專利名稱：一種移動網(wǎng)絡(luò)中基于熵模型的移動路由器選擇技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種移動網(wǎng)絡(luò)中基于熵模型的移動路由器選擇技術(shù)。本發(fā)明涉及計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
背景技術(shù)：
移動網(wǎng)絡(luò)(NEMO)是指一個可以任意移動并且接入到互聯(lián)網(wǎng)的子網(wǎng)。NEMO通過一種特殊的網(wǎng)關(guān)——移動路由器(MR)來進行移動性管理。一個移動子網(wǎng)至少需要一個移動路由器?；ヂ?lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)成立了NEMO工作組，以對網(wǎng)絡(luò)的移動性進行研究，迄今為止已經(jīng)推出了一系列的標準和草案。
與傳統(tǒng)有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)相比，NEMO網(wǎng)絡(luò)可以沒有固定的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點既可以在網(wǎng)內(nèi)互相通信，又可以通過移動路由器接入到互聯(lián)網(wǎng)。NEMO網(wǎng)絡(luò)具有一些突出的特點節(jié)點常常在網(wǎng)絡(luò)中任意地移動，自由加入和退出網(wǎng)絡(luò)，使得網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)頻繁變換；帶寬有限、容量可變的鏈路，多接入、多徑衰減、噪聲和信號干擾等因素將顯著降低無線通信的吞吐量；有限的網(wǎng)絡(luò)安全等。
NEMO網(wǎng)絡(luò)具有廣闊的應(yīng)用情景一輛火車、一艘輪船或一架飛機上的用戶可以通過NEMO接入到互聯(lián)網(wǎng)；在本地范圍內(nèi)，用戶也可以通過NEMO進行相互通信。
多宿主(multihoming)技術(shù)
NEMO網(wǎng)絡(luò)是通過無線的方式接入互聯(lián)網(wǎng)的。由于無線信道自身的缺點，如帶寬受限、高比特出錯率等，因此不能保證移動網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。使用multihoming機制可以保證NEMO更好的連通性并且提供更好的服務(wù)質(zhì)量。multihoming機制是指NEMO通過多個活動接口接入互聯(lián)網(wǎng)。使用multihoming機制具有以下優(yōu)越性(1)保持永久的連接性當一個接入點失效時，可以使用其它的接入點，這樣可以保證連接的連續(xù)性。
(2)負載分配及負載均衡把網(wǎng)絡(luò)流量分配到多條路徑上。當對同一個目的地址存在著多個相同費用的路徑時，可以在這些路徑上平均分配流量。這樣可以減輕路徑的負載。
(3)設(shè)置的優(yōu)先選擇用戶可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的花費、效率、政策、帶寬以及延遲等進行網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置。
(4)增加帶寬當接口連接到不同的鏈路上時，增加了整體的可用帶寬?，F(xiàn)有的多宿主(multihoming)機制主要有家鄉(xiāng)代理冗余備份、多路由器、多接口等。然而，家鄉(xiāng)代理冗余備份沒有考慮無線信道的動態(tài)特性，在NEMO中，每個MR所連接的無線信道都是在變化的，因此在管理流量分配時就有必要獲得無線信道的動態(tài)特性；多接口使用了多接口機制，但是它只是在一個路由器上使用多個接口，當該路由器失效時，所有的接口也就失效，不能很好的保證服務(wù)質(zhì)量；多路由器使用多路由器機制，當一個路由器失效時，可以快速切換到另一個路由器，由于NEMO是通過MR以無線的方式接入到互聯(lián)網(wǎng)的，因此使用多MR機制可以很好的保證服務(wù)質(zhì)量。
在多MR機制中，可以同時使用多個MR，也可以單獨使用一個MR。使用多個MR時，每個數(shù)據(jù)流都選擇一個MR；使用一個MR時，要選擇一個最佳的MR。另外，為了保證接入的連續(xù)性，當一個MR失效時，應(yīng)當有另外一個MR來取代它。
