專利名稱：：基于鏈路生命期的分布式自組網(wǎng)穩(wěn)定路徑路由方法
技術領域：
：本發(fā)明屬于使用自組網(wǎng)技術的領域，如無線自組網(wǎng)絡、傳感器網(wǎng)絡、無線局域網(wǎng)、無線接入等，特別是涉及到無線自組織互聯(lián)網(wǎng)的路由技術。
背景技術：
：自組網(wǎng)是一種移動通信與計算機網(wǎng)絡相結合的網(wǎng)絡，通信節(jié)點具有隨機移動性，網(wǎng)絡拓撲結構頻繁變化。每個通信節(jié)點同時兼有路由及終端兩種功能，通過分布式方法協(xié)同完成路由的搜尋及數(shù)據(jù)的轉發(fā)，實現(xiàn)各種面向用戶的應用需求。各通信節(jié)點根據(jù)路由策略完成控制分組的轉發(fā)及路由轉發(fā)表的更新，并依照路由轉發(fā)表完成數(shù)據(jù)分組的傳遞。自組網(wǎng)的路由協(xié)議設計的目標是動態(tài)適應網(wǎng)絡拓撲變化的影響，高效快速地搜尋與維護路由信息，并盡可能地保證所獲路徑的可用性、穩(wěn)定性，降低路由協(xié)議開銷，以滿足用戶業(yè)務對網(wǎng)絡傳輸性能的要求，以及通信節(jié)點在計算能力、儲存空間以及電源等方面的限制。傳統(tǒng)的自組網(wǎng)路由協(xié)議設計方法，依靠路徑動態(tài)維護過程來克服由通信節(jié)點移動性所引發(fā)的路徑斷裂的影響。由于路徑動態(tài)維護過程只能在鏈路斷裂之后對路徑進行修復，并引入路徑修復時延，往往不能保證數(shù)據(jù)業(yè)務傳輸對路徑穩(wěn)定性及時延抖動的要求。因此，有必要考慮通信節(jié)點移動性對鏈路穩(wěn)定性所帶來的影響，并設計穩(wěn)定路徑路由方法。穩(wěn)定路徑路由方法的基本思想是收集通信節(jié)點間鏈路連通性信息，通過分析通信節(jié)點移動規(guī)律得到通信節(jié)點間鏈路的穩(wěn)定性指標，并將該指標應用于路徑搜尋過程中，在滿足其它性能指標的基礎上，優(yōu)先選擇最穩(wěn)定的鏈路構成數(shù)據(jù)傳輸路徑，以降低路徑斷裂的可能性，延長路徑生存時間，減少通信中斷概率及時延，提高網(wǎng)絡傳輸性能。典型的穩(wěn)定路徑路由方法有基于預測的鏈路穩(wěn)定源路由協(xié)議(參見文獻JiangS，HeD，RaoJ.APrediction-BasedLinkAvailabilityEstimationforRoutingMetricsinMANETs.IEEE/ACMTransactionsonNetworking,2005,13(6):1302-1312.)、節(jié)能鏈路穩(wěn)定路由協(xié)、議(參見文獻RangoFD,GuerrieroF,MaranoS,etal.AMultiobjectiveApproachforEnergyConsumptionandLinkStabilityIssuesinAdHocNetworks.IEEECommunicationsLetters,2006,10(1):28_30.)、朝向角度路由協(xié)議(參見文獻Al-AkaidiΜ,AlchaitaΜ.Linkstabilityandmobilityinadhocwirelessnetworks.IETCommunications,2007,1(2):173_178.)