CN105792312A - 一种主动与被动相结合的自组网路由方法 - Google Patents

一种主动与被动相结合的自组网路由方法 Download PDF

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刘芳
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Abstract

本发明公开了一种主动与被动相结合的自组网路由方法。使用本发明能够适用于节点相对集中、多数节在两跳范围内的自组网，可在降低路由开销的前提下保证路由的实时性，具有低开销、小时延的特性。本发明中，各节点首先通过HELLO包动态建立并维护本节点的1跳邻居信息列表和2跳邻居信息列表；然后根据邻居信息列表建立并维护其1跳路由表和2跳路由表；当源节点要发起到目的节点的路由时，源节点首先查找目的节点是否在其1跳邻居信息列表和2跳邻居信息列表中，如果在，则采用按表驱动路由方法，根据1跳路由表或2跳路由表建立到目的节点的路由；如果不在，则采用按需路由的方式建立到目的节点的路由。

Description

一种主动与被动相结合的自组网路由方法
技术领域
本发明涉及自组网路由策略技术领域，具体涉及一种主动与被动相结合的自组网路由方法。
背景技术
自组织无线网络(AdHoc)的路由可分为2大类：第1类是路由表驱动的路由，第2类是源节点触发的按需路由。第1类表驱动路由主要特点是需要周期性维护路由表项，路由开销大，时延小，适用于拓扑结构变化较慢的网络，主要包括DSDV(目的节点序列距离矢量)路由、最优化链路状态路由(OLSR)和无线路由协议(WRP)等。第2类按需路由只有在需要时才进行路由发现过程，路由开销小，但路由建立过程会产生较大时延，适用于拓扑结构变化较快的网络，主要包括源动态路由协议(DSR)、按需路由矢量路由(AODV)等。
DSDV路由协议需要每一个节点周期的广播路由更新。DSDV相对于传统的距离矢量协议的优越性在于它保证了网络中无环路。在这种路由机制中，网络中每个节点都保存了一个路由表。路由表中含有所有可能的目的节点以及到它们的距离信息。这些路由表以在网络周期性的广播中来维持网络中节点的连通性。
OLSR协议是经典链路状态算法的最优化版本，它使用逐跳路由，每个节点使用其本地信息为分组选择传输路由。OLSR协议中的主要概念是多点中继(MPR)，用于在泛洪过程中转发广播信息。
WRP是一种路由表驱动的协议，在网络的节点中保存路由信息。每个节点保存距离、路由、链路开销和重传消息的列表(MRL)。MRL记录关于消息序列号、重传计数器、每一个邻居节点正确应答所需的标识和更新消息的更新列表等信息。WRP的优点是当一个节点试图执行路径计划算法时，可以通过目的节点的上游节点所保存的信息和邻居节点所保存的信息来限制算法，使得算法收敛得更快并避免路由当中的环路。
DSR用源节点路由而不是用逐跳路由，每一个寻路的分组在其头部都携带了完整的分组所必须经过的节点的顺序列表。DSR的优点在于中间节点无需维持更新的路由信息为它们的转发分组寻路，因为分组本身已经包含了所有的路由决定，缺点是在DSR中的分组比较大。
AODV是基于距离矢量的算法，只需保持需要的路由，而不需要节点维持通信过程中未激活的目的节点的路由。从本质上来说，AODV是DSR和DSDV的结合。它借用了路由发现基本的按需机制和DSR中的路由维护，再加上逐条路由，序列号和DSDV中的周期性的信标。因此，AODV的优点是它可以利用多播的优势，这正是所有其它协议所缺少的；而缺点则是它依赖于对称性的链路，而不能处理非对称性链路的网络。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种主动与被动相结合的自组网路由方法，能够适用于节点相对集中、多数节在两跳范围内的自组网，可在降低路由开销的前提下保证路由的实时性，具有低开销、小时延的特性。
本发明的主动与被动相结合的自组网路由方法，包括如下步骤：
步骤1，各节点建立并维护1跳路由表和2跳路由表，具体包括如下子步骤：
