專利名稱：：大規(guī)模動態(tài)異構混合無線自組織網(wǎng)絡中的接入及路由計算方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種用于無線自組織網(wǎng)絡與基礎設施網(wǎng)絡相結合的混合式網(wǎng)絡的接入方法及其路由計算方法，屬于無線自組織網(wǎng)絡路由
技術領域：
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背景技術：
：無線自組織網(wǎng)絡(WirelessAd-hocNetwork,也稱Ad-hoc網(wǎng)絡)是以無線通信為基礎的新興網(wǎng)絡技術，具有多跳路由、自組織、可快速部署等特點。這種網(wǎng)絡是由帶有無線收發(fā)設備的節(jié)點組成的多跳、自治系統(tǒng)，移動節(jié)點同時具有路由功能。當源節(jié)點與目的節(jié)點之間的距離超出彼此信號的覆蓋范圍時，節(jié)點采用自組織的方式，根據(jù)路由策略和路由表參與分組轉發(fā)和路由維護工作，即多跳路由。近年來，由于其不依賴于網(wǎng)絡基礎設施、易于建網(wǎng)、便于擴充、可移動、生存性強，因而無線自組織網(wǎng)絡的研究成為計算機網(wǎng)絡研究的熱點問題。但由于受到無線自組織網(wǎng)絡現(xiàn)行路由協(xié)議和組織結構的限制，使得其本身無法構建大規(guī)模的網(wǎng)絡結構。在無線自組織網(wǎng)絡中，輔助以有線網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)絡等基礎設施網(wǎng)絡，無線自組織網(wǎng)絡中的節(jié)點不僅可以訪問基礎設施網(wǎng)絡，而且可以通過基礎設施網(wǎng)絡進行移動節(jié)點之間的通信。只需要建立每個移動節(jié)點到接入基礎設施網(wǎng)絡的"關聯(lián)節(jié)點"的映射關聯(lián)關系，即可通過基礎設施網(wǎng)絡轉發(fā)移動節(jié)點之間的通信報文。但在現(xiàn)有的接入方式中，移動節(jié)點需要根據(jù)接入位置不停地變換自己的地址，使得移動節(jié)點通信在接入切換時不得不中斷。本發(fā)明使用平面地址來解決網(wǎng)絡中節(jié)點IP地址切換問題，但是要使得所有關聯(lián)關系通告到所有關聯(lián)節(jié)點，需要將所有關聯(lián)關系信息廣播到全網(wǎng)。因此存在的問題有，廣播需要路由器的支持，會增加設備的開支，不能完全利用已有的現(xiàn)有基礎設施網(wǎng)絡結構；同時，隨著這種混合網(wǎng)絡規(guī)模的擴大，廣播的開銷也是巨大的。
發(fā)明內容本發(fā)明的發(fā)明目的是解決混合網(wǎng)絡規(guī)模增大帶來的路由開銷增大的問題。本發(fā)明中引入節(jié)點角色的概念，將網(wǎng)絡中存在的節(jié)點分為不同的角色一種稱為"移動節(jié)點"，它們是移動自組織網(wǎng)絡中進行自組織無線通信的節(jié)點，可以通過連接周圍的"關聯(lián)節(jié)點"接入到基礎設施網(wǎng)絡；一種稱為"關聯(lián)節(jié)點"，它們一方面擁有可以與周圍的移動自組織網(wǎng)絡節(jié)點通信的無線網(wǎng)絡接口，一方面可以通過衛(wèi)星鏈路、移動基站、雙絞線等基礎設施鏈路接入到基礎設施網(wǎng)絡，是無線網(wǎng)絡與基礎設施網(wǎng)絡連接的接入點，同時，它們由于移動離開原來的接入位置而無法接入到基礎設施網(wǎng)絡時，就會改變角色，變?yōu)槠胀ǖ?移動節(jié)點"。本發(fā)明采用的技術方案為在混合無線自組織網(wǎng)絡中，通過使用所有關聯(lián)節(jié)點維護的分布式哈希表結構，在移動節(jié)點之間進行連接到不同關聯(lián)節(jié)點的的尋徑，將移動節(jié)點的IP地址看作待查詢的關鍵字，將其連接的關聯(lián)節(jié)點的IP地址看作是對應于某關鍵字的值。通過結構化P2P資源定位的思想，接入混合網(wǎng)絡的節(jié)點共同維護整個映射關系表，每個節(jié)點只需維護少量信息，節(jié)點經(jīng)過有限次查找即可獲取需要的尋徑信息。該方法提出了新的混合網(wǎng)絡接入方式，可以提高通信吞吐量，降低通信時延；該方法重點考慮了系統(tǒng)的可擴展性和負載能力，為萬級、十萬級節(jié)點網(wǎng)絡的尋徑開銷給予了有效控制,為其可靠運行提供了有效保證。本系統(tǒng)所涉及的技術結構簡單，易于擴展，可靠性強。本發(fā)明的有益效果是1、平面地址使得移動節(jié)點在不同接入節(jié)點之間切換時不需要變更其IP地址，使得IP地址成為其在混合網(wǎng)絡中的唯一標識。2、可以將無線自組織網(wǎng)絡中的節(jié)點以即插即用的方式接入到基礎設施網(wǎng)絡中，實現(xiàn)了一種方便有效的大規(guī)模無線自組織網(wǎng)絡與基礎設施網(wǎng)絡的互聯(lián)。