NEMO技術(shù)是目前在移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中很先進的技術(shù)，對于NEMO的研究還很少。如前所述，multihoming機制可以保證NEMO的服務(wù)質(zhì)量，而在multihoming機制中，由于MR的特殊地位及作用，使用多MR機制具有更多的優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種移動網(wǎng)絡(luò)中基于熵模型的移動路由器選擇技術(shù)，提出一種表征最佳MR的新尺度——熵，并在該熵模型的基礎(chǔ)上提供一種選擇最佳MR的技術(shù)——EBMRS(Entropy-Based Best MRSelection)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是NEMO網(wǎng)絡(luò)由移動路由器MR以及移動節(jié)點MNN構(gòu)成。NEMO網(wǎng)絡(luò)通過接入路由器AR接入互聯(lián)網(wǎng)。HA是移動路由器的家鄉(xiāng)代理，AR與HA之間通過雙向隧道進行通信。CN是通信節(jié)點。一種移動網(wǎng)絡(luò)中基于熵模型的移動路由器選擇技術(shù)含有熵模型技術(shù)和選擇最佳MR的技術(shù)。
熵模型的技術(shù)在多MR的移動網(wǎng)絡(luò)模型中，借助于物理學中熵的意義和形式，根據(jù)表征一條鏈路狀態(tài)的因素——鏈路的容量(帶寬)以及鏈路的時延(包括傳播時延和處理時延)，來構(gòu)造能夠表征鏈路優(yōu)劣的尺度——熵，熵值越大，鏈路越好，相應(yīng)的MR越優(yōu)。
多MR的移動網(wǎng)絡(luò)模型如圖1所示。移動網(wǎng)絡(luò)通過多個MR以無線的方式接入到互聯(lián)網(wǎng)，HA和AR之間以雙向隧道的方式進行通信。
整個NEMO網(wǎng)絡(luò)可以表示為帶權(quán)圖G(V，E)，其中V為NEMO中的MR節(jié)點集，E為HA與MR間能夠互相通信的雙向鏈路集，也就是無線信道集。在NEMO中E是動態(tài)變化的。對于l(xiāng)(i，j)∈E，設(shè)任一節(jié)點對之間的所有路徑集合用PV表示，各條路徑上的流量用xp表示，鏈路l(i，j)上的流量用Fij表示，則 路由最優(yōu)化就是尋找最佳的Xp＝{xp}，即 式中，Dij是每條鏈路的代價。
在所提出的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，由于只有一個HA并且其目的是選舉出最佳的MR，因此在以后的篇幅中，用li代替l(i，j)，它表示的是HA到標號為i的MR之間的鏈路。
熵尺度的解釋在多MR機制中，選擇最佳MR的最重要的一個問題是如何根據(jù)已知的無線信道的狀態(tài)來選擇MR。為此，需要提出一種尺度來衡量MR的優(yōu)劣。熵揭示出了系統(tǒng)的不確定性，并且可以用來度量系統(tǒng)的混亂程度。在NEMO中，由于路徑的不確定性，從而帶來了時延的不確定性，帶寬的不確定性等，因此可以用熵來衡量路徑的優(yōu)劣，從而衡量MR的優(yōu)劣。
在NEMO中，有理由認為，表征一條鏈路的狀態(tài)的因素主要有兩個方面鏈路li的容量(帶寬)Ci，鏈路li的時延(包括傳播時延和處理時延)di。其中，i是指與該鏈路相對應(yīng)的MR的標號。由于整個NEMO是移動的，所使用的無線鏈路是時刻在變化的，因此，構(gòu)造特征向量Di=1NΣi=1N(1Ci+di)---(3)]]>
這里，N是在時間間隔Δt內(nèi)離散時刻ti的個數(shù)(每隔一個時間間隔Δt，鏈路狀態(tài)重新被計算和更新)。
基于以上定義，定義熵Hi(t，Δ)＝-pi(t，Δ)log pi(t，Δ) (4)這里，pi(t,Δ)=DiΣl∈PVDl---(5)]]>根據(jù)以上定義，可以看出熵函數(shù)Hi(t，Δ)并不是統(tǒng)計物理學或者信息論中嚴格意義下的熵，而只是借助于熵的意義和形式所構(gòu)造的能夠表征路徑優(yōu)劣的尺度。從定義可知若路徑越好，則Hi(t，Δ)越大，因此可以認為熵值越大，路徑越好，相應(yīng)的MR越優(yōu)。
根據(jù)以上的討論，定義最佳MR為熵最大的那條路徑所對應(yīng)的MR。作如下假設(shè)(1)在NEMO中的每個MR都有一個唯一的標志符；(2)存在某MAC協(xié)議，保證在局部廣播范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點中只有想要接受消息的節(jié)點保持消息，其它節(jié)點都丟棄該消息；(3)已經(jīng)存在鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)儀，每個節(jié)點周期地廣播BEACON包來標識自己，使得任意節(jié)點都知道它與各鄰居節(jié)點間的鏈路的當前狀態(tài)；(4)假定MNN(移動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點)都可以和任何一個MR相連并且沒有ping-pong切換問題。
