CN115914170A

CN115914170A - 一种基于地理网格编码的网络路由寻址方法

Info

Publication number: CN115914170A
Application number: CN202211218114.4A
Authority: CN
Inventors: 陈波; 杨建朋; 张福刚; 魏小峰
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2022-09-30
Filing date: 2022-09-30
Publication date: 2023-04-04

Abstract

本发明公开了一种基于地理网格编码的网络路由寻址方法，包括S1构建基于地理网格编码的网络架构；S2判断目标节点是否为当前节点的子节点，当目标节点为当前节点的子节点，进入步骤S3，否则进入步骤S4；S3判断当前节点的相邻子节点中是否存在目标节点的父节点，如果存在，将所述父节点作为下一跳节点，如果不存在，进行越级通信；当下一跳节点不为目标节点时，将下一跳节点作为当前节点，返回步骤S2；S4判断当前节点是否存在相邻父节点，如果存在，将所述父节点作为下一跳节点，如果不存在，进行越级通信；当下一跳节点不为目标节点时，将下一跳节点作为当前节点，返回步骤S2。本发明能够有效减少路由器管理维护路由表的消耗，提高路由效率。

Description

一种基于地理网格编码的网络路由寻址方法

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，具体涉及一种基于地理网格编码的网络路由寻址方法。

背景技术

互联网正在从大众化和公众化服务，向着分众化和个性化服务的方向演变。但是TCP/IP协议仍然基于端到端的传输方式“尽力而为”地提供服务，且仅支持单一IP的寻址模式，这种单一化、同质化的技术特点，导致了网络发展在性能和安全方面的问题。多模态寻址路由是新型网络的基本技术特征，该技术不同于单一的IP寻址模式，以电话号码、服务内容、空间坐标以及智慧标识等为中心的多模态、可定义寻址模式将极大地丰富网络空间的多样性，打破网络发展单一化的困境。

多元化的网络应用需要多样化的寻址与路由方式，新型网络的多模态寻址路由机制包括如下典型方式：

(1)以IPv4/IPv6为基础的寻址和路由。该方式采用等级地址模式、地址自动配置、源认证等技术，具有较强的灵活性和快速处理能力，在新型网络中仍将持续发挥重要作用。

(2)以内容标识为基础的寻址和路由。该方式将网络通信模式从关注“where”转变为关注“what”，将网络中的一切数据内容都看作是可以传输的信息，实现了直接以内容互联的方式而非主机互联。

(3)以身份标识为基础的寻址和路由。该方式通过身份与位置分离、资源与位置分离、接入与核心分离，综合有效解决安全性、移动性、可扩展性、用户体验等问题。

(4)以空间坐标位置标识为中心的寻址和路由。该方式基于坐标位置信息进行网络位置编码，可实现网络空间与现实空间位置的直接映射，为提升网络应用效能提供支撑。

现有基于空间坐标位置标识的路由寻址还存在以下不足：

(1)位置更新和查找较慢。基于位置信息的路由协议通过位置信息进行路由转发，需要额外管理地理位置信息。目前的基于位置的路由协议的位置信息都是以经纬度的形式记录的，在位置更新和查找方面较为复杂。

(2)路由转发时延较长。在路由寻址的过程中，是通过经纬度坐标来计算节点间距离，以选择数据转发路径的，计算较为复杂。

(3)网络灵活性不强。在现有的路由协议中，当网络中有节点故障或移动较远时，会影响当前的连通状态，为保持连通，则需要重新规划路由，从而产生较大的路由开销。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种基于地理网格编码的网络路由寻址方法，解决了当前基于位置信息的路由协议位置更新和查找较慢、路由转发时延较长以及网络灵活性不强等技术问题。本发明能够有效减少路由器管理维护路由表的消耗，提高路由效率。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于地理网格编码的网络路由寻址方法，包括：

S1构建基于地理网格编码的网络架构，每个路由及节点的IP地址隐含于网格架构中；

S2在网格架构中，判断目标节点是否为当前节点的子节点，当目标节点为当前节点的子节点，进入步骤S3，当目标节点不为当前节点的子节点，进入步骤S4；

S3判断当前节点的相邻子节点中是否存在目标节点的父节点，如果存在，将所述父节点作为下一跳节点，如果不存在，进行越级通信；当下一跳节点不为目标节点时，将下一跳节点作为当前节点，返回步骤S2，当下一跳节点为目标节点时，寻址完成；

S4判断当前节点是否存在相邻父节点，如果存在，将所述父节点作为下一跳节点，如果不存在，进行越级通信；当下一跳节点不为目标节点时，将下一跳节点作为当前节点，返回步骤S2，当下一跳节点为目标节点时，寻址完成；