3、實現(xiàn)了快速定位目標移動節(jié)點所連接的關聯(lián)節(jié)點，從而在路由到目標移動節(jié)點時，可以將計算到目標移動節(jié)點路由的問題轉換為査找目標節(jié)點所連接的關聯(lián)節(jié)點的問題。本發(fā)明利用分布式哈希表結構，每個關聯(lián)節(jié)點可以保存O(logn)個其它關聯(lián)節(jié)點的信息，并且可以在O(logn)的時間內査找到所需的信息。圖1是混合網(wǎng)絡拓撲結構圖2是混合網(wǎng)絡上的通信過程；圖3是消息轉發(fā)邏輯圖4是關聯(lián)節(jié)點結構的維護；圖5是路由表的查找過程流程圖6是消息轉發(fā)流程圖7是消息路由報文封裝示意圖8是移動節(jié)點受限按需路由協(xié)議流程圖9是應用場景實例及涉及的數(shù)據(jù)結構圖。具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述如圖1所示，圖中下方圈出的移動節(jié)點通過多跳連接而構成無線自組織網(wǎng)絡，其中標識為ANX(X為數(shù)字)的節(jié)點是可以連接到基礎設施網(wǎng)絡的，稱為關聯(lián)節(jié)點，標識為腦X的節(jié)點是移動節(jié)點，我們稱這種拓撲結構的混合網(wǎng)絡為混合無線自組織網(wǎng)絡。通過將這種混合無線自組織網(wǎng)絡接入基礎設施網(wǎng)絡，可以完成擴大Adhoc網(wǎng)絡規(guī)模、提高通信質量的設想。本發(fā)明在原有Adhoc網(wǎng)絡的基礎上，引入一類新的關聯(lián)節(jié)點(由于其接入基礎設施網(wǎng)絡的特點，也成為"接入節(jié)點")，用于連接無線自組織網(wǎng)絡與基礎設施網(wǎng)絡。圖2表示了兩種通信方式，圖示兩個移動節(jié)點之間的通信既可以通過黑色實線箭頭的無線鏈路一個接一個的轉發(fā)數(shù)據(jù)，也可以經(jīng)虛線箭頭通過關聯(lián)節(jié)點接入基礎設施網(wǎng)絡實現(xiàn)通信，而基礎設施網(wǎng)絡的穩(wěn)定性和高帶寬可以帶來更好的通信吞吐量和更低的通信時延。對于網(wǎng)絡結構的組織，所有移動節(jié)點被賦予網(wǎng)絡中唯一固定的IP地址作為標識，且移動節(jié)點的IP地址不因為其拓撲結構的改變而改變。節(jié)點移動時會使得其連接的關聯(lián)節(jié)點也隨之發(fā)生改變，從而引起網(wǎng)絡路由的改變，這就需要提供一種合適的消息路由機制。按照常規(guī)的方法，當節(jié)點的IP地址固定時，為維護節(jié)點的路由信息，網(wǎng)絡中的各個節(jié)點需要維護到所有節(jié)點的路由表項，這時可以通過廣播的方式完成節(jié)點之間路由信息的交換。但是隨著網(wǎng)絡規(guī)模的擴大，維護和消息交換的開銷太大，因此本發(fā)明引入結構化P2P網(wǎng)絡的查詢方法，將維護網(wǎng)絡路由信息的問題抽象為在網(wǎng)絡中進行資源査找的問題，艮P:將移動節(jié)點固定的IP地址看作是待査詢的資源的關鍵字(key)，將其連接的關聯(lián)節(jié)點的IP地址信息作為待査詢的資源(value),從而把路由計算的過程抽象為P2P網(wǎng)絡中資源定位的過程。這樣就利用了結構化P2P網(wǎng)絡分布式哈希表的存儲結構和較小的查找及維護開銷的特點，達到完成大規(guī)模混合無線自組織網(wǎng)絡中路由計算的目的。圖3描述了源移動節(jié)點M和目的移動節(jié)點N通過基礎設施網(wǎng)絡通信的過程，圖中粗線箭頭為報文轉發(fā)路徑，細線箭頭為路由查詢路徑。首先移動節(jié)點M發(fā)送數(shù)據(jù)給它的關聯(lián)節(jié)點A,A節(jié)點在A、B、C等關聯(lián)節(jié)點集合所構成的分布式結構中査找目的移動節(jié)點N所關聯(lián)的關聯(lián)節(jié)點的信息，通過使用P2P網(wǎng)絡中的資源定位方法，可以從C節(jié)點處獲得N的關聯(lián)節(jié)點為B節(jié)點，于是A節(jié)點將數(shù)據(jù)經(jīng)過基礎設施網(wǎng)絡轉發(fā)給B,B收到數(shù)據(jù)后再將數(shù)據(jù)通過無線鏈路轉發(fā)送給N,從而完成移動節(jié)點M、N通過基礎設施網(wǎng)絡的通信。下面具體講述此過程中路由信息的查詢過程。如圖4所示，在路由信息的存儲、維護以及查詢過程中，本發(fā)明以Chord環(huán)狀結構作為示例，具體說明其路由査詢的方法。本發(fā)明重點考慮在上述關聯(lián)節(jié)點的邏輯結構以及路由查詢與消息轉發(fā)方法。首先將各關聯(lián)節(jié)點按其標識的大小順序順時針加入chord環(huán)，Chord環(huán)結構中的所有關聯(lián)節(jié)點組織成圖4所示的邏輯環(huán)結構。