一種選擇最佳MR的技術(shù)(EBMRS)技術(shù)含有以下步驟；步驟1、所有與移動網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的MR都周期性的給HA發(fā)送Hello報文；步驟2、HA接收到Hello報文后也給MR發(fā)送Hello報文；通過這種相互發(fā)送Hello報文的方式可以確保MR和HA之間的雙向連接；步驟3、移動網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點給MR發(fā)送連接請求，當接收到連接請求時，MR給HA發(fā)送LSA(鏈路狀態(tài)通告報文)；步驟4、HA接收到該LSA后，首先檢查LSA的LS序號若自己已經(jīng)接收過相同LS序號的LSA，則HA丟棄該LSA；若沒有接收過相同LS序號的LSA，則檢查LSA的校驗和，判斷該LSA是否被破壞如果該LSA已經(jīng)被破壞，則丟棄該LSA；步驟5、經(jīng)過上述的檢查，若該LSA是新的LSA，并且該LSA是完整的，則HA根據(jù)接收到的LSA，計算每條鏈路的熵；計算完所有的熵后，選取熵最大的兩條鏈路熵最大的那條鏈路作為最佳路徑，用來通信；另外一條鏈路作為備份路徑，當最佳路徑失效時，立即啟動該備份路徑；步驟6、選舉出最佳路徑后，HA給和該最佳路徑相對應(yīng)的MR發(fā)送路徑建立消息；步驟7、當MR接收到該路由建立消息后，知道自己是最佳MR，于是就可以開始進行數(shù)據(jù)傳送了。
本發(fā)明的有益效果是所提出的技術(shù)方案，有效的解決了在無線信道惡劣環(huán)境下最佳MR的選取問題，從而成功的在NEMO網(wǎng)絡(luò)中使用multihoming機制，保證了NEMO網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)時的服務(wù)質(zhì)量，為移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展奠定了必要的技術(shù)基礎(chǔ)，對推動自主知識產(chǎn)權(quán)信息技術(shù)的研究具有重要的意義，必將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和社會效益。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1是多MR的移動網(wǎng)絡(luò)模型。
圖2是實施例2示意圖。
圖3是技術(shù)方案的流程圖。
圖4是LSA(鏈路狀態(tài)通告)的報文格式。
具體實施例方式
下面給出本發(fā)明的一個具體實施例，實施例1為了對本發(fā)明主要內(nèi)容有一個清晰的認識，特畫出了本發(fā)明所提技術(shù)方案的流程圖，如圖3所示。需要說明的是，該流程圖只是表示出了技術(shù)方案的框架。
步驟1、所有與移動網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的MR都周期性的給HA發(fā)送Hello報文；步驟2、HA接收到Hello報文后也給MR發(fā)送Hello報文。通過這種相互發(fā)送Hello報文的方式可以確保MR和HA之間的雙向連接；步驟3、移動網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點給MR發(fā)送連接請求。當接收到連接請求時，MR給HA發(fā)送LSA(鏈路狀態(tài)通告報文)。這個LSA報文是在這個發(fā)明中首次定義的。在該LSA報文中，包含了MR所獲得的相關(guān)鏈路的狀態(tài)信息鏈路li的容量(帶寬)Ci，鏈路li的時延(包括傳播時延和處理時延)di。該LSA(鏈路狀態(tài)通告)的報文格式如圖4所示，在該LSA的報文格式中，各個字段的含義如下所示①源IP地址字段表示的是MR的IP地址。
②目的IP地址字段表示的是HA的IP地址。
③LS序號字段用來標識這個報文的新舊程度，序號較大的LSA是新的。這種機制不受動態(tài)路由選擇變化的影響，是一個判斷當前LSA的很可靠的方式。
