CN114785726B - 一种基于管理消息合并的分簇olsr路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法，包括：采用最大连接度分簇算法将具有平面结构的网络划分为多个分簇，每个分簇由唯一的簇首及大于或等于一个的成员节点组成；设置分簇维护周期，在每个周期内对分簇结构进行更新和维护；并对分簇的重叠性进行判断，若分簇发生重叠，则依据分簇合并算法进行合并，获取最新的网络分簇结构；设置OLSR路由消息管理机制，对最新的网络分簇结构中的节点判断是否为簇首，判断的簇首周期性监测每个成员节点拓扑信息的变化情况，使用分簇拓扑控制消息进行全局路由信息的维护。与现有技术相比，本发明具有减小洪泛消息头部数量，降低路由开销等优点。

Description

一种基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其是涉及一种基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法。

背景技术

OLSR作为一种主动式MANET路由协议，具有实时性高、鲁棒性强等优点。然而，OLSR协议具有较大的路由开销，路由开销可能占据过多的信道和能量资源从而对数据业务的性能造成不利影响，尤其当网络规模增大时，可能造成网络的拓展性问题。现有的分簇OLSR路由技术虽然在一定程度上降低了OLSR的路由开销，但是也破坏了OLSR的平面路由特性，使网络节点无法获取到足够的路由信息以应对路由路径中断和路由节点拥塞等问题，从而降低了路由协议对动态网络的适应性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法，该方法的具体内容包括：

在网络中建立分簇结构，节点通过最大连接度分簇算法在两跳范围内选举簇首，并由簇首建立两跳范围的分簇；

设计分簇周期维护机制和分簇合并机制，通过簇首和成员节点周期性的信息交互，以及分簇合并机制，在动态网络中保持网络分簇结构的稳定性；

设计OLSR的路由消息管理机制，簇首节点收集成员节点的路由消息，成员的路由消息将被簇首合并后再进行洪泛，通过减少路由消息的头部冗余降低路由开销，并且簇首根据每个成员的路由消息监测其拓扑的变化情况，通过降低具有稳定拓扑的成员路由消息的洪泛频率来降低不必要的路由开销。

进一步地，所述最大连接度分簇算法的具体内容为：

节点通过HELLO消息在两跳范围内交互节点的连接度信息：若节点在所有两跳邻居中具有最大的连接度，则成为簇首，若节点发现两跳范围内的其他节点与其同样具有最大的连接度，则比较这些节点与自己的IP地址，若自己具有最小的IP地址则成为簇首；在完成簇首选举后，簇首立即广播包含其IP地址的分簇消息，并且该消息将通过簇首的一跳邻居转发到其两跳范围内的所有节点；当未分簇节点收到分簇消息时，它会立即加入发送该消息簇首的分簇；如果一个未分簇节点等待了一段称为分簇等待时间的时间间隔后，仍然没有加入任何分簇，则其进行候补簇首选举：若其在一跳范围内发现其他未分簇节点，并且在这些节点中具有最大连接度，该节点就会成为簇首并广播分簇消息，若其是一个孤立的未分簇节点，则保持自己的未分簇状态。

进一步地，所述分簇周期维护机制的具体内容为：

在每个分簇维护周期，簇首检查其一跳成员节点的数量，如果失去了所有一跳成员节点，则其变为未分簇节点，否则在其分簇内广播分簇消息；在任意时刻，收到来自簇首的分簇消息的成员节点将更新自己的分簇状态过期时间；在每个分簇维护周期，成员节点检查自己的分簇状态过期时间，若超时，则成员节点将成为未分簇节点。

进一步地，所述分簇合并机制的具体内容为：

当两簇首移动到彼此的两跳范围内时，簇首将对比彼此的连接度信息，具有连接度较大的簇首保持其簇首地位，而另一个簇首则成为被保留簇首的成员节点；如果两个簇首的连接度相同，则IP地址较小的簇首将保持其簇首地位，而另一个簇首则成为被保留簇首的成员节点。

进一步地，所述OLSR路由消息管理机制的具体内容为：

在每个拓扑控制消息交互周期，每个成员节点都将其拓扑控制消息投递至簇首；当簇首收到成员节点的拓扑控制消息时将记录该消息，并在下一次接收到该成员节点的拓扑控制消息后覆盖该消息；在每个高频交互周期，若簇首发现某一成员节点的TC消息与上个周期不同，则将该成员节点记录为动态拓扑成员，否则记录为稳定拓扑成员；在每个高频交互周期，当簇首识别完所有成员节点的拓扑变动情况后，簇首将所有动态拓扑成员的拓扑控制消息及其自身的拓扑控制消息合并为一条分簇拓扑控制消息，并将该消息洪泛至全网；在每个低频交互周期，簇首将所有稳定拓扑成员的拓扑控制消息及其自身的拓扑控制消息合并为一条分簇拓扑控制消息，并将该消息洪泛至全网。

