CN111526557B - 一种无线自组网路由信息获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线自组网路由信息获取方法，本发明通过在无线自组网中引入分层路由计算节点，为所有网络节点提供整个网络的拓扑结构和节点间的路由信息，提高了分布式节点的路由收敛速度；本发明提出的路由信息获取方法，协助网络节点快速获得整个网络内节点之间的路由信息，以较小的信令开销实现了分布式节点路由的快速收敛。网络节点能够根据获取的路由信息选择最优的传输路由进行多跳传输，提高了传输质量，扩展了网络覆盖范围。

Description

一种无线自组网路由信息获取方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种无线自组网路由信息获取方法。

背景技术

无线自组网是一种与传统无线蜂窝网络完全不同新型无线网络架构，包含多个通信节点。网络中的节点之间都是对等的，每个节点每个通信节点都具有发送、转发和接收功能，因此网络中任意两个节点可以通过直接链路或多跳链路进行通信。相比传统蜂窝网络，无线自组网不需要依赖基础设施，具有组网灵活简便、网络可靠性高以及覆盖范围大等优点，广泛应用在公共安全、军事战场、灾后重建和急救任务等领域。

与传统蜂窝网络相比，无线自组网是一个多跳的临时性网络。考虑到网络中节点的的覆盖范围受限，在发送节点和接收节点距离较远的情况下，发送节点向接收节点发送数据时往往不能直接到达，这需要其他节点进行中继转发，因此路由选择是自组网多跳转发过程中不可缺少。在传统固定网络中，路由选择协议主要分为基于距离矢量的路由协议和基于链路状态的路由协议。距离矢量路由协议采用的是“Bellman-Ford”的简单最短路径的路由算法。在该算法中，每个路由器都需要维护一张路由表，表中列出了该路由器与其他所有可达的路由器间的链路距离。各个路由器定期地向其他路由器广播路由表信息，然后根据接收到的其他路由器的广播信息更新自己的路由表。路由器根据与其他路由器之间的链路距离信息可以计算出在与其他路由器通信时，链路最短的条件下，消息分组下一跳的目的地应是自己的哪一台相邻路由器。链路状态路由协议采用的是“Dijstra”最短路由优先算法。在该算法中，每个节点都保留着一张整个网络的拓扑结构图。每个路由器都需要检测它与可达的相邻路由器间的链路开销，并周期性地向其他所有的路由器广播更新消息，以便获得整个网络的链路信息。根据网络中每条链路的开销，每个路由器都可以通过计算获得它与其他路由器间的链路开销最小的路由方案，从而决定数据分组的路由。当网络发生变化时，由于路由器对网络信息的掌握，基于链路状态算法的路由协议能够更快的收敛。

由于无线自组网的拓扑结构会经常发生变化，采用传统路由协议需要花费很长时间才能达到收敛。因此，产生了多种针对无线自组网的路由协议。通常地，按照路由建立方式的不同，自组网路由协议可分为先应式路由协议和反应式路由协议；按照网络逻辑结构的不同，自组网路由协议可分为平面结构路由协议和分层结构路由协议；从是否使用定位系统作为路由辅助条件的角度出发，自组网路由协议可分为基于拓扑结构的路由协议和基于地理位置信息的路由协议；按照路由协议所适用的网络规模不同，自组网路由协议可分为中小规模路由协议和可扩展路由协议；按照接收业务数据的目的节点个数的不同，自组网路由协议还可分为单播路由协议和多播路由协议。此外，还有QoS路由协议，功率感知路由协议等。其中，针对大型网络的需求，分层结构路由协议将网络节点按照不同的分簇算法划分为若干个簇，簇间通信依靠簇头节点转发。由于簇头节点担负着簇间的通信，如果出现故障的话，将导致本簇节点与外界的通信瘫痪。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种无线自组网路由信息获取方法，通过在无线自组网中引入分层路由计算节点，为所有网络节点提供整个网络的拓扑结构和节点间的路由信息，提高了分布式节点的路由收敛速度。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种无线自组网路由信息获取方法，包括：

