CN106454985A - 一种应用于无线自组织网络的分层级路由方法 - Google Patents

一种应用于无线自组织网络的分层级路由方法 Download PDF

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CN106454985A CN201610920419.8A CN201610920419A CN106454985A CN 106454985 A CN106454985 A CN 106454985A CN 201610920419 A CN201610920419 A CN 201610920419A CN 106454985 A CN106454985 A CN 106454985A
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Abstract

本发明公开了一种应用于无线自组织网络的分层路由方法，该方法利用了分级技术将自组织无线网络划分为若干子区域，一个区域代表一个层级。在划分的若干层级内确定唯一的层级首节点，所有的层级首节点组成主干路由网络，每个层级内的非层级首节点组成分支路由网络。各个层级首节点负责路由表的初始化、更新、简化等相关工作，并选出一条用于通信的路由，从而基于此进行数据通信。该方法所描述的路由方法简单易行，网络可靠性高，终端信息和路由信息储存在层级首的路由表中，路由存储效率高。

Description

一种应用于无线自组织网络的分层级路由方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种应用于无线自组织网络的分层级路由方法。
背景技术
无线自组织网络是一些移动终端的集合，具有自组织、无架构的特点。无线自组织网络并不存在集中式控制网络中心，来对基站所覆盖区域内的所有终端进行通信，而是由各个终端之间相互组建网络来进行通信。自组织和无架构的特性，使得无线自组织网络能自动适应具体的应用，只要有可用的网络节点，就可以组成网络。因为不需要网络建设和运营的大规模投资，所以尤其适用于低成本的商用系统和军事系统。
无线自组织网络的覆盖范围一般比较大，需要依靠多个终端来转发消息。由于没有集中的网络控制，且每次转发时消息的丢失量不可控，使得通信过程中消息的完整度很难得到保证。
然而，传统的距离矢量算法，基本上是为了有线网络设计的，没有考虑到无线自组织网络的结构特点。现有的距离矢量路由方法通过路由器与相邻的路由器交换路由表的技术，解决了路由表的更新效率低下问题，但是单个路由器的路由表，需要存储网络中所有终端的路由信息，在大型网络中，由于路由器内存有限，会丢失某些终端的路由信息，造成路由失败与网络阻塞，最后导致整个网络的吞吐量低下。因此需要一种适用于无线自组织网络的路由方法。
发明内容
本发明提出了一种应用于无线自组织网络的分层级路由方法，解决了无线自组织网络使用传统算法时路由表的更新效率低下问题，有效提高通信效率。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种应用于无线自组织网络的分层级路由方法，包括以下步骤：步骤一：自组织网络节点划分层级；步骤二：确定层级首节点；步骤三：更新路由表；步骤四：简化路由表并基于路由进行通信。
进一步根据所述分层级路由方法，步骤一中自组织网络节点划分层级，在所有自组织网络节点部署区域划分多个半径r相同的正六边形，每个正六边形区域为一个层级，层级表示若干移动终端的集合，每个区域半径的选取根据网络中所有节点辐射功率的有效覆盖半径R确定，R≥2r；
划分层级后，自组织网络所有的节点均属于各自所在的层级。
进一步根据所述分层级路由方法，步骤二中确定层级首节点，每一个层级只有一个层级首节点，该层级首节点拥有在无线自组织网络中唯一的标识，称为该层级首节点的层级首节点标识；所有的层级首节点组成主干路由网络，相邻两个层级的首节点之间建立一跳范围通信；一个层级内，层级首节点与非层级首节点之间可建立一跳范围通信；每个层级内的非层级首节点组成分支路由网络，非层级首节点进行数据通信，则必须通过层级首节点的路由转发完成；
所述分层级路由方法，应用于节点位置相对固定或者节点位置移动但安装定位系统的自组织网络中，在节点位置固定的自组织网络中，每个节点的位置、r、R已知，所有节点所属的层级已知；在节点位置移动但安装定位系统的自组织网络中，节点位置变化时，对节点所属的网络层级重新划分，每个节点所属的层级根据节点位置、r和R来确定，节点位置移动后，节点向周围节点广播自己的信息，包括位置、ID、电量，来确定层级首节点；所述层级首节点满足：
(1)若位于层级内的所有节点都是电池供电的，则选取位于层级内的电池余量最高的节点为层级首节点，若存在多个节点的电池余量最多，则在该多个节点之中选取最靠近所在层级中心的节点为层级首节点；