本發(fā)明中路由表的建立過程如下，關聯(lián)節(jié)點計算與其連接的移動節(jié)點的IP地址散列后的ID值，將其作為移動節(jié)點的標識，此時關聯(lián)節(jié)點需要將移動節(jié)點的IP地址與自身IP地址的映射關系發(fā)布到圖4所示的邏輯結構中，圖中每個關聯(lián)節(jié)點維護一個m個選項的表，稱作指針表fingertable，m是根據(jù)實際的需求，給定一個大于等于節(jié)點數(shù)取以10為底的對數(shù)底值。Fingertable的維護規(guī)則為，其第i個入口表示當前節(jié)點Successor(id+21)求得的節(jié)點的信息。定義Successor(key)為關鍵值key的"后繼節(jié)點"，即第一個散列值大于等于key(此處是指移動節(jié)點的IP地址的散列值)的關聯(lián)節(jié)點，形式定義如下7n^"a欲w"Mmef={wocfe|ocfeeWre/e^wiVofifeSef&nodeeZ/awMjtfeiS1"}Successor(—)={wocfeI("ocfe&"ode')sSwcciVoafe5W(—)&//a我wocfe)S//a我woflfe')}其中第一個定義式表示關聯(lián)節(jié)點集的定義，即所有既有無線通信接口與移動節(jié)點通信又能接入到基礎設施網(wǎng)絡的節(jié)點；第二個定義式表示關鍵字key的后繼節(jié)點集的定義，即是所有關聯(lián)節(jié)點集中節(jié)點散列值大于等于key的散列值的節(jié)點集合；第三個定義式指key的后繼Successor(key)的含義為在所有關鍵字key后繼節(jié)點集中第一個id大于等于key值的接入節(jié)點。圖4中A8節(jié)點表示ip地址散列值為8的關聯(lián)節(jié)點，A8節(jié)點右側的表格即為A8節(jié)點維護的fingertable,其中包含常數(shù)項表項，此處使用6個表項為例。每個表項中有兩個值，第一個值為入口關聯(lián)節(jié)點的編號，稱為start值，是如下公式所示的值，若給每個表項定義一個行號l，2，…，則第i行表項的start值為Start[i]=Hash(node,ip)+21—1,即節(jié)點ip地址的散列值加上2的i-1次方；每行表項中的第二個值為待查詢關聯(lián)節(jié)點的編號，為節(jié)點標識大于等于Start[i]值的第一個關聯(lián)節(jié)點的編號。例如圖中有Al、A8、A15、A23、A33…等編號的節(jié)點，A8節(jié)點的fingertable中，第1行第1項的值start[l]為8+2=9，我們加上關聯(lián)節(jié)點的標識A記做A9，而所有網(wǎng)絡中存在的節(jié)點中，A15是第一個大于等于A9的節(jié)點，所以第1行第2項的值為A15,以此類推。每個關聯(lián)節(jié)點上維護部分路由信息，描述為關鍵字與其對應的值的形式，即移動節(jié)點與其關聯(lián)節(jié)點的映射項(MobileIP,AssociateIP)，該部分路由信息存儲于網(wǎng)絡中移動節(jié)點ip散列值作為關鍵字的后繼關聯(lián)節(jié)點上，mobileIP代表移動節(jié)點的IP地址，此處作為路由信息資源的關鍵字，AssociateIP為移動節(jié)點所關聯(lián)的關聯(lián)節(jié)點的IP地址，此處作為路由信息資源的查詢值。在關聯(lián)節(jié)點上，其關鍵字后繼節(jié)點的查找算法，取決于具體的P2P邏輯結構，下文將給出Chord環(huán)結構的基本思想。關聯(lián)節(jié)點A査找移動節(jié)點M(ip地址為M.ip)連接的關聯(lián)節(jié)點，節(jié)點A向結構化P2P結構發(fā)出key=Hash(M.ip)的查詢，利用"尋找后繼"方法(FindSuccessor)定位到資源所在節(jié)點,獲得需要的(MobileIP，AssociateIP)的路由資源映射信息，本發(fā)明中路由表的査找過程核心即為FindSuccessor方法。圖5流程圖為査找路由資源映射信息的流程，初始査詢節(jié)點要查找目標移動節(jié)點MobileA的路由信息，首先查找本地的緩存看是否有到MobileA的映射關系。若有，則判斷Cache是否過期，沒有過期直接返回結果，若過期或者緩存中沒有則開始分布式的査找，通過上述FindSuccessor方法，計算MobileA的關聯(lián)映射關系應該査找的下一跳節(jié)點并向該節(jié)點發(fā)送査詢請求。下一跳節(jié)點收到該查詢后，首先査詢其緩存信息是否存在該資源且是否有效，若沒有有效信息，則遞歸地進行上述查找過程；若査找成功，則返回查詢結果給初始查詢節(jié)點。初始查詢節(jié)點收到査詢結果后將結果加入其緩存并使用返回的結果作為目的地址進行數(shù)據(jù)發(fā)送。在N個節(jié)點規(guī)模的關聯(lián)節(jié)點組成的網(wǎng)絡結構中，此算法的開銷為O(logN)。