CN111740905B - 一种无线自组网环境下实现可靠通信链路的路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线自组网环境下实现可靠通信链路的路由方法，步骤包括：源节点开始路由寻址，构建一个信标帧；下一跳节点收到信标帧后，在路由路径中添加本节点信号后构建一个新的信标帧并发送；源节点窃听下一跳节点发送的新的信标帧后，根据帧序列号，下一跳节点完成转发，直至下一跳节点为目的节点时，路由寻址完成；目的节点构建路由应答帧，路由应答帧以单播形式回传应答源节点，完成寻址过程；源节点按照寻址得到的路由链路进行数据传输。本发明使用路由寻址逻辑，精确把控每一个数据包的传输，不存在废包、无效包的情况，充分利用数据带宽，并合理减少网络泛洪的次数，同时寻址可发现多条不交叉的路由，保证了高质量的路由发现结果。

Description

一种无线自组网环境下实现可靠通信链路的路由方法

技术领域

本发明涉及移动自组网无线通信领域，尤其涉及一种无线自组网环境下实现可靠通信链路的路由方法。

背景技术

本方法针对带宽有限，半双工通信，移动自组网路由链路灵活多变的应用场景。

移动自组网具有通信路由随机动态变化的特点，传统的自组网网状网路由方法，大多可以提供一条相对可靠的路由路径，用户可以按照此路径进行数据传输。但是，无线传输本身就具有不可靠性，收发器半双工的特性又大大增加了无线传输的不稳定性，因此，在实际应用中，用户传输的数据很容易丢失，通信链路的可靠性也难以保障。

在带宽有限的情况下，需要充分考虑路由寻址过程中网络广播及网络转发所消耗的带宽，提高路由寻址效率，如果不加以控制，很容易由于网络泛洪造成网络瘫痪。

在无线传输环境中，半双工通信时传输数据很容易发生误码和丢包，一套完整可靠的路由保障机制应当能够应对这种不确定情况，保障用户数据的可靠传输。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无线自组网环境下实现可靠通信链路的路由方法，解决在不可靠无线传输链路上进行可靠数据传输的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种无线自组网环境下实现可靠通信链路的路由方法，包括如下步骤：

步骤一，源节点开始路由寻址，构建一个信标帧；

步骤二，下一跳节点收到信标帧后，在路由路径中添加本节点信号后构建一个新的信标帧，随后本节点将新的信标帧转发送；

步骤三，源节点窃听下一跳节点发送的新的信标帧后，根据帧序列号，通过发送等待定时器判断下一跳节点是否完成转发；

步骤四，新的下一跳节点重复步骤二的过程，每个节点仅处理一次同一个帧序列号的帧请求，直至下一跳节点为目的节点时，路由寻址完成；

步骤五，目的节点构建路由应答帧，路由应答帧以单播形式回传应答源节点，直至源节点收到路由应答帧，完成寻址过程；

步骤六，寻址完成后，源节点按照寻址得到的路由链路进行数据传输。

进一步地，每个节点发送新的信标帧后均设有发送等待定时器，用于判定下一跳节点反馈给本节点的信标帧是否在定时器周期内，若不在，则超时。

进一步地，所述源节点设有路由等待定时器，源节点未在定时周期内接收寻址结果则发起二次寻址，多次寻址均超时则路由链路不可达。

进一步地，目的节点若收到多条路由链路，目的节点则选择一条路由链路作为主路进行回传答复，其余路由链路回传给源节点进行备用。

进一步地，在路由链路传输过程中，本节点未在设定的发送等待定时器内窃听到下一跳节点的数据帧，则表明路由链路断裂，本节点立即发送路由异常包通知源节点，源节点则按照备用路由链路重新进行数据传输。