(2)若位于层级内的某节点直接与电力输送线相连，则选取该节点作为层级首节点，若存在多个节点直接与电力输送线相连，则在该多个节点中，选取最靠近所在层级中心的节点为层级首节点。
进一步根据所述分层级路由方法，步骤三中更新路由表，层级首节点初始路由表中包括目的节点的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识、下一跳，每个层级首节点都有该路由表，路由表的表项初始化设置为空，所述目的节点的标识即接收数据节点B的标识，所述目的节点所在层级的层级首节点的标识为接收数据节点B所在层级的层级首节点的标识；
无线自组织网络中的任一节点A要与无线自组织网络中A以外的节点B进行数据通信，节点A向节点B发送泛洪请求信令，所述泛洪请求信令包括源节点A的标识、源节点A所在层级的层级首节点标识、目的节点B的标识、目的节点B所在层级的层级首节点的标识和跳数，所述跳数初始化设置为0，所述泛洪请求信令每转发一次跳加1；节点B收到泛洪请求信令后，向节点A发送一个响应信令，该响应信令包括目的节点A的标识、目的节点A所在层级的层级首节点标识、最小跳数、跳数，跳数初始化设置为0，所述响应信令每转发一次跳数加1，节点A收到响应信令后，开始向节点B发送数据包；
发送数据节点A向接收数据节点B发送数据，具体节点A有两种情况：情况(1)发送数据节点A不是层级首节点，情况(2)发送数据节点A是层级首节点。
进一步根据所述分层级路由方法，步骤三更新路由表中所述情况(1)发送数据节点A不是层级首节点，发送数据节点A向所在层级的层级首节点H1发送一个泛洪请求信令，层级首节点H1收到泛洪请求信令后，将泛洪请求信令中的跳数加1，更新路由表，路由表包括目的节点标识为发送数据节点A的标识、目的节点所在层级的层级首节点H1的标识、下一跳为发送数据节点A标识，又分以下情况：
(1-1)发送数据节点A和接收数据节点B在一个层级内；
(1-2)发送数据节点A和接收数据节点B不在一个层级内。
进一步根据所述分层级路由方法，步骤三更新路由表中所述情况(1)发送数据节点A不是层级首节点，所述(1-1)发送数据节点A和接收数据节点B在一个层级内，若H1是接收数据节点B，则H1向发送数据节点A发送响应信令，其中跳数初始化设置为0，发送数据节点A收到响应信令，路由表更新完毕；
若H1不是接收数据节点B，则将泛洪请求信令转发给接收数据节点B，并根据泛洪请求信令更新路由表，路由表包括目的节点的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识、下一跳为接收数据节点B的标识；接收数据节点B收到泛洪请求信令后，将泛洪请求信令中的跳数加1，并给所在层级的层级首节点发送一个响应信令，其中最小跳数为泛洪请求包中跳数的最小值，跳数初始化设置为0，接收数据节点B所在层级的层级首节点收到响应信令后将跳数加1，并将响应信令发送给发送数据节点A，发送数据节点A收到响应信令，路由表更新完毕。
进一步根据所述分层级路由方法，步骤三更新路由表中所述情况(1)发送数据节点A不是层级首节点，所述(1-2)发送数据节点A和接收数据节点B不在一个层级内，则层级首节点H1根据泛洪请求信令更新路由表，并向相邻的且距离仅为一跳的6个层级首节点H2、H3、…、H7转发泛洪请求信令，下一跳为空；层级首节点H2、H3、…、H7收到泛洪请求信令后，将泛洪请求信令中的跳数加1，并判断接收数据节点B是否在自己管理的层级内：
若接收数据节点B位于与首节点H1管理的层级相邻的首节点Hv内，v＝2、3、4、5、6、7，层级首节点Hv收到泛洪请求信令后，判断自己是否为接收数据节点B，若Hv是接收数据节点B，则Hv向发送数据节点A发送响应信令，跳数初始化设置为0，发送数据节点A收到响应信令，路由表更新完毕；若Hv不是接收数据节点B，则Hv将泛洪请求信令转发给接收数据节点B，并根据泛洪请求信令更新路由表，更新路由表包括目的节点的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识、下一跳为接收数据节点B的标识，接收数据节点B收到泛洪请求信令后，将泛洪请求信令中的跳数加1，并给所在层级的层级首节点发送一个响应信令，接收数据节点B所在层级的层级首节点，收到响应信令后将跳数加1，并将响应信令发送给发送数据节点A，发送数据节点A收到响应信令，路由表更新完毕；
若接收数据节点B不在首节点Hv管理的层级内，Hv向除H1外的相邻一跳层级首节点Hj(j≠1)转发泛洪请求信令，层级首节点Hj收到泛洪请求信令后，将泛洪请求信令中的跳数加1，并判断接收数据节点B是否在自己所管理的层级内，若节点B在首节点Hj所在的层级，参照权利要求6所述方法，判断Hj是否是接收数据的节点B，执行相应操作，完成更新路由表；
若节点B不在首节点Hj所在的层级，Hj向除H2、H3、…、H7外的相邻一跳层级首节点转发泛洪请求信令，通过层级首节点向自己的邻居层级首节点之间不断的转发泛洪请求信令，从发送数据节点A的泛洪请求信令到达接收数据节点B所在层级的层级首节点Hi(i≠1、2、…、7，且i≠j)，会产生多条路由，并且跳数不同。