、基于鏈路穩(wěn)定性的動態(tài)源路由協(xié)議(MengL,WuW.DynamicSourceRoutingProtocolBasedonLinkStabilityArithmetic.InternationalSymposiumonInformationScienceandEngineering(ISISE'08),Shanghai,China，20_22Dec.，2008:730_733.)、基于鏈路穩(wěn)定預測的路由協(xié)議(參見文獻HuX,ffangJ,ffangC.LinkStabilityPredictionanditsApplicationtoRoutinginMobileAdHocNetworks.2ndInternationalConferenceonPowerElectronicsandIntelligentTransportationSystem(PEITS'09),Shenzhen,China,19-20Dec.,2009141-144.)等?，F(xiàn)有自組網(wǎng)路由協(xié)議優(yōu)化設計方法中，由于通信節(jié)點的移動性，為測算鏈路穩(wěn)定性，要求通信節(jié)點裝配測距定位系統(tǒng)。部分協(xié)議采用功率檢測系統(tǒng)，在無噪聲干擾假設下對節(jié)點相對距離及穩(wěn)定性進行估計，難以在實際繁雜時變的電磁環(huán)境中進行應用。另一部分協(xié)議采用全球定位系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)硬件需求及成本，增加了節(jié)點能耗。且上述方法都要求路由協(xié)議與測距定位系統(tǒng)(如GPS)之間進行數(shù)據(jù)交互，不利于通信協(xié)議體系中各層次設計的獨立性，增加了系統(tǒng)設計與維護的難度。其次，現(xiàn)有算法在路徑搜索過程中，通常要求中間節(jié)點在接收到多個路由請求報之后再做出判斷，選擇穩(wěn)定性較高的鏈路構成路由路徑，由此引入等待時延，對鏈路生命期造成浪費，并降低路徑搜索的效率。
發(fā)明內容本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種不要求測距定位系統(tǒng)，保證路由協(xié)議的獨立性，且能夠快速建立穩(wěn)定路由的，基于鏈路生命期的自組網(wǎng)穩(wěn)定路徑路由方法。本發(fā)明為解決上述技術問題所采用的技術手段是，基于鏈路生命期的分布式自組網(wǎng)穩(wěn)定路徑路由方法，包括以下步驟1)各節(jié)點記錄本地節(jié)點與鄰居節(jié)點之間的鏈路的連通起始時刻；2)源節(jié)點向目的節(jié)點發(fā)起穩(wěn)定路徑生成過程2-1)源節(jié)點廣播路徑搜尋報；所述路徑搜尋報中包括源地址、目的地址、路徑穩(wěn)定性概率值，所述路徑穩(wěn)定性概率值的初值為1，所述目的地址為目的節(jié)點地址，所述源地址為源節(jié)點地址；2-2)下一跳節(jié)點收到路徑搜尋報后，該節(jié)點通過查找本地記錄的鏈路的連通起始時刻得到鏈路生命期，并利用鏈路生命期更新路徑搜尋報中的路徑穩(wěn)定性概率值；所述鏈路生命期為當前時刻與鏈路的連通起始時刻之差；2-3)當更新后的路徑穩(wěn)定性概率值大于節(jié)點本地存儲的路由轉發(fā)表中的路徑穩(wěn)定性概率值時，利用所述路徑搜尋報中的上一跳地址更新指向源節(jié)點的路由轉發(fā)表項的上一跳地址；并判斷本地節(jié)點地