CN111585898B

CN111585898B - 面向无线自组织网络的路由信息增量传输方法

Info

Publication number: CN111585898B
Application number: CN202010381425.7A
Authority: CN
Inventors: 刘俊宇; 史斌; 史琰; 盛敏; 赵雄旺; 张忠凯; 朱伟
Original assignee: Xidian University
Current assignee: Xidian University
Priority date: 2020-05-08
Filing date: 2020-05-08
Publication date: 2021-06-25
Anticipated expiration: 2040-05-08
Also published as: CN111585898A

Abstract

本发明公开了一种面向无线自组织网络的路由信息增量传输方法。主要解决现有技术路由开销大，网络寿命短的问题。其实现方案是：1)网络中节点在对路由信息发送和处理的过程中，对自身以及其他节点的路由信息进行缓存，并为路由信息交互分组添加序列号机制；2)统计这些路由信息交互分组的成功接收概率；3)根据已统计的最小成功接收概率确定完整路由信息的发送周期T；4)在发送端结合发送周期T对传输的路由信息进行筛选发送；5)在接收端根据接收的缓存路由信息表进行路由信息恢复并处理，实现路由信息的增量传输；本发明利用节点的存储计算能力实现对内容增量的传输，降低了路由开销，延长了网络平均寿命，可用于无线自组织网络。

Description

面向无线自组织网络的路由信息增量传输方法

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，特别涉及路由信息增量传输的方法，可用于无线自组织网络。

背景技术

自组织网络是一种不需要固定基础设施支持的、由若干移动节点组成的多跳分布式无线网络。具有自组织、任意移动、多跳等待性，网络的节点通过分层的网络协议和分布式算法相互协调，实现网络的自动组织和运行，是一种强壮而有效的无线移动网络。

自组织网络常用的路由协议主要分为三类：表驱动路由协议、按需路由协议、混合路由协议。在自组织网络场景中，大多数的节点并没有可靠的能源供给，因此能源受限成了大多数自组织网络必须要面对的问题。表驱动的路由协议必须周期性地维护路由表，产生大量开销，虽然按需的路由协议不需要周期性地维护路由表，开销相对较小，但由于其路由发现的过程增加了数据到达的时延并不适用于含有较低时延业务的网络。

在计算机网络中，开放式最短路径优先OSPF路由协议使用了触发更新以及增量更新的机制，但它的触发更新机制在网络拓扑变化较为频繁时将频繁的触发路由信息交互，使得路由开销增加；而其增量更新实际上是一个链路状态的通告，在无线网路中，链路状态的变化相比有线网络中更为频繁，而且信道质量原没有有线网络中的可靠，在这样的情况下OSPF协议中的增量式更新将会使得网络路由信息的滞后。

在移动通信网络中，申请号为CN201811446499.3的专利申请提出了一种面向移动通信网路的内容增量传输方法及移动通信系统。该方法允许网络中可信节点在对数据进行存储转发的过程中，对数据内容进行智能解析，并对传输的数据量进行正负增量处理，实现内容增量交换。首先，可信节点结合其存储的上下文信息，对传输控制协议报文段内容进行正增量或负增量操作，完成数据正向传输；然后，各级节点接收到数据后，对数据的正向传递结果进行逐级反馈。由于该方法需要大量的先验知识以及需要复杂算法予以支持，所以该方法实现难度较大，而且获取先验知识以及实时信息需要网络中节点周期性的发送报文，这将极大的增加网络开销。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种面向无线自组织网络的路由信息增量传输方法，以减小网络开销，简化实现复杂度。

本发明的技术思路是：通过允许网络中节点在对路由信息发送和处理的过程中，对自身以及其他节点的路由信息进行保存以及更新，并对传输的路由信息进行检查，实现路由信息增量传输。其实现步骤包括如下：

(1)网络中节点为缓存其他节点路由信息开辟新的存储空间，为路由信息交互分组增加序列号机制，并统计这些路由信息交互分组的成功接收概率；

(2)根据已统计的最小成功接收概率确定完整路由信息的发送周期T；(3)发送基于增量式的路由信息交互分组：

(3a)将自身缓存路由信息与当前路由信息进行对比，并对信息相同路由条目进行标记；

(3b)根据确定的完整路由信息发送周期T判断是否发送完整的路由信息：

若是，则将所有路由条目标记清除，

若不是，则将未标记的路由信息写入路由信息交互分组并发送；

(3c)将本节点当前路由信息存储到缓存路由表的相应区域；

(4)接收基于增量式发送的路由信息交互分组:

(4a)根据本地接收序列号加一后的值与从分组中获取的发送序列号是否相等判断是否接收该分组：若不相等，则执行(4b)；若相等，则接收该分组并执行(4c)；

(4b)向源节点发送路由信息请求分组：

(4c)对接收到的路由信息交互分组进行路由信息恢复，并将恢复后的路由信息存储到缓存路由表的相应区域。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

第一，本发明充分利用节点的存储计算能力，基于节点检测自身路由信息改变情况以及接收节点对路由信息的恢复，在传统的主动式路由协议交互所有路由信息的基础上，通过“存储-检测-恢复”操作实现了路由信息增量式传输，即减小传统主动式路由协议的开销，延长网络寿命。

第二，本发明由于增加序列号机制以及自适应的发送包含完整信息的路由交互分组，可以有效地适应无线信道的不可靠性。

附图说明

图1是本发明的实现流程图；

图2是本发明中发送端发送基于增量式的路由信息交互分组子流程图；

图3是本发明中增量式发送方式示意图；

图4是本发明中接收端接收基于增量式的路由信息交互分组子流程图；

图5是本发明中路由信息恢复的示意图；

图6是本发明提供的基于仿真软件OPNET在空地场景下的路由开销仿真结果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对传统无线自组织网络的主动式路由技术存在周期性交互路由信息，无法满足在能源受限条件下的路由开销要求的问题。本发明在网络中节点已知收到邻居节点上一次的路由信息，并且在保证不影响网络中路由信息一致性的前提下，对传输路由信息进行增量式发送，以降低路由开销，延长网络寿命。

参照图1，本发明实施例提供的面向无线自组织网络的路由信息增量传输的方法，实现步骤如下：

步骤1，网络中节点为缓存其他节点路由信息开辟新的存储空间，为路由信息交互分组增加序列号机制，并统计这些路由信息交互分组的成功接收概率。

1.1)网络中各节点首先为缓存相邻节点路由信息开辟新的存储空间；

1.2)为路由信息交互分组增加序列号机制：

(1.2.1)在发送端初始一个值为0的发送序列号，在发送路由信息交互分组之前将该序列号加1，并将该序列号写入路由信息交互分组；

(1.2.2)在接收端初始一个值为0的接收序列号，在接收端从接收到的路由信息交互分组中读取发送序列号，并判断接收序列号加1后与从分组中获取的发送序列号是否相等：

若相等，则将发送序列号的值赋值给本地接收序列号；

如不相等，则对接收序列号不采取操作。

由于增量式发送路由信息的限制性,即完整路由信息只能根据上一次缓存的路由信息进行恢复，因此为路由信息分组增加序列号机制能确保节点可以检测是否连续地收到邻居节点发来的路由信息分组。例如，节点A上一次收到节点B的路由信息分组序列号为3，本次收到节点B的路由信息分组序列号为5，则证明未收到节点B发送的序列号为4的路由信息分组，本次无法恢复收到节点B发送的序列号为5的路由信息，此时需要向节点B发送请求完整路由信息分组的消息。