本發(fā)明中在移動節(jié)點之間通過關聯(lián)節(jié)點進行消息路由的方法也不同于常規(guī)的路由及轉發(fā)方案，為了不改變基礎設施網(wǎng)絡部分的路由表結構與表項，在關聯(lián)節(jié)點采取對IP數(shù)據(jù)報進行封裝的方法。對于網(wǎng)絡中的關聯(lián)節(jié)點與移動節(jié)點，并不認為是完全不同的兩種類型的節(jié)點，而是相同類型的節(jié)點在混合網(wǎng)絡中由于連接位置、連接關系不同而存在的兩種"角色"，作為關聯(lián)節(jié)點，一方面與移動節(jié)點之間進行無線通信，同時通過衛(wèi)星鏈路、有線鏈路等接入基礎設施網(wǎng)絡，因此每個關聯(lián)節(jié)點有兩個IP地址，一個是作為移動節(jié)點的IP地址，稱為M.ip，另一個是接入到基礎設施網(wǎng)絡中的IP地址，定義為Associate,ip。關聯(lián)節(jié)點需要完成通過基礎設施網(wǎng)絡轉發(fā)移動節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信的任務，如圖6流程圖所示，所有關聯(lián)節(jié)點對收到的報文進行分析，判斷其目的地址是否為移動節(jié)點，若不是則査找系統(tǒng)路由表，然后交由系統(tǒng)轉發(fā)表進行該數(shù)據(jù)的轉發(fā)，若是則在本地緩存的映射表中查找移動節(jié)點對應關聯(lián)節(jié)點信息，找到即進行數(shù)據(jù)轉發(fā)，若找不到，則啟動分布式查詢過程，在關聯(lián)節(jié)點維護的分布式結構中査找目的移動節(jié)點關聯(lián)的關聯(lián)節(jié)點映射關系的信息，若找到則通過基礎設施網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)轉發(fā)到該關聯(lián)節(jié)點，否則丟棄該數(shù)據(jù)。圖7給出了在數(shù)據(jù)通過基礎設施網(wǎng)絡進行傳輸時數(shù)據(jù)格式的變化，移動節(jié)點MobileA發(fā)送IP數(shù)據(jù)報給移動節(jié)點MobileB，首先MobileA將IP數(shù)據(jù)報發(fā)送給它連接的接入節(jié)點AssociateA，報文格式如圖7(a)所示。AssociateA節(jié)點轉發(fā)IP數(shù)據(jù)報格式如圖7(b)所示，數(shù)據(jù)報報文中，將IP數(shù)據(jù)報封裝在UDP報文中，更改目的地址為上述査詢Lookup(MobileB.ip)得到的AssociateB的IP地址，而將真正目的IP地址置于新數(shù)據(jù)報報文IP數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)域中。AssociateB節(jié)點收到任意的IP數(shù)據(jù)報報文，只要是在其接收封裝數(shù)據(jù)的端口收到的報文，則為封裝的報文，因此還原數(shù)據(jù)報為原來格式，并向移動節(jié)點MobileB轉發(fā)該報文。需要注意的是，我們把Associate,ip與M.ip作為兩個獨立的地址空間使用，在基礎設施網(wǎng)絡部分，不在路由表內添加M.ip地址段的路由信息，此類信息僅由關聯(lián)節(jié)點負責維護。本發(fā)明中基于結構化P2P的路由技術包含路由計算與消息轉發(fā)兩個部分，主要建立和維護以下幾個專門的數(shù)據(jù)結構。對于本發(fā)明中兩種不同角色的節(jié)點，在關聯(lián)節(jié)點，需要維護路由資源信息表(RoutingResourceInformationTable)、移動節(jié)點表(MobileNodeTable)兩個特殊的數(shù)據(jù)結構；而在移動節(jié)點，只需維護關聯(lián)節(jié)點表(AssoicateNodeTable)即可。另外與基本的路由協(xié)議相同，每個節(jié)點還需維護一張路由表，用于數(shù)據(jù)轉發(fā)時尋找下一跳節(jié)點。下面按照路由計算、數(shù)據(jù)轉發(fā)兩部分具體說明實施方式。1.路由計算部分包含移動節(jié)點通過基礎設施的路由問題，移動節(jié)點之間的路由問題，關聯(lián)協(xié)議問題。移動節(jié)點通過基礎設施的路由問題，即獲取與目標移動節(jié)點關聯(lián)的關聯(lián)節(jié)點的信息，從而將數(shù)據(jù)發(fā)送給該關聯(lián)節(jié)點實現(xiàn)數(shù)據(jù)的路由，本發(fā)明將其抽象為在關聯(lián)節(jié)點組成的網(wǎng)絡結構中進行資源查找的問題。