CN113490251B - 基于泛洪约束和多度量函数的移动自组网路由构建方法 - Google Patents

基于泛洪约束和多度量函数的移动自组网路由构建方法 Download PDF

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CN113490251B CN202110777733.6A CN202110777733A CN113490251B CN 113490251 B CN113490251 B CN 113490251B CN 202110777733 A CN202110777733 A CN 202110777733A CN 113490251 B CN113490251 B CN 113490251B
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Abstract

本发明涉及一种基于泛洪约束和多度量函数的移动自组网路由构建方法，包括：步骤(1)：源节点生成RREQ报文，并基于泛洪约束机制更新RREQ报文，将更新后的RREQ报文传输至目的节点；步骤(2)：所述源节点根据收到的RREP报文确定多条源节点至目的节点的有效路由；所述RREP报文为目的节点根据收到最终更新后的RREQ报文后生成并回传至源节点的报文；步骤(3)：源节点通过构建第一路由度量函数从所述有效路由中选择主传输路由，通过构建第二路由度量函数从所述有效路由中选择备份传输路由。本发明能够有效提高移动自组网的通信质量和网络资源利用率。

Description

基于泛洪约束和多度量函数的移动自组网路由构建方法
技术领域
本发明涉及无线自组网技术领域，特别是涉及一种基于泛洪约束和多度量函数的移动自组网路由构建方法。
背景技术
移动自组织网络是一种由移动节点组成的暂态性自治系统，支持在无固定网络基础设施的环境中迅速组网，并能根据网络环境的变化动态重组，使其在灾难救援、军事通信、临时通信等许多场景中具有不容小觑的发展前景。但是，移动自组网在节点单跳可通信的邻居节点较多时，网络拓扑结构复杂，建立通信路由时，控制开销大，资源利用率低。此外，节点根据一定的移动模型移动，导致网络拓扑结构变化频繁，当有数据需要传输时，已有的通信路由可能因为节点移动已经失效，频繁进行路由修复，造成较大网络延时和数据分组丢失，消耗大量网络资源，影响了网络性能。因此，要求移动自组网能够保证数据正确稳定地传输到目的节点，提高网络QoS性能，同时解决控制开销大，资源利用率低的问题。
路由协议是维持移动自组网正常运作的核心部分之一。针对移动自组网链路易断裂问题，从路由建立机制角度出发，现有移动自组网路由协议通常使用多路径路由协议，多路径路由协议由单路径路由协议衍生而来，单路径路由协议只在网络中寻找到一条从源节点到目的节点的有效路径，当路径失效后重新寻找新的有效路径，对于移动自组网而言，网络稳定性较差，数据传输可靠度低，无法均衡网络负载，而多径路由协议通过选出多条从源节点到目的节点的路径，将其中一条作为主路径，其他作为备份路径，在主路径失效后切换备份路径进行数据传输。相比于单路径路由协议，多路径路由协议能减少路由发现的次数，从而降低由路由发现过程造成的网络时延，提高网络稳定性。
针对控制开销大的问题，从路由更新机制角度出发，现有移动自组网路由协议主要使用反应式路由协议，反应式路由协议是当有信息需要进行发送的时候，源节点启动路由发现进程，通过路由请求、路由回复过程确定至目的节点的路由，这种路由协议不用进行周期的广播，网络开销比较小，但其路由发现过程造成的网络延时较高。
但是，现有的反应式多路径路由协议算法还存在如下问题：
第一，控制开销大，路径过度冗余。多径路由协议在路由请求过程中会产生大量的控制消息包，而且在节点单跳可通信的邻居节点较多时，建立的备份路径数量较多，部分备份路径未使用就已经失效，造成一定的资源浪费。如何建立合适的备份路径、降低路由发现过程中的控制开销是移动自组网多径路由协议要解决的关键问题之一。
第二，未兼顾路由稳定性问题。在反应式路由协议的路由发现过程中，节点通过泛洪路由请求(RREQ)报文获得至目的节点的有效路由，传统泛洪传播存在信息重叠和信息“内爆”现象,造成了大量的信息冗余和盲目的资源浪费。现有的路由协议研究针对传统泛洪传播的问题，利用各种节点信息计算转发概率值，选择概率高的节点作为中继节点以减少控制开销，但是由于移动自组网节点移动性强，与距离发送节点较远的邻节点的链路稳定性较差，易断裂。因此，需要在考虑降低控制开销的同时兼顾路由的稳定性问题。