进一步地，低频交互周期相比于高频交互周期具有更长的周期时间间隔。

进一步地，所述分簇拓扑控制消息包括簇首及其成员节点的拓扑信息，簇首的拓扑信息包括在分簇拓扑控制消息的簇首拓扑字段，其结构与拓扑控制消息一致，成员节点的拓扑信息逐条包含在分簇拓扑控制消息的成员拓扑集合字段。

所述成员节点的拓扑信息包含于簇首合并生成的分簇拓扑控制信息，并在全网范围内交互，网络中每个节点获得的网络拓扑信息与OLSR协议所提供的网络拓扑信息相同。

本发明提供的基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法，相较于现有技术至少包括如下有益效果：

1)本发明方法通过将多条成员节点的拓扑控制消息合并为一条分簇拓扑控制消息，减小了洪泛的消息头部的数量，从而降低了路由开销。

2)本发明方法通过降低稳定拓扑成员拓扑信息的洪泛频率，降低了路由开销。

3)本发明方法保留了OLSR协议为节点提供的全部路由信息，因此维持了OLSR协议的平面路由特性，使网络中所有节点可以掌握全网的拓扑信息，具备多条路由路径的计算能力以及路径中断后的备用路径计算能力。

附图说明

图1为实施例中基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法的主要原理流程图；

图2为实施例中初始网络拓扑与分簇结果图；

图3为实施例中变化前的分簇结构示意图；

图4为实施例中变化后的分簇结构示意图；

图5为实施例中基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法的最大连接度算法流程图；

图6为实施例中基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法的分簇周期维护机制流程图；

图7为实施例中基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法的分簇合并机制流程图；

图8为实施例中基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法的路由消息管理机制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。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。

实施例

本发明涉及一种基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法，该方法用于在保持OLSR平面路由特性的前提下提高路由开销性能。本发明方法在网络中建立和维护分簇结构，利用簇首节点收集成员节点的路由消息，成员的路由消息将被簇首合并后再进行洪泛，通过减少路由消息的头部冗余降低路由开销，并且簇首根据每个成员的路由消息监测其拓扑的变化情况，通过降低具有稳定拓扑的成员路由消息的洪泛频率来降低不必要的路由开销。本发明提出的这种基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法在下文中可利用C-OLSR(Clustering OLSR)表示。

具体地，结合图1所示，本发明基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法的具体方案在于：

在网络中建立分簇结构，节点通过最大连接度分簇算法在两跳范围内选举簇首，并由簇首建立两跳范围的分簇。即采用最大连接度分簇算法将具有平面结构的网络(如MANET网络)划分为多个分簇，每个分簇由唯一的簇首以及大于等于一个的成员节点组成。

设计分簇周期维护机制和分簇合并机制，通过簇首和成员节点周期性的信息交互，以及分簇合并机制，在动态网络中保持网络分簇结构的稳定性。

设计OLSR的路由消息管理机制，簇首节点收集成员节点的路由消息，成员的路由消息将被簇首合并后再进行洪泛，通过减少路由消息的头部冗余降低路由开销，并且簇首根据每个成员的路由消息监测其拓扑的变化情况，通过降低具有稳定拓扑的成员路由消息的洪泛频率来降低不必要的路由开销。

其中，基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法的最大连接度算法流程图如图5所示，具体内容为：

节点通过HELLO消息在两跳范围内交互节点的连接度信息：若节点在所有两跳邻居中具有最大的连接度，则成为簇首，若节点发现两跳范围内的其他节点与其同样具有最大的连接度，则比较这些节点与自己的IP地址，若自己具有最小的IP地址则成为簇首。在完成簇首选举后，簇首立即广播包含其IP地址的分簇消息，并且该消息将通过簇首的一跳邻居转发到其两跳范围内的所有节点；当未分簇节点收到分簇消息时，它会立即加入发送该消息簇首的分簇；如果一个未分簇节点等待了一段称为分簇等待时间的时间间隔后，仍然没有加入任何分簇，则其进行候补簇首选举：若其在一跳范围内发现其他未分簇节点，并且在这些节点中具有最大连接度，该节点就会成为簇首并广播分簇消息，若其是一个孤立的未分簇节点，则保持自己的未分簇状态。

其中，分簇周期维护机制的流程图如图6所示，具体内容为：

在每个分簇维护周期，簇首检查其一跳成员节点的数量，如果失去了所有一跳成员节点，则其变为未分簇节点，否则在其分簇内广播分簇消息；在任意时刻，收到来自簇首的分簇消息的成员节点将更新自己的分簇状态过期时间；在每个分簇维护周期，成员节点检查自己的分簇状态过期时间，若超时，则成员节点将成为未分簇节点。