④LS校驗和字段用于檢測在傳送過程中報文是否遭到破壞。由于無線信道惡劣的環(huán)境，進行報文的完整性檢測是很有必要的。MR首先把校驗和字段置為0，然后對首部中每16bit進行二進制反碼求和(整個首部看成是由一串16bit的字組成)，結(jié)果存在校驗和字段中。HA接收到LSA后，運行同樣的算法。由于HA在計算過程中包含了MR首部中的校驗和，因此，如果首部在傳輸過程中沒有發(fā)生任何差錯，那么HA計算的結(jié)果應(yīng)該全為1。
如果不是全1(即校驗和錯誤)，那么HA就會丟棄該LSA。
⑤流量字段表示的是該鏈路所能傳輸?shù)淖畲罅髁俊?br> ⑥帶寬字段表示的是鏈路li的容量(帶寬)Ci。
⑦時延字段表示的是鏈路li的時延(包括傳播時延和處理時延)di。
步驟4、HA接收到該LSA后，首先檢查LSA的LS序號若自己已經(jīng)接收過相同LS序號的LSA，則HA丟棄該LSA；若沒有接收過相同LS序號的LSA，則檢查LSA的校驗和，判斷該LSA是否被破壞如果該LSA已經(jīng)被破壞，則丟棄該LSA；步驟5、經(jīng)過上述的檢查，若該LSA是新的LSA，并且該LSA是完整的，則HA根據(jù)接收到的LSA，計算每條鏈路的熵。計算完所有的熵后，選取熵最大的兩條鏈路熵最大的那條鏈路作為最佳路徑，用來通信；另外一條鏈路作為備份路徑，當最佳路徑失效時，立即啟動該備份路徑。這樣可以保證通信的連續(xù)性，更好的提供服務(wù)質(zhì)量；步驟6、選舉出最佳路徑后，HA給和該最佳路徑相對應(yīng)的MR發(fā)送路徑建立消息；步驟7、當MR接收到該路由建立消息后，知道自己是最佳MR，于是就可以開始進行數(shù)據(jù)傳送了。
實施例2如圖2所示。為簡單起見，圖中只畫出了三個移動路由器MR。
圖2中，NEMO網(wǎng)絡(luò)由移動路由器MR1、MR2、MR3以及移動節(jié)點MNN1、MNN2構(gòu)成。NEMO網(wǎng)絡(luò)通過接入路由器AR接入互聯(lián)網(wǎng)。HA是移動路由器的家鄉(xiāng)代理，AR與HA之間通過雙向隧道進行通信。CN是通信節(jié)點?，F(xiàn)假設(shè)移動節(jié)點MNN2要和通信節(jié)點CN進行通信，則工作步驟如下步驟1、MR1、MR2、MR3都和HA互相發(fā)送Hello消息，保持相互連接；步驟2、MNN2給MR1、MR2、MR3都發(fā)送連接請求，要求和CN通信；步驟3、MR1、MR2、MR3接收MNN2發(fā)送過來的連接請求，并且都給HA發(fā)送LSA報文。在發(fā)送的LSA報文里，包含了各自對自己所處鏈路狀態(tài)的認識，主要是鏈路li的容量(帶寬)Ci，鏈路li的時延(包括傳播時延和處理時延)di；步驟4、HA檢查接收到的LSA報文中的LS序號。若自己已經(jīng)接收過相同LS序號的LSA報文，則HA丟棄該LSA報文。若沒有接收過相同LS序號的LSA報文，則進入步驟5；步驟5、HA檢查接收到的LSA報文中的校驗和，判斷該LSA報文是否被破壞，如果該LSA報文已經(jīng)被破壞，則丟棄該LSA報文。若該LSA報文保存完整，則進入步驟6；步驟6、經(jīng)過上述的步驟后，HA保證了接收到的該LSA報文是新的并且是完整的，則HA根據(jù)接收到的LSA計算每條鏈路的熵；步驟7、HA計算完所有的熵后，選取熵最大的兩條鏈路熵最大的那條鏈路作為最佳路徑，用來通信，另外一條鏈路作為備份路徑，當最佳路徑失效時，立即啟動該備份路徑。HA保存這兩個最佳路徑；步驟8、假設(shè)選舉出來的最佳路徑是和MR1所對應(yīng)的那條路徑，則HA給MR1發(fā)送路徑建立消息；步驟9、MR1接收到HA發(fā)送過來的路徑建立消息后，知道自己是最佳MR并且可以和HA進行通信，于是MR1給HA傳送MNN2發(fā)送過來的消息；步驟10、HA接收到消息后，把它轉(zhuǎn)發(fā)給CN。于是MNN2和CN之間的通信就已經(jīng)建立起來。
上述步驟就是MNN2和CN進行通信的完整過程。
權(quán)利要求
1.一種移動網(wǎng)絡(luò)中基于熵模型的移動路由器選擇技術(shù)含有熵模型技術(shù)和選擇最佳MR的技術(shù)，其特征是選擇最佳MR的技術(shù)含有以下步驟；步驟1、所有與移動網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的MR都周期性的給HA發(fā)送Hello報文；步驟2、HA接收到Hello報文后也給MR發(fā)送Hello報文；通過這種相互發(fā)送Hello報文的方式可以確保MR和HA之間的雙向連接；步驟3、移動網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點給MR發(fā)送連接請求，當接收到連接請求時，MR