第三，路径建立问题。现有的路由协议构建多条路径的方法可分为两种，一种节点根据一定的标准选择最优的邻节点作为中继节点，使用这种方法建立的路径局部最优，从整条路径上来看可能不是最佳的传输路径；另一种是随机选择中继节点建立路径，最后源节点根据一定标准选择最优的路径，该路径建立方法复杂度低，但由于随机选择中继节点，其建立的路径也不是全局最优路径。
第四，路径选择问题。对于多路径路由协议，如何选择主路径，以及当主路径失效后，如何从多条备份路径中选择新的主路径也是移动自组网路由协议的研究关键点。传统的路由协议为降低传输时延，减少传输能耗，一般以跳数作为路由质量度量标准，但是这种方式过于单一，没有兼顾网络的其他QoS性能，因此现有一些路由协议研究利用多个度量值，例如能耗、跳数、节点间距等信息，构造一个综合路由度量函数，路径按照综合度量函数值递减排序，选择数值最优的路径作为主路径，其他依次为备份路径，但是这样做可能并不能让数据传输达到较好的效果，有时备份路径先于主路径提早失效。所以要重新考虑多路径路由协议的路由选择方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于泛洪约束和多度量函数的移动自组网路由构建方法，能够有效提高移动自组网的通信质量和网络资源利用率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于泛洪约束和多度量函数的移动自组网路由构建方法，包括：
步骤(1)：源节点生成RREQ报文，并基于泛洪约束机制更新RREQ报文，将更新后的RREQ报文传输至目的节点；
步骤(2)：所述源节点根据收到的RREP报文确定多条源节点至目的节点的有效路由；所述RREP报文为目的节点根据收到最终更新后的RREQ报文后生成并回传至源节点的报文；
步骤(3)：源节点通过构建第一路由度量函数从所述有效路由中选择主传输路由，通过构建第二路由度量函数从所述有效路由中选择备份传输路由。
所述步骤(1)具体包括：
步骤(11)：将所述源节点作为发送节点，所述发送节点基于泛洪约束机制更新RREQ报文并广播给邻居节点；所述泛洪约束机制包括泛洪有效角度和泛洪有效半径；
步骤(12)：将接收到更新后RREQ报文的邻居节点作为接收节点，所述接收节点判断自身是否为目的节点，若是，则转入所述步骤(2)；若不是，则接收节点根据更新后的RREQ报文中的泛洪有效角度和泛洪有效半径判断是否丢弃更新后的RREQ报文，若不丢弃更新后的RREQ报文，则将更新后的RREQ报文进行修改后转发，直至传输至目的节点。
所述步骤(11)中的泛洪有效角度的公式为：
Figure GDA0003977272080000031
其中，ε为发送节点i与目的节点d所在直线与x轴夹角且
Figure GDA0003977272080000032
D为发送节点i与目的节点d之间距离且
Figure GDA0003977272080000033
(xi,yi)为发送节点i位置坐标，(xd,yd)为目的节点d位置坐标。
所述步骤(11)中的泛洪有效半径的公式为：
Figure GDA0003977272080000034
其中，R为网络中所有节点的通信范围半径，γ为泛洪半径衰减系数且
Figure GDA0003977272080000035
θi为发送节点i的移动方向角度，vi为发送节点i移动速度大小。
所述步骤(12)中接收节点根据更新后的RREQ报文中的泛洪有效角度和泛洪有效半径判断是否丢弃更新后的RREQ报文，若不丢弃更新后的RREQ报文，则将更新后的RREQ报文进行修改后转发，具体为：
若
Figure GDA0003977272080000036
则接收节点j丢弃RREQ报文，不进行更新转发；
若
Figure GDA00039772720800000411
且
Figure GDA0003977272080000041
dij≤R，则接收节点j修改更新后的RREQ报文并转发；
若
Figure GDA00039772720800000412
但
Figure GDA0003977272080000042
dij≤γR，则接收节点j修改更新后的RREQ报文并转发；
若
Figure GDA00039772720800000413
但
Figure GDA0003977272080000043
且dij＞γR，则接收节点j丢弃RREQ报文，不进行更新转发；
其中，δij为接收节点j与发送节点i之间角度且
Figure GDA0003977272080000044
Figure GDA0003977272080000045
dij为接收节点j与发送节点i之间距离且
