CN111065146B - 一种基于链路质量的自组网路由确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于链路质量的自组网路由确定方法，首先，通过自组织网络中的所有节点维护一个有效的邻近节点集合；然后，基于此邻近节点集合进行路由维护，在路由维护阶段中依据邻近节点的丢包率确定路由转发过程中下一跳的转发节点；所述邻近节点集合中的每个节点保存一个HELLO消息队列，在选择路由的最优路径时，定义所述HELLO消息队列中有效HELLO消息越多的邻近节点，其路径选择过程中的优先级越高。本发明的方法数据包的投递率大，能够提高自组网的网络吞吐量，减少传输延迟，降低传输延迟抖动。

Description

一种基于链路质量的自组网路由确定方法
技术领域
本发明属于无线网络通信领域，具体涉及一种基于链路质量的自组网路由确定方法。
背景技术
无线自组织网络由于不依赖于无线基础设施就可以进行通信，与传统移动网络相比，具有无中心、自组织的特点，在军事、抢险救灾等场合具有重要的应用前景。传统自组织网络路由算法依据最短路径进行数据的转发，即在网络中寻找从源节点到目标节点的最短路径进行转发。但无线信道容易受环境影响，部分节点间的通信可能存在丢包率大的情况。如果在最短路径路由过程中选择了这些路径，则可能导致网络的有效吞吐量降低、传输延迟增大、延迟抖动大等问题。因此，在通信路径的选择过程中还需要考虑无线链路的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中自组网路由方法依据最短路径确定路由优先级，未充分考虑无线链路可靠性的问题，提供一种基于链路质量的自组网路由确定方法，能够有效提高自组网的吞吐量、减少传输延迟、降低传输延迟抖动，提升无线链路的质量。
为了实现上述目的，本发明具有如下的技术方案：
一种基于链路质量的自组网路由确定方法，包括如下的步骤：首先，通过自组织网络中的所有节点维护一个有效的邻近节点集合；然后，基于此邻近节点集合进行路由维护，在路由维护阶段中依据邻近节点的丢包率确定路由转发过程中下一跳的转发节点；所述邻近节点集合中的每个节点保存一个HELLO消息队列，在选择路由的最优路径时，定义所述HELLO消息队列中有效HELLO消息越多的邻近节点，其路径选择过程中的优先级越高。
作为优选，所述通过自组织网络中的所有节点维护邻近节点集合的具体步骤如下：
步骤1.1)向自组织网络中的所有节点，按照设定时间间隔t发送HELLO消息，HELLO消息包含本节点ID以及递增序列号SEQ；
步骤1.2)当节点接收到HELLO消息后，根据HELLO消息中的节点ID在邻近节点集合N中查找该节点，如果未找到该节点，转至步骤1.3)；如果找到该节点，则将HELLO消息从队列末端加入该节点对应的HELLO消息队列，转至步骤1.4)；
步骤1.3)依据HELLO消息中的节点ID，在邻近节点集合N中添加该节点，并从该节点对应的HELLO消息队列末端加入该HELLO消息；
步骤1.4)自组织网络中的所有节点按照设定的时间间隔t对HELLO消息队列向首端移动，首端的HELLO消息被移出队列，末端添加空元素。
作为优选，所述HELLO消息的消息长度>100字节。
作为优选，所述的步骤1.4)在将HELLO消息队列向首端移动之后，如果邻近节点集合N中某个邻近节点指向的HELLO消息队列为空，则从邻近节点集合N中删除该节点。
作为优选，所述的基于邻近节点集合进行路由维护包括如下的操作过程：
当节点接收到邻近节点的路由请求RREQ后，如果该邻近节点属于邻近节点集合N，则按照正常路由处理，否则，不处理RREQ，直接丢弃；
当节点接收到邻近节点的路由响应RRESP后，如果该邻近节点属于邻近节点集合N，则按照正常路由处理，否则，不处理RRESP，直接丢弃；
如果某邻近节点从邻近节点集合N中删除，则启动路由恢复过程，重新进行路由选择；
如果有新节点添加到邻近节点集合N中，则启动路由重选过程。
作为优选，本发明基于邻近节点集合进行路由维护时，针对最近K*t时间内收到过HELLO消息的邻近节点参与路由，节点接收该邻近节点的路由请求RREQ和路由响应RRESP。所述的K为HELLO消息队列长度，t为HELLO消息发送的时间间隔。