进一步根据所述分层级路由方法，步骤三更新路由表中所述情况(1)发送数据节点A不是层级首节点，接收数据节点B所在层级的层级首节点Hk(k≠1)，将泛洪请求信令中的跳数加1，并判断Hk是否为接收数据节点B：
若Hk是接收数据节点B，则Hk在所收到的泛洪请求信令中找出跳数最小的泛洪请求信令，根据泛洪请求信令更新路由表，路由表包括目的节点的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识为H1的标识、下一跳为发送具有最小跳数的泛洪请求信令给Hk的层级首节点；
更新后的路由表，Hk向自己上一跳层级首节点Hk1发送响应信令，Hk的上一跳层级首节点Hk1收到响应信令后，将响应信令中的跳数加1；
Hk1收到响应信令后，得到响应信令中的最小跳数与响应信令中的跳数的差值，找到一个与Hk1相邻一跳的层级首节点Hk2，Hk2收到的泛洪请求信令中跳数的最小值等于上面求得的差值，此时更新路由表，路由表包括下一跳为Hk2、目的节点的标识为发送数据节点A的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识为H1的标识，更新完成后，根据路由表信息转发响应信令；
响应信令通过层级首节点之间的不断转发，来自接收数据节点B的响应信令最终会到达H1，H1将该响应信令中的跳数加1，此时响应信令中最小跳数和跳数的差值为1，并更新路由表信息，路由表信息包括目的节点的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识为Hi的标识，然后将响应信令发送给发送数据节点A，发送数据节点A收到响应信令，路由表更新完毕；
若Hk不是接收数据节点B，Hk将泛洪请求信令发送给接收数据节点B，接收数据节点B收到泛洪请求信令后，将该信令中的跳数加1，并给Hk发送响应信令；接收数据节点B所在层级的层级首节点收到响应信令后，将该信令中的跳数加1，根据泛洪请求信令更新路由表，路由表包括目的节点的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识为H1的标识、下一跳为Hk1，更新完成后，根据路由表信息转发响应信令，最终将响应信令发送给发送数据节点A，发送数据节点A收到响应信令，路由表更新完毕。
进一步根据所述分层级路由方法，步骤三更新路由表中所述情况(2)发送数据节点A是层级首节点，定义发送数据节点A为H1，H1生成一个泛洪请求信令，并判断接收数据节点B是否在自己所管理的层级内：
若节点B在首节点H1所在的层级内，则H1将泛洪请求信令转发给接收数据节点B，并根据泛洪请求信令更新路由表，接收数据节点B收到泛洪请求信令后，将泛洪请求信令中的跳数加1，并给所在层级的层级首节点发送一个响应信令，接收数据节点B所在层级的层级首节点，收到响应信令后将跳数加1，并将响应信令发送给发送数据节点A，发送数据节点A收到响应信令，路由表更新完毕；
若节点B不在首节点H1所管理的层级内，按照所述发送数据节点A和接收数据节点B不在一个层级内方法，泛洪请求信令到达接收数据节点B，接收数据节点B的响应信令返回至发送数据节点A，完成路由表更新；
此情况下发送数据节点A是层级首节点H1，此时设置达时响应信令中最小跳数和跳数的差值为0，发送数据节点A不是层级首节点时节点A的响应信令中最小跳数和跳数的差值为1，判断发送数据节点是否为层级首节点。
进一步根据所述分层级路由方法，步骤四中层级首节点简化路由表并基于建立的路由进行数据通信，当无线自组织网络中的每个节点都发送足够多的泛洪请求信令时，对各层级首节点的路由表进行简化，将目的节点所在层级的层级首节点的标识和对应的目的节点的标识进行合并，各层级首节点的路由表只保留目的节点所在层级的层级首节点的标识和下一跳，路由建立完成；
节点A到节点B发送数据包的包头包括：源节点的标识、目的节点的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识：
若发送数据节点A为层级首节点，则在发送数据包前，查看路由表中是否存在接收数据节点B的路由信息，若存在，则将数据包转发给下一跳，数据包被依次转发，沿最优路由到达目的节点；若不存在，则按照发送数据节点A是层级首节点的方法，发送数据节点A收到响应信令后，即开始发送数据包；
若发送数据节点A不是层级首节点，则发送数据包给当前层级的层级首节点，发送数据节点A所在层级的层级首节点收到数据包后，提取数据包的包头信息，查看路由表中是否存在接收数据节点B的路由信息，若存在，则将数据包转发给下一跳，数据包被依次转发，沿最优路由到达目的节点；若不存在，则层级首节点发送一个空的回执给发送数据节点A，则按照发送数据节点A不是层级首节点的方法，发送数据节点A收到响应信令后，即开始发送数据包。
本发明的分层级路由方法的优点在于：