进一步地，下一跳节点新的信标帧中帧序列号、源节点、目标节点保持不变，路由路径中添加本节点信息作为下一跳的路由路径并生成新的包长和检验位。

进一步地，步骤五中，目的节点构建的路由应答帧中，源节点为本目的节点，目的节点为源节点，路由路径为寻址得到的路由链路，下一跳目的节点则根据路由链路的逆过程动态变化，从本节点逐级回传至源节点，回传以单播形式进行，每个路由应答帧含有明确的下一跳目的节点，同时使用窃听机制和发送等待定时器保障路由应答帧顺利达到源节点。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

本路由方法通过数据帧校验，保障数据帧的可靠性，应用于所有数据帧中，并引入帧序列号、窃听机制和等待定时器机制，实现一套完整可靠的路由方法；

帧序列号具有唯一性和独立性，所有的数据帧都具有一个帧序列号，通过帧序列号，各节点对每一个数据包进行把控，保障数据传输的可靠性；

窃听机制可以有效提高路由寻址及数据帧传输效率，在多跳路由关系中，前一跳节点通过帧序列号，窃听后一跳节点是否转发处理本帧数据，通过此机制，不需要消耗额外的数据带宽，就形成了每个节点对自己下一跳节点负责的管理模式；

等待定时器保障了路由的时效性，由于移动自组网路由链路灵活多变，所以通过寻址得到的路由链路也具有时效性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。其中：

图1是本发明实施例无线自组网路由寻址的结构示意图；

图2是本发明实施例寻址完成后数据传输机制流程图；

图3是本发明实施例路由链路断裂后数据传输保障机制流程图。

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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明的一种无线自组网环境下实现可靠通信链路的路由方法，包括如下步骤：

步骤一，源节点开始路由寻址，构建一个信标帧；

步骤二，下一跳节点收到信标帧后，在路由路径中添加本节点信号后构建一个新的信标帧，随后本节点将新的信标帧转发送；

步骤三，源节点窃听下一跳节点发送的新的信标帧后，根据帧序列号，通过发送等待定时器判断下一跳节点已完成转发；

步骤四，新的下一跳节点重复步骤二的过程，每个节点仅处理一次同一个帧序列号的帧请求，直至下一跳节点为目的节点时，路由寻址完成；

步骤五，目的节点构建路由应答帧，路由应答帧以单播形式回传应答源节点，直至源节点收到路由应答帧，完成寻址过程；

步骤六，寻址完成后，源节点按照寻址得到的路由链路进行数据传输。

本路由方法，帧序列号具有唯一性和独立性，所有的数据帧都具有一个帧序列号，通过帧序列号，各节点对每一个数据包进行把控，保障数据传输的可靠性。对于同一类数据帧，帧序列号是相同的。例如寻址中用到的信标帧，根据帧序列号，每个节点仅处理一次信标帧请求，这种寻址机制得到的多条路由链路，不会出现大量中继节点交叉使用的情况，降低了节点“失联”后，大面积路由瘫痪的风险，使寻址得到的备用路由更有价值。

信标帧由帧序列号、包长、源节点、目的节点、路由路径和校验位组成，下一跳节点新的信标帧中帧序列号、源节点、目的节点保持不变，路由路径中添加本节点信息作为下一跳的路由路径并生成新的包长和检验位。

路由应答帧，由帧序列号、包长、源节点、下一跳节点、最终目的节点、路由路径、备用路由路径和校验位组成，源节点为本目的节点，最终目的节点为源节点，路由路径为寻址得到的路由链路，下一跳目的节点则根据路由链路的逆过程动态变化，从本节点至逐级回传至源节点，回传以单播形式进行，每个路由应答帧含有明确的下一跳目的节点，同时使用窃听机制和发送等待定时器保障路由应答帧顺利达到源节点。

窃听机制可以有效提高路由寻址及数据帧传输效率。在多跳路由关系中，前一跳节点通过帧序列号，窃听后一跳节点是否转发处理本帧数据，并以此判断下一跳数据的传达情况，如果后一节点长时间未响应，则前一跳节点会进行二次重发。通过这种机制，不需要消耗额外的数据带宽，就形成了每一个节点对自己下一跳节点负责的管理模式。

