CN111669798B - 一种olsr路由协议控制信息动态生成方法 - Google Patents

一种olsr路由协议控制信息动态生成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种OLSR路由协议控制信息动态生成方法，OLSR路由协议使用固定的控制消息间隔发送控制消息，获取周围节点的链路状态，从而建立从源节点到目的节点的路由表。固定周期的控制消息不能适应网络拓扑的动态变化，在网络拓扑动态变化的环境中，节点不能感知节点移动和网络拓扑变化，导致拓扑信息过期；在网络拓扑缓慢变化的环境中，OLSR周期的广播控制消息，又增大了路由开销。基于标准OLSR协议上述缺陷，本发明通过节点邻居表的变化情况，动态调整HELLO消息的发送频率，通过MPR节点的MPR Selector集的变化情况，动态调整TC消息的发送频率。通过上述方法，大幅降低OLSR协议的路由开销。

Description

一种OLSR路由协议控制信息动态生成方法
技术领域
本发明涉及移动自组网技术领域，具体涉及一种OLSR路由协议控制消息动态生成方法，在原有的OLSR协议基础之上采用动态自适应发送控制消息来改进网络的路由性能。
背景技术
移动自组网(MANET)具有网络自动组织、自动愈合、多跳传输、高带宽、支持高速移动等特点。移动自组网在军事、无线传感网、应急通信、无人机、车联网等领域有广泛的使用前景。移动自组网的技术难点主要集中于移动自组网的路由协议，其中OLSR(OptimizedLink State Routing，优化链路状态路由)协议是应用广泛的路由协议之一。OLSR对经典链路状态算法进行优化，采用了多点中继(MultiPoint Relaying,MPR)技术。每个节点从自己的一跳节点中选择一部分节点作为多点中继节点，也称为MPR节点，这些节点能够完全覆盖自己的两跳邻居节点，以便确认数据分组有没有被下个节点成功接收。OLSR协议中，只有被选为MPR的节点才负责转发控制消息。OLSR路由协议主要依靠握手(HELLO)消息、拓扑控制(Topology Control,TC)消息来获取链路状态，和获得网络中节点之间的路由信息。
HELLO消息的作用是链路检测与发现邻居，TC消息的作用是声明MPR信息来获取网络中的拓扑信息。TC消息包含拓扑信息，节点通过该信息计算路由。MPR节点周期地发送TC消息(非MPR节点无需发送TC消息)，以声明自己被哪些节点选为MPR。那些选自己为MPR的节点，称为该MPR节点的多点中继选择节点，又称为MPR选择节点。如果没有被任何节点选作MPR，则该节点没有MPR选择节点，那么此节点不发送TC消息。节点的TC消息需要洪泛到全网，也即扩散至网络中的每个节点，这是与HELLO消息不同之处。HELLO消息只在节点的一跳范围内传播。
在标准OLSR路由协议中，这些控制消息的生成与发送的周期是固定的，然而固定周期不能适应网络拓扑的动态变化，在节点快速移动或者网络拓扑动态变化的环境中，OLSR不能感知到节点移动和网络拓扑变化，导致拓扑信息过期，最终导致路由失效。与此同时在节点缓慢移动或者网络拓扑缓慢变化的环境中，OLSR较为频繁地广播控制消息，这些过多的控制报文在网络中又会占用网络资源，增大了路由开销。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种OLSR路由协议控制消息动态生成方法，使得节点在拓扑变化较快速的情况下加快控制消息的发送频率，在节点相对稳定时不断降低控制消息发送频率。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种OLSR(Optimized Link State Routing,最佳链路状态路由)协议控制信息动态生成方法，所述的控制信息动态生成方法包括以下步骤：
S1、初始化，按OLSR标准协议中HELLO(握手)消息发送间隔默认值HI设置HELLO消息定时器，每隔HI时长发出超时中断；按OLSR标准协议TC(Topology Control,拓扑控制)消息发送间隔默认值TI设置TC消息定时器，每隔TI时长发出超时中断；