第一次执行步骤S2时，当前节点为源节点。

进一步的，基于地理网格编码的网络架构为四叉树结构。

进一步的，所述网络架构的分层方式与地理网格编码的分层方式一致。

进一步的，步骤S2中，根据当前节点和目的节点的地理网格编码判断目标节点是否为当前节点的子节点。

进一步的，步骤S3中，根据当前节点的相邻子节点和目标节点的地理网格编码判断当前节点的相邻子节点中是否存在目标节点的父节点。

进一步的，步骤S3还包括，当判断当前节点的相邻子节点中存在目标节点的父节点后，判断所述父节点是否可通信，具体方法为，向所述父节点发送通信请求，如果在有效时延范围内接收到所述父节点同意通信的回复，则认为所述父节点可以通信，如果未在有效时延范围内接收到所述父节点同意通信的回复，则进行越级通信；

步骤S4还包括，当判断当前节点存在相邻父节点后，判断所述父节点是否可通信，具体方法为，向所述父节点发送通信请求，如果在有效时延范围内接收到所述父节点同意通信的回复，则认为所述父节点可以通信；如果未在有效时延范围内接收到所述父节点同意通信的回复，则进行越级通信。

进一步的，步骤S3中，进行越级通信的方法为，记当前节点为n层节点，判断n+2层节点是否存在目标节点的父节点，如果不存在，继续判断n+3层节点是否存在目标节点的父节点，直至存在所述父节点，将所述父节点作为下一跳节点；

步骤S4中，进行越级通信的方法为，记当前节点为n层节点，判断n-2层节点是否存在当前节点的父节点，如果不存在，继续判断n-3层节点是否存在当前节点的父节点，直至存在所述父节点，将所述父节点作为下一跳节点。

进一步的，各节点的地理网格编码由各节点的IP地址进行拆分所得的经纬度信息转换而成。

进一步的，对目的节点和当前节点的地理网格编码进行对比，根据四叉树编码父子关系则前缀相同的规则，判断目的节点是否为当前节点的子节点。

本发明与现有技术相比具有如下至少一种有益效果：

(1)本发明以多尺度的地理位置网格作为网络路由寻址架构，需要通信的两个节点不一定需要经过根节点，只需要找到共同的父节点即可完成路由寻址。节点间的通信路径完全分布式生成，不需要额外的控制开销，支持网络规模的扩展；

(2)本发明根据地理网络逐层嵌套的编码规则设计了固定的树形网络架构，路由表的生成可通过计算获得，也就是说，在网络拓扑结构确定的情况下，静态寻址协议显得更加方便和快捷，无需维护路由表，通过计算即可得到下一跳的地址；

(3)本发明基于静态路由的实现方式，通过计算算法代替人工添加路由项的方式来改进寻址机制，即网络地理网格编码寻址机制，该机制相对于传统的动态路由来说，能够有效减少路由器管理维护路由表的消耗，提高路由效率。相对于传统的静态路由来说，有效减少人为工作量，避免在对路由项维护过程中的繁琐工作，从而适用于大规模网络。

附图说明

图1为本发明网络地理网格编码网络架构示意图；

图2为本发明越级通信机制；

图3为本发明一种基于地理网格编码的网络路由寻址方法流程图。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

针对当前基于位置信息的路由协议位置更新和查找较慢、路由转发时延较长以及网络灵活性不强等不足，本发明提出一种基于地理网格编码的网络路由寻址方法，以地球剖分理论为基础，将地理网格编码(即地理位置编码)作为网络中节点的地理位置标识，通过计算网格编码的空间关系，实现网络路由寻址中的路径规划，并基于静态路由的实现方式，通过计算算法代替人工添加路由项的方式来改进寻址机制，即网络地理网格编码寻址机制。该机制相对于传统的动态路由来说，能够有效减少路由器管理维护路由表的消耗，提高路由效率。

本发明一种基于网络地理网格编码的路由寻址方法，主要实现方法如下：

1、基于地理网格构建网络地理网格编码的树形网络架构。

网络地理网格编码网络架构如图1所示，每个路由及节点的IP地址隐含于网格架构中，因此，路由寻址时按照隐含的网络架构即可找到对应的路径。在网络地理网格编码网络中，网络架构为树形结构，与编码的分层方式一致，每个节点只与它的相邻父节点或相邻子节点直接通信，从根节点出发可到达任意一个网络节点，中间经过的路由地址可以根据IP地址计算获得。需要通信的两个节点不一定需要经过根节点，只需要找到共同的父节点即可完成路由寻址。节点间的通信路径完全分布式生成，不需要额外的控制开销，支持网络规模的扩展。