其中，分簇合并机制的流程图如图7所示，具体内容为：

当两簇首移动到彼此的两跳范围内时，簇首将对比彼此的连接度信息，具有连接度较大的簇首保持其簇首地位，而另一个簇首则成为被保留簇首的成员节点。如果两个簇首的连接度相同，则IP地址较小的簇首将保持其簇首地位，而另一个簇首则成为被保留簇首的成员节点。

其中，OLSR路由消息管理机制的流程图如图8所示，具体内容为：

在每个拓扑控制消息交互周期，每个成员节点都将其拓扑控制消息投递至簇首；当簇首收到成员节点的拓扑控制消息时将记录该消息，并在下一次接收到该成员节点的拓扑控制消息后覆盖该消息。在每个高频交互周期，若簇首发现某一成员节点的TC消息与上个周期不同，则将该成员节点记录为动态拓扑成员，否则记录为稳定拓扑成员；在每个高频交互周期，当簇首识别完所有成员节点的拓扑变动情况后，簇首将所有动态拓扑成员的拓扑控制消息及其自身的拓扑控制消息合并为一条分簇拓扑控制消息，并将该消息洪泛至全网；在每个低频交互周期，簇首将所有稳定拓扑成员的拓扑控制消息及其自身的拓扑控制消息合并为一条分簇拓扑控制消息，并将该消息洪泛至全网，低频交互周期相比于高频交互周期具有更长的周期时间间隔。

进一步地，分簇拓扑控制消息包括簇首及其成员节点的拓扑信息，簇首的拓扑信息包括在分簇拓扑控制消息的簇首拓扑字段，其结构与拓扑控制消息一致，成员节点的拓扑信息逐条包含在分簇拓扑控制消息的成员拓扑集合字段。成员节点的拓扑信息包含于簇首合并生成的分簇拓扑控制信息，并在全网范围内交互，网络中每个节点获得的网络拓扑信息与OLSR协议所提供的网络拓扑信息相同。

为进一步说明本发明方法的实现过程，本实施例提供了一个案例进行说明。

初始网络拓扑和分簇结果如图2所示，其中，黑色节点为簇首，白色节点为成员节点，黑色虚线展示了分簇的范围，箭头展示了节点间的连接关系，格栅节点C为孤立节点。

最大连接度分簇算法运行如下：通过在两跳范围内交互连接度信息，节点E和节点N发现自身具有最大连接度，因此在簇首选举中成为簇首，并在两条范围广播分簇消息。节点A、D、B、I、K、F、G、O收到节点E的分簇消息后加入其分簇。节点J、R、S、T收到节点N的分簇消息后加入其分簇；节点H通过在两跳范围内交互连接度和IP信息，发现自己在具有最大连接度的节点中具有最小IP，因此在簇首选举中成为簇首，并在两条范围广播分簇消息。节点L、M、P、Q收到节点H的分簇消息后加入其分簇。节点C由于未发现其他未分簇的邻居节点，因而保持未分簇状态。

为了说明分簇周期维护机制和分簇合并机制，本发明采用图3和图4的实例。图3展示了图2中的网络拓扑变化后分簇结构随之变化前的结果，图4展示了分簇结构变化后的结果。

分簇合并机制运行如下：节点H移动进节点E的分簇范围，通过对比连接度信息，节点H放弃簇首状态而成为节点E的成员。节点L、M、P、Q由于在节点H放弃簇首状态后未能收到其发送的分簇消息，在各自分簇状态过期时间超时后，通过分簇维护周期检查放弃成员节点状态，成为未分簇节点。节点M成为未分簇节点后，在收到节点E发送的分簇消息后加入其分簇。节点Q成为未分簇节点后，在收到节点N发送的分簇消息后加入其分簇。节点L和节点P成为未分簇节点后，节点L发现存在未分簇邻居，并且具有最大连接度，在等待超时后成为簇首，并广播分簇消息。节点P成为未分簇节点后，在收到节点L的分簇消息后加入其分簇。

以图2和图4所示的网络拓扑变化为例，可说明路由消息管理机制如下：在某个高频交互周期，节点E检测到节点D、节点I的拓扑控制消息发生变化，并检测到新加入的节点H和节点M，此时节点E将上述四个节点记为动态拓扑成员，将自身及上述四节点的拓扑控制消息合并为分簇拓扑控制消息，并将该消息洪泛到全网，而节点A、B、F、G、K、O由于拓扑控制消息不变被记为稳定拓扑成员；在下一个低频交互周期，节点E将自身及节点A、B、F、G、K、O的拓扑控制消息合并为分簇拓扑控制消息，并将该消息洪泛至全网。