址是否為路徑搜尋報中的目的地址，如是，進入下一步驟；如否，廣播轉發(fā)更新后的路徑搜尋報，并返回上一步驟；2-4)目的節(jié)點根據(jù)本地的路由轉發(fā)表向源節(jié)點單播路徑應答報；所述路徑應答報中包括源地址、目的地址、路徑穩(wěn)定性概率值，所述路徑穩(wěn)定性概率值的初值為1，所述目的地址為目的節(jié)點地址，所述源地址為源節(jié)點地址；2-5)下一跳節(jié)點收到路徑應答報后，通過查找本地記錄的鏈路的連通起始時刻得到鏈路生命期，并利用鏈路生命期更新路徑應答報中的路徑穩(wěn)定性概率值；2-6)當更新后的路徑穩(wěn)定性概率值大于節(jié)點本地存儲的路由轉發(fā)表中的路徑穩(wěn)定性概率值時，該節(jié)點利用所述路徑應答報中的上一跳地址更新指向目的節(jié)點的路由轉發(fā)表項的上一跳地址；并判斷本地節(jié)點地址是否為路徑應答報中的源地址，如是，進入下一步驟；如否，節(jié)點根據(jù)本地路由轉發(fā)表項向源節(jié)點單播路徑應答報，并返回上一步驟；2-7)源節(jié)點收到來自目的節(jié)點的路徑應答報文后，建立到目的節(jié)點的路由轉發(fā)表項，生成路由路徑。本發(fā)明通過各節(jié)點記錄本地節(jié)點與鄰居節(jié)點之間的鏈路的連通起始時刻并據(jù)此更新路徑穩(wěn)定性，從而選擇最穩(wěn)定路徑，使得路由協(xié)議能夠為用戶業(yè)務提供更加穩(wěn)定的路徑，減少路由維護開銷，提高路由協(xié)議效率；中間節(jié)點及目的節(jié)點在轉發(fā)路徑搜尋報、路徑轉發(fā)報這些控制報文時沒有等時延，保證路徑的快速建立；通過動態(tài)路徑切換方法提高路徑的穩(wěn)定性，即當節(jié)點獲得比原先路徑更加穩(wěn)定的新路徑后，將原先路徑切換為新路徑，使得路由協(xié)議能夠提供最穩(wěn)定路徑；基于鏈路生命期估計鏈路穩(wěn)定性，消除通信節(jié)點對定位測距系統(tǒng)的要求，降低系統(tǒng)成本及實現(xiàn)復雜度；采用按需路由方法，沒有周期性的全網(wǎng)廣播，只在用戶業(yè)務有需要時才發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)過程，有利于節(jié)省開銷，提高網(wǎng)絡效率。為了保證鏈路穩(wěn)定性估計準確性，本發(fā)明通過以下公式更新路徑搜尋報或路徑應答報中的路徑穩(wěn)定性概率值Ppath_stableXL(Tlink—age)；Ppathstable為收到的路徑搜尋報或路徑應答報中的路徑穩(wěn)定性概率值，Tlinkage為鏈路生命期，L(Tlinkage)為鏈路生命期內鏈路穩(wěn)定性，鏈路穩(wěn)定性通過以下公式得到權利要求1.基于鏈路生命期的分布式自組網(wǎng)穩(wěn)定路徑路由方法，其特征在于，包括以下步驟1)各節(jié)點記錄本地節(jié)點與鄰居節(jié)點之間的鏈路的連通起始時刻；2)源節(jié)點向目的節(jié)點發(fā)起穩(wěn)定路徑生成過程2-1)源節(jié)點廣播路徑搜尋報；所述路徑搜尋報中包括源地址、目的地址、路徑穩(wěn)定性概率值，所述路徑穩(wěn)定性概率值的初值為1，所述目的地址為目的節(jié)點地址，所述源地址為源節(jié)點地址；2-2)下一跳節(jié)點收到路徑搜尋報后，該節(jié)點通過查找本地記錄的鏈