1.3)根据节点发送路由信息交互分组的周期T₁和节点统计接收邻居节点路由信息交互分组数量的周期T₂，统计这些路由信息交互分组的成功接收概率：

P(n)＝N/(T₂/T₁),

其中，N为接收到邻居节点n的路由信息交互分组数量，P(n)为邻居节点n的路由信息交互分组成功接收概率。

步骤2，根据已统计的最小成功接收概率确定完整路由信息的发送周期T。

2.1)统计接收到邻居节点n的路由信息交互分组数量N，计算路由信息交互分组成功接收概率：

P(n)＝N/(T₂/T₁)；

2.2)取已统计的成功接收概率中的最小值：

P_min＝Min{P(1),…,P(n)}，其中n为邻居节点数目；

2.3)根据成功接收概率中的最小值值确定出完整路由信息的发送周期T：

其中

为向上取整符号，T₁为节点发送路由信息交互分组的周期。

步骤3，发送端发送基于增量式的路由信息交互分组。

参照图2，本步骤的具体实现如下：

3.1)将自身缓存路由信息与当前路由信息进行对比，并对信息相同路由条目进行标记，即将相同的路由条目标志位置为1，标志位默认为0；

3.2)将发送序列号与发送周期T进行比较，判断是否要发送完整的路由信息：

如果发送序列号等于完整路由信息的发送周期T，则是要发送完整的路由信息，执行3.3)；

如果发送序列号不等于完整路由信息的发送周期T，则无需发送完整的路由信息，执行3.4)；

3.3)对于要发送完整的路由信息的情况，操作如下：

3.3.1)将所有路由条目标记清除，即将所有路由条目发送标志位置0，将路由信息分组发送序列号置0；

3.3.2)发送路由信息分组并更新本节点的缓存路由表；

3.4)对于不发送完整路由信息的情况，操作如下：

3.4.1)将路由信息分组的发送序列号加1；

3.4.2)对于发送标志位为0的路由条目，将其所有信息写入路由信息分组；对于发送标志位为1的路由条目，不采取操作；

3.4.3)发送路由信息分组并更新本节点的缓存路由表。

如图3所示，根据拓扑变化之前的网络结构，节点A向节点B发送的路由信息如图3(a)所示的路由表，当网络拓扑发生变化之后，在下一次向节点B发送路由信息时，节点A的路由信息也随之发生变化，此时节点A的路由表内容如图3(b)所示，根据网络拓扑结构变化前后的路由信息如图3(a)和3(b)，可以看出，只有到目的节点E的路由信息发生了改变，所以根据路由信息增量传输的方法，在发送路由信息交互分组之前，分别将到节点A、B、C、D的路由条目发送标志位置为1，而无需将路由信息写入路由信息分组，将到目的节点E的路由条目发送标志位置为0，将路由信息写入路由信息交互分组，该节点A在网络拓扑变化之后将要发送的路由信息如图3(c)所示；

3.5)将本节点当前路由信息存储到缓存路由表的相应区域。

步骤4，接收端接收基于增量式发送的路由信息交互分组。

参照图4，本步骤的具体实现如下：

4.1)将本地接收序列号加一后的值与从分组中获取的发送序列号进行比较：

若在接收过程中，路由信息分组序列号不等于本地接收序列号加1，则说明未收到源节点上一次发送的路由信息分组，执行(4.2)；

若在接收过程中，路由信息分组序列号等于0或本地接收序列号加1，则说明连续收到源节点发送的路由信息分组，执行(4.3)；

4.2)向源节点发送路由信息请求分组：

(4.2.1)获取该分组中源节点的ID，然后丢弃该分组；

(4.2.2)产生一个请求源节点发送完整路由信息的分组，将路由信息请求分组中的目的节点设置为源节点ID并发送；

(4.2.3)源节点收到该分组后查看该节点是否在自身邻居表中：若在，则向该节点发送一个完整路由信息分组；若不在，则丢弃该分组。

4.3)对接收到的路由信息交互分组进行路由信息恢复：

(4.3.1)将接收序列号更新为本次接收分组的发送序列号，对接收到路由信息中每一个路由条目标志位的值进行检测，若该值为1，则执行(4.3.2)，否则，不采取操作；

(4.3.2)将标志位值为1的路由条目中的内容更新为缓存路由表中相应路由条目的内容,以实现对路由信息的恢复；

4.4)根据本次路由信息更新缓存路由表,即将恢复后的路由信息存储到缓存路由表的相应区域。

如图5所示，节点B收到节点A发来的路由信息分组如图5(b)所示，然后由节点A检查收到的信息中路由条目的标志位，如果标志位的值为0，则跳过；如果标志位的值为1，则根据如5(a)所示的缓存的信息，将缓存路由表中相应的信息拷贝到当前收到的路由信息表中，恢复后的路由信息如图5(c)所示。

本发明的效果可通过以下仿真进一步说明：

一、仿真场景参数设置

仿真时间	1h
		节点类型	地面节点、空中节点
节点数量	10,20,30…80,90,100/个
		仿真场景大小	10km*10km
数据分组平均大小	1kbits
		数据分组到达间隔	0.01s
SOP分组发送周期	1s
		地面节点移动速率	10km/h
空中节点移动速率	30km/h