本发明方法通过将多条成员节点的拓扑控制消息合并为一条分簇拓扑控制消息，减小了洪泛的消息头部的数量，从而降低了路由开销。通过降低稳定拓扑成员拓扑信息的洪泛频率，降低了路由开销。另外，本发明方法保留了OLSR协议为节点提供的全部路由信息，因此维持了OLSR协议的平面路由特性，使网络中所有节点可以掌握全网的拓扑信息，具备多条路由路径的计算能力以及路径中断后的备用路径计算能力。

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工作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 (9)

1.一种基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法，其特征在于，包括：

采用最大连接度分簇算法将具有平面结构的网络划分为多个分簇，每个分簇由唯一的簇首及大于或等于一个的成员节点组成；

设置分簇维护周期，在每个周期内对分簇结构进行更新和维护；并对分簇的重叠性进行判断，若分簇发生重叠，则依据分簇合并算法进行合并，获取最新的网络分簇结构；

设置OLSR路由消息管理机制，对最新的网络分簇结构中的节点判断是否为簇首，判断的簇首周期性监测每个成员节点拓扑信息的变化情况，使用分簇拓扑控制消息进行全局路由信息的维护；

所述OLSR路由消息管理机制的具体内容为：

成员节点在每个拓扑信息交互周期产生的拓扑控制消息仅传递给簇首；簇首在每个高频交互周期对比成员节点拓扑控制消息与上个周期相比是否发生变化，将拓扑控制消息发生变化的成员记为动态拓扑成员，否则将成员记录为稳定拓扑成员；在识别完所有成员节点的拓扑变动情况后，簇首将所有动态拓扑成员的拓扑控制消息及其自身的拓扑控制消息合并为一条分簇拓扑控制消息，以正常频率在网络中交互，在本周期洪泛到网络；在低频交互周期，簇首将所有稳定拓扑成员的拓扑控制消息及其自身的拓扑控制消息合并为一条分簇拓扑控制消息，以低频率在网络中交互，在本周期洪泛到网络。

2.根据权利要求1所述的基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法，其特征在于，设置分簇维护周期，在每个分簇维护周期内，节点之间交互邻居和分簇信息，并基于邻居和分簇信息，对网络的分簇结构进行更新和维护。

3.根据权利要求2所述的基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法，其特征在于，所述最大连接度分簇算法的具体内容为：

节点在两跳范围内交互连接度信息，将具有最大连接度的节点选举为簇首；簇首节点发送分簇消息通知其两跳范围内的未分簇节点加入其分簇；若未分簇节点的两跳范围内不存在簇首节点，且一跳邻居中存在其他未分簇节点且其他未分簇节点连接度均小于本节点，在等待时间超时后，则判断该未分簇节点成为簇首。

4.根据权利要求3所述的基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法，其特征在于，各节点通过在HELLO消息中添加本节点和本节点邻节点的连接度，完成簇首选举的信息交互；完成簇首选举后，簇首通过在其两跳范围内广播包含本簇首地址的分簇消息通知未分簇节点加入其分簇，以此在网络中形成覆盖簇首两跳范围的分簇结构；各节点通过在HELLO消息中添加本节点和本节点邻节点的簇首地址，以获取到其所有邻节点的分簇信息，所有簇首获取其全部成员节点的信息。

5.根据权利要求2所述的基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法，其特征在于，设置分簇维护周期，在每个周期内对分簇结构进行更新和维护的具体内容为：

簇首在每个分簇维护周期检查自己的全部邻居，若邻居中不存在属于其分簇的成员节点，则簇首重置为未分簇节点，否则在其分簇内广播分簇消息；接收到簇首的分簇消息的成员节点更新自己的分簇状态并重置超时时间；接收到簇首的分簇消息的未分簇节点成为该簇首的成员节点；在每个分簇维护周期，分簇状态超时的成员节点重置为未分簇节点。

6.根据权利要求1所述的基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法，其特征在于，所述分簇合并算法的具体内容为：

当两个簇首进入彼此的分簇范围，将具有较小连接度的簇首判定为另一簇首的成员节点；若两个簇首的连接度相同，则IP地址较小的簇首保持其簇首地位，另一个簇首判定为被保留簇首的成员节点。

7.根据权利要求1所述的基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法，其特征在于，低频交互周期的周期时间间隔高于高频交互周期的周期时间间隔。

8.根据权利要求7所述的基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法，其特征在于，所述分簇拓扑控制消息包括簇首及其成员节点的拓扑信息，簇首的拓扑信息包括在分簇拓扑控制消息的簇首拓扑字段，其结构与拓扑控制消息一致，成员节点的拓扑信息逐条包含在分簇拓扑控制消息的成员拓扑集合字段。

9.根据权利要求8所述的基于管理消息合并的分簇OLSR路由方法，其特征在于，所述成员节点的拓扑信息包含于簇首合并生成的分簇拓扑控制信息，并在全网范围内交互，网络中每个节点获得的网络拓扑信息与OLSR协议所提供的网络拓扑信息相同。