CN114158108A - 一种以hwmp为基础的混合路由协议的实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种以HWMP为基础的混合路由协议的实现方法，包括：最优路径树的建立阶段：根节点广播RANN消息，非根节点根据收到的RANN消息中的链路度量、RANN的序列号建立一条到根节点的最优路径树；路径发现阶段：源节点需要发送数据到目的节点时，沿着路径树将数据发送到根节点，根节点发起路径请求完成路径发现与建立过程；路径维护阶段：源节点和目的节点在接收到根节点周期性广播的RANN消息后沿着路径树回复PREQ消息，完成路径维护。本发明有益效果：本发明更好的解决了广播包的抑制问题，同时可以提前感知路径信息的变化情况，更好的解决了大规模移动自组网，网络扑拓结构快速变化、网络节点规模大的问题。

Description

一种以HWMP为基础的混合路由协议的实现方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其是涉及一种以HWMP为基础的混合路由协议的实现方法。
背景技术
Ad-hoc网络是一种多跳的、无中心的、自组织无线网络，又称为多跳网（Multi-hopNetwork）、无基础设施网（Infrastructureless Network）或自组织网（Self-organizingNetwork）。整个网络没有固定的基础设施，每个节点都是移动的，并且都能以任意方式动态地保持与其它节点的联系。在这种网络中，由于终端无线覆盖取值范围的有限性，两个无法直接进行通信的用户终端可以借助其它节点进行分组转发。每一个节点同时是一个路由器，它们能完成发现以及维持到其它节点路由的功能。
HWMP（Hybrid Wireless Mesh Protocol）协议是IEEE 802.11s草案中默认使用的路由协议，它是将反应式路由协议和基于树状拓扑的先验式路由协议相结合的综合性路由协议。是针对Mesh网的基本特点而提出的，即大部分Mesh节点位置相对固定，骨干部分的Mesh节点很少变化并且可以灵活地加入和移除一些Mesh节点等。
目前现有技术采用按需的方式查找路径，但是在路径的建立过成中仍然使用广播的方式，同时当节点之间的扑拓结构发生变化时，该方法不能提前感知原有的路径是否失效，导致节点间存在无效路由的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种以HWMP为基础的混合路由协议的实现方法，在HWMP协议的基础上，改进HWMP协议的路径发现、路径维护方法。该方法解决了HWMP协议以泛洪的方式实现路径发现与维护的方法，减少了路由协议维护路由的开销，使路由协议更适合应用于大规模移动自组网的场景，解决了原生HWMP协议不适用于多节点、节点网络扑拓结构频繁变化的情况。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种以HWMP为基础的混合路由协议的实现方法，包括：
最优路径树的建立阶段：根节点广播RANN消息，非根节点根据收到的RANN消息中的链路度量、RANN的序列号建立一条到根节点的最优路径树；
路径发现阶段：源节点需要发送数据到目的节点时，沿着路径树将数据发送到根节点，根节点发起路径请求完成路径发现与建立过程；
路径维护阶段：源节点和目的节点在接收到根节点周期性广播的RANN消息后沿着路径树回复PREQ消息，完成路径维护。
进一步的，在最优路径树的建立阶段，根节点只周期性的采用一次泛洪的方式建立最优路径树。
进一步的，在路径发现阶段，采用RANN消息进行路径寻址协议最大化应用了广播消息，采用单播的方式回复，最小化了路由协议的开销，以解决广播包的抑制问题。
进一步的，在路径维护阶段，最大化利用了一次周期性的泛化操作，单播周期的回复PREQ消息，用于提前感知路径信息的变化情况，保证路径的实时性。
进一步的，最优路径树的建立阶段包括以下步骤：
A1、根节点周期性广播RANN路径建立消息；
A2、非根节点收到RANN消息后,结合RANN消息中的消息序列号进行判断；如果RANN的消息序列号大于历史RANN序列号，则更新节点到根节点的路由，同时更新到RANN消息转发节点的路由，然后更新RANN消息中的链路度量后广播转发给其他非根节点；
如果RANN的消息序列号小于历史RANN的序列号，则丢弃该消息；
如果RANN的消息序列号与历史RANN的相同，则比较链路度量，如果接收到的链路度量小，则更新节点到根节点的路由，同时更新到RANN消息转发节点的路由，然后更新将RANN消息中的链路度量后广播转发给其他非根节点；
A3、根节点收到其他节点转发的RANN消息，直接丢弃，不做任何处理。