S2、判断HELLO消息定时器是否超时，若超时，则根据节点邻居表变化情况，动态调整HELLO消息发送间隔，过程如下:
S2.1、当HELLO消息定时器超时，统计当前消息发送间隔内节点邻居表中邻居节点个数的变化以及邻居状态的变化,计算出当前节点平均链路变化量；
S2.2、利用指数加权移动平均模型(该模型是以指数递减加权的移动平均，加权值随时间递减，越近期的数据加权越重，在通信领域常用于对状态参数进行估计和平滑)预测出节点的不稳定度；
S2.3、计算第M次HELLO消息的动态发送间隔，其中M＝1,2,3,…；
S2.4、计算第M次HELLO消息包中HELLO消息保持时间；
S2.5、设置HELLO消息定时器新的超时时间，根据本地链路信息表、节点邻居表的内容构造新的HELLO消息，广播新的HELLO消息到所有一跳邻居节点，然后重新执行步骤S2判断HELLO消息定时器是否超时；
S3、判断MPR(MultiPoint Relaying，多点中继)节点TC消息定时器是否超时，其中，MPR节点为多点中继节点，若超时，则根据MPR选择节点变化情况，动态调整TC消息发送间隔，其中，MPR选择节点为多点中继选择节点，过程如下:
S3.1当TC消息定时器超时，统计当前消息发送间隔内MPRs(MultiPoint RelayingSelector set，多点中继选择集)的变化情况,并计算出MPRs平均变化量；
S3.2计算第M次TC消息的动态发送间隔；
S3.3计算第M次TC消息中TC消息保持时间；
S3.4设置TC消息定时器新的超时时间，根据本节点MPRs的内容构造出TC消息，洪泛TC消息到全网，然后重新执行步骤S3判断MPR节点TC消息定时器是否超时。
进一步地，所述的当前节点平均链路变化量的表述式如下：
Figure BDA0002512555280000031
其中N1代表两个HELLO消息发送间隔内增加或减少邻居节点的个数，N2代表两个HELLO消息发送间隔内邻居节点的状态发生改变的个数(比如本节点的某个邻居ASYM_LINK状态变成SYM_LINK状态，ASYM_LINK状态变成LOST_LINK，UNSPEC_LINK状态变成ASYM_LINK状态)，HI表示OLSR标准协议中HELLO消息默认发送间隔；H(M-1)表示上一次(第M-1次)HELLO消息发送间隔，需要注意的是当M＝1时，H(M-1)的值为HI。
进一步地，所述的节点的不稳定度由当前节点平均链路变化量根据指数加权移动平均模型(该模型是以指数递减加权的移动平均，加权值随时间递减，越近期的数据加权越重，在通信领域常用于对状态参数进行估计和平滑)预测，即λ(M)＝αλ(M-1)+(1-α)X，λ(M)为本节点在本次(第M次)HELLO消息发送间隔内的不稳定度，λ(M-1)为本节点在上一次(第M-1次)HELLO消息发送间隔内的不稳定度，初始设为0；X是当前节点平均链路变化量，α是该模型的参数：
Figure BDA0002512555280000041
进一步地，所述的本次(第M次)HELLO消息的动态发送间隔按下式计算：
Figure BDA0002512555280000042
其中，i是表示当前节点处于稳定状态期的计数器，初值为0，当节点在本次HELLO消息发送间隔处于稳定状态时，即λ＝0，计数器i增加1，当检测到节点处于不稳定状态时，即λ≠0，复位i为初值0；Hmax为HELLO消息的最大发送间隔，Hmin为HELLO消息的最小发送间隔，max()和min()分别为取最大值和取最小值函数，HI表示OLSR标准协议中HELLO消息默认的发送间隔。
进一步地，所述的本次(第M次)HELLO消息包中HELLO消息保持时间按下式计算：
Figure BDA0002512555280000051
其中，H(M)表示本次(第M次)HELLO消息的动态发送间隔，H(M-1)表示上一次(第M-1次)HELLO消息发送间隔，H(M-2)表示上上一次(第M-2次)HELLO消息的发送间隔。
进一步地，所述的MPRs平均变化量按下式计算：