(1)：根据无线自组网覆盖范围和节点数目，以及路由计算节点能够覆盖的节点数目和范围，无线自组网划分为一个或多个子网，每个子网设置一个路由计算节点；

(2)：在每个子网内，所有网络节点通过发送和检测发现信号，获取邻节点信息，并建立邻节点路由信息表；

(3)：子网内的每个网络节点将邻节点路由信息表发送给路由计算节点；

(4)：路由计算节点获取子网内所有节点的邻节点路由信息表后，计算得到整个子网内所有节点之间的路由信息；

(5)：若存在多个固定式路由计算节点，多个路由计算节点相互交换子网内节点之间的路由信息，计算得到整个无线自组网内所有节点之间的路由信息；

(6)：路由计算节点将无线自组网内所有节点之间的路由信息发送给子网中的网络节点，每个节点接收后能够获知整个网络内所有节点之间的路由信息；

(7)：无线自组网中的网络节点在通信时，根据获得路由信息选择最优的传输路由；

(8)：若在移动场景下的无线自组网网络节点，按照预设时间周期性地重复步骤(1)-(6)。

优选地，在邻节点路由信息表中，每个邻节点信息至少包括邻节点ID，或者包括传输链路CQI；对于一个位于子网边缘的网络节点，在存在其他子网的情况下，其邻节点路由信息表中包含属于其他子网的邻节点的信息。

优选地，在(3)中，当设置移动式路由计算节点时，子网划分为多个虚拟子网，各个虚拟子网按照时分方式与路由计算节点进行通信，在每个虚拟子网分配的时间段内，虚拟子网中每个网络节点将邻节点路由信息表发送给路由计算节点；

当设置固定式路由计算节点时，子网中每个网络节点将邻节点路由信息表发送给该子网内设置的路由计算节点。

优选地，虚拟子网或子网内的不同网络节点与路由计算节点进行同时通信时采用正交的时域、频域或码域资源。

优选地，在(5)中，多个固定式路由计算节点相互交换路由信息时可采用与子网内网络节点通信不同的无线工作频率或工作频带。

本发明的有益效果在于：

(1)协助网络节点快速获得整个网络内节点之间的路由信息，以较小的信令开销实现了分布式节点路由的快速收敛；

(2)网络节点能够根据获取的路由信息选择最优的传输路由进行多跳传输，提高了传输质量，扩展了网络覆盖范围；

(3)实现方式简单，避免了复杂技术的研发，降低了网络设备的成本，提高了产品竞争力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为现有的无线自组网及多跳传输路由示意图；

图2为本发明采用固定式路由计算节点的无线自组网示意图；

图3为本发明采用移动式路由计算节点的无线自组网示意图；

图4为本发明方案流程图；

图5为实施例中采用路由计算节点的无线自组网示意图；

图6为实施例中邻节点路由信息表示意图。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

实施例

本发明提供了一种无线自组网路由信息获取方法，包括：

(1)：根据无线自组网覆盖范围和节点数目，以及路由计算节点能够覆盖的节点数目和范围，无线自组网划分为一个或多个子网，每个子网设置一个路由计算节点；

其中，路由计算节点可以分为移动式和固定式路由计算节点，移动式路由计算节点可以采用无人机等进行承载和移动，固定式路由计算节点可以通过将节点架高的方式实现；如果无线自组网节点位于非移动状态，路由计算节点可以进行一次短时间飞行或临时架高方式，而对于移动状态下的无线自组网节点，网络拓扑会经常发生变化，路由计算节点需要进行周期性的飞行或架高，为无线自组网提供路由服务；

对于移动式路由计算节点，不考虑网络规模，整个无线自组网就是一个网络，此时也即一个子网，设置一个移动式路由计算节点；

对于固定式路由计算节点，根据架高方式和一个计算节点能够服务的节点数目和覆盖的地理范围，无线自组网划分为一个或多个子网，每个子网设置一个固定式路由计算节点；固定计算节点能够服务的节点数目越多，划分的子网数目越少；固定计算节点架高高度越高，覆盖的地理范围越大；对于覆盖范围相对固定的无线自组网，划分的子网数目也越少；在一个固定计算节点的覆盖范围内，如果节点数目超过固定路由计算节点能够服务的节点数目，覆盖范围内的节点也需要划分为多个子网。