對于移動節(jié)點之間的無線自組織網(wǎng)絡的路由計算，可以對現(xiàn)有國際標準化組織標準化的無線路由協(xié)議開放式鏈路狀態(tài)路由(OLSR)協(xié)議進行必要的修改，通過周期性的向鄰居節(jié)點廣播鄰居發(fā)現(xiàn)的Hello報文以及交換路由信息的TC報文，可以維護移動節(jié)點之間的路由表項，在計算的路由表項中去掉所有大于等于該移動節(jié)點到關聯(lián)節(jié)點之間跳數(shù)的路由項，從而利用基礎設施網(wǎng)絡代替可能較長的無線鏈路的數(shù)據(jù)傳輸。也可以使用跳數(shù)受限的按需路由協(xié)議，首先在3或4跳范圍內廣播按需路由請求，可能收到無線網(wǎng)絡或者關聯(lián)節(jié)點路由路徑，如果沒有找到，則以expandingring方法增加廣播的跳數(shù)直到找到一種情況為止。算法考慮同時找到關聯(lián)節(jié)點和目標移動節(jié)點的路由時，優(yōu)先選擇無線鏈路進行數(shù)據(jù)轉發(fā)。圖8給出了此過程的流程，節(jié)點首先尋找路由表中是否有到目的節(jié)點的路由，若有則選擇度量值Metric最小的路徑轉發(fā)；若沒有，設置允許的跳數(shù)TTL為3,發(fā)送路由請求，若沒有路由響應則依次增加TTL值重新發(fā)送，直到到達規(guī)定的上限值；若收到路由響應報文，則將其加入路由表，并按照路由信息轉發(fā)數(shù)據(jù)。對于關聯(lián)協(xié)議，當移動節(jié)點關聯(lián)到一個關聯(lián)節(jié)點時，需要進行如下的操作，首先在移動節(jié)點自身的路由表中添加一條到其關聯(lián)的關聯(lián)節(jié)點的默認路由。而與其對應的關聯(lián)節(jié)點，首先在路由表中添加到移動節(jié)點的路由項，然后添加本關聯(lián)節(jié)點和對應移動節(jié)點間的關聯(lián)關系到"移動節(jié)點表"，表項為(mobileIP,Associated)，最后按照分布式數(shù)據(jù)存儲的存儲原則，將映射關系發(fā)布到關鍵字為mobileIP散列值的后繼關聯(lián)節(jié)點上，存儲為路由資源信息表中的資源，供網(wǎng)絡中的節(jié)點査找。分布式數(shù)據(jù)存儲的要求是在每個關聯(lián)節(jié)點上只維護部分映射表項信息，每個信息存放的位置為信息關鍵字的后繼關聯(lián)節(jié)點。2.數(shù)據(jù)轉發(fā)部分包括通過關聯(lián)節(jié)點的消息轉發(fā)，移動節(jié)點間的消息轉發(fā)等。移動節(jié)點的數(shù)據(jù)轉發(fā)，首先根據(jù)無線網(wǎng)絡路由計算的結果，選擇是直接通過無線鏈路交付，還是首先交付給關聯(lián)節(jié)點后再通過基礎設施網(wǎng)絡進行轉發(fā)。對于選擇的算法，本發(fā)明的算法考慮在發(fā)送節(jié)點對應的關聯(lián)節(jié)點和目標移動節(jié)點中，首先判斷到兩者的無線鏈路的跳數(shù)，選擇跳數(shù)較少的鏈路進行數(shù)據(jù)轉發(fā)，如果兩者相等，則直接通過無線鏈路發(fā)送數(shù)據(jù)。需要再次說明，本發(fā)明中所述的"移動節(jié)點""關聯(lián)節(jié)點"都是無線通信節(jié)點的不同角色，無線通信節(jié)點是指具有無線通信收發(fā)模塊的移動計算設備。無線通信節(jié)點只有一類，但是在不同情況下具有不同的角色，如果節(jié)點是可以自由移動的無線節(jié)點，且沒有直接接入基礎設施鏈路，則是本發(fā)明所述移動節(jié)點角色；若節(jié)點直接接入基礎設施網(wǎng)絡，同時又通過無線鏈路與其它節(jié)點連接，則其角色為關聯(lián)節(jié)點?？偨Y以上內容可知，本發(fā)明方法包括以下步驟-1)采用chord環(huán)結構組織關聯(lián)節(jié)點，將各關聯(lián)節(jié)點按其標識的大小順序加入chord環(huán)；2)建立以下各關系表各移動節(jié)點維護一個關聯(lián)節(jié)點表，內容為該移動節(jié)點所關聯(lián)的關聯(lián)節(jié)點的標識及IP地址；各關聯(lián)節(jié)點維護一個移動節(jié)點表，其內容為該關聯(lián)節(jié)點所關聯(lián)的移動節(jié)點的標識及IP地址；各關聯(lián)節(jié)點共同維護一個路由資源信息表，其內容為移動節(jié)點的標識及與移動節(jié)點關聯(lián)的關聯(lián)節(jié)點的標識及ip地址信息，將該表存儲于IP地址的散列值大于等于該移動節(jié)點標識的第一個關聯(lián)節(jié)點上；各關聯(lián)節(jié)點維護一個m行的指針表，m為大于等于關聯(lián)節(jié)點的節(jié)點數(shù)取以IO為底的對數(shù)底值，其每行的內容為入口關聯(lián)節(jié)點的編號及待查關聯(lián)節(jié)點的編號，其中在第i行中，此處i^，l,…,m-l，入口關聯