Figure BDA0002512555280000052
其中N代表在一个TC发送间隔内该节点的MPRs中MPR节点新增或减少的个数，TI表示OLSR标准协议默认的TC消息发送间隔，T(M-1)表示上一次(第M-1次)TC消息发送间隔，需要注意的是当M＝1时，H(M-1)的值为TI。
进一步地，所述的本次(第M次)TC消息的动态发送间隔按下式计算：
Figure BDA0002512555280000053
其中，j是表示该节点的MPRs处于稳定状态期数的计数器，初值为0，当节点在本次TC消息发送间隔中MPRs处于稳定状态时，即Y＝0，计数器j增加1，当检测到该节点的MPRs处于不稳定状态时，即Y≠0，复位j为初值0；Tmax为TC消息的最大发送间隔，Tmin为TC消息的最小发送间隔，
Figure BDA0002512555280000054
为向下取整运算，TI表示OLSR标准协议默认的TC消息发送间隔。
进一步地，所述的本次TC(第M次)消息中TC消息保持时间按下式计算:
Figure BDA0002512555280000055
其中，T表示本次(第M次)TC消息的动态发送间隔，T(M-1)表示上一次(第M-1次)TC消息发送间隔，T(M-2)表示本节点上上一次(第M-2次)TC消息的发送间隔。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
针对控制消息在不同的网络环境中采用相同的发送周期这一缺陷，本发明在标准OLSR协议基础之上作出相应的改进，能够根据节点邻居表的变化情况调整HELLO消息的发送间隔，根据节点的MPRs变化情况调整TC消息的发送间隔，使得节点在拓扑变化较快速的情况下加快控制消息的发送频率，在节点相对稳定时不断降低控制消息发送频率，在不降低网络性能的前提下，可大幅降低OLSR协议的路由开销。
附图说明
图1是本发明实施例公开的一种OLSR路由协议控制信息动态生成方法的流程图。
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
一种OLSR(Optimized Link State Routing,最佳链路状态路由)协议控制信息动态生成方法，所述的控制信息动态生成方法包括以下步骤：
S1、初始化，按OLSR标准协议中HELLO(握手)消息发送间隔默认值HI设置HELLO消息定时器，每隔HI时长发出超时中断；按OLSR标准协议TC(Topology Control,拓扑控制)消息发送间隔默认值TI设置TC消息定时器，每隔TI时长发出超时中断；
S2、判断HELLO消息定时器是否超时，若超时，则根据节点邻居表变化情况，动态调整HELLO消息发送间隔，过程如下:
S2.1、当HELLO消息定时器超时，统计当前消息发送间隔内节点邻居表中邻居节点个数的变化以及邻居状态的变化,计算出当前节点平均链路变化量；
S2.2、利用指数加权移动平均模型(该模型是以指数递减加权的移动平均，加权值随时间递减，越近期的数据加权越重，在通信领域常用于对状态参数进行估计和平滑)预测出节点的不稳定度；
S2.3、计算第M次HELLO消息的动态发送间隔，其中M＝1,2,3,…；
S2.4、计算第M次HELLO消息包中HELLO消息保持时间；
S2.5、设置HELLO消息定时器新的超时时间，根据本地链路信息表、节点邻居表的内容构造新的HELLO消息，广播新的HELLO消息到所有一跳邻居节点，然后重新执行步骤S2判断HELLO消息定时器是否超时；
S3、判断MPR(MultiPoint Relaying，多点中继)节点TC消息定时器是否超时，其中，MPR节点为多点中继节点，若超时，则根据MPR选择节点变化情况，动态调整TC消息发送间隔，其中，MPR选择节点为多点中继选择节点，过程如下:
S3.1当TC消息定时器超时，统计当前消息发送间隔内MPRs(MultiPoint RelayingSelector set，多点中继选择集)的变化情况,并计算出MPRs平均变化量；
S3.2计算第M次TC消息的动态发送间隔；
S3.3计算第M次TC消息中TC消息保持时间；