(1)把整个无线自组织网络，划分为一定的层级，使网络中原本无归属的所有终端，隶属于我们划定的层级之内，从而使后续路由算法的设计得到简化。
(2)利用部分终端，构建网络的骨干架构，提高了网络通信的可靠性，保证了终端之间，通信能有效进行。
(3)终端信息和路由信息，只需要储存在层级首的路由表中，提高了路由存储效率；
(4)通过本发明所述分层级方法，可以实现对无线自组织网络中所有节点的无缝、无遗漏覆盖。
附图说明
图1为本发明所述的一种应用于无线自组织网络的分层级路由方法的总流程图；
图2为本发明所述的网络分层级示意图；
图3为本发明所述的层级首节点的初始路由表结构图；
图4为本发明所述的更新路由表的流程图；
图5为本发明所述的简化路由表结构图；
图6为本发明所述的数据包的包头结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述，以使本领域技术人员能够更加清楚的理解本发明的方案，但并不因此限制本发明的保护范围。
参考图1，本发明所述一种应用于无线自组织网络的分层级路由方法，包括划分层级、确定层级首节点、初始化路由表、更新路由表、简化路由表和基于路由进行通信，具体步骤如下：
步骤一：划分层级。
参考图2中的网络分层级示意图，图中黑、白圆圈代表通信终端节点，黑色线条代表通信终端节点与通信终端节点之间的链路，每一个正六边形区域代表一个层级，层级表示若干移动终端的集合。
根据无线自组织网络的拓扑图，将无线自组织网络，划分为多个半径相同的正六边形子区域，一个区域代表一个层级。子区域半径的选取根据网络中所有节点辐射功率的有效覆盖范围确定。划分层级后，所有的节点均隶属于各自所在的层级。
步骤二：确定层级首节点。
每一个层级只有一个层级首节点，该层级首节点拥有在无线自组织网络中唯一的标识，称为该层级首节点的层级首节点标识；所有的层级首节点组成主干路由网络，相邻两个层级的首节点之间建立一跳范围通信；一个层级内，层级首节点与非层级首节点之间可建立一跳范围通信；每个层级内的非层级首节点组成分支路由网络，非层级首节点进行数据通信，则必须通过层级首节点的路由转发完成；
所述分层级路由方法，应用于节点位置相对固定或者节点位置移动但安装定位系统的自组织网络中，在节点位置固定的自组织网络中，每个节点的位置、r、R已知，所有节点所属的层级已知；在节点位置移动但安装定位系统的自组织网络中，节点位置变化时，对节点所属的网络层级重新划分，每个节点所属的层级根据节点位置、r和R来确定，节点位置移动后，节点向周围节点广播自己的信息，包括位置、ID、电量，来确定层级首节点；所述层级首节点满足：
(1)若位于层级内的所有节点都是电池供电的，则选取位于层级内的电池余量最高的节点为层级首节点，若存在多个节点的电池余量最多，则在该多个节点之中选取最靠近所在层级中心的节点为层级首节点；
(2)若位于层级内的某节点直接与电力输送线相连，则选取该节点作为层级首节点，若存在多个节点直接与电力输送线相连，则在该多个节点中，选取最靠近所在层级中心的节点为层级首节点。
参照图2，本发明所述方法的网络分层级示意图，黑色圆圈表示层级首节点，白色圆圈代表非层级首节点。
本发明所述方法中，层级首节点与非层级首节点之间可建立一跳范围通信。
步骤三：初始化路由表，并更新路由表。
参照图3中的层级首节点初始路由表结构，路由表中包括目的节点的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识、下一跳。每个层级首节点都配备了该路由表，将路由表的表项初始化设置为空。
若无线自组织网络中的任一节点A要与无线自组织网络中A以外的某一节点B进行数据通信。首先需要节点A向节点B发送泛洪请求信令，泛洪请求信令包括源节点A的标识、源节点A所在层级的层级首节点标识、目的节点B的标识、目的节点B所在层级的层级首节点的标识和跳数，跳数初始化设置为0。节点B收到泛洪请求信令后，向节点A发送一个响应信令，该响应信令包括目的节点A的标识、目的节点A所在层级的层级首节点标识、最小跳数、跳数，跳数初始化设置为0。节点A收到响应信令后，开始向节点B发送数据包。参照图4，更新路由表的流程，判断节点A是否为层级首节点，具体如下：
情况(1)：若发送数据节点A不是层级首节点。
发送数据节点A向所在层级的层级首节点H1发送一个泛洪请求信令，层级首节点H1收到泛洪请求信令后，首先将泛洪请求信令中的跳数加1。更新路由表，路由表包括目的节点标识为发送数据节点A的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识为H1的标识、下一跳为发送数据节点A标识。层级首节点H1判断接收数据节点B是否和发送数据节点A在一个层级内：
(1-1)若发送数据节点A和接收数据节点B在一个层级内，则层级首节点H1判断自己是否为接收数据节点B：
若H1是接收数据节点B，则H1向发送数据节点A发送响应信令，发送数据节点A收到响应信令，路由表更新完毕。