(lián)節(jié)點的編號等于該關聯(lián)節(jié)點的標識+2卜、待查關聯(lián)節(jié)點的編號為節(jié)點標識大于等于該入口關聯(lián)節(jié)點的編號的第一個關聯(lián)節(jié)點的編號；3)進行路由計算，包括移動節(jié)點通過基礎設施的路由計算步驟3.l)和移動節(jié)點之間的路由計算步驟3.2)，其中3.l)計算移動節(jié)點通過基礎設施的路由，即獲取與目標移動節(jié)點關聯(lián)的關聯(lián)節(jié)點的信息，從而將數(shù)據(jù)發(fā)送給該關聯(lián)節(jié)點實現(xiàn)數(shù)據(jù)的路由，包括以下子步驟3.1.l)源移動節(jié)點根據(jù)其關聯(lián)節(jié)點表找到與其關聯(lián)的關聯(lián)節(jié)點，此處稱該關聯(lián)節(jié)點為初始查詢節(jié)點；3.1.2)關聯(lián)節(jié)點進行分布式的査找步驟，即以目標移動節(jié)點的標識為關鍵字，以與目標移動節(jié)點關聯(lián)的關聯(lián)節(jié)點的IP地址為查詢值，根據(jù)初始查詢節(jié)點的指針表進行遞歸査詢；3.1.3)查找成功的節(jié)點向初始查詢節(jié)點返回査詢結果；3.2)計算移動節(jié)點之間的無線自組織網(wǎng)絡的路由，包括以下子步驟3.2.l)對現(xiàn)有無線路由協(xié)議開放式鏈路狀態(tài)路由協(xié)議進行修改，通過周期性的向鄰居節(jié)點廣播鄰居發(fā)現(xiàn)的Hello報文以及交換路由信息的TC報文，維護移動節(jié)點之間的路由表項；3.2.2)在計算的路由表項中去掉所有大于等于該移動節(jié)點到關聯(lián)節(jié)點之間跳數(shù)的路由項，從而利用基礎設施網(wǎng)絡代替無線鏈路的數(shù)據(jù)傳輸；4)進行數(shù)據(jù)轉發(fā)，根據(jù)無線網(wǎng)絡路由計算的結果，選擇是源移動節(jié)點直接通過無線鏈路交付，還是源移動節(jié)點先交付給關聯(lián)節(jié)點后再通過基礎設施網(wǎng)絡進行轉發(fā)，選擇的方法是首先判斷到兩者的無線鏈路的跳數(shù)，選擇跳數(shù)較少的鏈路進行數(shù)據(jù)轉發(fā)；如果兩者相等，則直接通過無線鏈路發(fā)送數(shù)據(jù)。最后通過圖9中的一個應用來描述網(wǎng)絡構建與路由計算過程。實例網(wǎng)絡中有9個關聯(lián)節(jié)點(其節(jié)點標識分別為Al、A8、A15、A23、A33、A39、A42、A48、A54，假設其節(jié)點標識是由其ip地址散列得到的數(shù)值)和2個移動節(jié)點(Ml、M29)，其中M1與關聯(lián)節(jié)點A8關聯(lián)，M29與關聯(lián)節(jié)點A39關聯(lián)，所有9個關聯(lián)節(jié)點組成圖4所示的Chord環(huán)結構，圖中也給出了A8節(jié)點的fingertable結構。在每一個關聯(lián)節(jié)點上，同時各自維護一個路由資源映射的數(shù)據(jù)結構，其中以移動節(jié)點的標識(如M1、M29)作為資源的關鍵字(key)，以它們關聯(lián)的關聯(lián)節(jié)點(A8、A39)作為資源的值(value)。在網(wǎng)絡建立的過程中，關聯(lián)節(jié)點之間通過已知的一個Chord環(huán)中的節(jié)點維護其fingertable與鄰接關系，Ml與A8關聯(lián)，A8將路由資源信息〈M1，A8〉發(fā)布到Chord環(huán)中，具體的存儲資源的節(jié)點為大于等于1(M1)的第一個關聯(lián)節(jié)點A1。同理，M29與A39關聯(lián)，信息〈M29,A39〉發(fā)布到大于等于29的第一個關聯(lián)節(jié)點A33上。所有節(jié)點在查詢移動節(jié)點路由的時候，例如査詢到M29的路由信息，則按照當前關聯(lián)節(jié)點的fingertable信息，查找節(jié)點M29對應的路由資源信息，從而實現(xiàn)路由資源的査詢。根據(jù)查找的結果，A8會從節(jié)點A33上得到M29的關聯(lián)節(jié)點為A39，從而得到一個(Ml，A8，A39，M29)的通信鏈路。數(shù)據(jù)在發(fā)送過程中，M1將數(shù)據(jù)交付給A8;A8依次將每個數(shù)據(jù)報文打包成新的UDP報文，以A39的地址為目的地址發(fā)送出去；A39收到上述UDP報文，還原為原來的數(shù)據(jù)包，并通過無線網(wǎng)絡發(fā)送給M29。以上即是一個完整的通過基礎設施網(wǎng)絡在兩個無線節(jié)點之間收發(fā)數(shù)據(jù)的過程。