表1

二、仿真内容

仿真软件：OPNET；空地场景下的路由开销仿真结果图

仿真内容：在空地场景下，对本发明使用路由信息增量传输方法的场景和现有不使用路由信息增量传输方法的场景在不同的SOP分组发送周期的情况下对网络中单位节点平均路由开销进行仿真，结果如图6所示。其中曲线①表示在不使用路由信息增量传输方法而且SOP分组发送周期为1s的场景下节点平均路由开销曲线，曲线②表示在使用路由信息增量传输方法而且SOP分组发送周期为1s的场景下节点平均路由开销曲线，曲线③表示在不使用路由信息增量传输方法而且SOP分组发送周期为2s的场景下节点平均路由开销曲线，曲线④表示在使用路由信息增量传输方法而且SOP分组发送周期为2s的场景下节点平均路由开销曲线。

从图6中可以看出路由信息交互分组发送周期相同时，在路由信息增量和非增量发送方式下，节点平均的路由开销都随着节点数量的增加而增加，这是由于节点数量增加，路由交互分组中包含的路由信息也在增加；但在路由信息增量传输的情况下节点平均路由开销增长速率较路由信息非增量传输的情况下慢，这是由于在路由信息增量传输方式下，发送的路由信息大小不仅取决与网络节点数量，还取决与网络拓扑信息变化的频繁程度。而且在不同的SOP分组发送周期下，曲线变化的趋势是近似，这是符合预期的。

Claims

1.一种面向无线自组织网络的路由信息增量传输的方法，其特征在于，包括如下：

(2)根据已统计的最小成功接收概率确定完整路由信息的发送周期T；

(3)发送基于增量式的路由信息交互分组：

(3b)根据确定的完整路由信息发送周期T判断是否发送完整的路由信息，是将发送序列号与发送周期T进比较：

如果发送序列号等于完整路由信息的发送周期T，则是要发送完整的路由信息，此时，将所有路由条目标记清除；

如果发送序列号不等于完整路由信息的发送周期T，则无需发送完整的路由信息，此时，将未标记的路由信息写入路由信息交互分组并发送；

(3c)将本节点当前路由信息存储到缓存路由表的相应区域；

(4)接收基于增量式发送的路由信息交互分组:

(4b)向源节点发送路由信息请求分组：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，(1)中为路由信息交互分组增加序列号机制，是实现如下：

(1a)在发送端初始一个值为0的发送序列号，在发送路由信息交互分组之前将该序列号加1，并将该序列号写入路由信息交互分组；

(1b)在接收端初始一个值为0的接收序列号，在接收端从接收到的路由信息交互分组中读取发送序列号，并判断接收序列号加1后与从分组中获取的发送序列号是否相等：

若相等，则将发送序列号的值赋值给本地接收序列号；

如不相等，则对接收序列号不采取操作。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，(1)中统计路由信息交互分组成功接收概率，通过如下公式进行：

P(n)＝N/(T₂/T₁)

其中，N为接收到邻居节点n的路由信息交互分组数量，T₁为节点发送路由信息交互分组的周期，T₂为节点统计接收邻居节点的路由信息交互分组数量的周期，P(n)为邻居节点n的路由信息交互分组成功接收概率。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，(2)中根据已统计的最小成功接收概率确定完整路由信息的发送周期T，通过如下公式进行：

P_min＝Min{P(1),…,P(n)}

其中，P_min为已统计的成功接收概率中的最小值，n为邻居节点数目，其中

为向上取整符号，T₁为节点发送路由信息交互分组的周期。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，(3a)中对信息相同路由条目进行标记，是将相同的路由条目标志位置为1，标志位默认为0。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，(4b)所述的向源节点发送路由信息请求分组，实现如下：

(4b1)将路由信息请求分组中的目的节点设置为源节点ID，发送该分组；

(4b2)源节点收到路由信息请求分组后再次向请求节点发送完整的路由信息交互分组。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，(4c)中对接收到的路由信息交互分组进行路由信息恢复，实现如下：

(4c1)对接收到路由信息中每一个路由条目标志位的值进行检测，若该值为1，则执行(4c2)，否则，不采取操作；

(4c2)将标志位值为1的路由条目中的内容更新为缓存路由表中相应路由条目的内容。