一種用于無線移動(dòng)Mesh網(wǎng)絡(luò)中的穩(wěn)定高效自適應(yīng)路由策略的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]及一種用于無線移動(dòng)Mesh網(wǎng)絡(luò)中的穩(wěn)定高效的自適應(yīng)路由策方法，屬于無線移動(dòng)Mesh網(wǎng)絡(luò)中路由技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]無線移動(dòng)Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種為了滿足人們對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)新需求而產(chǎn)生的新興技術(shù)，它相對(duì)于傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)，具有更高的帶寬、容量及速率，是一種覆蓋范圍廣的分布式網(wǎng)絡(luò)。無線移動(dòng)Mesh網(wǎng)絡(luò)也被稱為無線網(wǎng)狀網(wǎng)或無線網(wǎng)格網(wǎng)，已成為一個(gè)新的、高效、廉價(jià)的實(shí)現(xiàn)下一代無線網(wǎng)絡(luò)解決方案的網(wǎng)絡(luò)。在當(dāng)前采用的無線移動(dòng)Mesh技術(shù)中，融合了其他傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(比如wif i，3G，4G等)的優(yōu)勢(shì)，傳輸速度快，理論上可以達(dá)到54Mbps，甚至更高，并且自組成了一個(gè)含有多跳無線鏈路的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)不僅僅可以大幅度擴(kuò)展無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，同時(shí)還可以提高原來無線網(wǎng)絡(luò)的帶寬、容量及通信可靠新。正因?yàn)槿绱?，無線移動(dòng)Mesh可突破傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)距離傳輸高質(zhì)量多媒體方面的技術(shù)瓶頸，用以組成視頻流業(yè)務(wù)的傳輸網(wǎng)絡(luò)。
[0003]基于無線自組織網(wǎng)絡(luò)無中心，分布式操作的特性，AODV路由協(xié)議采用按需路由，不需要維護(hù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔ⅲ挥性诎l(fā)送分組且沒有到目的節(jié)點(diǎn)的路由時(shí)才發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)過程，僅維護(hù)活躍的路由，即鄰居節(jié)點(diǎn)，是一種反應(yīng)式路由協(xié)議。具體來時(shí)，當(dāng)每臺(tái)終端設(shè)備產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳送要求的時(shí)候，它需要查找自身路由表是否有之前的路由記錄。如果在其路由表里面沒有到達(dá)相應(yīng)目的節(jié)點(diǎn)的路由條目，該節(jié)點(diǎn)就會(huì)發(fā)起路由尋路過程，向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)洪泛路由尋路消息RREQ。直到該RREQ消息到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，目的節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)該RREQ消息里所記錄的一路傳遞過來的路徑，將生成的目的節(jié)點(diǎn)應(yīng)答消息RREP原路返回送回源尋路節(jié)點(diǎn)。在這兩個(gè)過程中，由于洪范效應(yīng)可能會(huì)產(chǎn)生很多的冗余數(shù)據(jù)包，造成多個(gè)RREQ請(qǐng)求消息之間的混淆，AODV路由協(xié)議引入了源、目的節(jié)點(diǎn)，以及RREQ、RREP消息的序列號(hào)，通過序列號(hào)的唯一遞增性，確保所處理的所有信息都是最新的消息，有效的避免了洪范機(jī)制可能導(dǎo)致的無限冗余。