步骤1.1，各节点周期性地广播HELLO包，并通过接收到的HELLO包建立并维护本节点的1跳邻居信息列表和2跳邻居信息列表；
步骤1.2，各节点建立各自的本地路由表，其中，本地路由表中包括如下信息：目的节点地址、到目的节点需要经过的下一跳邻居节点地址、到目的节点的跳数和该条路由的有效期；本地路由表中包含1跳路由表和2跳路由表；各节点根据自身的1跳邻居信息列表和2跳邻居信息列表，建立并维护1跳路由表和2跳路由表；
步骤2，当源节点S要发起到目的节点D的路由时，源节点S首先查找目的节点D是否在其1跳邻居信息列表和2跳邻居信息列表中，如果在，则采用按表驱动路由方法，根据1跳路由表或2跳路由表建立到目的节点D的路由；如果不在，则转入步骤3；
步骤3，源节点S采用如下子步骤建立到目的节点D的路由：
步骤3.1，源节点S以广播的方式发送路由请求消息RREQ；其中，路由请求消息RREQ中包括：源节点ID、目的节点ID和序列号SN；
步骤3.2，节点接收到路由请求消息RREQ后，检查路由请求消息RREQ中携带的目的节点ID是否和本节点ID相同，如果相同，则转入步骤3.3；如果不同，则转入步骤3.4；
步骤3.3，该节点即为目的节点D，目的节点D采用广播的方式发送回复消息RREP，其中，回复消息RREP中包括：源节点ID、目的节点ID和序列号SN，转入步骤3.5；
步骤3.4，查找本节点的本地路由表，如果在其本地路由表中发现有到目的节点D的路由，则以广播的方式发送回复消息RREP，转入步骤3.5；如果在其本地路由表中未发现有到目的节点D的路由，则该中间节点以广播的方式转发路由请求消息RREQ，转入步骤3.2；
其中，节点收到一条路由请求消息RREQ后，更新其本地路由表，添加其到源节点S的路由；
步骤3.5，节点接收到回复消息RREP后，检查该回复消息RREP是否已经接收过，如果接收过则丢弃，否则进行如下处理：检查回复消息RREP中携带的源节点ID是否和本节点ID相同，如果相同，则转入步骤3.6；如果不同，则以广播的方式进行转发，重复执行步骤3.5；
节点收到一条回复消息RREP后，更新其本地路由表，添加其到目的节点D的路由；
步骤3.6，该节点即为源节点S，源节点S收到回复消息RREP后，将回复消息RREP中携带的源节点ID、目的节点ID和序列号SN分别与源节点S发出的路由请求消息RREQ中的对应字段进行比对，如果均相同，则源节点S记录该RREP消息，并更新其本地路由表，添加其到目的节点D的路由；否则，放弃该回复消息RREP。
进一步地，所述步骤1.1中，所述HELLO包中包含发送节点的节点信息和发送节点的1跳邻居信息列表；初始时刻，1跳邻居信息列表为空；节点的1跳邻居信息列表和2跳邻居信息列表的建立方法如下：节点收到HELLO包后，将该HELLO包的发送节点添加到本节点的1跳邻居列表中；检查该HELLO包中携带的1跳邻居列表中的节点信息，将其中不是本节点，同时也不是本节点已有的1跳邻居节点的节点ID添加到本节点的2跳邻居列表中。
进一步地，所述步骤1.2中，节点的1跳路由表和2跳路由表的建立方法如下：
1跳路由表建立：查找本节点的1跳邻居信息列表，将1跳邻居信息列表中的每个邻居节点添加到1跳路由表中；其中，目的节点地址为邻居节点ID；到目的节点需要经过的下一跳邻居节点地址也为邻居节点ID；到目的节点的跳数为1；该条路由的有效期为无效值；且对于每一个1跳邻居建立一个与之对应的1跳路由表项；
2跳路由表建立：查找本节点的2跳邻居信息列表，将2跳邻居信息列表中发的每个2跳邻居节点添加到2跳路由表中；其中，目的节点地址为两跳邻居节点ID；到目的节点需要经过的下一跳邻居节点地址为该两跳邻居的前一跳节点ID；到目的节点的跳数为2；该条路由的有效期为无效值；且对于每一个2跳邻居建立一个与之对应的2跳路由表项。
进一步地，对步骤3获得的路由的有效期进行检测，当检测到该条路由的有效期还剩a％时，a根据实际使用场景来确定，检查该条路由是否被使用，如果正在使用，则建立一条到该条路由目的节点的新路由，并用新路由覆盖原路由，由新路由进行通讯；如果未被使用，则到达有效期后删除该条路由。