相较于现有技术，本发明具有如下的有益效果：基于邻近节点集合进行路由维护，主要包括邻近节点集合维护和路由维护两个过程，以邻近节点的链路质量作为评价依据，使路由过程中信道质量差、丢包率较高的邻近节点不会出现在路由路径中，路由维护阶段中定义丢包率低的邻近节点的优先级高，与传统最短路径优先的算法比较，数据包的投递率增大。本发明的方法能够有效提高自组网的网络吞吐量，减少传输延迟，降低传输延迟抖动。
进一步的，本发明方法中的HELLO消息采用正常编码和码率，HELLO消息的消息长度>100字节，保证HELLO消息丢包率与正常消息丢包率相同或者接近。
进一步的，本发明在路由维护阶段中，仅针对最近K*t时间内收到过HELLO消息的邻近节点参与路由，防止通信不可靠的邻近节点参与路由，影响网络的吞吐量和投递率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1现有采用最短路径路由确定方法的丢包率图；
图2本发明基于链路质量的自组网路由确定方法的丢包率图；
图1-2中的每一跳由左至右分别对应1Mbps、0.5Mbps、0.2Mbps、0.1Mbps、0.08Mbps投递率情况下的丢包率。
具体实施方式
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作出创造性劳动前提还可以进行若干简单的修改和润饰，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施方案中。在说明书中的各个位置展示该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员能够显式地和隐式地理解的是，在本发明所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本发明所提出的自组网路由确定方法，包括邻近节点集合维护和路由维护两个过程。通过自组织网络中的所有节点维护一个有效的邻近节点集合N，邻近节点集合N中的每个节点保存一个HELLO消息队列，邻近节点集合N以及HELLO消息队列如下所示：
Figure BDA0002326674720000041
Figure BDA0002326674720000042
邻近节点集合N中的每个邻近节点保存一个长度为确定值K的HELLO消息队列，HELLO消息队列中的每个元素保存接收到HELLO消息中的序列号SEQ。
一种基于链路质量的自组网路由确定方法，首先，通过自组织网络中的所有节点维护一个有效的邻近节点集合；然后，基于此邻近节点集合进行路由维护，在路由维护阶段中依据邻近节点的丢包率确定路由转发过程中下一跳的转发节点；所述邻近节点集合中的每个节点保存一个HELLO消息队列，在选择路由的最优路径时，定义所述HELLO消息队列中有效HELLO消息越多的邻近节点，其路径选择过程中的优先级越高。由于丢包率低的邻近节点的优先级高，这与传统最短路径优先的路由方法相比较，本发明数据包的投递率增大。
通过自组织网络中的所有节点维护邻近节点集合的具体步骤如下：
步骤1.1)向自组织网络中的所有节点，按照设定时间间隔t发送HELLO消息，HELLO消息包含本节点ID以及递增序列号SEQ；HELLO消息采用正常编码和码率，HELLO消息的消息长度>100字节，保证HELLO消息丢包率与正常消息丢包率相同或者接近。
步骤1.2)当节点接收到HELLO消息后，根据HELLO消息中的节点ID在邻近节点集合N中查找该节点，如果未找到该节点，转至步骤1.3)；如果找到该节点，则将HELLO消息从队列末端加入该节点对应的HELLO消息队列，转至步骤1.4)；
步骤1.3)依据HELLO消息中的节点ID，在邻近节点集合N中添加该节点，并从该节点对应的HELLO消息队列末端加入该HELLO消息；
步骤1.4)自组织网络中的所有节点按照设定的时间间隔t对HELLO消息队列向首端移动，首端的HELLO消息被移出队列，末端添加空元素。
在将HELLO消息队列向首端移动之后，如果邻近节点集合N中某个邻近节点指向的HELLO消息队列为空，则从邻近节点集合N中删除该节点。
基于邻近节点集合进行路由维护包括如下的操作过程：
当节点接收到邻近节点的路由请求RREQ后，如果该邻近节点属于邻近节点集合N，则按照正常路由处理，否则，不处理RREQ，直接丢弃；
当节点接收到邻近节点的路由响应RRESP后，如果该邻近节点属于邻近节点集合N，则按照正常路由处理，否则，不处理RRESP，直接丢弃；
如果某邻近节点从邻近节点集合N中删除，则启动路由恢复过程，重新进行路由选择；