若H1不是接收数据节点B，则将泛洪请求信令转发给接收数据节点B，并根据泛洪请求信令更新路由表，路由表包括目的节点的标识为接收数据节点B的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识、下一跳为接收数据节点B的标识。接收数据节点B收到泛洪请求信令后，将泛洪请求信令中的跳数加1，并给所在层级的层级首节点发送一个响应信令，接收数据节点B所在层级的层级首节点收到响应信令后将跳数加1，并将响应信令发送给发送数据节点A。发送数据节点A收到响应信令，路由表更新完毕。
(1-2)若发送数据节点A和接收数据节点B不在一个层级内，则层级首节点H1根据泛洪请求信令更新路由表，并向相邻的且距离仅为一跳的6个层级首节点H2、H3、…、H7转发泛洪请求信令。层级首节点H2、H3、…、H7收到泛洪请求信令后，将泛洪请求信令中的跳数加1，并判断接收数据节点B是否在自己管理的层级内：
若接收数据节点B位于与H1管理的层级相邻一跳的管理的层级内的H2、H3、…、H7中，此处以H2为例，层级首节点H2收到泛洪请求信令后，判断自己是否为接收数据节点B，若H2是接收数据节点B，则H2向发送数据节点A发送响应信令，发送数据节点A收到响应信令，路由表更新完毕；若H2不是接收数据节点B，则H2将泛洪请求信令转发给接收数据节点B，并根据泛洪请求信令更新路由表，路由表包括目的节点的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识、下一跳为接收数据节点B的标识，接收数据节点B收到泛洪请求信令后，将泛洪请求信令中的跳数加1，并给所在层级的层级首节点发送一个响应信令，接收数据节点B所在层级的层级首节点收到响应信令后跳数加1，并将响应信令发送给发送数据节点A，发送数据节点A收到响应信令，路由表更新完毕。
(1-3)若接收数据节点B不在首节点H2、H3、…、H7所在的层级内，首节点H2、H3、…、H7向除H1外的相邻一跳层级首节点Hj(j≠1)转发泛洪请求信令，层级首节点Hj收到泛洪请求信令后，将泛洪请求信令中的跳数加1，并判断接收数据节点B是否在自己所管理的层级内。若节点B在首节点Hj所在的层级，参照(1-1)分Hj是否是B执行相应操作；若节点B不在首节点Hj所在的层级，Hj向除H2、H3、…、H7外的相邻一跳层级首节点转发泛洪请求信令。通过层级首节点之间的不断转发，从发送数据节点A的泛洪请求信令到达接收数据节点B所在层级的层级首节点Hi(i≠1、2、…、7，且i≠j)，会产生多条路由，并且跳数不同。
(1-4)接收数据节点B的所在层级的层级首节点Hk(k≠1)，将泛洪请求信令中的跳数加1，并判断自己是否为接收数据节点B。
若Hk是接收数据节点B，则Hk在所收到的泛洪请求信令中找出跳数最小的泛洪请求信令。根据泛洪请求信令更新路由表，路由表包括目的节点的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识，下一跳为发送具有最小跳数的泛洪请求信令给Hk的层级首节点。路由表更新后，Hk向自己上一跳层级首节点Hk1发送响应信令，Hk的上一跳层级首节点Hk1收到响应信令后，将响应信令中的跳数加1。Hk1收到响应信令后，得到响应信令中的最小跳数与响应信令中的跳数的差值，找到一个与Hk1相邻一跳的层级首节点Hk2，Hk2收到的泛洪请求信令中跳数的最小值等于上面求得的差值，此时更新路由表，包括下一跳为Hk2、目的节点的标识为发送数据节点A的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识为H1的标识。更新完成后，根据上述路由表信息转发响应信令。
通过这种层级首节点之间的不断转发，来自接收数据节点B的响应信令最终会到达H1。H1将该响应信令中的跳数加1，此时响应信令中最小跳数和跳数的差值为1。并更新路由表，路由表包括目的节点的标识为接收数据节点B的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识为Hi的标识、下一跳为发送响应信令给H1的层级首节点，然后将响应信令发送给发送数据节点A。发送数据节点A收到响应信令，路由表更新完毕。
若Hk不是接收数据节点B，Hk将泛洪请求信令发送给接收数据节点B。接收数据节点B收到泛洪请求信令后，将该信令中的跳数加1，并给Hk发送响应信令。接收数据节点B所在层级的层级首节点收到响应信令后，将该信令中的跳数加1。根据泛洪请求信令更新路由表，路由表包括目的节点的标识为发送数据节点A的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识为H1的标识、下一跳为Hk1，路由表更新完成后，根据路由表信息转发响应信令。最终将响应信令发送给发送数据节点A，发送数据节点A收到响应信令，路由表更新完毕。
情况(2)：若发送数据节点A是层级首节点，就定义发送数据节点A为H1。H1生成一个泛洪请求信令，判断接收数据节点B是否在自己所管理的层级内：