(2)：在每个子网内，所有网络节点通过发送和检测发现信号，获取邻节点信息，并建立邻节点路由信息表；

对于子网中的每个节点，在分配的时间单元内发送发现信号，网络中其他节点接收并检测发现信号，如果一个接收节点能够成功检测发现信号，则它与发送节点能够直接通信，二者相互属于对方的邻节点；每个网络节点在确定自己的邻节点后，根据获得的邻节点信息建立自己的邻节点路由信息表；在邻节点路由信息表中，每个邻节点信息至少包括邻节点ID，也可以包括传输链路CQI(Channel Quality Indicator，信道质量指示)信息；

对于一个位于子网边缘的网络节点，在存在其他子网的情况下，其邻节点路由信息表中应包含属于其他子网的邻节点的信息。

(3)：子网内的每个网络节点将邻节点路由信息表发送给路由计算节点；

对于移动式路由计算节点，在不考虑网络规模时，整个无线自组网就是一个网络，可设置一个移动式路由计算节点，即当无线自组网规模较小时，设置的一个路由计算节点可以同时覆盖到所有网络节点，网络中每个网络节点将邻节点路由信息表发送给路由计算节点；但是当无线自组网规模较大时，一个路由计算节点无法同时覆盖到所有网络节点，考虑到路由计算节点可以进行移动，因此可以将子网划分为多个虚拟子网，各个虚拟子网按照时分方式与路由计算节点进行通信，在每个虚拟子网分配的时间段内，虚拟子网中每个网络节点将邻节点路由信息表发送给路由计算节点；

对于固定式路由计算节点，子网中每个网络节点将邻节点路由信息表发送给该子网内设置的路由计算节点；

为了避免多个节点同时发送信息相互干扰，虚拟子网或子网内的不同节点与路由计算节点进行同时通信时可以使用正交的时域、频域或码域资源；

(4)：路由计算节点获取子网内所有节点的邻节点路由信息表后，计算得到整个子网内所有节点之间的路由信息；

对于每个子网的路由计算节点，在获取子网内所有节点的邻节点路由信息表后，根据每个网络节点的邻节点信息，能够计算得到整个子网的拓扑结构，以及子网内所有节点之间的路由信息。

(5)：若存在多个固定式路由计算节点，多个路由计算节点相互交换子网内节点之间的路由信息，计算得到整个无线自组网内所有节点之间的路由信息；

如果整个无线自组网划分为多个子网，每个子网设置一个固定式路由计算节点，则同时存在多个固定式路由计算节点；这些路由计算节点在计算得到子网内节点之间的路由信息之后，分别以广播方式或其他通信方式相互交换各自的子网内节点之间的路由信息；经过综合计算处理，每个路由计算节点都可以获取整个网络内所有节点之间的路由信息；

在多个固定式路由计算节点进行子网路由信息交换时，为避免与子网内节点通信相互干扰，可以采用与子网内节点通信不同的无线工作频率或工作频带。

(6)：路由计算节点将无线自组网内所有节点之间的路由信息发送给子网中的网络节点，每个节点接收后能够获知整个网络内所有节点之间的路由信息；

在获取整个网络内所有节点之间的路由信息之后，每个路由计算节点将整个网络内所有节点之间的路由信息发送给自己子网内的网络节点；对于移动式路由计算节点，可以按照步骤(3)所述，将整个网络划分为多个虚拟子网，路由计算节点与各个虚拟子网按照时分方式进行通信，在每个虚拟子网分配的时间段内，路由计算节点将整个网络内所有节点之间的路由信息发送给虚拟子网中每个网络节点。

(7)：无线自组网中的网络节点在通信时，根据获得路由信息选择最优的传输路由；

无线自组网中的网络节点在分配的时间单元内进行数据发送时，可以根据获取的整个网络内所有节点之间的路由信息确定传输路由，如果发送节点和接收节点之间存在多条路由时，可以根据最小传输时延或者最强链路CQI等原则选择最优的路由。

(8)：若在移动场景下的无线自组网网络节点，按照预设时间周期性地重复步骤(1)-(6)；

在移动场景下，无线自组网内的节点不断移动，网络拓扑和节点之间的路由信息可能不断进行变化，为了能够及时更新网络内节点之间的路由信息，需要按照预设时间周期性地重复步骤(1)-(6)，在每次进行步骤(1)时，都需要根据最新的网络规模和覆盖范围划分子网，子网内的路由计算节点根据实际情况进行更新。