进一步的，步骤A1-A3中的过程持续到所有节点都收到RANN消息，除根节点以外的非根节点都建立了一条到根节点的最优路径；同时所有非根节点也建立了本节点一跳范围内节点的路径。
进一步的，路径发现阶段包括以下步骤：
B1、源节点需要发送数据到目的节点时，首先查找是否存在路由路径，如果存在，直接单播数据到路由节点，路由节点将数据在转发到下一路由节点，直到数据转发到目的节点；如果不存在路径信息，则沿着源节点到根节点的最优路径树单播DATA消息到根节点；
B2、路径树上的节点收到DATA消息，判断是否具有到达目的节点的路径，如果有则将DATA转发给路由节点，相应的路由节点收到DATA消息会将该消息转发到目的节点；如果没有路径则转发DATA消息到路径树上的下一节点，直到将DATA消息转发到根节点；
B3、根节点接收到DATA消息后，判断是否存有到达目的节点的路径，如果有则转发DATA消息到路由节点，如果没有会在下一个RANN周期，广播带路径请求信息的RANN消息，请求发现到目的节点路径；
B4、非根节点接收到带路径请求的RANN消息后，执行“最优路径树的建立阶段”；
B5、目的节点接收到带路径请求的RANN消息，沿着到根节点的最优路径树单播PRES消息到根节点；
B6、路径树上的节点接收到PRES消息，将PRES消息沿着路径树转发到根节点；
B7、根节点收到PRES消息后，建立根节点到目的节点的最优路径。
进一步的，在步骤B7中，根节点将之前收到的DATA消息通过最优路径树上的节点发给目的节点，完成一次路径发现过程，后续源节点与目的节点之间通过上述过程发现的路径进行数据传输。
进一步的，路径维护阶段包括以下步骤：
C1、源节点与目的节点在接收到根节点周期性广播的RANN消息后会沿着路径树，回复PREQ消息；
C2、根节点收到PREQ消息后，即可周期性主动维护从根节点到源节点、目的节点的最优路径；
C3、源节点与目的节点，在没有消息交互的时间到达设定阈值后，主动释放链路，即接收到RANN后不再回复PREQ消息给根节点，以此减少路由维护开销。
第四方面本方案公开了一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，所述处理器用于执行第一方面所述的一种以HWMP为基础的混合路由协议的实现方法。
相对于现有技术，本发明所述的一种以HWMP为基础的混合路由协议的实现方法具有以下有益效果：
（1）本发明更好的解决了广播包的抑制问题，同时可以提前感知路径信息的变化情况，更好的解决了大规模移动自组网，网络扑拓结构快速变化、网络节点规模大的问题；
（2）本发明提出的改进的路由协议最大化应用了广播消息，只周期性的采用一次泛洪的方式建立最优路径树，同时也利用这次泛洪进行路径寻址；
（3）本发明提出的改进的路由协议，在路由路径的建立与维护过程不采用泛洪的方式，以单播的方式，最小化了路由协议的开销；
（4）本发明提出的改进的路由协议，主动感知与维护活跃的源节点与目的节点之间的路由路径信息，可以提前感知路由路径的变化，避免了无效路由的问题。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的标准的最优路径树建立过程示意图；
图2为本发明实施例所述的源节点路径发现过程示意图；
图3为本发明实施例所述的路径树上的节点接收到DATA数据后处理过程示意图；
图4为本发明实施例所述的根节点收到DATA消息后处理过程示意图；
图5为本发明实施例所述的根节点收到PRES消息后处理过程示意图；
图6为本发明实施例所述的活跃节点转换为非活跃节点的判断过程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
1、最优路径树的建立过程：
A1:根节点周期性广播RANN路径建立消息。
A2:非根节点收到RANN消息后判断，RANN消息中的消息序列号，如果RANN的消息序列号大于历史RANN序列号，则更新节点到根节点的路由，同时更新到RANN消息转发节点的路由，然后更新RANN消息中的链路度量后广播转发给其他非根节点。如果RANN的消息序列号小于历史RANN的序列号，则丢弃该消息。如果RANN的消息序列号与历史RANN的相同，则比较链路度量，如果接收到的链路度量小，则更新节点到根节点的路由，同时更新到RANN消息转发节点的路由，然后更新将RANN消息中的链路度量后广播转发给其他非根节点。
A3:根节点收到其他节点转发的RANN消息，直接丢弃，不做任何处理。
A4:上述过程会持续到所有节点都收到RANN消息，除根节点以外的非根节点都建立了一条到根节点的最优路径；同时所有非根节点也建立了本节点一跳范围内节点的路径。
2、路径发现过程：