若节点B在首节点H1所在的层级内，则H1将泛洪请求信令转发给接收数据节点B，并根据泛洪请求信令更新路由表，路由表包括目的节点的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识、下一跳为接收数据节点B的标识。接收数据节点B收到泛洪请求信令后，将泛洪请求信令中的跳数加1，并给所在层级的层级首节点发送一个响应信令。接收数据节点B所在层级的层级首节点，收到响应信令后将跳数加1，并将响应信令发送给发送数据节点A，发送数据节点A收到响应信令，路由表更新完毕。
若节点B不在首节点H1所在的层级内，按照(1-2)、(1-3)和(1-4)的顺序，泛洪请求信令到达数据节点B，B的响应信令返回至A，路由表更新完毕。
发送数据节点A是层级首节点H1，此时设置达时响应信令中最小跳数和跳数的差值为0，发送数据节点A不是层级首节点时节点A的响应信令中最小跳数和跳数的差值为1，判断发送数据节点是否为层级首节点。
步骤四：层级首节点简化路由表并基于建立的路由进行数据通信。
当无线自组织网络中的每个节点都发送足够多的泛洪请求信令时，如图5所示，对各层级首节点的路由表进行简化，将目的节点所在层级的层级首节点的标识和对应的目的节点的标识进行合并，各层级首节点的路由表只保留目的节点所在层级的层级首节点的标识和下一跳，路由建立完成。
参照图6中数据包的包头，包头包括源节点的标识、目的节点的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识。
(1)若发送数据节点A为层级首节点，则在发送数据包前，查看路由表中是否存在接收数据节点B的路由信息。若路由表存在节点B的路由信息，则将数据包转发给下一跳。数据包被依次转发，沿最优路由到达目的节点；若路由表不存在节点B的路由信息，则进行步骤三中情况(2)，发送数据节点A收到响应信令后，即开始发送数据包。
(2)若发送数据节点A不是层级首节点，则发送数据包给当前层级的层级首节点。发送数据节点A所在层级的层级首节点收到数据包后，提取数据包的包头信息，查看路由表中是否存在接收数据节点B的路由信息。若路由表存在节点B的路由信息，则将数据包转发给下一跳。数据包被依次转发，沿最优路由到达目的节点；若路由表不存在节点B的路由信息，则层级首节点发送一个空的回执给发送数据节点A。发送数据节点A进行步骤三中情况(1)，发送数据节点A收到响应信令后，即开始发送数据包。
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴，本发明具体的保护范围以权利要求书的记载为准。

Claims (10)

1.一种应用于无线自组织网络的分层级路由方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：自组织网络节点划分层级；
步骤二：确定层级首节点；
步骤三：更新路由表；
步骤四：简化路由表并基于路由进行通信。
2.根据权利要求1所述分层级路由方法，其特征在于，步骤一中自组织网络节点划分层级，在所有自组织网络节点部署区域划分多个半径r相同的正六边形，每个正六边形区域为一个层级，层级表示若干移动终端的集合，每个区域半径的选取根据网络中所有节点辐射功率的有效覆盖半径R确定，R≥2r；
划分层级后，自组织网络所有的节点均属于各自所在的层级。
3.根据权利要求1或2所述分层级路由方法，其特征在于，步骤二中确定层级首节点，每一个层级只有一个层级首节点，该层级首节点拥有在无线自组织网络中唯一的标识，称为该层级首节点的层级首节点标识；所有的层级首节点组成主干路由网络，相邻两个层级的首节点之间建立一跳范围通信；一个层级内，层级首节点与非层级首节点之间可建立一跳范围通信；每个层级内的非层级首节点组成分支路由网络，非层级首节点进行数据通信，则必须通过层级首节点的路由转发完成；
所述分层级路由方法，应用于节点位置相对固定或者节点位置移动但安装定位系统的自组织网络中，在节点位置固定的自组织网络中，每个节点的位置、r、R已知，所有节点所属的层级已知；在节点位置移动但安装定位系统的自组织网络中，节点位置变化时，对节点所属的网络层级重新划分，每个节点所属的层级根据节点位置、r和R来确定，节点位置移动后，节点向周围节点广播自己的信息，包括位置、ID、电量，来确定层级首节点；所述层级首节点满足：
(1)若位于层级内的所有节点都是电池供电的，则选取位于层级内的电池余量最高的节点为层级首节点，若存在多个节点的电池余量最多，则在该多个节点之中选取最靠近所在层级中心的节点为层级首节点；
(2)若位于层级内的某节点直接与电力输送线相连，则选取该节点作为层级首节点，若存在多个节点直接与电力输送线相连，则在该多个节点中，选取最靠近所在层级中心的节点为层级首节点。
