CN108092899B - Manet环境下基于命名数据网络的路由策略更新方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MANET环境下基于命名数据网络的路由策略更新方法，包括：移动节点检测到自身由第一节点向第二节点移动时，判断第一节点或第二节点是否收到移动节点发出的位置更新兴趣包，若第一节点收到位置更新信息后，如果直接与第二节点相连，则直接更新自身FIB信息，否则将此信息转发邻接节点，并将该条FIB的对应条目参数设为待决。若第二节点收到该信息后，若直接与第一节点相连，则不动作，否则第二节点通知其邻接节点，如其中某一邻接节点存在匹配的待决条目，则更新FIB，否则邻接节点继续广播寻找。通过本发明的技术方案，提升了兴趣包响应率，降低了获取数据包的延时，进而有效减少了由于节点移动导致的服务中断情况，并提高了网络性能。

Description

MANET环境下基于命名数据网络的路由策略更新方法

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种MANET环境下基于命名数据网络的路由策略更新方法。

背景技术

现有技术中，MANET为Mobile Ad hoc network的简称，Ad hoc网络是一种自组织网络，分为固定节点和移动节点两种。MANET特指节点具有移动性的Ad hoc网络。MANET是由无线移动节点组成、多跳、临时、自组织的新型网络。与传统无线网络不同，MANET不需要依赖固定通信网络基础设施而能够迅速使用，用户在分享数据时也不需要支付费用。网络中的节点能够动态地、随意地、频繁地进入和离开网络，而且不会破坏网络中其它节点的通信。它们既作为终端处理数据，又作为路由器转发其它节点的数据，使得整个网络能够进行无线通信。

MANET网络中，手持移动设备的节点往往处于移动状态。NDN命名链路状态路由协议(NLSR)采用定期更新机制。当有节点进入、离开时，相连的NDN节点不仅应该更新自身的链路状态数据库，还应主动通知邻居节点，将变化扩散给周围节点。然而，现有的命名链路状态路由协议只有当同步周期到来时，才会被邻居节点发现。这种机制不适合解决内容源移动的问题。

家乡实体方案在每次移动节点切换之后，用户都需要绕到家乡实体处，由家乡实体代替用户向移动节点请求内容。这种方式造成了不必要的绕路，无疑增加无谓的网络流量，并且会增大请求响应的往返延时除此之外，当大量节点同时访问家乡实体时还有可能会导致网络堵塞。

发明内容

针对上述问题中的至少之一，本发明提供了一种MANET环境下基于命名数据网络的路由策略更新方法，通过对数据命名结构的改进和路由策略的更新，更好的适应手持移动设备的信息生产者作为移动节点处于移动的状况，使得FIB不再只依赖于命名链路状态路由协议定期更新，而是根据移动节点接入不同的节点做出与之相适应的调整，从而提升了兴趣包响应率，降低了获取数据包的延时，进而有效减少了由于节点移动导致的服务中断情况，并提高了网络性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种MANET环境下基于命名数据网络的路由策略更新方法，包括：步骤一，检测到移动节点由第一节点向第二节点移动时，判断所述第一节点或第二节点是否收到所述移动节点发出的兴趣包，若所述第一节点收到所述兴趣包则执行步骤二，若所述第二节点收到所述兴趣包则执行步骤三；步骤二：步骤S21，判断所述兴趣包的NLSR(Named-data Link State Routing Protocol，命名数据链路状态路由协议)版本是否与所述第一节点的FIB信息一致；步骤S22，若判定为一致，则判断所述第一节点是否与所述第二节点直接相连，执行步骤S23；若判定不一致，则程序终止；步骤S23，若判定相连，则根据所述兴趣包的NLSR版本更新所述第一节点的FIB信息并终止程序，若判定不相连，则将所述兴趣包广播发送至所述第一节点的邻接节点，执行步骤S24；步骤S24，判断所述兴趣包的NLSR版本是否与所述第一节点的邻接节点的FIB信息一致，执行步骤S25；步骤S25，若判定所述NLSR版本与一邻接节点的FIB信息一致，则将该邻接节点的FIB条目中的对应参数修改为待决状态，若判定不一致则终止程序；步骤三：步骤S31，判断所述兴趣包的NLSR版本是否与所述第二节点的FIB信息一致；步骤S32，若判定一致，且所述第二节点与所述第一节点不相连，则将所述兴趣包广播发送至所述第二节点的邻接节点，执行步骤S33，若所述NLSR版本与所述第二节点的FIB信息不一致或所述第二节点与所述第一节点相连则终止程序；步骤S33，判断所述兴趣包的NLSR版本是否与所述第二节点的邻接节点的FIB信息一致；步骤S34，若判定所述NLSR版本与一邻接节点的FIB信息一致，则判断该邻接节点的FIB中是否存在待决条目，执行步骤S35，若判定不一致则终止程序；步骤S35，若该邻接节点的FIB中存在待决条目，则更新所述FIB信息并终止程序，否则计算下次同步剩余时间和平均延迟时间；步骤S36，若所述下次同步剩余时间与所述平均延迟时间的差值满足预设的阈值范围，则转至步骤S32循环向邻接节点广播发送所述兴趣包，否则终止程序。