进一步地，当业务传输到路由中间某个节点发现路由中断时，根据监测的数据流信息获得使用该路由的源节点ID，并立即向源节点发送中断消息RERR，告知源节点路由中断以及路由中断的原因；源节点收到中断消息RERR后，立即重新发起对中断消息RERR中携带的目的节点的路由建立过程，重新发送路由请求消息RREQ。
有益效果：
(1)本发明采用了一种双级路由策略，针对不同范围内的节点路由策略不同，再兼顾低时延的前提下，尽可能降低路由开销。其中，两跳范围内采用表驱动路由，通过HELLO包周期性维护邻居表，从而获得两跳路由表。因为只有HELLO一条消息广播，且不进行转发，故相比其他表驱动路由可大幅降低路由开销。两跳范围内采用表驱动路由，需要时可即刻获得，无需路由发现过程，所以消除了路由所产生的时延，从而降低业务时延。
(2)两跳以外范围使用按需路由，由RREQ消息进行广播探测，RREP消息进行广播回复。再次过程中，中间节点均可建立到源节点和目的节点的路由，一次路由发过程，全网节点均可获得路由。
(3)两跳以外范围路由具有提前探测机制，可保证路由的连续性，使上层业务不出现中断。
(4)两跳以外范围路由的修改由源节点发起，以保证源节点使用的路由永远是最优路由。
附图说明
图1为邻居表建立过程示意图。
图2为本发明流程图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种主动与被动相结合的自组网路由方法，对于两跳以内的路由需求可提供低时延的表驱动路由，对于两跳以上的路由需求可提供事件触发的按需路由。具体包括如下步骤：
步骤1，网络各节点分别建立并维护自己的路由表。
其中，路由表结构如表1所示。
表1路由表结构
R_dest_addr R_next_addr R_dist R_time
其中，R_dest_addr表示目的节点地址；R_next_addr表示到目的节点需要经过的下一跳邻居节点地址；R_dist表示到目的节点的跳数；R_time表示该条路由的有效期，对于一跳和两跳路由表项无效。
本发明首先通过建立邻居列表，建立各节点的1跳路由表、2跳路由表和N(N>2)跳路由表；然后对于两跳以内的路由需求，采用低时延的表驱动路由；对于两跳以上的路由需求采用事件触发的按需路由。
其中，1跳路由表和2跳路由表具体建立过程包括如下子步骤：
步骤1.1，网络各节点通过周期性地广播HELLO包分组动态维护与邻居节点的信息，并依据HELLO分组生成自己的1跳邻居信息列表和2跳邻居信息列表，这个过程称之为邻居列表建立。
HELLO消息过程如图1所示。其中，HELLO包中包括发送节点信息和发送节点的一跳邻居表。当节点收到一个HELLO包时，将HELLO包的发送节点添加到本节点的一跳邻居表中；检查HELLO包中携带的一跳邻居表中的节点信息，将该一跳邻居表中的、不是本节点、同时也不是本节点已有的一跳邻居节点的节点添加到本节点的两跳邻居表中。
步骤1.2，建立并维护一跳路由表和两跳路由表：
一跳路由表建立：查找一跳邻居表，将每一个邻居节点添加到一跳路由表中。R_dest_addr为邻居节点ID；R_next_addr为邻居节点ID；R_dist为1；R_time为无效值。对于每一个一跳邻居建立一个与之对于的一跳路由表项。
两跳路由表建立：查找两跳邻居表，将每个两跳邻居节点添加到两跳路由表中。R_dest_addr为两跳邻居节点ID；R_next_addr为该两跳邻居的前一跳节点ID；R_dist为2；R_time为无效值。对于每一个两跳邻居建立一个与之对于的两跳路由表项。
当通过hello包检测到邻居节点(一跳和两跳)发生变化，则立即计算一跳、两跳路由表。
步骤2，当源节点S要发起到目的节点D的路由时，源节点S首先查找目的节点D是否在其1跳邻居信息列表和2跳邻居信息列表中，如果在，则采用按表驱动路由方法，根据源节点S的1跳路由表或2条路由表进行路由；如果不在，则转入步骤3。
步骤3，源节点S采用按需路由策略，具体做法如下：
步骤3.1，源节点S以广播的方式发送路由请求消息RREQ。其中，路由请求消息RREQ中包括：源节点ID，目的节点ID，序列号SN等内容。
