描到的一跳和两跳邻居节点情况，直接更新路由表格，不需要高层再发起路由请求，使得两跳以内的链路建立时间缩短，并且不占用路由开销；

2、针对按需路由算法进行改善，每个节点都需要选择并维护自己的中转节点，在源节点有路由请求的时候，仅由这些中转节点进行路由消息的广播，这样极大的降低了路由带来的开销；

3、针对按需路由进行进一步优化，由于各节点都能维护自身以内两跳的邻居节点情况，所以如果节点收到其他节点的路由请求消息时，判断如果在自己的一跳或者两跳邻居列表内可直接给源节点回复路由相应消息，而在源节点端可以通过定时窗口的方式对路由回复消息进行筛选，这样带来的效果是更快的路由响应，更优的路径选择。同时也会极大的降低路由开销，因为如果寻找最大8跳的目的节点，RouteRequest最大转发次数设置为6即可。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种无线自组网的路由方法，所述自组网的各节点互相广播其邻节点信息，根据接收到的邻节点的广播消息维护本地路由表；其特征在于，包括：

所述各节点根据收到的广播消息选择和维护自己的中转节点，并通知所述中转节点；路由消息由所述中转节点转发。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述本地路由表包括本节点的一跳节点、二跳节点和中转节点信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：所述各节点如与两跳或一跳节点进行通信，则直接根据本地路由表进行路由。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的方法，其特征在于，还包括：所述各节点如与两跳以上节点进行通信，则进行按需路由查找。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述按需路由查找包括：

源节点发送路由请求消息，所述路由请求消息中包括源节点ID、目的节点ID和上一跳节点ID；

中间节点收到所述路由请求消息后，查找目的节点是否在本地路由表中:

如果在，则向上一跳节点发送路由响应消息，所述路由响应消息携带源节点ID、目的节点ID和本节点到达目标节点的跳数；更新反向路由；

如果不在，且本节点是上一跳节点的中转节点，则将路由请求消息中上一跳节点修改为本节点，然后转发该路由请求消息；

中间节点收到路由响应消息后，根据其中的源节点ID和目的节点ID，查找反向路由，并转发所述路由响应消息；

源节点收到路由响应消息，建立路由。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述源节点发送的路由请求消息中还包括转发次数TTL；所述路由请求消息每转发一次，所述TTL减一，TTL等于0时，路由请求消息不再被转发。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述源节点发送路由请求消息后，还启动请求超时定时器T1；如果所述源节点在定时器T1为0之前没有收到路由响应消息，则路由查找失败，随机退避一段时间之后重新发起路由查找。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：所述源节点在收到第一个路由响应消息后，设置定时器T2，在定时器T2超时之前保存所收到的所有的路由响应消息，然后选择其中一个建立路由。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述源节点收到的路由响应消息为多个时，所述源节点选择最先到达的路由响应消息建立路由。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述路由响应消息中还包含链路度量信息，当所述源节点收到的路由响应消息为多个时，所述源节点根据各路由响应消息中携带的链路度量信息选择一个路由响应消息建立路由。