CN109510769B - 一种适合于宽窄结合网络的融合路由系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适合于宽窄结合网络的融合路由系统及其方法，用于解决宽带和窄带信道的路由组网协议不一致、网络资源利用率不高、无线广播信道特征利用不充分以及难以适应较大规模超短波组网的需要的问题。本发明主要思路为用户节点根据信道带宽大小选择报文的发送周期，发送报文与邻居进行握手建立邻接关系；节点基于逻辑信道进行路由更新报文的广播，当邻居收到报文后存入本地并计算该节点的校验值，节点在下一周期发送握手报文内协议更新校验值检验是否同步，路由同步后计算路由条目，并把路由条目下发到转发面。本发明能够适应于多种窄带宽带链路以及较大规模超短波组网的需要，提升网络资源利用率。

Description

一种适合于宽窄结合网络的融合路由系统及其方法

技术领域

本发明涉及路由协议技术领域，更具体地，涉及一种适合于宽窄结合网络的融合路由系统及其方法。

背景技术

目前在宽带链路使用的路由主要是OSPF、RIP等协议、窄带信道上使用的路由主要是OLSR、AODV等协议，还没有一种协议能够根据传输信道带宽和时延的路由，自动调节发送内容、发送频率和发送方式，难以做到宽带和窄带信道的路由组网协议一致性。

目前在超短波上的路由协议，一般支持小于等于32个节点，网络规模更大的时候，一般通过分域的方式，域内选举簇头，然后在通过簇头间交换路由信息，从而实现全网路由收敛。超短波无线组网时，分域的方式极大的限制了节点的移动性，同一个域的节点可能被其他域分开，难以适应话较大规模超短波组网的需要。

目前的路由协议都是基于最短路径计算传输路径，多链路备份时也选择一条路径进行传输，其他信道空闲，网络资源利用率不高。

一是目前的路由协议数据报文和路由报文分开，在无线上存在报文数目较多的情况，超短波等无线窄带信道对报文数目较敏感，可能一个长报文很快发完，但是如果这个长报文分为两个短报文时，发送的时间就较长，这样会影响整个系统性能；二是目前的路由协议Hello报文采用广播或组播方式，更新报文和回执报文采用单播方式一对一的邻居更新，这样路由更新时会存在较多报文，路由开销大，影响系统性能。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的宽带和窄带信道的路由组网协议不一致、难以适应话较大规模超短波组网的需要、网络资源利用率不高以及无线广播信道特征利用不充分缺陷，提供一种适合于多跳、无中心、自主性、动态拓扑、宽窄结合、多跳路由、单向信道和抗毁性等适合于宽窄结合网络的融合路由方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种适合于宽窄结合网络的融合路由系统，包括底层的邻居机制模块、信道自适应发送机制模块、逻辑信道管理模块；中间层的拓扑维护模块、路径算法模块；表层的邻居表模块、拓扑表模块和路由表模块。

优选地，所述邻居机制模块用于：跟据信道自适应发送机制确定信道Hello间隔周期性并产生Hello报文发送给相邻节点；接收邻居握手报文构建邻居之间的物理信道，确定邻居关系，形成邻居表；超时3次未收到对端邻居报文，则判断为邻居丢失，删除该路径，并通知逻辑信道管理和拓扑维护模块；检测该Hello周期内有无业务报文发送，如果有则把Hello报文插入到业务报文前，进行合并发送。

优选地，所述信道自适应发送机制模块用于：完成信道发送握手报文自适应调整，能够根据信道带宽选择不同Hello报文的发送周期； 更新报文定时发送机制，把一定时间段内的更新报文合并成一个报文发送；完成把更新报文插入到业务报文中，减少报文发送数目。

优选地，所述的一定时间段为信道Hello报文发送周期的一半。

优选地，所述逻辑信道管理模块用于：基于邻居机制的构建形成逻辑信道；邻居节点之间基于路由校验检测邻居路由条目同步与否；业务报文的发送时，需从逻辑信道到物理信道的业务发送信道分配。

优选地，所述拓扑维护模块用于：基于邻居机制形成的邻居表，交换拓扑信道，在更新拓扑信息时，将同一个接口的一个时间段内更新的报文合并，以广播的方式向接口进行拓扑信息更新；效验值比对，通过发送Hello中携带两个直接的效验值和对端收到记录后在效验的值比对，校验值和条目个数相同则表明两节点路由条目一致，如果不一致则进行再同步处理，即向对端节点发起同步请求，请求对端再发生一次；基于邻居间交换相互知道的拓扑信道，形成全网拓扑表。