給HA發(fā)送LSA；步驟4、HA接收到該LSA后，首先檢查LSA的LS序號若自己已經(jīng)接收過相同LS序號的LSA，則HA丟棄該LSA；若沒有接收過相同LS序號的LSA，則檢查LSA的校驗和，判斷該LSA是否被破壞如果該LSA已經(jīng)被破壞，則丟棄該LSA；步驟5、經(jīng)過上述的檢查，若該LSA是新的LSA，并且該LSA是完整的，則HA根據(jù)接收到的LSA，計算每條鏈路的熵；計算完所有的熵后，選取熵最大的兩條鏈路熵最大的那條鏈路作為最佳路徑，用來通信；另外一條鏈路作為備份路徑，當最佳路徑失效時，立即啟動該備份路徑；步驟6、選舉出最佳路徑后，HA給和該最佳路徑相對應(yīng)的MR發(fā)送路徑建立消息；步驟7、當MR接收到該路由建立消息后，知道自己是最佳MR，于是就可以開始進行數(shù)據(jù)傳送了；熵模型技術(shù)在多MR的移動網(wǎng)絡(luò)模型中，借助于物理學中熵的意義和形式，根據(jù)表征一條鏈路狀態(tài)的因素——鏈路的容量以及鏈路的時延，來構(gòu)造能夠表征鏈路優(yōu)劣的尺度——熵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種移動網(wǎng)絡(luò)中基于熵模型的移動路由器選擇技術(shù)，其特征是含有以下步驟；家鄉(xiāng)代理保存這兩個最佳路徑；家鄉(xiāng)代理接收到移動節(jié)點發(fā)送過來的消息后，把它轉(zhuǎn)發(fā)給通信節(jié)點的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種移動網(wǎng)絡(luò)中基于熵模型的移動路由器選擇技術(shù)，其特征是鏈路狀態(tài)通告報文，包含了MR所獲得的相關(guān)鏈路的狀態(tài)信息鏈路li的容量帶寬Ci，鏈路li的時延包括傳播時延和處理時延di。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種移動網(wǎng)絡(luò)中基于熵模型的移動路由器選擇技術(shù)，其特征是鏈路狀態(tài)通告報文中，①源IP地址字段表示的是MR的IP地址；②目的IP地址字段表示的是HA的IP地址；③LS序號字段用來標識這個報文的新舊程度，序號較大的LSA是新的；④LS校驗和字段用于檢測在傳送過程中報文是否遭到破壞；⑤流量字段表示的是該鏈路所能傳輸?shù)淖畲罅髁?；⑥帶寬字段表示的是鏈路li的容量帶寬Ci；⑦時延字段表示的是鏈路li的時延包括傳播時延和處理時延di。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種移動網(wǎng)絡(luò)中基于熵模型的移動路由器選擇技術(shù)，其特征是鏈路狀態(tài)通告報文中LS校驗和字段；MR首先把校驗和字段置為0，然后對首部中每16bit進行二進制反碼求和，結(jié)果存在校驗和字段中，HA接收到LSA后，運行同樣的算法，由于HA在計算過程中包含了MR首部中的校驗和，如果首部在傳輸過程中沒有發(fā)生任何差錯，那么HA計算的結(jié)果應(yīng)該全為1，如果不是全1即校驗和錯誤，那么HA就會丟棄該LSA。
全文摘要
一種移動網(wǎng)絡(luò)中基于熵模型的移動路由器選擇技術(shù)含有熵模型技術(shù)和選擇最佳MR的技術(shù)。在多MR的移動網(wǎng)絡(luò)模型中，借助于物理學中熵的意義和形式，根據(jù)表征一條鏈路狀態(tài)的因素——鏈路的容量以及鏈路的時延，來構(gòu)造能夠表征鏈路優(yōu)劣的尺度——熵。所有與移動網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的MR和HA都周期性的相互發(fā)送報文；移動網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點給MR發(fā)送連接請求，MR給HA發(fā)送鏈路狀態(tài)通告報文LSA；HA檢查LS序號計算每條鏈路的熵，選取熵最大的兩條鏈路一條用來通信；另外一條鏈路作為備份路徑，HA給和該最佳路徑相對應(yīng)的MR發(fā)送路徑建立消息，進行數(shù)據(jù)傳送。解決了在無線信道惡劣環(huán)境下最佳MR的選取問題。
文檔編號H04W40/02GK1697535SQ200510011929
公開日2005年11月16日 申請日期2005年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月14日
發(fā)明者張宏科, 楊水根, 蘇偉, 王江林, 秦雅娟, 郜帥, 劉穎, 周華春 申請人:北京交通大學