B1:源节点需要发送数据到目的节点时，首先查找是否存在路由路径，如果存在，直接单播数据到路由节点，路由节点将数据在转发到下一路由节点，直到数据转发到目的节点；如果不存在路径信息，则沿着源节点到根节点的最优路径树单播DATA消息到根节点。
B2：路径树上的节点收到DATA消息，判断是否具有到达目的节点的路径，如果有则将DATA转发给路由节点，相应的路由节点收到DATA消息会将该消息转发到目的节点；如果没有路径则转发DATA消息到路径树上的下一节点，直到将DATA消息转发到根节点。
B3:根节点接收到，DATA消息后，判断是否存有到达目的节点的路径，如果有则转发DATA消息到路由节点，如果没有会在下一个RANN周期，广播带路径请求信息的RANN消息，请求发现到目的节点路径。
B4：非根节点接收到带路径请求的RANN消息后，执行“最优路径树的建立过程”中的步骤。
B5:目的节点接收到带路径请求的RANN消息，沿着到根节点的最优路径树单播PRES消息到根节点。
B6:路径树上的节点接收到PRES消息，将PRES消息沿着路径树转发到根节点。
B7：根节点收到PRES消息后，会建立根节点到目的节点的最优路径。此时根节点将之前收到的DATA消息通过最优路径树上的节点发给目的节点，完成一次路径发现过程。后续源节点与目的节点之间通过上述过程发现的路径进行数据传输。
3、路径维护过程：
C1：源节点与目的节点在接收到根节点周期性广播的RANN消息后会沿着路径树，回复PREQ消息。
C2：根节点收到PREQ消息后，即可周期性主动维护从根节点到源节点、目的节点的最优路径。
C3：源节点与目的节点，在没有消息交互的时间到达设定阈值后，主动释放链路，即接收到RANN后不再回复PREQ消息给根节点，以此减少路由维护开销。
下面结合附图对一种以HWMP为基础的混合路由协议的实现方法的实施做进一步的描述：
本发明涉及的一种以HWMP为基础的混合路由协议的实现方法，在处理过程上分为3个部分；
图1是标准的最优路径树建立过程，图4是带路径寻址的RANN消息建立路径树与路径寻址的过程，现结合图1与图4说明本发明方法的具体实现流程如下：
D1：根节点定时广播RANN消息，当有寻址需求时，广播带有目的地址的RANN消息，该消息即作为最优路径树建立消息又可以作为寻址消息，最大化的利用了，广播RANN这一次泛洪消息。
D2：非根节点收到RANN消息都会完成标准的“最优路径建立过程”，然后判断是否是带寻址的RANN消息，如果是判断是否是自身地址，如果是则单播回复PRES消息给根节点；
D3：源节点、目的节点无论接收到标准的广播RANN消息还是带路径寻址的RANN消息，都要判断自己是不是活跃节点，如果是活跃节点，需要单播PREQ消息到根节点，用于维护活跃路径。
图2、图3、图4、图5详细描述了路径发现、路径维护的具体实现流程如下：
E1：如图2所示，节点有数据需求时，就成为活跃的源节点，源节点判断是否存在到达目的节点的路径信息，如果存在单播DATA消息到路由节点；如果不存在则延着路径树单播DATA消息到达根节点。
E2：如图3所示，路径树上的节点接收到DATA消息，会判断是否有到达目的节点的路径，如果有则单播DATA消息到路由节点；如果没有则沿路径树单播消息。接收到DATA消息的路径树上的节点都会执行上述流程，直到DATA消息到达目的节点或者根节点。
E3：如图4所示，根节点收到DATA消息后，如果没有路径到目的节点，则会发起带路径寻址的RANN消息，进行路径寻址。
E4：非根节点收到RANN消息都会完成标准的“最优路径建立过程”，然后判断是否是带寻址的RANN消息，如果是判断是否是自身地址，如果是则单播回复PRES消息给根节点；
E5：源节点、目的节点无论接收到标准的广播RANN消息还是带路径寻址的RANN消息，都要判断自己是不是活跃节点，如果是活跃节点，需要单播PREQ消息到根节点，用于维护活跃路径。
E6：如图5所示，根节点收到PRES消息，判断是否存储在需要发送到目的节点的DATA数据，如果存在，则延路径树发送给目的节点，如果没有则丢弃PRES消息。
图6是活跃节点转换为非活跃节点的判断过程：
F1：有数据请求的节点在进行数据发送时，即成为活跃源节点；目的节点在接收到路径寻址或者其他节点发送的DATA数据时即成为活跃目的节点；
F2:如图6所示，活跃源节点、活跃目的节点判断数据流结束时间是否大于阈值，如果不大于则为活跃节点，如果大于则成为非活跃节点，即普通非根节点。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种以HWMP为基础的混合路由协议的实现方法，其特征在于，包括：
最优路径树的建立阶段：根节点周期性广播RANN消息，非根节点根据收到的RANN消息中的链路度量、RANN的序列号建立一条到达根节点的最优路径树；