在整個過程中，移動節(jié)點要維護其關聯(lián)的關聯(lián)節(jié)點信息表，包含關聯(lián)節(jié)點的標識、IP地址；關聯(lián)節(jié)點要維護與它關聯(lián)的移動節(jié)點列表，包含移動節(jié)點的唯一標識、IP地址以及本地的路由資源信息的緩存(cache)，fingertable,以及結構為〈Mi，Ai〉的路由資源信息，其中緩存中存儲本節(jié)點在Chord環(huán)中査找過的路由資源信息的備份。每個關聯(lián)節(jié)點只負責存儲部分路由資源，它存儲的部分為標識Mi介于本關聯(lián)節(jié)點標識與Chord環(huán)中下一個關聯(lián)節(jié)點標識之間的路由資源信息。本例中，在A23節(jié)點上，只存儲M23至M32(因為Chord環(huán)中下一個關聯(lián)節(jié)點為A33)這些移動節(jié)點的路由信息。以上所述僅是本發(fā)明大規(guī)模混合無線自組織網(wǎng)絡中的基于結構化P2P的路由技術的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本
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的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明混合無線自組織網(wǎng)絡路由技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。權利要求1.一種大規(guī)模動態(tài)異構混合無線自組織網(wǎng)絡中的接入及路由計算方法，其特征在于包括以下步驟1)采用chord環(huán)結構組織關聯(lián)節(jié)點，將各關聯(lián)節(jié)點按其標識的大小順序加入chord環(huán)；2)建立以下各關系表各移動節(jié)點維護一個關聯(lián)節(jié)點表，內容為該移動節(jié)點所關聯(lián)的關聯(lián)節(jié)點的標識及IP地址；各關聯(lián)節(jié)點維護一個移動節(jié)點表，其內容為該關聯(lián)節(jié)點所關聯(lián)的移動節(jié)點的標識及IP地址；各關聯(lián)節(jié)點共同維護一個路由資源信息表，其內容為移動節(jié)點的標識及與移動節(jié)點關聯(lián)的關聯(lián)節(jié)點的標識及ip地址信息，將該表存儲于IP地址的散列值大于等于該移動節(jié)點標識的第一個關聯(lián)節(jié)點上；各關聯(lián)節(jié)點維護一個m行的指針表，m為大于等于關聯(lián)節(jié)點的節(jié)點數(shù)取以10為底的對數(shù)底值，其每行的內容為入口關聯(lián)節(jié)點的編號及待查關聯(lián)節(jié)點的編號，其中在第i行中，此處i＝0，1，…，m-1，入口關聯(lián)節(jié)點的編號等于該關聯(lián)節(jié)點的標識+2i-1，待查關聯(lián)節(jié)點的編號為節(jié)點標識大于等于該入口關聯(lián)節(jié)點的編號的第一個關聯(lián)節(jié)點的編號；3)進行路由計算，包括移動節(jié)點通過基礎設施的路由計算步驟3.1)和移動節(jié)點之間的路由計算步驟3.2)，其中3.1)計算移動節(jié)點通過基礎設施的路由，即獲取與目標移動節(jié)點關聯(lián)的關聯(lián)節(jié)點的信息，從而將數(shù)據(jù)發(fā)送給該關聯(lián)節(jié)點實現(xiàn)數(shù)據(jù)的路由，包括以下子步驟3.1.1)源移動節(jié)點根據(jù)其關聯(lián)節(jié)點表找到與其關聯(lián)的關聯(lián)節(jié)點，此處稱該關聯(lián)節(jié)點為初始查詢節(jié)點；3.1.2)關聯(lián)節(jié)點進行分布式的查找步驟，即以目標移動節(jié)點的標識為關鍵字，以與目標移動節(jié)點關聯(lián)的關聯(lián)節(jié)點的IP地址為查詢值，根據(jù)初始查詢節(jié)點的指針表進行遞歸查詢；3.1.3)查找成功的節(jié)點向初始查詢節(jié)點返回查詢結果；3.2)計算移動節(jié)點之間的無線自組織網(wǎng)絡的路由，包括以下子步驟3.2.1)對現(xiàn)有無線路由協(xié)議開放式鏈路狀態(tài)路由協(xié)議進行修改，通過周期性的向鄰居節(jié)點廣播鄰居發(fā)現(xiàn)的Hello報文以及交換路由信息的TC報文，維護移動節(jié)點之間的路由表項；3.2.2)在計算的路由表項中去掉所有大于等于該移動節(jié)點到關聯(lián)節(jié)點之間跳數(shù)的路由項，從而利用基礎設施網(wǎng)絡代替無線鏈路的數(shù)據(jù)傳輸；4)進行數(shù)據(jù)轉發(fā)，根據(jù)無線網(wǎng)絡路由計算的結果，選擇是源移動節(jié)點直接通過無線鏈路交付，還是源移動節(jié)點先交付給關聯(lián)節(jié)點后再通過基礎設施網(wǎng)絡進行轉發(fā)，選擇的方法是首先判斷到兩者的無線鏈路的跳數(shù)，選擇跳數(shù)較少的鏈路進行數(shù)據(jù)轉發(fā)；如果兩者相等，則直接通過無線鏈路發(fā)送數(shù)據(jù)。