在上述技术方案中，优选地，步骤S35中所述计算下次同步剩余时间和平均延迟时间的具体过程包括：根据所述兴趣包的NLSR版本、NLSR同步周期和当前时间，计算距离下次更新链路状态数据库的下次同步剩余时间；根据所述兴趣包的已经历时间和已经历跳数，计算出所述兴趣包传输的平均延迟时间；其中，所述兴趣包中包括三个字段，分别用于统计所述兴趣包的已经历时间、已经历跳数和NLSR版本。

在上述技术方案中，优选地，所述FIB为一更新转发表，所述FIB中包括至少三个条目，所述三个条目中分别包括用于记录数据名称的前缀字段、记录待决状态的字段和记录NLSR版本的字段。

在上述技术方案中，优选地，步骤S25中所述邻接节点的处于待决状态的FIB条目在NLSR同步周期到来时取消待决状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过对数据命名结构的改进和路由策略的更新，更好的适应手持移动设备的信息生产者作为移动节点处于移动的状况，使得FIB不再只依赖于命名链路状态路由协议定期更新，而是根据移动节点接入不同的节点做出与之相适应的调整，从而提升了兴趣包响应率，降低了获取数据包的延时，进而有效减少了由于节点移动导致的服务中断情况，并提高了网络性能。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的MANET环境下基于命名数据网络的路由策略更新方法的流程示意图；

图2为本发明一种实施例公开的第一节点的算法流程示意图；

图3为本发明一种实施例公开的第二节点的算法流程示意图；

图4为本发明一种实施例公开的模拟实验的响应率对比示意图；

图5为本发明一种实施例公开的模拟实验的延时对比示意图。

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1至图3所示，根据本发明提供的一种MANET环境下基于命名数据网络的路由策略更新方法，包括：步骤一，检测到移动节点由第一节点向第二节点移动时，判断第一节点或第二节点是否收到移动节点发出的兴趣包，若第一节点收到兴趣包则执行步骤二，若第二节点收到兴趣包则执行步骤三；步骤二：步骤S21，判断兴趣包的NLSR版本是否与第一节点的FIB信息一致；步骤S22，若判定为一致，则判断第一节点是否与第二节点直接相连，执行步骤S23；若判定不一致，则程序终止；步骤S23，若判定相连，则根据兴趣包的NLSR版本更新第一节点的FIB信息并终止程序，若判定不相连，则将兴趣包广播发送至第一节点的邻接节点，执行步骤S24；步骤S24，判断兴趣包的NLSR版本是否与第一节点的邻接节点的FIB信息一致，执行步骤S25；步骤S25，若判定NLSR版本与一邻接节点的FIB信息一致，则将该邻接节点的FIB条目中的对应参数修改为待决状态，若判定不一致则终止程序；步骤三：步骤S31，判断兴趣包的NLSR版本是否与第二节点的FIB信息一致；步骤S32，若判定一致，且第二节点与第一节点不相连，则将兴趣包广播发送至第二节点的邻接节点，执行步骤S33，若NLSR版本与第二节点的FIB信息不一致或第二节点与第一节点相连则终止程序；步骤S33，判断兴趣包的NLSR版本是否与第二节点的邻接节点的FIB信息一致；步骤S34，若判定NLSR版本与一邻接节点的FIB信息一致，则判断该邻接节点的FIB中是否存在待决条目，执行步骤S35，若判定不一致则终止程序；步骤S35，若该邻接节点的FIB中存在待决条目，则更新FIB信息并终止程序，否则计算下次同步剩余时间和平均延迟时间；步骤S36，若下次同步剩余时间与平均延迟时间的差值满足预设的阈值范围，则转至步骤S32循环向邻接节点广播发送兴趣包，否则终止程序。