路的連通起始時刻得到鏈路生命期，并利用鏈路生命期更新路徑搜尋報中的路徑穩(wěn)定性概率值；所述鏈路生命期為當前時刻與鏈路的連通起始時刻之差；2-3)當更新后的路徑穩(wěn)定性概率值大于節(jié)點本地存儲的路由轉發(fā)表中的路徑穩(wěn)定性概率值時，利用所述路徑搜尋報中的上一跳地址更新指向源節(jié)點的路由轉發(fā)表項的上一跳地址；并判斷本地節(jié)點地址是否為路徑搜尋報中的目的地址，如是，進入下一步驟；如否，廣播轉發(fā)更新后的路徑搜尋報，并返回上一步驟；2-4)目的節(jié)點根據(jù)本地的路由轉發(fā)表向源節(jié)點單播路徑應答報；所述路徑應答報中包括源地址、目的地址、路徑穩(wěn)定性概率值，所述路徑穩(wěn)定性概率值的初值為1，所述目的地址為目的節(jié)點地址，所述源地址為源節(jié)點地址；2-5)下一跳節(jié)點收到路徑應答報后，通過查找本地記錄的鏈路的連通起始時刻得到鏈路生命期，并利用鏈路生命期更新路徑應答報中的路徑穩(wěn)定性概率值；2-6)當更新后的路徑穩(wěn)定性概率值大于節(jié)點本地存儲的路由轉發(fā)表中的路徑穩(wěn)定性概率值時，該節(jié)點利用所述路徑應答報中的上一跳地址更新指向目的節(jié)點的路由轉發(fā)表項的上一跳地址；并判斷本地節(jié)點地址是否為路徑應答報中的源地址，如是，進入下一步驟；如否，節(jié)點根據(jù)本地路由轉發(fā)表項向源節(jié)點單播路徑應答報，并返回上一步驟；2-7)源節(jié)點收到來自目的節(jié)點的路徑應答報文后，建立到目的節(jié)點的路由轉發(fā)表項，生成路由路徑。2.如權利要求1所述基于鏈路生命期的分布式自組網(wǎng)穩(wěn)定路徑路由方法，其特征在于，所述利用鏈路生命期更新路徑搜尋報或路徑應答報中的路徑穩(wěn)定性概率值的方式為1path_stableXL(Tlink—age)；所述Ppath—st.為收到的路徑搜尋報或路徑應答報中的路徑穩(wěn)定性概率值，..為鏈路生命期，L(Tlinkage)為鏈路生命期內鏈路穩(wěn)定性概率值；,、LLρνοΛΛnkresidualnkage/L(Tlmkage)=JoLJ°-1^-其中，概率密度函數(shù)P(r。，ri;J0尸(尺d—-H。Tlink—residual)表示在時間段Tlink_residual內維持連通時，鄰居節(jié)點在時間段Tlink_residual內從相對距離A移動到相對距離T1的概率密度，Tlinkresidual是路由參數(shù)，表示要求鏈路維持連通的時間；R表示節(jié)點通信半徑；概率密度函數(shù)P(R，r0,Tlinkage)表示鏈路在時間段Tlinkage內維持連通時，鄰居節(jié)點在從通信半徑R移動至通信范圍中的任意位置A的概率密度。3.如權利要求2所述基于鏈路生命期的分布式自組網(wǎng)穩(wěn)定路徑路由方法，其特征在于，各個節(jié)點中預存有鏈路穩(wěn)定性概率值查詢表，所述鏈路穩(wěn)定性概率值查詢表中一個鏈路生命期對應一個鏈路穩(wěn)定性概率值。4.如權利要求2或3所述基于鏈路生命期的分布式自組網(wǎng)穩(wěn)定路徑路由方法，其特征在于，步驟2-3)中所述相應的路由轉發(fā)表項為路由轉發(fā)表中存在到源節(jié)點的路由表項；所述步驟2-6)中所述相應的路由轉發(fā)表項為路由轉發(fā)表中存在到目的節(jié)點的路由表項。5.