进一步的，为了简单清晰地说明本发明方案，假设一个无线自组网包含A-G七个节点，根据路由计算节点能够覆盖的节点数目和范围，网络节点划分为两组，其中网络节点A-D为一组，E-G为一组。因此，在采用固定式路由计算节点时，网络节点A-D组成子网1，E-G组成子网2，子网1和子网2分别设置一个固定式路由计算节点，表示为F1和F2。在采用移动式路由计算节点时，网络节点A-D组成虚拟子网1，E-G组成虚拟子网2，整个网络设置一个移动式路由计算节点M。由于计算节点F1和F2采用架高方式或M采用飞行方式，其所处高度比网络节点A-G要高，设置路由计算节点之后的无线自组网可以看做是一个分层无线自组网，网络节点A-G为一层，路由计算节点F1、F2和M为一层，如图5所示。

对于每个网络节点，在系统分配的时间单元内发送一个发现信号，其他网络节点接收并检测发现信号，发现信号的发送和检测都属于现有技术。如果其中一个网络节点可以接收并检测到另外一个节点的发现信号，两个节点则可以不经过其他节点转发而直接进行通信，二者相互属于对方的邻节点。在每个网络节点都获知自己的邻节点后，建立自己的邻节点路由信息表，邻节点路由信息表至少包括邻节点的ID，对于采用宽带技术进行通信的网络节点，邻节点路由信息表还可以包括两个节点之间的链路CQI。对于位于子网边缘的网络节点，其邻节点路由信息表中应包含属于其他子网的邻节点的信息。

如图5所示，节点A的邻节点包括B和C，节点B的邻节点包括A和D，节点C的邻节点包括A和D，节点D的邻节点包括B、C、E和F，节点E的邻节点包括D和G，节点F的邻节点包括D和G，节点G的邻节点包括E和F。每个网络节点的邻节点信息表包括所有邻节点的ID，或者还包括二者之间的无线链路的CQI，如图6所示。对于节点D，位于子网1的边缘，其邻节点仍包括子网2内的节点E和F。

采用固定式路由计算节点时，子网1内的所有节点A-D将自己的邻节点路由信息表发送给路由计算节点F1，子网2内的所有节点E-G将自己的邻节点路由信息表发送给路由计算节点F2。路由计算节点F1和F2分别根据获得的邻节点路由信息表，分别子网1和子网2内的所有节点之间的路由信息，能够获知子网内任意两个节点之间传输路由。例如，节点A到节点D之间的传输路由包括A-B-D和A-C-D两条路由。路由计算节点F1和F2相互交换计算的节点之间的路由信息，这样F1能够获知子网2内节点之间的路由信息，F2能够获知子网1内节点之间的路由信息。因此，综合两个子网内的节点之间的路由信息，F1和F2能够分别进一步获知整个无线自组网内任意两点之间的路由信息。例如节点C和节点G之间的传输路由包括C-D-E-G和C-D-F-G两条路由。在F1和F2进行路由信息交换时，为了避免干扰，二者相互通信时可以采用与子网内节点通信不同的无线工作频率或工作频带。

路由计算节点F1和F2分别将获得的无线自组网内节点之间的路由信息分别发送给子网1和子网2内的网络节点。网络节点在接收到相应信息后能够获知自己与任意一个网络节点之间的路由。如果两个网络节点之间存在多条路由时，二者进行数据传输时，可以根据最小传输时延或者最强链路CQI等原则选择最优的路由。采用最小传输时延原则时，一般选择传输跳数最小的路由。采用最强链路CQI原则时，考虑到每条路由可能包含多跳，一般先根据最小CQI的一跳确定该条路由的最小CQI，然后选择多个最小CQI值中最大CQI对应的传输路由。例如网络节点C到G之间存在C-D-E-G和C-D-F-G两条路由，如果D-E之间的CQI值是路由C-D-E-G中最小CQI，D-F之间的CQI值是路由C-D-F-G中最小CQI，如果前者大于后者，则选择C-D-E-G传输路由。