在上述实施例中，优选地，步骤S35中计算下次同步剩余时间和平均延迟时间的具体过程包括：根据兴趣包的NLSR版本、NLSR同步周期和当前时间，计算距离下次更新链路状态数据库的下次同步剩余时间；根据兴趣包的已经历时间和已经历跳数，计算出兴趣包传输的平均延迟时间；其中，兴趣包中包括三个字段，分别用于统计兴趣包的已经历时间、已经历跳数和NLSR版本。

在上述实施例中，优选地，FIB为一更新转发表，FIB中包括至少三个条目，三个条目中分别包括用于记录数据名称的前缀字段、记录待决状态的字段和记录NLSR版本的字段。

在上述实施例中，优选地，步骤S25中邻接节点的处于待决状态的FIB条目在NLSR同步周期到来时取消待决状态。

在该实施例中，将NDN机制引入到无线自组网中组成M-NDN网络，其目标是为了在移动设备间构建一个自组织的、部署方便、费用低廉、结构开放的车辆间通信网络，提供无中心、自组织、支持多跳转发的数据传输能力，以实现文字传输、语音交流、视频通话、数据分享和Internet接入服务等应用。

NDN网络是一种全新的以内容和信息为中心的网络体系。从根本上改变了IP数据包的封装结构和寻址方式，且IP地址不再作为标识，而是将内容名字作为识别内容数据包的唯一标识。在这个过程中，路由转发和请求只关注数据本身，而非储存数据的节点信息。这种不依赖IP地址的数据传输机制特别适合移动互联网场景。而NDN路由节点缓存能够充分利用网络资源，便于提升网络转发效率。因此，图像分享系统通过在MANET中引入NDN机制，图像的传输效率和服务质量将获得显著提升，避免了因服务器信息集中而出现服务器瘫痪或者网络阻塞的发生。基于以上特点，在MANET中，NDN相对于传统的IP网络具有很大的优势。

将NDN机制应用到无线自组网(MANET)中来实现数据文件传输的功能，即在无线自组网(MANET)中，将每一个移动设备看作无线自组网中的一个网络节点，移动设备之间可以通过NDN的机制实现图像的传输共享。

家乡实体即HR来记录移动节点的当前位置，每次移动节点连接到新的AP时都需要到HR处更新自己的当前位置。本发明借鉴该思路对应用在移动自组网环境中的NDN常规转发算法进行改进，目的就是减少由于节点移动导致的服务中断，提高网络性能。

发布数据的节点可能随时处于移动状态。比如，当发布数据的移动节点为了满足各种需求从第一节点移动到第二节点时，如果NDN命名链路状态路由协议同步周期尚未到来，网络中其它节点的更新转发表(forwarding information base，FIB)无法得到更新。根据现有的NDN机制，用户发送的请求将沿着原来的路径转发到原先的第一节点。由于移动节点与第一节点连接已断开，会导致服务中断，用户的请求将无法获得响应。此过程往往伴随着第一节点的信号强度逐渐减弱而第二节点的信号强度逐渐增强。当移动节点开始与第二节点建立连接时，将正在传输的数据和即将建立连接节点的身份信息分别通知第一节点、第二节点。第一节点收到该信息后，如果直接与第二节点相连，则直接更新自身FIB信息，否则将此信息转发邻接节点，并将该条FIB中匹配的条目参数设为待决。第二节点收到该信息后，如果直接与第一节点相连，则不做任何操作，否则第二节点通知其邻接节点，如其中某一节点存在匹配的待决条目，则更新FIB对应的接口列表。如不存在匹配的待决条目，则邻接节点继续广播寻找。一旦待决条目确定，即某一接口收到请求后，将沿着正确的路径将兴趣包转发给第二节点。