等待定时器保障了路由的时效性。由于移动自组网路由链路灵活多变，所以通过寻址得到的路由链路也具有时效性，因此寻址时间或者通信时间都不宜过长。本路由方法引入路由等待定时器和发送等待定时器，路由等待定时器是针对寻址源节点的，源节点需要在定时器周期内接收到寻址结果，否则需要发起二次寻址，多次寻址均超时则意味着源节点到目的节点链路不可达；发送等待定时器针对所有节点，节点需要在定时器周期内接收到下一跳节点的转发结果，否则认为到下一跳节点的传输失败，需要重新发送数据帧，多次重发均超时则意味着本节点处于网络末端，无法提供下一跳路由，本节点停止路由寻址过程。

作为本发明的一实施例如图1所示，无线自组网路由寻址的具体步骤如下：

S1，源节点A进行路由寻址时，首先构建一个信标帧A1，源节点A通过广播将信标帧A1发送，发送后源节点设置一个路由等待定时器和一个发送等待定时器，发送等待定时器需要在定时器周期内接收到下一跳节点的转发结果，否则需要重新发送信标帧A1。

S2，下一跳节点B收到信标帧A1后，将构建一个新的信标帧B2，信标帧B2中帧序列号、源节点和目的节点保持不变，路由路径中添加本节点信息作为下一跳节点的路由路径，并生成新的包长和校验位，随后，本节点B将信标帧B2转发出去，发送后节点B会设置一个发送等待定时器。

节点Z和节点B类似，下一跳节点Z收到来自源节点A的信标帧A1后，构建一个新的信标帧Z2，发送后节点Z同样设置一个发送等待定时器。

S3，上一跳节点A窃听到下一跳节点B或者节点Z发送的新的信标帧后，根据唯一的帧序列号，判断下一跳节点完成转发，上一跳节点A的发送等待定时器任务完成。

S4，对于节点B，存在新的下一跳节点C、Y、Z，信标帧B2到达这三个节点，节点Z收到信标帧B2后，由于S2过程，节点Z不再处理帧序列号相同的信标帧B2；节点C和节点Y收到信标帧B2后，将重复上述S2过程，生成新的信标帧C3和Y3。

S5，节点Y发送信标帧Y3后，由于节点Y通信范围内只有节点B，而节点B不会处理相同帧序列号的信标帧Y3，因此节点Y的发送等待定时器会超时，多次重发后结果不变，至此，节点Y判断自身处于网络末端，无法提供下一跳路由，节点Y停止路由寻址过程。

S6，节点C类似节点B，将继续路由寻址过程，直至找到目的节点X，目的节点X将补足信标帧中的路由路径。一段时间内，目的节点X将收到N条路由链路，目的节点将选择一条路由链路进行回传答复，其余路由链路作为备用路由存储。

假设节点X收到两条链路，分别是A-B-C-E-F-X和A-B-C-D-G-H-X，目的节点选择链路A-B-C-E-F-X（简称链路L）作为主路由路径，并进行回复。

S7，目的节点X回复时，重新构建一个路由应答帧，路由应答帧生成全新的序列号，路由应答帧中的源节点为节点X，最终目的节点为节点A，路由路径为寻址得到的链路L，备用路由路径为路由寻址得到的第二条路径A-B-C-D-G-H-X，下一跳目的节点则根据路由链路L的逆过程动态变化，依次为X-F-E-C-B-A，实现从节点X逐级回传至节点A，回传以单播形式进行，每个路由应答帧含有明确的下一跳目的节点，不需要通过广播传输，同时使用窃听机制和发送等待定时器保障路由应答帧顺利到达源节点A。