采用移动式路由计算节点时，无线子网划分为虚拟子网1和虚拟子网2，虚拟子网1和虚拟子网2根据分配的时间段与路由计算节点M分别进行通信。在时间T1时，路由计算节点M覆盖虚拟子网1内的所有网络节点，节点A-D将自己的邻节点路由信息表发送给路由计算节点M，节点M通过计算获取虚拟子网1内所有节点之间的路由信息。在时间T2(T2>T1)时，路由计算节点M覆盖虚拟子网2内的所有网络节点，节点E-G将自己的邻节点路由信息表发送给路由计算节点M，节点M通过计算获取虚拟子网2内所有节点之间的路由信息。进一步地，节点M综合虚拟子网1和虚拟子网2内的所有节点之间的路由信息，计算得到整个无线自组网内任意两个节点之间的路由。

路由计算节点M在时间T3将获得的无线自组网内节点之间的路由信息分别发送给虚拟子网1的网络节点，在时间T4(T4>T3)将获得的无线自组网内节点之间的路由信息分别发送给虚拟子网2的网络节点。网络节点在接收到相应信息后能够获知自己与任意一个网络节点之间的路由。任意两个网络节点之间进行数据传输时采用的路由选择方法同采用固定式路由计算节点。

如果无线自组网内节点处于移动状态时，网络拓扑和节点之间的路由信息可能不断进行变化。为了能够及时更新网络内节点之间的路由信息，需要按照预设时间周期性地进行上述步骤，例如预设周期为一小时。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种无线自组网路由信息获取方法，其特征在于，包括：

(1)：根据无线自组网覆盖范围和节点数目，以及路由计算节点能够覆盖的节点数目和范围，无线自组网划分为一个或多个子网，每个子网设置一个路由计算节点；

(2)：在每个子网内，所有网络节点通过发送和检测发现信号，获取邻节点信息，并建立邻节点路由信息表；

(3)：子网内的每个网络节点将邻节点路由信息表发送给路由计算节点；当设置移动式路由计算节点时，子网划分为多个虚拟子网，各个虚拟子网按照时分方式与路由计算节点进行通信，在每个虚拟子网分配的时间段内，虚拟子网中每个网络节点将邻节点路由信息表发送给路由计算节点；

当设置固定式路由计算节点时，子网中每个网络节点将邻节点路由信息表发送给该子网内设置的路由计算节点；

(4)：路由计算节点获取子网内所有节点的邻节点路由信息表后，计算得到整个子网内所有节点之间的路由信息；

(5)：若存在多个固定式路由计算节点，多个路由计算节点相互交换子网内节点之间的路由信息，计算得到整个无线自组网内所有节点之间的路由信息；

(6)：路由计算节点将无线自组网内所有节点之间的路由信息发送给子网中的网络节点，每个节点接收后能够获知整个网络内所有节点之间的路由信息；

在获取整个网络内所有节点之间的路由信息之后，每个路由计算节点将整个网络内所有节点之间的路由信息发送给自己子网内的网络节点；对于移动式路由计算节点，可以按照步骤(3)所述，将整个网络划分为多个虚拟子网，路由计算节点与各个虚拟子网按照时分方式进行通信，在每个虚拟子网分配的时间段内，路由计算节点将整个网络内所有节点之间的路由信息发送给虚拟子网中每个网络节点；

(7)：无线自组网中的网络节点在通信时，根据获得路由信息选择最优的传输路由；

(8)：若在移动场景下的无线自组网网络节点，按照预设时间周期性地重复步骤(1)-(6)。

2.如权利要求1所述的一种无线自组网路由信息获取方法，其特征在于，在邻节点路由信息表中，每个邻节点信息至少包括邻节点ID，或者包括传输链路CQI；对于一个位于子网边缘的网络节点，在存在其他子网的情况下，其邻节点路由信息表中包含属于其他子网的邻节点的信息。

3.如权利要求1所述的一种无线自组网路由信息获取方法，其特征在于，虚拟子网或子网内的不同网络节点与路由计算节点进行同时通信时采用正交的时域、频域或码域资源。

4.如权利要求1所述的一种无线自组网路由信息获取方法，其特征在于，在(5)中，多个固定式路由计算节点相互交换路由信息时采用与子网内网络节点通信不同的无线工作频率或工作频带。

Images