Figure GDA0003977272080000046
(xj,yj)为接收节点j的坐标，(xi,yi)为发送节点i的坐标，
Figure GDA0003977272080000047
为泛洪有效角度，R为网络中所有节点的通信范围半径，θi为发送节点i的移动方向角度，γ为泛洪半径衰减系数且
Figure GDA0003977272080000048
vi为发送节点i移动速度大小。
所述步骤(1)还包括：收到更新后的RREQ报文的接收节点建立反向路由并更新自身路由表中的单跳路由生存时长RETl，所述单跳路由生存时长RETl的公式为：RETl＝min(NETj,LETl)，其中，LETl为单跳链路l的生存时长且
Figure GDA0003977272080000049
r'为有效通信距离且
Figure GDA00039772720800000410
f为工作频率，(xj,yj)为接收节点j的坐标，(xi,yi)为发送节点i的坐标，vi为发送节点i的移动速度大小，vj为发送节点j的移动速度大小，MPL为最大路径损耗且MPL＝Pt-ReceiverSensitivity+Gain-Lossenv，Pt为发送功率，ReceiverSensitivity为接收灵敏度，Gain为天线增益，Lossenv为环境损耗；NETj为接收节点j的预计生存时长且
Figure GDA0003977272080000051
Figure GDA0003977272080000052
为接收节点j的剩余能量，
Figure GDA0003977272080000053
为接收节点j经过时间T的能量损耗系数且
Figure GDA0003977272080000054
所述步骤(2)中的RREP报文包括跳数hop、路由请求ID、目的节点IP地址和序列号、源节点IP地址和序列号、第一跳节点ID、路由缓存队列数RCache和路径生存时长RET；
所述路径缓存队列数RCache的公式为：
Figure GDA0003977272080000055
其中，Node为路由中的节点集合，
Figure GDA00039772720800000510
为节点路由表中节点i*的缓存队列数；
所述路径生存时长RET的公式为：RET＝minl∈Link(RETl)，其中，Link为路由上的单跳路由集合，RETl为单跳路由l生存时长。
所述步骤(2)中所述源节点根据收到的RREP报文确定多条源节点至目的节点的有效路由，还包括：收到RREP报文的节点根据自身路由表信息通过中继选择度量函数选择局部最优节点加入有效路由中，所述中继选择度量函数的公式为：
Figure GDA0003977272080000056
其中，Ccap为节点MAC层缓存队列容量，N*为路由表中可选下一跳节点数量，
Figure GDA0003977272080000057
为路由表中所有可选下一跳节点的单跳路由生存时长之和，α、β、μ分别为跳数、下一跳节点缓存队列数和单跳路由生存时长的权重系数且α+β+μ＝1。
所述步骤(3)中的第一路由度量函数Fmain的公式为：
Figure GDA0003977272080000058
其中，a为路由总跳数的权重系数，b为路由拥塞度指标的权重系数，a+b＝1，hop为跳数，Capacity为路由拥塞度且
Figure GDA0003977272080000059
N为路由上的节点个数，Ccap为节点MAC层缓存队列容量，RCache路径缓存队列数；
所述第二路由度量函数Fspare的公式为：Fspare＝1-e-RET，其中，RET为路径生存时长。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明适用于移动自组网，针对移动自组网中节点移动性造成的网络不稳定、路由易失效问题，采取多路径路由协议，通过选出主传输路由和备份传输路由，减少了路由发现次数，降低了网络延时和数据丢失，提高了网络数据投递率；本发明针对移动自组网多路径路由协议控制开销大、备份路由冗余的问题，在路由发现过程中，通过泛洪约束机制，约束了RREQ报文泛洪的有效角度和有效半径，选择在有效角度和有效半径内的节点作为可泛洪节点，有效减少了路由控制开销，提高了网络资源的利用率。本发明采用局部最优和全局最优结合的路由建立和选择方式。在路由回复过程中，选择局部最优节点作为中继节点建立路径，在多条路径确定后，提出了基于多度量函数的路由选择机制，利用不同的路由度量函数选择主传输路由和备份路由，主传输路径拥塞小、数据传输时延小，而备份传输路径生存时间长、能耗较小、负载均衡；通过采用不同的路由度量函数，能够更好适应路由需求，达到更好的网络性能，而且选出的多条路由为链路不相交路由，减少了数据传输中碰撞的发生，更好地平衡了网络负载。