优选地，所述路径算法模块用于：基于拓扑表计算到其他节点的可达路径；基于可达路径选择无环路路径，形成无环可达路径；基于无环可达路径的每条花费值相加，选择最小花费值的路径，如果存在多跳最小花费值的路径，则以IP小优先。

一种适合于宽窄结合网络的融合路由方法，包括以下步骤：

S1：网络初始化，节点根据信道带宽大小选择Hello报文的发送周期，发送Hello报文与邻居进行握手建立邻接关系；

S2：节点基于逻辑信道进行路由更新报文的广播，邻居收到报文后存入本地并计算该节点的校验值，节点在下一周期发送握手报文协议更新校验值；

S3：将下一周期计算的校验值与本周期校验值比对，若校验值一致则其路由数据库和本节点路由数据库同步，若校验值不一致则表明邻居节点数据库和本节点数据库不同步，本节点发送请求报文到邻居节点请求邻居节点再次更新；

S4：路由同步后计算路由条目，并把路由条目下发到转发面，其业务转发基于路由进行转发。

优选地，所述计算节点的校验值的方法为：将所有邻居路由条目进行排序，排序依据是基于邻居路由条目中目标网段的大小，形成路由条目字符串，对该字符串进行CRC校验计算，条目个数和CRC校验结果一起构成了节点的校验值。

优选地，所述发送周期是综合信道在不同带宽速率范围下业务传输能力和Hello报文开销占比，具体为：

band≤1.2Kbps发送周期为25s；

1.2Kbps＜band≤4.8Kbps发送周期为20s；

4.8Kbps＜band≤19.2Kbps发送周期为15s；

19.2Kbps＜band≤64Kbps发送周期为10s；

64Kbps＜band发送周期为5s；

其中band表示信道带宽。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：通过信道自适应发送机制能够根据信道带宽、信道资源使用和业务发送等情况，自适应控制握手报文和同步报文的发送周期；逻辑信道管理能够将邻居间的多条物理信道从网络层逻辑上看成一条信道，简化网络拓扑关系，降低网络复杂度，减少路由开销；通过在业务报文内插入路由报文，减少多个报文分别发送的次数，降低电台对报文的敏感性，减少发送时间，降低开销。

附图说明

图1为本发明的路由协议的系统框图。

图2为本发明的多信道并存下的路由过程方法实例图。

图3为本发明的方法流程图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，本系统包括底层的邻居机制模块、信道自适应发送机制模块、逻辑信道管理模块；中间层的拓扑维护模块、路径算法模块；表层的邻居表模块、拓扑表模块和路由表模块。

其中邻居机制模块用于：跟据信道自适应发送机制确定信道Hello间隔周期性并产生Hello报文发送给相邻节点；接收邻居握手报文构建邻居之间的物理信道，确定邻居关系，形成邻居表；超时3次未收到对端邻居报文，则判断为邻居丢失，删除该路径，并通知逻辑信道管理和拓扑维护模块；检测该Hello周期内有无业务报文发送，如果有则把Hello报文插入到业务报文前，进行合并发送。

信道自适应发送机制模块用于：完成信道发送握手报文自适应调整，能够根据信道带宽选择不同Hello报文的发送周期； 更新报文定时发送机制，将半个发送周期内的更新报文合并成一个报文发送；完成把更新报文插入到业务报文中，减少报文发送数目。

逻辑信道管理模块用于：基于邻居机制的构建形成逻辑信道；邻居节点之间基于路由校验检测邻居路由条目同步与否；业务报文的发送时，需从逻辑信道到物理信道的业务发送信道分配。

拓扑维护模块用于：基于邻居机制形成的邻居表，交换拓扑信道，在更新拓扑信息时，将同一个接口的一个时间段内更新的报文合并，以广播的方式向接口进行拓扑信息更新；效验值比对，通过发送Hello中携带两个直接的效验值和对端收到记录后在效验的值比对，校验值和条目个数相同则表明两节点路由条目一致，如果不一致则进行再同步处理，即向对端节点发起同步请求，请求对端再发生一次；基于邻居间交换相互知道的拓扑信道，形成全网拓扑表。

路径算法模块用于：基于拓扑表计算到其他节点的可达路径；基于可达路径选择无环路路径，形成无环可达路径；基于无环可达路径的每条花费值相加，选择最小花费值的路径，如果存在多跳最小花费值的路径，则以IP小优先。

其步骤流程如图3所示：

S1：网络初始化，节点根据信道带宽大小选择Hello报文的发送周期，发送Hello报文与邻居进行握手建立邻接关系；

具体的发送周期为：band≤1.2Kbps发送周期为25s；1.2Kbps＜band≤4.8Kbps发送周期为20s；4.8Kbps＜band≤19.2Kbps发送周期为15s；19.2Kbps＜band≤64Kbps发送周期为10s；64Kbps＜band发送周期为5s；其中band表示信道带宽。