NDN网络是以内容为中心的网络，不同于现行的IP网络，NDN将其内容名字作为识别内容数据包的唯一标识。为了实现命名数据在全网内可靠获取，对命名结构采用层次结构，将数据的名字分为不同的几个部分，每个部分的长度不固定。具体地，命名结构包括：服务域名、服务内容和请求内容，请求内容又分为内容名字和内容版本。第一部分服务域名即协议名，表示该数据应用于什么网络，采用的是什么协议，本发明中定义为M-NDN；第二部分为服务内容，包含文字、语音和视频等类别，第三部分请求内容中，请求数据的名字又分为数据名、版本号和片段号。例如，以一视频文件为例，视频文件名字可以如下所示：

/M-NDN/videos/lotr.avi/_v<timestamp>_s6。

在命名链路状态路由协议同步周期到来之前，通过广播的方式寻找待决的FIB条目。因此，我们需要在原有兴趣包结构的基础上进行扩展，增加字段来存储相关的时间信息，同时在PIT表项中也要做相应的设置。具体地，在兴趣包中(interest packet)增加三个字段用来统计兴趣包已经历的时间(Elapsed Time)、已经历的跳数(Network Hops)和NLSR版本(NLSR Version)，在FIB表中相应的也要增加一个字段用来确定当前NLSR版本。在下列表1、表2中分别具体展示改进后的兴趣包和FIB的数据结构。

表1 扩展兴趣包结构

Name
	Selectors(older preference，publisher filter…)
Guiders(scope，interest lifetime)
	Nonce
Elapsed Time
	Network Hops
NLSR Version

表2 FIB表结构改进

Prefix	Face list	NLSR Current Version
			/M-NDN/videos/lotr.avi	0,1	56

在该实施例中，当信息生产者处于移动状态时，信息生产者即将离开的节点和正在接入的节点同时发布公告，告知正在传输的数据和正在接入的节点。其中，即将离开的节点即为第一节点，正在接入的节点即为第二节点，以下分别对两个节点的处理流程进行具体描述：

1)即将离开节点的处理流程

当即将离开的节点收到某个兴趣请求包时，首先取出兴趣包计数器中的NLSRVersion值进行判断，如果NLSR版本与FIB中记录一致，则查找自身是否与正在接入的节点直接连接，否则终止程序，不做任何操作。

如果两者直接连接，则根据收到的兴趣包，更新对应的FIB信息，否则，将该兴趣包转发给邻接节点。邻接节点首先取出兴趣包计数器中的NLSR Version值进行判断，如果NLSR版本与FIB中记录一致，则检查自身的FIB，若存在与传输对应的FIB条目，则将FaceList修改为待决状态。直至NLSR同步周期到来时，取消全部待决状态。

2)正在接入节点的处理流程

当正在接入的节点收到该信息后，首先取出兴趣包计数器中的NLSR Version值进行判断，如果NLSR版本与FIB中记录不一致或者自身与即将离开的节点直接连接，则终止程序，不做任何操作，否则第二节点通知其邻接节点，邻接节点首先取出兴趣包计数器中的NLSR Version值进行判断，如记录一致且其中某一邻接节点恰存在待决条目，则更新相应的FIB信息，否则根据NLSR版本和当前时间计算距离NLSR下次同步剩余时间，并根据已经历的时间(Elapsed Time)和已经历的跳数(Network Hops)计算出平均延迟时间。如果下次同步剩余时间减去平均延迟时间的差值仍满足阈值范围，则所有邻接节点继续广播寻找，并重复此过程。

为了分析上述实施例中提出的MANET环境下基于命名数据网络的路由策略更新方法是否达到改进预期，接下来选择ndnSIM作为实验平台进行实验模拟，针对几个指标统计实验结果，然后对实验结果进行分析。实验参数设置具体如下表3：

表3 实验参数设置表

实验中以改进前常规路由策略更新方法和改进后的路由策略更新方法作为对比，不同移动速率情况下兴趣包的响应率和请求延时结果分别如图4、图5所示。

图4表示的是不同速率下的响应率。由图可知，随着发布数据的移动节点速率的增加，无论是常规算法还是改进的算法，响应率都会逐渐降低。但改进的算法响应率降低幅度明显低于常规的算法。说明改进后网络中能够获得相应的兴趣包更多，从而有效的减少了由于节点移动导致的服务中断。