附图说明
图1是本发明实施方式的方法流程图；
图2是本发明实施方式的链路不相交路由示意图；
图3是本发明实施方式的约束泛洪角度示意图；
图4是本发明实施方式的约束泛洪半径示意图；
图5是本发明实施方式的泛洪约束机制示意图；
图6是本发明实施方式的基于地理位置和移动性的路由请求流程图；
图7是本发明实施方式的基于局部最优节点选择的路由回复流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种基于泛洪约束和多度量函数的移动自组网路由构建方法，请参阅图1，方法具体步骤如下：
S1网络初始化
网络由多个同构的移动节点和一个位置固定的目标节点组成，节点的初始位置随机，在一定的区域内根据移动模型以不同的速度和方向运动，所有节点具有相同的计算和通信能力，且所有节点配备可以获取自身位置坐标信息和移动信息的外部辅助设备。此外，每个节点维护一个用于记录自身一跳路由的路由表，路由表初始都为空，节点路由表在路由发现过程中更新。
当网络有数据传输需求时，源节点先检查目的节点是否是其邻居节点，若是，则直接发送数据；若不是，则检查路由表中是否已经存在源节点到目的节点的有效路由，若不存在，则开始路由发现步骤S2，若存在有效路由，则沿此路由传输数据包。
S2基于节点位置信息和移动信息的路由请求
路由发现过程一般由源节点生成路由请求(RREQ)报文，通过泛洪传输RREQ报文找到源节点至目的节点的有效路由。为了减少泛洪过程中的控制开销，提高节点间单跳链路的稳定性，设计一个基于节点位置和移动性的泛洪约束机制，首先，发送节点根据自身位置信息以及目的节点位置信息，计算泛洪的有效角度，其次，发送节点根据自身移动性信息，计算泛洪的有效半径。结合泛洪有效角度及泛洪有效半径更新RREQ报文并广播给邻居节点。
当邻居节点收到RREQ报文，先判断自身是否为目的节点，若是则进行路由回复过程，执行步骤S3。若不是，则首先根据接收节点自身位置信息和发送节点位置信息计算出角度，再根据RREQ报文中的有效角度，判断自身是否在有效角度内，若不在则丢弃该RREQ报文；若在有效范围内，则根据角度和有效半径判断是否丢弃该RREQ报文，若不丢弃RREQ报文，则接收节点更新路由表，并重复步骤S2，直至RREQ报文传至目的节点。
S3基于局部最优节点的路由回复
当目的节点收到RREQ报文后，开始路由回复过程，目的节点生成路由回复(RREP)报文，收到RREP报文的节点根据路由表信息选择局部最优的节点加入路径之中，更新RREP报文并多跳传回源节点，源节点收到多个RREP报文确定多条源节点至目的节点的路由，为保证数据传输时的通信质量，提高路由稳定性，建立的多条路由为链路不相交路由，示意图见图2。
S4基于多度量函数的路由选择
确定多条由源节点至目的节点的路由后，需要选择全局最优路由，针对不同的网络需求构建第一路由度量函数和第二路由度量函数选择主传输路由和备份传输路由。主传输路由是最先用于数据传输的路由，为了减少数据传输时延和能量损耗，同时保证数据传输的可靠性，选择跳数hop、路由拥塞度Capacity作为主传输路由度量指标。其次，备份传输路由主要是为了提高网络的稳定性，减少路由发现次数以降低其造成的延时，故选择选取路径生存时长RET作为备份传输路由度量指标，在预测路由生存时长时，同时考虑了节点失效和链路失效造成的路由断裂情况。
S5数据多跳传输与路由维护
确定主传输路径和备份传输路径后，数据沿主路径传输，当主路径失效后切换备份路径传输为传输路径，直至所有路径都失效后，源节点重新进行路由发现过程，执行步骤S2，直至数据包全部发送完毕。
进一步，在步骤S1网络初始化中，网络中节点根据一定的移动模型运动，本实施方式中移动模型选择随机方向移动模型，该模型中移动节点从起始位置选择随机方向，以固定速度移动到边界位置后，重新选择方向继续移动。
假设网络中节点移动速度最大速度为vmax，则节点i的移动速度为：
vi＝ki·vmax
其中，ki是节点i的移动速度系数，为0到1之间的随机生成数。
进一步，在步骤S1网络初始化中，每个节点维护一个路由表，由于本实施方式是多路径路由协议，为降低对节点信息存储能力的需求，节点路由表只记录一跳路由，路由表主要包括目的节点IP地址、序列号、广播跳数和路由列表，其中广播跳数可以有效防止在路由发现过程中形成路由环路。