[0004]在最基本的尋路機(jī)制以外，AODV核心的內(nèi)容還包括路由表的維護(hù)，局部鄰居維護(hù)，以及局部的斷路修復(fù)機(jī)制，以求增加協(xié)議的強(qiáng)健性。對(duì)于所有之前獲得的路由信息，源節(jié)點(diǎn)、目的節(jié)點(diǎn)和中間參與轉(zhuǎn)發(fā)的節(jié)點(diǎn)均會(huì)寫入起自身的路由表中，每條路有條路對(duì)應(yīng)一個(gè)30秒鐘的定時(shí)(可調(diào)整)。在給定的時(shí)間內(nèi)，如果沒有再次讀寫該路由條目，超時(shí)的路由條目會(huì)自動(dòng)標(biāo)記為路由超時(shí)，經(jīng)過一定時(shí)間的等待自動(dòng)被刪除出該節(jié)點(diǎn)的路由表中，這體現(xiàn)了一個(gè)無線自組織網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)收斂的特性，符合了該類網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)發(fā)生變化的需求。
[0005]所謂局部鄰居維護(hù)，是為了保證路由條目中的下一跳的可達(dá)性。每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)需要周期性的向鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送TTL = I的HELLO消息。一旦當(dāng)鄰居節(jié)點(diǎn)被驗(yàn)證失蹤，該節(jié)點(diǎn)將會(huì)刪除自身路由表中所有下一跳包含該鄰居節(jié)點(diǎn)的路由條目，并且啟動(dòng)路由修復(fù)機(jī)制，通知所有的上游節(jié)點(diǎn)通過該鄰居節(jié)點(diǎn)作為下一跳的路由失效，同時(shí)也會(huì)局部發(fā)起尋路，尋求繞過該鄰居節(jié)點(diǎn)的備用路由。這也就是所謂的局部斷路修復(fù)機(jī)制。
[0006]在無線移動(dòng)Mesh網(wǎng)絡(luò)中，鏈路質(zhì)量對(duì)多跳路由的傳輸路徑至關(guān)重要，他是構(gòu)成這條傳輸路徑的重要基礎(chǔ)。AODV路由協(xié)議通過Hel1機(jī)制來確認(rèn)鏈路。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，通過簡(jiǎn)單的Hello發(fā)現(xiàn)機(jī)制是無法保證鏈路質(zhì)量的，需要采取另外的機(jī)制。現(xiàn)有的方法是使用無線信號(hào)強(qiáng)度RSSI來確認(rèn)鄰居節(jié)點(diǎn)，但是，受到地形、單向路徑的頻帶干擾等因素的影響，這個(gè)方法并不準(zhǔn)確；同時(shí)在眾多的便攜式無線終端上，底層的驅(qū)動(dòng)并沒有提供相應(yīng)的接口，以便精確獲知自組織網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的無線信號(hào)強(qiáng)度。另外一種現(xiàn)有的技術(shù)是將GPS模塊引入節(jié)點(diǎn)，通過地理位置的篩選來確定路由。它的局限性是使用范圍限制于室外，同時(shí)增加了成本。另外，還有一種方法是通過鏈路的數(shù)據(jù)丟包率統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行鄰居的篩選，其缺陷是需要較多的數(shù)據(jù)傳輸開銷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是提供一種用于無線移動(dòng)Mesh網(wǎng)絡(luò)中的穩(wěn)定高效的自適應(yīng)路由策略，有效地解決了傳統(tǒng)無線移動(dòng)Mesh網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞牟环€(wěn)定，節(jié)點(diǎn)路由切換慢的問題。
[0008]技術(shù)方案:本發(fā)明利用節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在AOVD路由協(xié)議的消息報(bào)文中添加該屬性的標(biāo)識(shí)，表明自己是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)還是靜止節(jié)點(diǎn)，對(duì)于不同的節(jié)點(diǎn)之間，采取不同的策略組建鄰居節(jié)點(diǎn):(I)靜止節(jié)點(diǎn)和靜止節(jié)點(diǎn)之間，采用穩(wěn)定鄰居關(guān)系的策略；(2)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間，采用鄰居消極發(fā)現(xiàn)的策略；(3)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和靜止節(jié)點(diǎn)之間，采用移動(dòng)節(jié)點(diǎn)路由快速切換的策略。所訴策略方法分別在下列操作步驟說明，鄰居節(jié)點(diǎn)的確立統(tǒng)一采用Hello應(yīng)答機(jī)制。
[0009](I)靜止節(jié)點(diǎn)和靜止節(jié)點(diǎn):由于靜止節(jié)點(diǎn)相對(duì)于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，它的鏈路狀況更好，在無線移動(dòng)Mesh網(wǎng)絡(luò)中要承擔(dān)更多的傳輸任務(wù)，所以它們之間要有更加穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):