2.如權利要求1所述的大規(guī)模動態(tài)異構混合無線自組織網(wǎng)絡中的接入及路由計算方法，其特征在于在所述步驟3.2)中，計算移動節(jié)點之間的無線自組織網(wǎng)絡的路由時，使用跳數(shù)受限的按需路由協(xié)議，首先在3或4跳范圍內廣播按需路由請求，如果沒有找到路由路徑，則增加廣播的跳數(shù)，直到找到一種情況為止。3.如權利要求1或2所述的大規(guī)模動態(tài)異構混合無線自組織網(wǎng)絡中的接入及路由計算方法，其特征在于所述關聯(lián)節(jié)點進行分布式的査找步驟3.1.2)進一步分為以下子步驟3.1.2.l)初始查詢節(jié)點向其指針表中第一行指明的待査關聯(lián)節(jié)點發(fā)送査詢請求；3.1.2.2)待查關聯(lián)節(jié)點首先查詢其存儲的路由資源信息表中是否有到目標移動節(jié)點的映射關系，若有則向初始査詢節(jié)點返回查詢結果，若無則繼續(xù)步驟3.1.2.3);3.1.2.3)初始查詢節(jié)點向其指針表中下一行指明的待査關聯(lián)節(jié)點發(fā)送查詢請求，返回步驟3.1.2.2)。4.如權利要求3所述的大規(guī)模動態(tài)異構混合無線自組織網(wǎng)絡中的接入及路由計算方法，其特征在于每個關聯(lián)節(jié)點只負責存儲部分路由資源信息，它存儲的部分為移動節(jié)點的標識介于本關聯(lián)節(jié)點標識與Chord環(huán)中下一個關聯(lián)節(jié)點的標識之間的路由資源信息。5.如權利要求1所述的大規(guī)模動態(tài)異構混合無線自組織網(wǎng)絡中的接入及路由計算方法，其特征在于在所述步驟4)中進行數(shù)據(jù)轉發(fā)時，經(jīng)關聯(lián)節(jié)點再通過基礎設施網(wǎng)絡進行轉發(fā)的步驟包括以下子步驟4.l)所有關聯(lián)節(jié)點對收到的報文進行分析，判斷其目的地址是否為移動節(jié)點；4.2)若不是則丟棄該數(shù)據(jù)；4.3)若是則在本地緩存的映射表中進一步查找移動節(jié)點對應的關聯(lián)節(jié)點的信息；4.4)找到即進行數(shù)據(jù)轉發(fā)；4.5)若找不到，則啟動分布式查詢過程，在關聯(lián)節(jié)點維護的分布式結構中査找目的移動節(jié)點關聯(lián)的關聯(lián)節(jié)點映射關系的信息；4.6)若找到則通過基礎設施網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)轉發(fā)到該關聯(lián)節(jié)點，否則丟棄該數(shù)據(jù)。6.如權利要求1所述的大規(guī)模動態(tài)異構混合無線自組織網(wǎng)絡中的接入及路由計算方法，其特征在于-在所述步驟4)中，初始查詢節(jié)點向目的地址進行數(shù)據(jù)發(fā)送之前，要對源移動節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)報進行封裝，即，將IP數(shù)據(jù)報封裝在UDP報文中，更改目的地址為査詢后得到的與目標移動節(jié)點關聯(lián)的關聯(lián)節(jié)點的IP地址，而將真正的目的IP地址置于新報文的數(shù)據(jù)域中，關聯(lián)節(jié)點將該收到的報文還原為原來格式，并向目的移動節(jié)點轉發(fā)還原后的報文。全文摘要本發(fā)明屬于無線自組織網(wǎng)絡路由
技術領域：
，具體的說是一種用于無線自組織網(wǎng)絡與當前異構基礎設施網(wǎng)絡相結合的混合式網(wǎng)絡的動態(tài)接入的構建方案與路由技術，主要解決上述大規(guī)?；旌蠠o線自組織網(wǎng)絡中移動節(jié)點動態(tài)接入基礎設施網(wǎng)絡與節(jié)點之間端到端通信的消息路由問題。本發(fā)明包括1.無線自組織網(wǎng)絡與基礎設施網(wǎng)絡的拓撲結構組成；2.移動節(jié)點的動態(tài)接入方法；3.混合無線自組織網(wǎng)絡中移動節(jié)點利用結構化接入節(jié)點的路由計算方法。本發(fā)明在上述構建的網(wǎng)絡結構中，利用P2P資源定位技術查找和維護路由信息，從而完成混合網(wǎng)絡中移動節(jié)點之間的路由。本發(fā)明結構簡單，可支持移動節(jié)點接入基礎設施網(wǎng)絡的即插即用，可以解決大規(guī)模混合網(wǎng)絡中節(jié)點路由技術。文檔編號H04L12/56GK101110733SQ200710120590公開日2008年1月23日申請日期2007年8月21日優(yōu)先權日2007年8月21日發(fā)明者劉昭屹,威吳,忠周,張兆豐,靖曹申請人:北京航空航天大學