在路由列表中，主要使用下一跳节点ID记录路由，使用最后一跳节点ID区分多条路径，同时，记录路由相关性能参数，为路由选择提供度量依据，路由性能参数主要包括跳数hop、下一跳节点缓存队列数cache、单跳路由生存时长RETl、路由编号。其中，路由编号用于区分该链路加入的路径。当该链路未加入路径时，路由编号项为空闲状态free。节点路由表具体格式如下：
表1节点路由表格式
Figure GDA0003977272080000091
进一步，在步骤S2基于节点位置信息和移动信息的路由请求策略中，发送节点利用地理位置信息对泛洪区域的有效角度进行约束，示意图见图3，具体约束规则如下：
假设发送节点i位置坐标为(xi,yi)，目的节点d位置坐标为(xd,yd)，根据欧式距离公式可得发送节点i与目的节点d之间距离为：
Figure GDA0003977272080000092
以发送节点为原点建立直角坐标系，可计算得发送节点与目的节点所在直线与X轴夹角ε，其计算公式为：
Figure GDA0003977272080000093
Figure GDA0003977272080000094
根据贪婪转播策略，发送节点倾向于选择距离目标区域更近的邻居节点作为下一跳节点，但是同时为了避免出现“路由空洞”的情况，泛洪有效角度区间
Figure GDA0003977272080000095
根据以下规则得到：
a、角度区间
Figure GDA0003977272080000096
为泛洪有效角度范围，即
Figure GDA0003977272080000097
b、角度区间
Figure GDA0003977272080000098
或
Figure GDA0003977272080000099
为不可泛洪角度范围。
进一步，在步骤S2基于节点位置信息和移动信息的路由请求策略中，发送节点利用节点移动信息对泛洪区域有效半径进行约束，具体约束规则如下：
假设发送节点i移动速度大小为vi，移动方向角度为θi，网络中所有节点的可通信范围半径为R，由于节点移动性会影响节点间单跳链路的稳定性，所以与位于发送节点移动方向上的邻节点通信更稳定，而位于通信范围边缘的邻居节点较易因节点移动而链路失效，故根据发送节点移动信息对泛洪有效半径r进行约束，示意图见图4，约束规则如下：
a、角度区间
Figure GDA0003977272080000101
为链路稳定性增强区域，有效通信半径等于发送节点可通信半径，即r＝R；
b、角度区间
Figure GDA0003977272080000102
或
Figure GDA0003977272080000103
为链路稳定性减弱区域，有效通信半径受发送节点移动速度大小影响，有效通信半径为：r＝γR，其中γ为泛洪半径衰减系数，计算公式如下：
Figure GDA0003977272080000104
结合上述约束泛洪后的有效角度区间和有效半径，本实施方式路由发现进程中泛洪约束机制的示意图详见图5。
进一步，在步骤S2基于节点位置信息和移动信息的路由请求策略中，发送节点更新RREQ报文相关内容。为了加入计算所得的约束泛洪信息，修改RREQ报文格式，修改后RREQ报文主要包含跳数hop、发送节点位置信息(xi,yi)、发送节点移动信息(vi,θi)、泛洪半径衰减系数γ、泛洪有效角度
Figure GDA0003977272080000105
路由请求ID、目的节点IP地址和序列号、源节点IP地址和序列号、第一跳节点ID、节点缓存队列数cachei，其具体格式如下：
表2路由请求(RREQ)报文格式
Figure GDA0003977272080000106
进一步，在步骤S2基于节点位置信息和移动信息的路由请求策略中，邻居节点收到发送节点的RREQ报文后，判断自身不是目的节点后，利用RREQ报文内容判断是否继续转发RREQ报文，流程图见图6，具体实现步骤如下：
首先根据发送节点位置信息和自身位置信息，计算自身与发送节点之间的距离dij和角度δij，计算公式如下：
Figure GDA0003977272080000111
Figure GDA0003977272080000112
Figure GDA0003977272080000113
根据RREQ报文中的发送节点移动信息(vi,θi)、泛洪半径衰减系数γ、泛洪有效角度
Figure GDA0003977272080000114
接收节点j判断是否转发RREQ报文，判断规则如下：
a、若
Figure GDA0003977272080000115
接收节点j丢弃RREQ报文，不进行更新转发；
b、若
Figure GDA00039772720800001110
且
Figure GDA0003977272080000116