[0010]步驟1:靜止源節(jié)點(diǎn)周期性地廣播Hello報(bào)文，周期為T;
[0011 ]步驟2:其他靜止節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)Hel 1報(bào)文后，馬上應(yīng)答一個(gè)Hello_ACK報(bào)文，在該應(yīng)答報(bào)文中添加一個(gè)節(jié)點(diǎn)屬性標(biāo)志位，并標(biāo)識(shí)為I，表明自己是靜止節(jié)點(diǎn)。
[0012]步驟3:重復(fù)步驟I和2，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)收到η個(gè)連續(xù)Hello_ACK應(yīng)答報(bào)文后，鄰居節(jié)點(diǎn)鏈接建立，將該靜止節(jié)點(diǎn)添加進(jìn)路由表。
[0013]步驟4:源節(jié)點(diǎn)繼續(xù)周期性廣播He 11 ο報(bào)文，當(dāng)在1'_41^0胃_11)33之后，還沒有收到該靜止節(jié)點(diǎn)發(fā)回的Hel lo_ACK應(yīng)答報(bào)文，則鏈路斷開，將該靜止節(jié)點(diǎn)從路由表刪除。
[0014](2)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn):由于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的鏈路狀況一般較差，特別是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間，經(jīng)常出現(xiàn)高頻繁的鏈路斷裂，應(yīng)該盡量避免此類鄰居節(jié)點(diǎn)的建立，除非是相隔非常近的，鏈路狀況較好的兩個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。所以此類鄰居節(jié)點(diǎn)的建立條件也應(yīng)該較為嚴(yán)格。另外，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間一旦建立鏈接，往往又因?yàn)楦髯噪x去，距離越來越遠(yuǎn)，鏈路又馬上斷開了，所以它們間鄰居節(jié)點(diǎn)斷開條件應(yīng)該較為寬松。
[0015]根據(jù)以上分析，此類步驟與上面的類型(I)步驟相似，不同之處在于:步驟2中的標(biāo)示改為O，以表明是移動(dòng)節(jié)點(diǎn);步驟4中的T_ALL0W_L0SS要設(shè)為更小的值。
[0016](3)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和靜止節(jié)點(diǎn):移動(dòng)節(jié)點(diǎn)往往要采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并及時(shí)把數(shù)據(jù)通過靜止節(jié)點(diǎn)傳輸出去，所以移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)的過程中應(yīng)該要有快速切換路由的能力。通過減小類型(I)中r^PT_ALLOW_LOSS的值可以達(dá)到更迅速地建立和斷開鄰居節(jié)點(diǎn)的目的，從而縮短路由切換所帶來的延遲。為了進(jìn)一步減小延遲，甚至達(dá)到“軟切換”的效果，本發(fā)明還引入hello延時(shí)機(jī)制和RREQ重發(fā)送機(jī)制。
[0017]步驟1:移動(dòng)源節(jié)點(diǎn)周期性地廣播Hello報(bào)文，并在報(bào)文中加入時(shí)間戳tl，廣播周期為T;
[0018]步驟2:靜止節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)Hel1報(bào)文后，馬上應(yīng)答一個(gè)Hello_ACK報(bào)文，在該應(yīng)答報(bào)文中添加一個(gè)節(jié)點(diǎn)屬性標(biāo)志位，并標(biāo)識(shí)為I，表明自己是靜止節(jié)點(diǎn)，還要添加收到的Hello報(bào)文中所帶的時(shí)間戳tl;
[0019]步驟3:當(dāng)源節(jié)點(diǎn)收到該Hello_ACK報(bào)文后，記錄發(fā)送該Hello_ACK報(bào)文的靜止節(jié)點(diǎn)的IP地址，然后用當(dāng)前時(shí)間t2減去報(bào)文中的時(shí)間戳tl，得到時(shí)間延遲t_delay，并記錄。
[0020]步驟4:重復(fù)步驟I至3，計(jì)算最近mft_delay的權(quán)值平均t_average，it_average小于閾值T_ALL0W_DEALY時(shí)，才將該靜止節(jié)點(diǎn)添加進(jìn)路由表，作為鄰居節(jié)點(diǎn)。