步骤3.2，中间节点接收到路由请求消息RREQ后，检查RREQ中携带的目的节点ID是否和本节点ID相同，如果相同，则转入步骤3.3，如果不同，则转入步骤3.4；
步骤3.3，该中间节点即为目的节点D，该中间节点采用广播的方式发送回复消息RREP，其中，回复消息RREP中包括：源节点ID，目的节点ID和序列号SN，转入步骤4；
步骤3.4，查找本中间节点的路由表，如果在其路由表中发现有到目的节点D的路由，则以广播的形式发送回复消息RREP，转入步骤4；如果在其路由表中未发现有到目的节点D的路由，则该中间节点以广播的形式转发路由请求消息RREQ，转入步骤3.2；
其中，中间节点(或目的节点)收到一条路由请求消息RREQ的同时，也说明该中间节点(或目的节点)可以产生一条到源节点S的路由，因此，该中间节点(或目的节点)同时更新其路由表，建立到源节点S的路由。
步骤4，中间节点接收到回复消息RREP后，检查该回复消息RREP是否已经接收过，如果接收过则丢弃，否则进行如下处理：检查回复消息RREP中携带的源节点ID是否和本中间节点ID相同，如果相同，则转入步骤5；如果不同则以广播的方式进行转发，重复执行步骤4。
中间节点收到一条RREP消息的同时，也说明了中间节点可以产生一条到目的节点D的路由，所以中间节点同时更新本地路由表，建立到目的节点D的路由。
步骤5，该中间节点即为源节点S，源节点S每收到一条回复消息RREP都进行是否最新的确认，即用回复消息RREP中携带的源节点ID、目的节点ID、序列号SN与源节点S发出的路由请求消息RREQ中的对应字段进行比对，均相同，则证明该回复消息RREP是对应的路由请求消息RREQ消息的回复，则源节点S记录RREP消息，并增加一条到目的节点D的路由。否则，放弃该回复消息RREP。
路由维护：
一跳/两跳路由维护：一跳/两跳路由采用主动是路由策略，所以路由的建立与维护由一跳/两跳邻居表的变化触发。路由的建立与删除周期性的更新。
N(N>2)跳路由维护：2跳以上的路由是按需触发的，每建立一条路由后，该路由有一个有效期，有效期到期后自动删除该路由条目。
为了保证业务传输的连续性，不在业务传输期间删除路由，引入如下路由提前发现机制：当检测到一条路由的有效期还剩a％(a可根据实际使用场景来确定)时，检查该条路上是否被使用，如果被使用则发起到该路由目的节点的新路由发现过程，产生一条新的路由条目后覆盖原有条目，如果未被使用则超时后删除。
N(N>2)跳路由修复：当业务传输到路由中间某个节点发现路由中断时，根据监测的数据流信息获得使用该路由的源节点ID，并立即向源节点发送RERR消息，告知源节点路由中断，RERR消息中包括路由中断的原因。
RERR路由中断消息处理：当源节点收到RERR消息后，立即重新发起对RERR消息中携带的目的节点的路由建立过程，发送RREQ消息。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (5)

1.一种主动与被动相结合的自组网路由方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，各节点建立并维护1跳路由表和2跳路由表，具体包括如下子步骤：
步骤1.1，各节点周期性地广播HELLO包，并通过接收到的HELLO包建立并维护本节点的1跳邻居信息列表和2跳邻居信息列表；
步骤1.2，各节点建立各自的本地路由表，其中，本地路由表中包括如下信息：目的节点地址、到目的节点需要经过的下一跳邻居节点地址、到目的节点的跳数和该条路由的有效期；本地路由表中包含1跳路由表和2跳路由表；各节点根据自身的1跳邻居信息列表和2跳邻居信息列表，建立并维护1跳路由表和2跳路由表；
步骤2，当源节点S要发起到目的节点D的路由时，源节点S首先查找目的节点D是否在其1跳邻居信息列表和2跳邻居信息列表中，如果在，则采用按表驱动路由方法，根据1跳路由表或2跳路由表建立到目的节点D的路由；如果不在，则转入步骤3；
步骤3，源节点S采用如下子步骤建立到目的节点D的路由：