dij≤R，接收节点j更新路由表，修改RREQ报文并转发；
c、若
Figure GDA0003977272080000119
但
Figure GDA0003977272080000117
dij≤γR，接收节点j更新路由表，修改RREQ报文并转发；
d、若
Figure GDA00039772720800001111
但
Figure GDA0003977272080000118
且dij＞γR，接收节点j丢弃RREQ报文，不进行更新转发；
进一步，在步骤S2基于节点位置信息和移动信息的路由请求策略中，接受RREQ报文的节点建立反向路由，更新自身路由表，更新方式如下：
记录该RREQ报文的发送节点为下一跳节点，RREQ报文中的第一跳节点为最后一跳节点，RREQ报文中的节点缓存队列数cache为下一跳缓存数。
更新单跳路由生存时长RETl，单跳路由生存时长RETl受单跳链路生存时长LETl和接收节点生存时长NETj影响，故单跳路由生存时长RETl计算公式如下：
RETl＝min(NETj,LETl)
式中，NETj为接收节点j的预计生存时长，LETl为单跳链路l的预计生存时长。
1)对于单跳链路生存时长LETl，根据RREQ报文内容及自身移动位置信息，计算方式如下：
Figure GDA0003977272080000121
Figure GDA0003977272080000122
由于实际通信时易受环境等因素影响，故LETl计算公式中自由空间模型下，有效通信距离r'计算方式如下：
Figure GDA0003977272080000123
其中，f为工作频率，MPL为最大路径损耗。最大路径损耗计算公式为:
MPL＝Pt-ReceiverSensitivity+Gain-Lossenv
其中Pt为发送功率，ReceiverSensitivity为接收灵敏度，Gain为天线增益，Lossenv为环境损耗。
2)对于接收节点生存时长NETj，计算公式如下：
Figure GDA0003977272080000124
其中，
Figure GDA0003977272080000125
为接收节点j的剩余能量，
Figure GDA0003977272080000126
为接收节点j经过时间T的能量损耗系数，其计算公式如下，其中
Figure GDA0003977272080000127
为接收节点j初始能量：
Figure GDA0003977272080000128
进一步，在步骤S3基于局部最优节点的路由回复中，目的节点收到RREQ报文后，开始路由回复过程，生成RREP报文，RREP报文主要包含跳数hop、路由请求ID、目的节点IP地址和序列号、源节点IP地址和序列号、第一跳节点ID、路由缓存队列数RCache、路径生存时长RET，其具体报文格式如表所示：
表3路由回复(RREP)报文格式
Figure GDA0003977272080000131
路径缓存队列数RCache是路径上所有节点缓存队列数之和，计算公式如下：
Figure GDA0003977272080000132
式中，Node为路由中的节点集合，节点i*为Node节点集合中的节点，
Figure GDA0003977272080000134
可从节点路由表中获得，为节点i的缓存队列数。
路径生存时长RET为该路径上单跳路由生存时长RETl的最小值。
RET＝minl∈Link(RETl)
其中，Link为路由上的单跳路由集合，RETl可从节点路由表中获得，为单跳路由l的生存时长。
进一步，在步骤S3基于局部最优节点的路由回复中，节点收到RREP报文，综合考虑自身路由表中的跳数hop、下一跳节点缓存队列数cache、单跳路由生存时长RETl，选择局部最优节点加入路由中，中继选择度量依据如下：
Figure GDA0003977272080000133
其中，Ccap为节点MAC层缓存队列容量，N*为路由表中可选下一跳节点数量，
Figure GDA0003977272080000141
为路由表中所有可选下一跳节点的单跳路由生存时长之和，α,β,μ分别为跳数、下一跳节点缓存队列数和单跳路由生存时长的权重系数，且α+β+μ＝1。
选择接收节点路由表中F(Nj)数值最大的下一跳节点转发。为了保证选出的多条路径为链路不相交路径，需要将路由表中对应下一跳节点的路由编号更新为RREP报文中的路由请求ID，用于区分不同的路径。当该节点再次收到RREP报文时，选择路由表中路由编号项为free状态的节点作为下一跳节点，能够有效避免链路重合，路由回复过程流程图见图7。
进一步，在步骤S4基于多度量函数的路由选择中，需要从确定的多条路由种选择出主传输路由和备份传输路由，其中选择主传输路由的路由度量函数具体如下：