S2：节点基于逻辑信道进行路由更新报文的广播，邻居收到报文后存入本地并计算该节点的校验值，节点在下一周期发送握手报文协议更新校验值；

所述计算节点的校验值的方法为：将所有邻居路由条目进行排序，排序依据是基于邻居路由条目中目标网段的大小，形成路由条目字符串，对该字符串进行CRC校验计算，条目个数和CRC校验结果一起构成了节点的校验值。

S3：将下一周期计算的校验值与本周期校验值比对，若校验值一致则其路由数据库和本节点路由数据库同步，若校验值不一致则表明邻居节点数据库和本节点数据库不同步，本节点发送请求报文到邻居节点请求邻居节点再次更新；

S4：路由同步后计算路由条目，并把路由条目下发到转发面，其业务转发基于路由进行转发。

在具体的实施过程中，如图2所示，其中三个节点分别为节点1、节点2和节点3，节点1和节点2间无线信道分别为无线1、无线2，节点2和节点3间存在无线信道3和有线信道。在网络运行之前，应统一规划各网络节点的网络IP地址、节点链路层ID、接口类型和带宽等参数，并在接口上启动TCRP动态路由。

其路由形成过程如下：

节点1的无线1和无线2两个接口启动TCRP，TCRP根据信道自适应发送机制设备的带宽和发送周期映射关系，在无线1获取4.8Kbps的带宽范围，该带宽范围内Hello发送周期为20s；在无线2获取19.2Kbps在一定带宽范围内，该带宽范围内Hello发送周期为15s。

节点2的无线1和无线2和节点1一样，获取相同的Hello发送周期，无线3的带宽范围为64Kbps，其发送周期为8秒，2M的有线信道的发送周期为5秒。

节点3和节点2的无线3和有线信道一样，获取相同发送周期。

假设节点1在无线1先收到节点2在无线1上的Hello握手报文，构建邻居表，即节点2为邻居，邻居信息为：节点IP地址为192.168.2.1，ID为1，来自接口为无线1。

节点1在无线2收到节点2的Hello握手报文，构建邻居表，来自接口为无线2，同时检测是否有其他接口与节点2是邻居，发现无线1已经有节点2的邻居，则构建逻辑信道，包括无线1和无线2两个逻辑信道，逻辑信道号为逻辑信道1。

节点2在无线1、无线2、无线3和有线信道上，以及节点3在无线3、有线信道上和节点1邻居形成过程一致。

由于节点1的邻居逻辑信道生成一体拓扑条目即邻居节点，路径算法计算基于这条拓扑直接产生最佳的一条到节点2的路由。

同理在节点2形成两条路由，分别为到节点1和节点3，路由条目分别为目的地址，条目1：目的网段192.168.1.1/24，下一跳192.168.1.1，出接口为逻辑信道1，包含两个物理信道，无线1的下一跳ID为2，无线2的下一跳ID也为2；条目2：目的网段192.168.3.1/24,下一跳192.168.3.1，出接口为逻辑信道2，包含两个物理信道，无线3的下一跳ID为3，有线信道mac为6位mac地址。

同理在节点3学习到节点2的路由。

由于节点1、节点3只有一个逻辑信道，而且路由条目还是从逻辑信道1学习到，因此后续在Hello报文内插入两个路由效验值为0。

在节点2，由于逻辑信道1和逻辑信道2都有路由，因此需要相互扩散，从逻辑信道1学习到节点1的路由条目扩散到逻辑信道2向邻居节点3扩散，为更新报文；从逻辑信道2学习到节点3的路由条目扩散到逻辑信道1向邻居节点1扩散，为更新报文。

节点2在逻辑信道1选择带宽宽的无线2扩散路由更新报文，并等待3秒，将所有更新条目合并，扩散时以广播的方式对外扩散，且只发送一次；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

节点2在逻辑信道1，将节点3的路由条目以数据的方式进行CRC效验，并把效验的结果填充到后续在无线1和无线2发送的MAC报文中。

节点1从无线2收到更新报文后，加入到本节点拓扑表中，并记录为节点2更新信道，同时基于节点2公告的条目进行CRC效验，获取效验值，后续收到节点2的Hello报文，取其中的效验值和本地计算的效验值比较，如果一致则说明同步，如果不一致，则请求节点2在发送。

节点1在本节点拓扑表中根据节点2扩散的路由条目进行计算，包括环路计算和最短路径计算，获取到节点3的路由，下一跳为节点2，出接口的逻辑信道和到节点2的路由条目一致。