如權利要求4所述基于鏈路生命期的分布式自組網(wǎng)穩(wěn)定路徑路由方法，其特征在于，各節(jié)點還周期性檢測本地節(jié)點與鄰居節(jié)點之間鏈路對應的鏈路生命期，當有鏈路對應的鏈路生命期大于預設的鏈路有效時延閾值，節(jié)點在本地刪除該鏈路生命期，并進行路徑動態(tài)維護處理。6.如權利要求5所述基于鏈路生命期的分布式自組網(wǎng)穩(wěn)定路徑路由方法，其特征在于，各節(jié)記錄本地節(jié)點與鄰居節(jié)點之間的鏈路的連通起始時刻的具體方式為各節(jié)點周期性廣播鏈路連通性嗅探報，并通過接收其鄰居節(jié)點廣播的鏈路連通性嗅探報來維護本地的鏈路連通時間表；所述鏈路連通性嗅探報中包括有發(fā)送該鏈路連通性嗅探報的節(jié)點的本地地址；所述鏈路連通時間表中包括有鄰居地址、本地節(jié)點與該鄰居節(jié)點之間的鏈路的連通起始時刻；當節(jié)點收到來自其鄰居節(jié)點的鏈路連通性嗅探報后，該節(jié)點查找本地的鏈路連通時間表，判斷鏈路連通時間表中是否存有在鄰居地址與接收到的鏈路連通性嗅探報中的本地地址相同的表項，如是，丟棄該鏈路連通性嗅探報，如否，節(jié)點在本地的鏈路連通時間表中加入一條新的表項，該新表項的鄰居地址為該鏈路連通性嗅探報中的本地地址，連通起始時刻為當前時刻，之后，丟棄該鏈路連通性嗅探報；節(jié)點通過周期性檢測本地的鏈路連通時間表中的連通起始時刻來檢測本地節(jié)點與鄰居節(jié)點之間鏈路對應的鏈路生命期是否大于預設的鏈路有效時延閾值；當鏈路連通時間表中存在鏈路生命期是否大于預設的鏈路有效時延閾值的表項時，節(jié)點在本地鏈路連通時間表中刪除該表項，并進行針對該節(jié)點的路徑動態(tài)維護處理。7.如權利要求6所述基于鏈路生命期的分布式自組網(wǎng)穩(wěn)定路徑路由方法，其特征在于，所述步驟2-2)中下一跳節(jié)點收到路徑搜尋報后，該節(jié)點通過查找本地記錄的鏈路的連通起始時刻得到鏈路生命期的具體步驟為節(jié)點從路徑搜尋報的IP報頭中獲得上一跳節(jié)點地址，并在鏈路連通時間表中查找鄰居地址與所述上一跳節(jié)點地址相同的表項，提取該表項中的連通起始時刻，再計算當前時刻與鏈路的連通起始時刻之差，并將計算結果賦值給鏈路生命期。8.如權利要求7所述基于鏈路生命期的分布式自組網(wǎng)穩(wěn)定路徑路由方法，其特征在于，所述路徑應答報還包括強制更新標志，當強制更新標志為1表示強制更新生效，當強制更新標志為0表示強制更新無效；當強制更新生效時，則用所述路徑應答報中的上一跳地址更新指向目的節(jié)點的路由轉發(fā)表項的上一跳地址；源節(jié)點向目的節(jié)點發(fā)起穩(wěn)定路徑生成過程中，路徑應答報中的強制更新標志為0。9.如權利要求8所述基于鏈路生命期的分布式自組網(wǎng)穩(wěn)定路徑路由方法，其特征在于，所述路徑動態(tài)維護處理的具體包括以下步驟a、節(jié)點向目的節(jié)點發(fā)起穩(wěn)定路徑生成過程，廣播路徑搜尋報，建立到目的節(jié)點的路由轉發(fā)表項，生成新的路由路徑；所述路徑搜尋報中包括源地址、目的地址、路徑穩(wěn)定性概率值，所述路徑穩(wěn)定性概率值的初值為1，所述目的地址為目的節(jié)點地址，所述源地址為需進行路徑動態(tài)維護的節(jié)點地址；b、獲得新的路由路徑后，節(jié)點根據(jù)路由轉發(fā)表項向源節(jié)點單播