第一路由度量函数Fmain主要用于选取主传输路径，为保证数据传输时延小、数据投递率高，选取路由跳数hop、路由拥塞度Capacity作为度量指标，路径公式如下：
Figure GDA0003977272080000142
式中，a和b分别为路由总跳数和路由拥塞度指标的权重系数，a+b＝1。
对于第一路由度量函数Fmain中的Capacity，其计算公式如下：
Figure GDA0003977272080000143
式中，N为路由上的节点个数，Ccap为节点MAC层缓存队列容量，RCache路径缓存队列数。
第二路径度量函数Fspare主要用于选取备份传输路由，为保证备份传输路由的生存时间长，选取路径生存时长RET作为度量指标，路径生存时长RET可从RREP报文中获得，公式如下：
Fspare＝1-e-RET
所有确定的路由根据路由第一度量函数Fmain和第二路由度量函数Fspare计算出对应数值，选取第一路由度量函数Fmain下数值最大的路由作为主传输路由，选取第二路由度量函数Fspare下数值最大的路由作为备份传输路由。
由此可见，本发明可有效提高移动自组网的通信质量和网络资源利用率，同时在多路径路由协议控制开销问题和备份路由冗余问题上，本发明能够减少路由发现次数，降低网络控制开销，减少冗余路由，在多路径路由选择上，本发明能够提高网络稳定性，在网络数据投递率、传输延时、控制开销等方面有着较好的效果。

Claims (8)

1.一种基于泛洪约束和多度量函数的移动自组网路由构建方法，其特征在于，包括：
步骤(1)：源节点生成RREQ报文，并基于泛洪约束机制更新RREQ报文，将更新后的RREQ报文传输至目的节点；具体包括：
步骤(11)：将所述源节点作为发送节点，所述发送节点基于泛洪约束机制更新RREQ报文并广播给邻居节点；所述泛洪约束机制包括泛洪有效角度和泛洪有效半径；
步骤(12)：将接收到更新后RREQ报文的邻居节点作为接收节点，所述接收节点判断自身是否为目的节点，若是，则转入所述步骤(2)；若不是，则接收节点根据更新后的RREQ报文中的泛洪有效角度和泛洪有效半径判断是否丢弃更新后的RREQ报文，若不丢弃更新后的RREQ报文，则将更新后的RREQ报文进行修改后转发，直至传输至目的节点；
步骤(2)：所述源节点根据收到的RREP报文确定多条源节点至目的节点的有效路由；所述RREP报文为目的节点根据收到最终更新后的RREQ报文后生成并回传至源节点的报文；
步骤(3)：源节点通过构建第一路由度量函数从所述有效路由中选择主传输路由，通过构建第二路由度量函数从所述有效路由中选择备份传输路由。
2.根据权利要求1所述的基于泛洪约束和多度量函数的移动自组网路由构建方法，其特征在于，所述步骤(11)中的泛洪有效角度的公式为：
Figure FDA0003977272070000011
其中，ε为发送节点i与目的节点d所在直线与x轴夹角且
Figure FDA0003977272070000012
Figure FDA0003977272070000013
D为发送节点i与目的节点d之间距离且
Figure FDA0003977272070000014
(xi,yi)为发送节点i位置坐标，(xd,yd)为目的节点d位置坐标。
3.根据权利要求1所述的基于泛洪约束和多度量函数的移动自组网路由构建方法，其特征在于，所述步骤(11)中的泛洪有效半径的公式为：
Figure FDA0003977272070000015
其中，R为网络中所有节点的通信范围半径，γ为泛洪半径衰减系数且
Figure FDA0003977272070000016
θi为发送节点i的移动方向角度，vi为发送节点i移动速度大小。
4.根据权利要求1所述的基于泛洪约束和多度量函数的移动自组网路由构建方法，其特征在于，所述步骤(12)中接收节点根据更新后的RREQ报文中的泛洪有效角度和泛洪有效半径判断是否丢弃更新后的RREQ报文，若不丢弃更新后的RREQ报文，则将更新后的RREQ报文进行修改后转发，具体为：
若
Figure FDA0003977272070000021
则接收节点j丢弃RREQ报文，不进行更新转发；
若
Figure FDA0003977272070000022
且
Figure FDA0003977272070000023
dij≤R，则接收节点j修改更新后的RREQ报文并转发；
若
Figure FDA0003977272070000024
但
Figure FDA0003977272070000025