路径发现阶段：源节点需要发送数据到目的节点时，沿着最优路径树建立阶段建立的到达根节点的最优路径树将数据发送到根节点，根节点接收到数据后，根节点发起路径请求过程，完成源节点到达目的节点的路径发现与建立过程；
路径维护阶段：路径维护阶段需要维护，路径发现阶段建立的源节点到达目的节点的路径；源节点和目的节点在接收到根节点周期性广播的RANN消息后，首先按照最优路径树建立阶段的步骤，建立到达根节点的最优路径树；然后沿着到达根节点的最优路径树回复PREQ消息，完成路径维护。
2.根据权利要求1所述的一种以HWMP为基础的混合路由协议的实现方法，其特征在于：在最优路径树的建立阶段，根节点只周期性的采用一次泛洪的方式建立最优路径树。
3.根据权利要求1所述的一种以HWMP为基础的混合路由协议的实现方法，其特征在于：在路径发现阶段，采用RANN消息进行路径寻址，并采用单播的方式回复。
4.根据权利要求1所述的一种以HWMP为基础的混合路由协议的实现方法，其特征在于：在路径维护阶段，单播周期的回复PREQ消息，用于提前感知路径信息的变化情况，保证路径的实时性。
5.根据权利要求1所述的一种以HWMP为基础的混合路由协议的实现方法，其特征在于，最优路径树的建立阶段包括以下步骤：
A1、根节点周期性广播RANN路径建立消息；
A2、非根节点收到RANN消息后,结合RANN消息中的消息序列号进行判断；如果RANN的消息序列号大于历史RANN序列号，则更新节点到根节点的路由，同时更新到RANN消息转发节点的路由，然后更新RANN消息中的链路度量后广播转发给其他非根节点；
如果RANN的消息序列号小于历史RANN的序列号，则丢弃该消息；
如果RANN的消息序列号与历史RANN的相同，则比较链路度量，如果接收到的链路度量小，则更新节点到根节点的路由，同时更新到RANN消息转发节点的路由，然后更新将RANN消息中的链路度量后广播转发给其他非根节点；
A3、根节点收到其他节点转发的RANN消息，直接丢弃，不做任何处理。
6.根据权利要求5所述的一种以HWMP为基础的混合路由协议的实现方法，其特征在于：步骤A1-A3中的过程持续到所有节点都收到RANN消息，除根节点以外的非根节点都建立了一条到根节点的最优路径；同时所有非根节点也建立了本节点一跳范围内节点的路径。
7.根据权利要求1所述的一种以HWMP为基础的混合路由协议的实现方法，其特征在于,路径发现阶段包括以下步骤：
B1、源节点需要发送数据到目的节点时，首先查找是否存在路由路径，如果存在，直接单播数据到路由节点，路由节点将数据在转发到下一路由节点，直到数据转发到目的节点；如果不存在路径信息，则沿着源节点到根节点的最优路径树单播DATA消息到根节点；
B2、路径树上的节点收到DATA消息，判断是否具有到达目的节点的路径，如果有则将DATA转发给路由节点，相应的路由节点收到DATA消息会将该消息转发到目的节点；如果没有路径则转发DATA消息到路径树上的下一节点，直到将DATA消息转发到根节点；
B3、根节点接收到DATA消息后，判断是否存有到达目的节点的路径，如果有则转发DATA消息到路由节点，如果没有会在下一个RANN周期，广播带路径请求信息的RANN消息，请求发现到目的节点路径；
B4、非根节点接收到带路径请求的RANN消息后，执行“最优路径树的建立阶段”；
B5、目的节点接收到带路径请求的RANN消息，沿着到根节点的最优路径树单播PRES消息到根节点；
B6、路径树上的节点接收到PRES消息，将PRES消息沿着路径树转发到根节点；
B7、根节点收到PRES消息后，建立根节点到目的节点的最优路径。
8.根据权利要求7所述的一种以HWMP为基础的混合路由协议的实现方法，其特征在于：在步骤B7中，根节点将之前收到的DATA消息通过最优路径树上的节点发给目的节点，完成一次路径发现过程，后续源节点与目的节点之间通过上述过程发现的路径进行数据传输。
9.根据权利要求1所述的一种以HWMP为基础的混合路由协议的实现方法，其特征在于，路径维护阶段包括以下步骤：
C1、源节点与目的节点在接收到根节点周期性广播的RANN消息后会沿着路径树，回复PREQ消息；
C2、根节点收到PREQ消息后，即可周期性主动维护从根节点到源节点、目的节点的最优路径；
C3、源节点与目的节点，在没有消息交互的时间到达设定阈值后，主动释放链路，即接收到RANN后不再回复PREQ消息给根节点，以此减少路由维护开销。
10.一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，其特征在于：所述处理器用于执行上述权利要求1-9任一所述的一种以HWMP为基础的混合路由协议的实现方法。
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