由图5可以看出，随着发布数据的移动节点速率的增加，无论是常规算法还是改进的算法，延时都会逐渐增加。然而，相同移动速率下改进速率的延时明显低于常规算法，发布兴趣包后能更快的获得所需要的数据包，从而有效的提高了网络性能。这也完全符合算法改进的预期。

以上所述为本发明的实施方式，根据本发明提出的MANET环境下基于命名数据网络的路由策略更新方法，通过对数据命名结构的改进和路由策略的更新，更好的适应手持移动设备的信息生产者作为移动节点处于移动的状况，使得FIB不再只依赖于命名链路状态路由协议定期更新，而是根据移动节点接入不同的节点做出与之相适应的调整，从而提升了兴趣包响应率，降低了获取数据包的延时，进而有效减少了由于节点移动导致的服务中断情况，并提高了网络性能。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (4)

1.一种MANET环境下基于命名数据网络的路由策略更新方法，其特征在于，包括：

步骤一，检测到移动节点由第一节点向第二节点移动时，判断所述第一节点或第二节点是否收到所述移动节点发出的兴趣包，若所述第一节点收到所述兴趣包则执行步骤二，若所述第二节点收到所述兴趣包则执行步骤三；

步骤二：

步骤S21，判断所述兴趣包的NLSR版本是否与所述第一节点的FIB信息一致；

步骤S22，若判定为一致，则判断所述第一节点是否与所述第二节点直接相连，执行步骤S23；若判定不一致，则程序终止；

步骤S23，若判定相连，则根据所述兴趣包的NLSR版本更新所述第一节点的FIB信息并终止程序，若判定不相连，则将所述兴趣包广播发送至所述第一节点的邻接节点，执行步骤S24；

步骤S24，判断所述兴趣包的NLSR版本是否与所述第一节点的邻接节点的FIB信息一致，执行步骤S25；

步骤S25，若判定所述NLSR版本与一邻接节点的FIB信息一致，则将该邻接节点的FIB条目中的对应参数修改为待决状态，若判定不一致则终止程序；

步骤三：

步骤S31，判断所述兴趣包的NLSR版本是否与所述第二节点的FIB信息一致；

步骤S32，若判定一致，且所述第二节点与所述第一节点不相连，则将所述兴趣包广播发送至所述第二节点的邻接节点，执行步骤S33，若所述NLSR版本与所述第二节点的FIB信息不一致或所述第二节点与所述第一节点相连则终止程序；

步骤S33，判断所述兴趣包的NLSR版本是否与所述第二节点的邻接节点的FIB信息一致；

步骤S34，若判定所述NLSR版本与一邻接节点的FIB信息一致，则判断该邻接节点的FIB中是否存在待决条目，执行步骤S35，若判定不一致则终止程序；

步骤S35，若该邻接节点的FIB中存在待决条目，则更新所述FIB信息并终止程序，否则计算下次同步剩余时间和平均延迟时间；

步骤S36，若所述下次同步剩余时间与所述平均延迟时间的差值满足预设的阈值范围，则转至步骤S32循环向邻接节点广播发送所述兴趣包，否则终止程序；

其中，NLSR为命名数据链路状态路由协议，所述NLSR版本为命名数据链路状态路由协议的版本。

2.根据权利要求1所述的MANET环境下基于命名数据网络的路由策略更新方法，其特征在于，步骤S35中所述计算下次同步剩余时间和平均延迟时间的具体过程包括：

根据所述兴趣包的NLSR版本、NLSR同步周期和当前时间，计算距离下次更新链路状态数据库的下次同步剩余时间；

根据所述兴趣包的已经历时间和已经历跳数，计算出所述兴趣包传输的平均延迟时间；

其中，所述兴趣包中包括三个字段，分别用于统计所述兴趣包的已经历时间、已经历跳数和NLSR版本。

3.根据权利要求1所述的MANET环境下基于命名数据网络的路由策略更新方法，其特征在于，所述FIB为一更新转发表，所述FIB中包括至少三个条目，所述三个条目中分别包括用于记录数据名称的前缀字段、记录待决状态的字段和记录NLSR版本的字段。

4.根据权利要求1所述的MANET环境下基于命名数据网络的路由策略更新方法，其特征在于，步骤S25中所述邻接节点的处于待决状态的FIB条目在NLSR同步周期到来时取消待决状态。

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