2、进行节点探测，判断节点是否存在并能够通信。

由于网络地理网格编码网络架构根据是编码的分层方式构建的，并非和实际节点一一对应，而实际的节点分布往往存在随机性，即树形结构中可能存在空节点，导致计算得到的通信路径中出现节点不存在的情况。因此需要增加节点探测和越级通信机制。节点探测要求发送端计算得到下一跳节点的IP地址后，首先向该地址发送一个通信请求，如果在有效时延范围内接收到了该节点同意通信的回复，则认为该节点存在且可以通信，并将数据发送至该节点；如果有效时间内没有收到该节点的回复或该节点不同意通信，则认为该节点不符合下一跳节点的要求，并启动越级通信机制。

3、如果未能与节点通信，启动越级通信。

越级通信在当前下一跳节点不可达时启动，如图2所示，若当前下一跳节点为发送端的子/父节点，则继续计算该节点的下一跳子/父节点并进行节点探测，直至寻找到符合通信要求的节点，将该节点作为发送端的下一跳节点进行越级通信。图2为越级通信的示意图，父节点跳过了失效的相邻子节点，直接将失效节点的相邻子节点作为下一跳节点进行通信。

如图3，基于以上方法，该发明的主要技术流程可分为以下几个步骤：

步骤1：发送端对目的节点的IP地址进行拆分，获得其经纬度信息，转换为地理网格编码(上下层级为四叉树关系)，与本地的网格编码进行比对，通过四叉树编码父子关系则前缀相同的规则，判断目的节点是否为源节点的子节点。若是，则进行步骤2的操作，否则进行步骤3的操作。

步骤2：发送端计算与其相邻的4个子节点的IP地址，获取相应的网格编码，与目的节点的网格编码进行比对，其中有且只有一个节点是目的节点的父节点，选择该节点作为本次传输的下一跳节点。探测该节点，若节点存在则传输数据，否则继续计算该节点的下一跳子节点越级通信。以此类推，直至将数据传送到目的节点。

步骤3：发送端计算与其相邻的父节点的IP地址，将其相邻父节点作为本次传输的下一跳节点。探测该节点，若节点存在则传输数据，否则继续计算该节点的下一跳父节点越级通信。接收端得到数据和目的节点的IP地址后进行步骤1的操作。

本发明基于地理网格构建网络地理网格编码的树形网络架构，另外，基于静态路由的实现方式，通过计算算法代替人工添加路由项的方式来进行节点选择与越级通信。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims

1.一种基于地理网格编码的网络路由寻址方法，其特征在于，包括：

第一次执行步骤S2时，当前节点为源节点。

2.根据权利要求1所述的一种基于地理网格编码的网络路由寻址方法，其特征在于，基于地理网格编码的网络架构为四叉树结构。

3.根据权利要求2所述的一种基于地理网格编码的网络路由寻址方法，其特征在于，所述网络架构的分层方式与地理网格编码的分层方式一致。

4.根据权利要求3所述的一种基于地理网格编码的网络路由寻址方法，其特征在于，步骤S2中，根据当前节点和目的节点的地理网格编码判断目标节点是否为当前节点的子节点。

5.根据权利要求4所述的一种基于地理网格编码的网络路由寻址方法，其特征在于，步骤S3中，根据当前节点的相邻子节点和目标节点的地理网格编码判断当前节点的相邻子节点中是否存在目标节点的父节点。

6.根据权利要求1所述的一种基于地理网格编码的网络路由寻址方法，其特征在于，步骤S3还包括，当判断当前节点的相邻子节点中存在目标节点的父节点后，判断所述父节点是否可通信，具体方法为，向所述父节点发送通信请求，如果在有效时延范围内接收到所述父节点同意通信的回复，则认为所述父节点可以通信，如果未在有效时延范围内接收到所述父节点同意通信的回复，则进行越级通信；

7.根据权利要求1所述的一种基于地理网格编码的网络路由寻址方法，其特征在于，步骤S3中，进行越级通信的方法为，记当前节点为n层节点，判断n+2层节点是否存在目标节点的父节点，如果不存在，继续判断n+3层节点是否存在目标节点的父节点，直至存在所述父节点，将所述父节点作为下一跳节点；

8.根据权利要求5所述的一种基于地理网格编码的网络路由寻址方法，其特征在于，各节点的地理网格编码由各节点的IP地址进行拆分所得的经纬度信息转换而成。

9.根据权利要求8所述的一种基于地理网格编码的网络路由寻址方法，其特征在于，对目的节点和当前节点的地理网格编码进行对比，根据四叉树编码父子关系则前缀相同的规则，判断目的节点是否为当前节点的子节点。