4.根据权利要求1-3任一项所述分层级路由方法，其特征在于，步骤三中更新路由表，层级首节点初始路由表中包括目的节点的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识、下一跳，每个层级首节点都有该路由表，路由表的表项初始化设置为空，所述目的节点的标识即接收数据节点B的标识，所述目的节点所在层级的层级首节点的标识为接收数据节点B所在层级的层级首节点的标识；
无线自组织网络中的任一节点A要与无线自组织网络中A以外的节点B进行数据通信，节点A向节点B发送泛洪请求信令，所述泛洪请求信令包括源节点A的标识、源节点A所在层级的层级首节点标识、目的节点B的标识、目的节点B所在层级的层级首节点的标识、跳数，所述跳数初始化设置为0，所述泛洪请求信令每转发一次跳加1；节点B收到泛洪请求信令后，向节点A发送一个响应信令，该响应信令包括目的节点A的标识、目的节点A所在层级的层级首节点标识、最小跳数、跳数，跳数初始化设置为0，所述响应信令每转发一次跳数加1，节点A收到响应信令后，开始向节点B发送数据包；
发送数据节点A向接收数据节点B发送数据，具体节点A有两种情况：情况(1)发送数据节点A不是层级首节点，情况(2)发送数据节点A是层级首节点。
5.根据权利要求1-4任一项所述分层级路由方法，其特征在于，步骤三更新路由表中所述情况(1)发送数据节点A不是层级首节点，发送数据节点A向所在层级的层级首节点H1发送一个泛洪请求信令，层级首节点H1收到泛洪请求信令后，将泛洪请求信令中的跳数加1，更新路由表，路由表包括目的节点标识为发送数据节点A的标识、目的节点所在层级的层级首节点H1的标识、下一跳为发送数据节点A标识，又分以下情况：
(1-1)发送数据节点A和接收数据节点B在一个层级内；
(1-2)发送数据节点A和接收数据节点B不在一个层级内。
6.根据权利要求1-5任一项所述分层级路由方法，其特征在于，步骤三更新路由表中所述情况(1)发送数据节点A不是层级首节点，所述(1-1)发送数据节点A和接收数据节点B在一个层级内，若H1是接收数据节点B，则H1向发送数据节点A发送响应信令，其中跳数初始化设置为0，发送数据节点A收到响应信令，路由表更新完毕；
若H1不是接收数据节点B，则将泛洪请求信令转发给接收数据节点B，并根据泛洪请求信令更新路由表，路由表包括目的节点的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识、下一跳为接收数据节点B的标识；接收数据节点B收到泛洪请求信令后，将泛洪请求信令中的跳数加1，并给所在层级的层级首节点发送一个响应信令，其中最小跳数为泛洪请求包中跳数的最小值，跳数初始化设置为0，接收数据节点B所在层级的层级首节点收到响应信令后将跳数加1，并将响应信令发送给发送数据节点A，发送数据节点A收到响应信令，路由表更新完毕。
7.根据权利要求1-6任一项所述分层级路由方法，其特征在于，步骤三更新路由表中所述情况(1)发送数据节点A不是层级首节点，所述(1-2)发送数据节点A和接收数据节点B不在一个层级内，则层级首节点H1根据泛洪请求信令更新路由表，并向相邻的且距离仅为一跳的6个层级首节点H2、H3、…、H7转发泛洪请求信令，下一跳为空；层级首节点H2、H3、…、H7收到泛洪请求信令后，将泛洪请求信令中的跳数加1，并判断接收数据节点B是否在自己管理的层级内：
若接收数据节点B位于与首节点H1管理的层级相邻的首节点Hv内，v＝2、3、4、5、6、7，层级首节点Hv收到泛洪请求信令后，判断自己是否为接收数据节点B，若Hv是接收数据节点B，则Hv向发送数据节点A发送响应信令，跳数初始化设置为0，发送数据节点A收到响应信令，路由表更新完毕；若Hv不是接收数据节点B，则Hv将泛洪请求信令转发给接收数据节点B，并根据泛洪请求信令更新路由表，更新路由表包括目的节点的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识、下一跳为接收数据节点B的标识，接收数据节点B收到泛洪请求信令后将泛洪请求信令中的跳数加1，并给所在层级的层级首节点发送一个响应信令，接收数据节点B所在层级的层级首节点，收到响应信令后将跳数加1，并将响应信令发送给发送数据节点A，发送数据节点A收到响应信令，路由表更新完毕；
若接收数据节点B不在首节点Hv管理的层级内，Hv向除H1外的相邻一跳层级首节点Hj(j≠1)转发泛洪请求信令，层级首节点Hj收到泛洪请求信令后，将泛洪请求信令中的跳数加1，并判断接收数据节点B是否在自己所管理的层级内，若节点B在首节点Hj所在的层级，参照权利要求6所述方法，判断Hj是否是接收数据的节点B，执行相应操作，完成更新路由表；
若节点B不在首节点Hj所在的层级，Hj向除H2、H3、…、H7外的相邻一跳层级首节点转发泛洪请求信令，通过层级首节点向自己的邻居层级首节点之间不断的转发泛洪请求信令，从发送数据节点A的泛洪请求信令到达接收数据节点B所在层级的层级首节点Hi(i≠1、2、…、7，且i≠j)，会产生多条路由，并且跳数不同，选择跳数小的一条路由。