S3.4设置TC消息定时器新的超时时间，根据本节点MPRs的内容构造出TC消息，洪泛TC消息到全网，然后重新执行步骤S3判断MPR节点TC消息定时器是否超时。
其中，步骤S2.1中计算得到当前节点平均链路变化量表示本节点与邻居节点链路变化情况，其最大的特点是链路的变化情况既考虑了邻居节点个数的变化又考虑了邻居节点的状态的变化，而且邻居节点个数的变化给予更大的权重，这也说明邻居节点个数对链路变化更明显。
其中，步骤S2.2中需要使用指数加权移动平均模型预测节点的不稳定度，这是因为当前节点平均链路变化量在网络拓扑变化迅速的场景中造成剧烈的波动，如果考虑过去节点平均链路变化量，并与当前节点平均链路变化量做加权，则节点的不稳定在网络拓扑迅速变化的场景变化较为平滑，使得后续产生动态控制消息就不会那么抖动。
其中，步骤S2.3中需要根据节点的不稳定计算第M次HELLO消息的动态发送间隔，是因为节点的不稳定度越来越大时，网络拓扑变化越来越迅速，此时需要发送更小的HELLO消息间隔来感知节点的链路变化；节点的不稳定度较小时，此时可以发送较大的HELLO消息间隔以减少路由开销。
其中，步骤S2.4中计算第M次HELLO消息包中HELLO消息保持时间需要计算前三次HELLO消息间隔做累加，这是因为标准OLSR协议中HELLO消息保持时间设置为三倍的HELLO消息间隔，而本方法HELLO消息间隔在不断变化，HELLO消息保持时间的计算就需要把前三次HELLO消息间隔做累加。
其中，步骤S3.1中MPRs平均变化量表示了本节点MPR节点个数的变化。
其中，步骤S3.2中需要根据MPRs平均变化量计算第M次TC消息的动态发送间隔，这是因为TC消息声明了MPR节点与MPR选择节点的链路信息，MPRs平均变化量越大，MPR选择节点变化越明显，那么需要发送更短的TC消息间隔来声明MPR节点与MPR选择节点的链路信息。
其中，步骤S3.3中计算第M次TC消息包中TC消息保持时间需要计算前三次TC消息间隔做累加，这是因为标准OLSR协议中TC消息保持时间设置为三倍的TC消息间隔，而本方法TC消息间隔在不断变化，TC消息保持时间的计算就需要把前三次TC消息间隔做累加。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种OLSR路由协议控制信息动态生成方法，其特征在于，所述的控制信息动态生成方法包括以下步骤：
S1、按OLSR标准协议中HELLO消息发送间隔默认值HI设置HELLO消息定时器，每隔HI时长发出超时中断；按OLSR标准协议中TC消息发送间隔默认值TI设置TC消息定时器，每隔TI时长发出超时中断；
S2、判断HELLO消息定时器是否超时，若超时，则根据节点邻居表变化情况，动态调整HELLO消息发送间隔，过程如下:
S2.1、当HELLO消息定时器超时，统计当前消息发送间隔内节点邻居表中邻居节点个数的变化以及邻居状态的变化,计算出当前节点平均链路变化量；
S2.2、利用指数加权移动平均模型预测出节点的不稳定度；
S2.3、计算第M次HELLO消息的动态发送间隔，其中M＝1,2,3,…；所述的第M次HELLO消息的动态发送间隔按下式计算：
Figure FDA0003303688430000011
其中，i是表示当前节点处于稳定状态期的计数器，初值为0，当节点在本次HELLO消息发送间隔处于稳定状态时，即λ＝0，计数器i增加1，当检测到节点处于不稳定状态时，即λ≠0，复位i为初值0；Hmax为HELLO消息的最大发送间隔，Hmin为HELLO消息的最小发送间隔，max()和min()分别为取最大值和取最小值函数，HI表示OLSR标准协议中HELLO消息默认的发送间隔；
S2.4、计算第M次HELLO消息包中HELLO消息保持时间；
S2.5、设置HELLO消息定时器新的超时时间，根据本地链路信息表、节点邻居表的内容构造新的HELLO消息，广播新的HELLO消息到所有一跳邻居节点，然后重新执行步骤S2判断HELLO消息定时器是否超时；
S3、判断MPR节点TC消息定时器是否超时，其中，MPR节点为多点中继节点，若超时，则根据MPR选择节点变化情况，其中，MPR选择节点为多点中继选择节点，动态调整TC消息发送间隔，过程如下:
S3.1当TC消息定时器超时，统计当前消息发送间隔内MPRs的变化情况,其中MPRs为多点中继选择集，并计算出MPRs平均变化量；
S3.2计算第M次TC消息的动态发送间隔；所述的第M次TC消息的动态发送间隔按下式计算：
Figure FDA0003303688430000021
其中，j是表示该节点的MPRs处于稳定状态期数的计数器，初值为0，当节点在本次TC消息发送间隔中MPRs处于稳定状态时，即Y＝0，计数器j增加1，当检测到该节点的MPRs处于不稳定状态时，即Y≠0，复位j为初值0；Tmax为TC消息的最大发送间隔，Tmin为TC消息的最小发送间隔，
Figure FDA0003303688430000022
为向下取整运算，TI表示OLSR标准协议默认的TC消息发送间隔；
S3.3计算第M次TC消息中TC消息保持时间；
S3.4设置TC消息定时器新的超时时间，根据本节点MPRs的内容构造出TC消息，洪泛TC消息到全网，然后重新执行步骤S3判断MPR节点TC消息定时器是否超时。
2.根据权利要求1所述的一种OLSR路由协议控制消息动态生成方法，其特征在于，所述的当前节点平均链路变化量的表述式如下：
Figure FDA0003303688430000031
其中N1代表两个HELLO消息发送间隔内增加或减少邻居节点的个数，N2代表两个HELLO消息发送间隔内邻居节点的状态发生改变的个数，HI表示OLSR标准协议中HELLO消息默认发送间隔；H(M-1)表示第M-1次HELLO消息发送间隔，需要注意的是当M＝1时，H(M-1)的值为HI。
3.根据权利要求1所述的一种OLSR路由协议控制消息动态生成方法，其特征在于，所述的节点的不稳定度由当前节点平均链路变化量根据指数加权移动平均模型预测，即λ(M)＝αλ(M-1)+(1-α)X，λ(M)为本节点在第M次HELLO消息发送间隔内的不稳定度，λ(M-1)为本节点在第M-1次HELLO消息发送间隔内的不稳定度，初始设为0；X是当前节点平均链路变化量，α是该模型的参数：
Figure FDA0003303688430000032
4.根据权利要求1所述的一种OLSR路由协议控制消息动态生成方法，其特征在于，所述的第M次HELLO消息包中HELLO消息保持时间按下式计算：
Figure FDA0003303688430000033
其中，H(M)表示第M次HELLO消息的动态发送间隔，H(M-1)表示第M-1次HELLO消息发送间隔，H(M-2)表示第M-2次HELLO消息的发送间隔。
5.根据权利要求1所述的一种OLSR路由协议控制消息动态生成方法，其特征在于，所述的MPRs平均变化量按下式计算：
Figure FDA0003303688430000041
其中N代表在一个TC发送间隔内该节点的MPRs中MPR节点新增或减少的个数，TI表示OLSR标准协议默认的TC消息发送间隔，T(M-1)表示第M-1次TC消息发送间隔，需要注意的是当M＝1时，T(M-1)的值为TI。
6.根据权利要求1所述的一种OLSR路由协议控制消息动态生成方法，其特征在于，所述的第M次TC消息中TC消息保持时间按下式计算:
Figure FDA0003303688430000042
其中，T表示第M次TC消息的动态发送间隔，T(M-1)表示第M-1次TC消息发送间隔，T(M-2)表示M-2次TC消息的发送间隔。
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FR3135587A1 (fr) * 2022-05-11 2023-11-17 Psa Automobiles Sa Procédé et dispositif de communication dynamique de messages de contrôle de topologie dans un réseau mobile ad-hoc

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