S8，节点A收到来自目的节点X的回传答复时，节点A的路由等待定时器任务完成，寻址过程完成。

如图2所示，寻址完成后，源节点A按照寻址得到的链路L进行数据传输，传输过程中同样使用帧序列号，窃听机制和等待定时器保障数据的传输。根据已知路由链路L，发送过程中每个数据帧都有明确的目的地址，源节点A发送一个目的地址为B的数据帧1，节点B发送一个目的地址为C的数据帧2，依此类推，直至单播完成整个传输过程。每个节点都使用窃听机制和等待定时器保障数据传达下一跳，例如节点B发送数据帧2给C时，节点A进行窃听，完成本次传输的数据传输应答及数据保障服务。

如图3所示，假设数据传输过程中链路L在节点C处断裂，节点C长时间未窃听到的节点E的数据帧，且节点C的发送等待定时器多次超时，那么节点C认为C-E链路断裂，节点C会立即发送一个路由异常包通知源节点A，路由异常包包含了C-E处链路断裂的内容，源节点A会删除链路L，并启用备用路由A-B-C-D-G-H-X进行传输，源节点A会按照备用路由链路A-B-C-D-G-H-X重新进行数据传输。

本发明的路由本发明方法针对带宽有限，半双工通信，移动自组网路由链路灵活多变的应用场景。使用高效率的路由寻址逻辑，精确的把控每一个数据包的传输，不存在废包、无效包的情况，充分利用数据带宽，并合理减少网络泛洪的次数，同时又能寻址发现多条不交叉的路由，保证了高质量的路由发现结果。

本发明方法设计的路由协议，从路由寻址到数据传输完成，提供了一套完整的路由保障机制，很好地解决了在上述应用场景中实现可靠数据传输的问题。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种无线自组网环境下实现可靠通信链路的路由方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，源节点开始路由寻址，构建一个信标帧，所述信标帧由帧序列号、包长、源节点、目的节点、路由路径和校验位组成；

步骤二，下一跳节点收到信标帧后，在路由路径中添加本节点信号后构建一个新的信标帧，随后本节点将新的信标帧转发送，所述新的信标帧中帧序列号、源节点、目标节点保持不变，路由路径中添加本节点信息作为下一跳的路由路径并生成新的包长和检验位；

步骤三，源节点窃听下一跳节点发送的新的信标帧后，根据帧序列号，通过发送等待定时器判断下一跳节点是否完成转发；

步骤四，新的下一跳节点重复步骤二的过程，每个节点仅处理一次同一个帧序列号的帧请求，直至下一跳节点为目的节点时，路由寻址完成；

步骤五，目的节点构建路由应答帧，路由应答帧以单播形式回传应答源节点，直至源节点收到路由应答帧，完成寻址过程；

步骤六，寻址完成后，源节点按照寻址得到的路由链路进行数据传输。

2.根据权利要求1所述的路由方法，其特征在于：每个节点发送新的信标帧后均设有发送等待定时器，用于判定下一跳节点反馈给本节点的信标帧是否在定时器周期内，若不在，则超时。

3.根据权利要求1所述的路由方法，其特征在于：所述源节点设有路由等待定时器，源节点未在定时周期内接收寻址结果则发起二次寻址，多次寻址均超时则路由链路不可达。

4.根据权利要求1所述的路由方法，其特征在于：目的节点若收到多条路由链路，目的节点则选择一条路由链路作为主路进行回传答复，其余路由链路回传给源节点进行备用。

5.根据权利要求3所述的路由方法，其特征在于：在路由链路传输过程中，本节点未在设定的发送等待定时器内窃听到下一跳节点的数据帧，则表明路由链路断裂，本节点立即发送路由异常包通知源节点，源节点则按照备用路由链路重新进行数据传输。

6.根据权利要求1所述的路由方法，其特征在于：步骤五中，目的节点构建的路由应答帧中，源节点为本目的节点，目的节点为源节点，路由路径为寻址得到的路由链路，下一跳目的节点则根据路由链路的逆过程动态变化，从本节点逐级回传至源节点，回传以单播形式进行，每个路由应答帧含有明确的下一跳目的节点，同时使用窃听机制和发送等待定时器保障路由应答帧顺利达到源节点。

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