8.根据权利要求1-7任一项所述分层级路由方法，其特征在于，步骤三更新路由表中所述情况(1)发送数据节点A不是层级首节点，接收数据节点B所在层级的层级首节点Hk(k≠1)，将泛洪请求信令中的跳数加1，并判断Hk是否为接收数据节点B：
若Hk是接收数据节点B，则Hk在所收到的泛洪请求信令中找出跳数最小的泛洪请求信令，根据泛洪请求信令更新路由表，路由表包括目的节点的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识为H1的标识、下一跳为发送具有最小跳数的泛洪请求信令给Hk的层级首节点；
更新后的路由表，Hk向自己上一跳层级首节点Hk1发送响应信令，Hk的上一跳层级首节点Hk1收到响应信令后，将响应信令中的跳数加1；
Hk1收到响应信令后，得到响应信令中的最小跳数与响应信令中的跳数的差值，找到一个与Hk1相邻一跳的层级首节点Hk2，Hk2收到的泛洪请求信令中跳数的最小值等于上面求得的差值，此时更新路由表，路由表包括下一跳为Hk2、目的节点的标识为发送数据节点A的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识为H1的标识，更新完成后，根据路由表信息转发响应信令；
响应信令通过层级首节点之间的不断转发，来自接收数据节点B的响应信令最终会到达H1，H1将该响应信令中的跳数加1，此时响应信令中最小跳数和跳数的差值为1，并更新路由表信息，路由表信息包括目的节点的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识为Hi的标识，然后将响应信令发送给发送数据节点A，发送数据节点A收到响应信令，路由表更新完毕；
若Hk不是接收数据节点B，Hk将泛洪请求信令发送给接收数据节点B，接收数据节点B收到泛洪请求信令后，将该信令中的跳数加1，并给Hk发送响应信令；接收数据节点B所在层级的层级首节点收到响应信令后，将该信令中的跳数加1，根据泛洪请求信令更新路由表，路由表包括目的节点的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识为H1的标识、下一跳为Hk1，更新完成后，根据路由表信息转发响应信令，最终将响应信令发送给发送数据节点A，发送数据节点A收到响应信令，路由表更新完毕。
9.根据权利要求1-8任一项所述分层级路由方法，其特征在于，步骤三更新路由表中所述情况(2)发送数据节点A是层级首节点，定义发送数据节点A为H1，H1生成一个泛洪请求信令，并判断接收数据节点B是否在自己所管理的层级内：
若节点B在首节点H1所在的层级内，则H1将泛洪请求信令转发给接收数据节点B，并根据泛洪请求信令更新路由表，接收数据节点B收到泛洪请求信令后，将泛洪请求信令中的跳数加1，并给所在层级的层级首节点发送一个响应信令，接收数据节点B所在层级的层级首节点，收到响应信令后将跳数加1，并将响应信令发送给发送数据节点A，发送数据节点A收到响应信令，路由表更新完毕；
若节点B不在首节点H1所管理的层级内，按照所述发送数据节点A和接收数据节点B不在一个层级内方法，泛洪请求信令到达接收数据节点B，接收数据节点B的响应信令返回至发送数据节点A，完成路由表更新；
发送数据节点A是层级首节点H1，此时设置达时响应信令中最小跳数和跳数的差值为0，发送数据节点A不是层级首节点时节点A的响应信令中最小跳数和跳数的差值为1，判断发送数据节点是否为层级首节点。
10.根据权利要求1-9任一项所述分层级路由方法，其特征在于，步骤四中层级首节点简化路由表并基于建立的路由进行数据通信，当无线自组织网络中的每个节点都发送足够多的泛洪请求信令时，对各层级首节点的路由表进行简化，将目的节点所在层级的层级首节点的标识和对应的目的节点的标识进行合并，各层级首节点的路由表只保留目的节点所在层级的层级首节点的标识和下一跳，路由建立完成；
节点A到节点B发送数据包的包头包括：源节点的标识、目的节点的标识、目的节点所在层级的层级首节点的标识：
若发送数据节点A为层级首节点，则在发送数据包前，查看路由表中是否存在接收数据节点B的路由信息，若存在，则将数据包转发给下一跳，数据包被依次转发，沿最优路由到达目的节点；若不存在，则按照发送数据节点A是层级首节点的方法，发送数据节点A收到响应信令后，即开始发送数据包；
若发送数据节点A不是层级首节点，则发送数据包给当前层级的层级首节点，发送数据节点A所在层级的层级首节点收到数据包后，提取数据包的包头信息，查看路由表中是否存在接收数据节点B的路由信息，若存在，则将数据包转发给下一跳，数据包被依次转发，沿最优路由到达目的节点；若不存在，则层级首节点发送一个空的回执给发送数据节点A，则按照发送数据节点A不是层级首节点的方法，发送数据节点A收到响应信令后，即开始发送数据包。
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