路徑應答報，所述路徑應答報中目的地址為目的節(jié)點地址，源地址為需進行路徑動態(tài)維護的節(jié)點地址、路徑穩(wěn)定性概率值的為路由轉表表項中的路徑穩(wěn)定性概率值、強制更新標志為1；C、下一跳節(jié)點收到路徑應答報后，檢測該路徑應答報中強制更新標志為1，則用該路徑應答報中的上一跳地址更新指向目的節(jié)點的路由轉發(fā)表項的上一跳地址；并判斷本地節(jié)點地址是否為路徑應答報中的源地址，如是，進入下一步驟；如否，該節(jié)點根據(jù)本地路由轉發(fā)表項向源節(jié)點單播路徑應答報，并返回本步驟；d、源節(jié)點收到路徑應答報文后，建立到需動態(tài)維護的節(jié)點的路由轉發(fā)表項，生成新的路由路徑，動態(tài)維護完成。10.如權利要求9所述基于鏈路生命期的分布式自組網(wǎng)穩(wěn)定路徑路由方法，其特征在于，所述路徑搜尋報、路徑應答報中還包括路徑長度；所述路徑搜尋報、路徑應答報中的路徑長度初始值為0；在廣播轉發(fā)更新后的路徑搜尋報之前，還將路徑搜尋報中的路徑長度增加1；在根據(jù)本地路由轉發(fā)表項向源節(jié)點單播路徑應答報之前，還將路徑應答報中的路徑長度增加1；在用路徑搜尋報或路徑應答報中的上一跳地址更新指向源節(jié)點或目的節(jié)點的路由轉發(fā)表項的上一跳地址的同時，還用路徑搜尋報或路徑應答報中的路徑長度更新指向源節(jié)點或目的節(jié)點的路由轉發(fā)表項的路徑長度；路徑動態(tài)維護處理過程中；步驟a之前，需動態(tài)維護的節(jié)點刪除鏈路連通時間表中對應表項后，在路由轉發(fā)表中查找轉發(fā)地址與所述除鏈路連通時間表中鄰居地址相同的表項，判斷該表項中的路徑長度是否小于等于閾值，如是，進入步驟a；如否，執(zhí)行下一步驟節(jié)點向源節(jié)點單播路徑故障報，所述路徑故障報包括源地址、目的地址，所述目的地址為目的節(jié)點地址，源地址為源節(jié)點地址；下一跳節(jié)點收到所述路徑故障報，查找本地路由轉發(fā)表中相應目的地址的表項，當該表項內的轉發(fā)地址與路徑故障報中上一跳節(jié)點地址相等，則刪除該表項，并根據(jù)路由轉發(fā)表轉發(fā)路徑故障報；否則，丟棄所述路徑故障報。全文摘要本發(fā)明提供一種不要求測距定位系統(tǒng)，保證路由協(xié)議的獨立性，且能夠快速建立穩(wěn)定路由的，基于鏈路生命期的自組網(wǎng)穩(wěn)定路徑路由方法。通過各節(jié)點記錄本地節(jié)點與鄰居節(jié)點之間的鏈路的連通起始時刻并據(jù)此更新路徑穩(wěn)定性，從而選擇最穩(wěn)定路徑，使得路由協(xié)議能夠為用戶業(yè)務提供更加穩(wěn)定的路徑，減少路由維護開銷，提高路由協(xié)議效率；中間節(jié)點及目的節(jié)點在轉發(fā)路徑搜尋報、路徑轉發(fā)報這些控制報文時沒有等時延，保證路徑的快速建立；通過動態(tài)路徑切換方法提高路徑的穩(wěn)定性，即當節(jié)點獲得比原先路徑更加穩(wěn)定的新路徑后，將原先路徑切換為新路徑，使得路由協(xié)議能夠提供最穩(wěn)定路徑。文檔編號H04W40/14GK102006651SQ20101057090公開日2011年4月6日申請日期2010年12月2日優(yōu)先權日2010年12月2日發(fā)明者余敬東,劉偉,劉軍,唐偉,蘇儉,郭偉申請人:電子科技大學