同理，节点3获取到节点1的路由条目。

业务数据：假设节点1有业务报文到节点2，如果报文在逻辑接口处无累计（底层业务发送回执机制反馈），在逻辑信道选择带宽宽的信道发送；如果有累计则按带宽比例发送，按带宽4.8kbps和19.2kbps的1：4比例，通过计数器进行业务数据发送策略调度。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适合于宽窄结合网络的融合路由系统，其特征在于：包括底层的邻居机制模块、信道自适应发送机制模块、逻辑信道管理模块；中间层的拓扑维护模块、路径算法模块；表层的邻居表模块、拓扑表模块和路由表模块；所述信道自适应发送机制模块用于：完成信道发送握手报文自适应调整，能够根据信道带宽选择不同Hello报文的发送周期；更新报文定时发送机制，把一定时间段内的更新报文合并成一个报文发送；

完成把更新报文插入到业务报文中，减少报文发送数目。

2.根据权利要求1所述的一种适合于宽窄结合网络的融合路由系统，其特征在于：所述邻居机制模块用于：

跟据信道自适应发送机制确定信道Hello间隔周期性并产生Hello报文发送给相邻节点；

接收邻居握手报文构建邻居之间的物理信道，确定邻居关系，形成邻居表；

超时3次未收到对端邻居报文，则判断为邻居丢失，删除该路径，并通知逻辑信道管理和拓扑维护模块；

检测该Hello周期内有无业务报文发送，如果有则把Hello报文插入到业务报文前，进行合并发送。

3.根据权利要求1所述的一种适合于宽窄结合网络的融合路由系统，其特征在于：所述的一定时间段为信道Hello报文发送周期的一半。

4.根据权利要求1或2所述的一种适合于宽窄结合网络的融合路由系统，其特征在于：所述逻辑信道管理模块用于：

基于邻居机制的构建形成逻辑信道；

邻居节点之间基于路由校验检测邻居路由条目同步与否；

业务报文的发送时，需从逻辑信道到物理信道的业务发送信道分配。

5.根据权利要求1或2所述的一种适合于宽窄结合网络的融合路由系统，其特征在于：所述拓扑维护模块用于：

基于邻居机制形成的邻居表，交换拓扑信道，在更新拓扑信息时，将同一个接口的一个时间段内更新的报文合并，以广播的方式向接口进行拓扑信息更新；

效验值比对，通过发送Hello中携带两个直接的效验值和对端收到记录后的效验值比对，校验值和条目个数相同则表明两节点路由条目一致，如果不一致则进行再同步处理，即向对端节点发起同步请求，请求对端再发生一次；

基于邻居间交换相互知道的拓扑信道，形成全网拓扑表。

6.根据权利要求1所述的一种适合于宽窄结合网络的融合路由系统，其特征在于：所述路径算法模块用于：

基于拓扑表计算到其他节点的可达路径；

基于可达路径选择无环路路径，形成无环可达路径；

基于无环可达路径的每条花费值相加，选择最小花费值的路径，如果存在多跳最小花费值的路径，则以IP小优先。

7.一种适合于宽窄结合网络的融合路由方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：网络初始化，节点根据信道带宽大小选择Hello报文的发送周期，发送Hello报文与邻居进行握手建立邻接关系；

S2：节点基于逻辑信道进行路由更新报文的广播，邻居收到报文后存入本地并计算该节点的校验值，节点在下一周期发送握手报文协议更新校验值；

S3：将下一周期计算的校验值与本周期校验值比对，若校验值一致则其路由数据库和本节点路由数据库同步，若校验值不一致则表明邻居节点数据库和本节点数据库不同步，本节点发送请求报文到邻居节点请求邻居节点再次更新；

S4：路由同步后计算路由条目，并把路由条目下发到转发面，其业务转发基于路由进行转发。

8.根据权利要求7所述的一种适合于宽窄结合网络的融合路由方法，其特征在于：所述计算该节点的校验值的方法为：将所有邻居路由条目进行排序，排序依据是基于邻居路由条目中目标网段的大小，形成路由条目字符串，对该字符串进行CRC校验计算，条目个数和CRC校验结果一起构成了节点的校验值。

9.根据权利要求7所述的一种适合于宽窄结合网络的融合路由方法，其特征在于：所述S1中的发送周期是综合信道在不同带宽速率范围下业务传输能力和Hello报文开销占比，具体为：

band≤1.2Kbps发送周期为25s；

1.2Kbps＜band≤4.8Kbps发送周期为20s；

4.8Kbps＜band≤19.2Kbps发送周期为15s；

19.2Kbps＜band≤64Kbps发送周期为10s；

64Kbps＜band发送周期为5s；

其中band表示信道带宽。

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