dij≤γR，则接收节点j修改更新后的RREQ报文并转发；
若
Figure FDA0003977272070000026
但
Figure FDA0003977272070000027
且dij＞γR，则接收节点j丢弃RREQ报文，不进行更新转发；
其中，δij为接收节点j与发送节点i之间角度且
Figure FDA0003977272070000028
Figure FDA0003977272070000029
dij为接收节点j与发送节点i之间距离且
Figure FDA00039772720700000210
(xj,yj)为接收节点j的坐标，(xi,yi)为发送节点i的坐标，
Figure FDA00039772720700000211
为泛洪有效角度，R为网络中所有节点的通信范围半径，θi为发送节点i的移动方向角度，γ为泛洪半径衰减系数且
Figure FDA00039772720700000212
vi为发送节点i移动速度大小。
5.根据权利要求1所述的基于泛洪约束和多度量函数的移动自组网路由构建方法，其特征在于，所述步骤(1)还包括：收到更新后的RREQ报文的接收节点建立反向路由并更新自身路由表中的单跳路由生存时长RETl，所述单跳路由生存时长RETl的公式为：RETl＝min(NETj,LETl)，其中，LETl为单跳链路l的生存时长且
Figure FDA0003977272070000031
r'为有效通信距离且
Figure FDA0003977272070000032
f为工作频率，(xj,yj)为接收节点j的坐标，(xi,yi)为发送节点i的坐标，vi为发送节点i的移动速度大小，vj为发送节点j的移动速度大小，MPL为最大路径损耗且MPL＝Pt-ReceiverSensitivity+Gain-Lossenv，Pt为发送功率，ReceiverSensitivity为接收灵敏度，Gain为天线增益，Lossenv为环境损耗；NETj为接收节点j的预计生存时长且
Figure FDA0003977272070000033
为接收节点j的剩余能量，
Figure FDA0003977272070000034
为接收节点j经过时间T的能量损耗系数且
Figure FDA0003977272070000035
为接收节点j的初始能量。
6.根据权利要求1所述的基于泛洪约束和多度量函数的移动自组网路由构建方法，其特征在于，所述步骤(2)中的RREP报文包括跳数hop、路由请求ID、目的节点IP地址和序列号、源节点IP地址和序列号、第一跳节点ID、路由缓存队列数RCache和路径生存时长RET；
所述路径缓存队列数RCache的公式为：
Figure FDA0003977272070000036
其中，Node为路由中的节点集合，
Figure FDA0003977272070000037
为节点路由表中节点i*的缓存队列数；
所述路径生存时长RET的公式为：RET＝minl∈Link(RETl)，其中，Link为路由上的单跳路由集合，RETl为单跳路由l生存时长。
7.根据权利要求6所述的基于泛洪约束和多度量函数的移动自组网路由构建方法，其特征在于，所述步骤(2)中所述源节点根据收到的RREP报文确定多条源节点至目的节点的有效路由，还包括：收到RREP报文的节点根据自身路由表信息通过中继选择度量函数选择局部最优节点加入有效路由中，所述中继选择度量函数的公式为：
Figure FDA0003977272070000041
其中，Ccap为节点MAC层缓存队列容量，N*为路由表中可选下一跳节点数量，
Figure FDA0003977272070000042
为路由表中所有可选下一跳节点的单跳路由生存时长之和，α、β、μ分别为跳数、下一跳节点缓存队列数和单跳路由生存时长的权重系数且α+β+μ＝1。
8.根据权利要求1所述的基于泛洪约束和多度量函数的移动自组网路由构建方法，其特征在于，所述步骤(3)中的第一路由度量函数Fmain的公式为：
Figure FDA0003977272070000043
其中，a为路由总跳数的权重系数，b为路由拥塞度指标的权重系数，a+b＝1，hop为跳数，Capacity为路由拥塞度且
Figure FDA0003977272070000044
N为路由上的节点个数，Ccap为节点MAC层缓存队列容量，RCache路径缓存队列数；
所述第二路由度量函数Fspare的公式为：Fspare＝1-e-RET，其中，RET为路径生存时长。
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