步骤3.1，源节点S以广播的方式发送路由请求消息RREQ；其中，路由请求消息RREQ中包括：源节点ID、目的节点ID和序列号SN；
步骤3.2，节点接收到路由请求消息RREQ后，检查路由请求消息RREQ中携带的目的节点ID是否和本节点ID相同，如果相同，则转入步骤3.3；如果不同，则转入步骤3.4；
步骤3.3，该节点即为目的节点D，目的节点D采用广播的方式发送回复消息RREP，其中，回复消息RREP中包括：源节点ID、目的节点ID和序列号SN，转入步骤3.5；
步骤3.4，查找本节点的本地路由表，如果在其本地路由表中发现有到目的节点D的路由，则以广播的方式发送回复消息RREP，转入步骤3.5；如果在其本地路由表中未发现有到目的节点D的路由，则该中间节点以广播的方式转发路由请求消息RREQ，转入步骤3.2；
其中，节点收到一条路由请求消息RREQ后，更新其本地路由表，添加其到源节点S的路由；
步骤3.5，节点接收到回复消息RREP后，检查该回复消息RREP是否已经接收过，如果接收过则丢弃，否则进行如下处理：检查回复消息RREP中携带的源节点ID是否和本节点ID相同，如果相同，则转入步骤3.6；如果不同，则以广播的方式进行转发，重复执行步骤3.5；
节点收到一条回复消息RREP后，更新其本地路由表，添加其到目的节点D的路由；
步骤3.6，该节点即为源节点S，源节点S收到回复消息RREP后，将回复消息RREP中携带的源节点ID、目的节点ID和序列号SN分别与源节点S发出的路由请求消息RREQ中的对应字段进行比对，如果均相同，则源节点S记录该RREP消息，并更新其本地路由表，添加其到目的节点D的路由；否则，放弃该回复消息RREP。
2.如权利要求1所述的一种主动与被动相结合的自组网路由方法，其特征在于，所述步骤1.1中，所述HELLO包中包含发送节点的节点信息和发送节点的1跳邻居信息列表；初始时刻，1跳邻居信息列表为空；节点的1跳邻居信息列表和2跳邻居信息列表的建立方法如下：节点收到HELLO包后，将该HELLO包的发送节点添加到本节点的1跳邻居列表中；检查该HELLO包中携带的1跳邻居列表中的节点信息，将其中不是本节点，同时也不是本节点已有的1跳邻居节点的节点ID添加到本节点的2跳邻居列表中。
3.如权利要求1所述的一种主动与被动相结合的自组网路由方法，其特征在于，所述步骤1.2中，节点的1跳路由表和2跳路由表的建立方法如下：
1跳路由表建立：查找本节点的1跳邻居信息列表，将1跳邻居信息列表中的每个邻居节点添加到1跳路由表中；其中，目的节点地址为邻居节点ID；到目的节点需要经过的下一跳邻居节点地址也为邻居节点ID；到目的节点的跳数为1；该条路由的有效期为无效值；且对于每一个1跳邻居建立一个与之对应的1跳路由表项；
2跳路由表建立：查找本节点的2跳邻居信息列表，将2跳邻居信息列表中发的每个2跳邻居节点添加到2跳路由表中；其中，目的节点地址为两跳邻居节点ID；到目的节点需要经过的下一跳邻居节点地址为该两跳邻居的前一跳节点ID；到目的节点的跳数为2；该条路由的有效期为无效值；且对于每一个2跳邻居建立一个与之对应的2跳路由表项。
4.如权利要求1所述的一种主动与被动相结合的自组网路由方法，其特征在于，对步骤3获得的路由的有效期进行检测，当检测到该条路由的有效期还剩a％时，a根据实际使用场景来确定，检查该条路由是否被使用，如果正在使用，则建立一条到该条路由目的节点的新路由，并用新路由覆盖原路由，由新路由进行通讯；如果未被使用，则到达有效期后删除该条路由。
5.如权利要求1～4任意一项所述的一种主动与被动相结合的自组网路由方法，其特征在于，当业务传输到路由中间某个节点发现路由中断时，根据监测的数据流信息获得使用该路由的源节点ID，并立即向源节点发送中断消息RERR，告知源节点路由中断以及路由中断的原因；源节点收到中断消息RERR后，立即重新发起对中断消息RERR中携带的目的节点的路由建立过程，重新发送路由请求消息RREQ。
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