[0021 ]步驟5:接下來，每次收到該靜止節(jié)點(diǎn)回應(yīng)的Hello_ACK報(bào)文，就計(jì)算最近111個(gè)1:_delay的權(quán)值平均t_average。
[0022]步驟6:若移動(dòng)節(jié)點(diǎn)正作為源節(jié)點(diǎn)向目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行多跳的數(shù)據(jù)傳輸，隨著移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，它必然會(huì)遠(yuǎn)離作為下一跳的該靜止節(jié)點(diǎn)，從而造成鏈路質(zhì)量下降，延遲增大。當(dāng)1average大于T_ALL0W_DELAY_2時(shí)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)開始向其他靜止的鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送RREQ_2報(bào)文，尋求更合適的路徑。
[0023]步驟7:當(dāng)該移動(dòng)節(jié)點(diǎn)收到目的節(jié)點(diǎn)發(fā)回的RREP_2報(bào)文時(shí)，并且下一跳的鄰居節(jié)點(diǎn)中的t_aVerage比當(dāng)前下一跳的鄰居節(jié)點(diǎn)小，則插入這條路由，并刪除原路由，從而進(jìn)行了路由的切換，這樣可以大大減小了延遲。按照原來的策略，當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)離開靜止節(jié)點(diǎn)時(shí)，需要等待T_ALL0W_L0SS的時(shí)間，才感知到和這個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)鏈路的斷開，這時(shí)才重新廣播RREQ報(bào)文，進(jìn)行對(duì)目的節(jié)點(diǎn)尋路。所以本發(fā)明提出的策略可以減少1'_41^0胃_1^055和重新對(duì)目的節(jié)點(diǎn)尋路所帶來的延遲。
[0024]2、所述的廣播周期T，一般取值為I秒。
[0025]3、所述類型(I)和類型(2)中建立鄰居節(jié)點(diǎn)關(guān)系所需的連續(xù)Hello報(bào)文個(gè)數(shù)n，和類型(3)中所需的Hello報(bào)文m關(guān)系為:n>m，n的取值范圍為[5，10]，m的取值范圍為[3，5]。
[0026]4、所述類型(I)和類型(2)*T_ALL0W_L0SS取值范圍分別可取1s至20s和3s至1s0
[0027]5、所述類型(3)中的1'_厶1^0^^^1^丫和1'_厶1^0^^^1^^_2關(guān)系為可設(shè)置為:T_ALL0ff_DELAY = 1.5*T_ALL0ff_DELAY_2，其中 T_ALL0W_DELAY取值范圍根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)置，可設(shè)置為10ms至300ms。
[0028]6、所述類型(I)中的兩個(gè)靜止的鄰居節(jié)點(diǎn)由于正好處于對(duì)方無線覆蓋范圍的邊緣，也會(huì)出現(xiàn)高頻繁的鏈路斷裂，此時(shí)可以利用MAC地址過濾，屏蔽對(duì)方的He I 1報(bào)文，不建立鄰居關(guān)系。
[0029]7、所述類型(3)為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)向靜止節(jié)點(diǎn)發(fā)送Hello報(bào)文，建立鄰居節(jié)點(diǎn)關(guān)系的方法;而靜止節(jié)點(diǎn)向移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送Hello報(bào)文，建立鄰居節(jié)點(diǎn)關(guān)系的方法與類型(2)相同。
[0030]有益效果
[0031]本發(fā)明有效地解決了傳統(tǒng)無線移動(dòng)Mesh網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞牟环€(wěn)定，節(jié)點(diǎn)路由切換慢的問題，為無線移動(dòng)Mesh網(wǎng)絡(luò)提供了一種穩(wěn)定高效的自適應(yīng)路由策略，具有重要的實(shí)際意義和很好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0032]圖1本發(fā)明實(shí)施例的路由策略選擇流程圖；
[0033]圖2本發(fā)明實(shí)施例的鄰居節(jié)點(diǎn)關(guān)系建立的信息交互示意圖；
[0034]圖3本發(fā)明實(shí)施例的類型(I)和(2)的鄰居節(jié)點(diǎn)關(guān)系建立流程圖；
[0035]圖4本