如果有新节点添加到邻近节点集合N中，则启动路由重选过程。
针对最近K*t时间内收到过HELLO消息的邻近节点参与路由，节点接收该邻近节点的路由请求RREQ和路由响应RRESP，所述HELLO消息队列长度为K，HELLO消息按设定时间间隔t发送。防止通信不可靠的邻近节点参与路由，影响网络的吞吐量和投递率。
参见图1-2，对比现有采用最短路径路由确定方法的丢包率图以及本发明基于链路质量的自组网路由确定方法的丢包率图，从图中能够看出，对应在1Mbps、0.5Mbps、0.2Mbps、0.1Mbps、0.08Mbps投递率情况下，本发明基于链路质量的自组网路由方法均能够有效降低网络丢包率。由于无线网络中的数据包丢失重传是影响网络吞吐量、网络延迟的主要因素，因此，本发明的方法能够有效提高自组网的网络吞吐量，减少传输延迟，降低传输延迟抖动。
本发明针对传统自组网路由算法依据最短路径确定路由优先级，未充分考虑无线链路可靠性的缺点，提出基于依据链路质量确定路由优先级的方法，该方法应用于自组织网络，通过自组织网络中的所有节点维护邻近节点集合，基于此邻近节点集合进行路由维护，依据邻近节点的丢包率确定路由转发过程中下一跳的转发节点，使得路由过程中信道质量差、丢包率较高的临近节点不会出现在路由路径中，因此，能够有效提高自组网的吞吐量、减少传输延迟、降低传输延迟抖动，提升无线链路的质量，具有广泛的应用前景。
以上结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域技术人员可以对本发明进行各种改动和变型，这些不脱离本发明的精神和范围的修改和变型也属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内。

Claims (4)

1.一种基于链路质量的自组网路由确定方法，其特征在于：首先，通过自组织网络中的所有节点维护一个有效的邻近节点集合；然后，基于此邻近节点集合进行路由维护，在路由维护阶段中依据邻近节点的丢包率确定路由转发过程中下一跳的转发节点；所述邻近节点集合中的每个节点保存一个HELLO消息队列，在选择路由的最优路径时，定义所述HELLO消息队列中有效HELLO消息越多的邻近节点，其路径选择过程中的优先级越高；
所述通过自组织网络中的所有节点维护邻近节点集合的具体步骤如下：
步骤1.1)向自组织网络中的所有节点，按照设定时间间隔t发送HELLO消息，HELLO消息包含本节点ID以及递增序列号SEQ；
步骤1.2)当节点接收到HELLO消息后，根据HELLO消息中的节点ID在邻近节点集合N中查找该节点，如果未找到该节点，转至步骤1.3)；如果找到该节点，则将HELLO消息从队列末端加入该节点对应的HELLO消息队列，转至步骤1.4)；
步骤1.3)依据HELLO消息中的节点ID，在邻近节点集合N中添加该节点，并从该节点对应的HELLO消息队列末端加入该HELLO消息；
步骤1.4)自组织网络中的所有节点按照设定的时间间隔t对HELLO消息队列向首端移动，首端的HELLO消息被移出队列，末端添加空元素；
所述的基于邻近节点集合进行路由维护包括如下的操作过程：
当节点接收到邻近节点的路由请求RREQ后，如果该邻近节点属于邻近节点集合N，则按照正常路由处理，否则，不处理RREQ，直接丢弃；
当节点接收到邻近节点的路由响应RRESP后，如果该邻近节点属于邻近节点集合N，则按照正常路由处理，否则，不处理RRESP，直接丢弃；
如果某邻近节点从邻近节点集合N中删除，则启动路由恢复过程，重新进行路由选择；
如果有新节点添加到邻近节点集合N中，则启动路由重选过程。
2.根据权利要求1所述基于链路质量的自组网路由确定方法，其特征在于：
所述HELLO消息的消息长度>100字节。
3.根据权利要求1所述基于链路质量的自组网路由确定方法，其特征在于：
所述的步骤1.4)在将HELLO消息队列向首端移动之后，如果邻近节点集合N中某个邻近节点指向的HELLO消息队列为空，则从邻近节点集合N中删除该节点。
4.根据权利要求1所述基于链路质量的自组网路由确定方法，其特征在于，所述HELLO消息队列长度为K，HELLO消息按设定时间间隔t发送，针对最近K*t时间内收到过HELLO消息的邻近节点参与路由，节点接收该邻近节点的路由请求RREQ和路由响应RRESP。
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