專利名稱：無線自組織網(wǎng)絡(luò)中基于位置的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種無線自組織網(wǎng)絡(luò)中基 于位置的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)方法。
背景技術(shù)：
無線自組織網(wǎng)絡(luò)作為一種新型的移動多跳無線網(wǎng)絡(luò)，與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)有許多不 同的特點1.網(wǎng)絡(luò)的自組性一自組網(wǎng)相最大的特點就是可以在任何時刻、任何地點不需 要現(xiàn)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施(如基站)的支持，快速構(gòu)建起一個移動通信網(wǎng)絡(luò)；2.動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò) 拓撲結(jié)構(gòu)——在自組網(wǎng)中，通信結(jié)點可以任意的加入和消失，以任意速度和任意方式在網(wǎng) 中移動，通信結(jié)點之間通過無線信道形成的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)隨時可能發(fā)生變化；3.有限的無 線傳輸帶寬——由于自組網(wǎng)采用無線傳輸技術(shù)作為底層通信手段，而由于無線信道本身的 物理特性，它所能提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬相對有線信道要低得多；4.分布式控制網(wǎng)絡(luò)——自組網(wǎng) 中的通信結(jié)點都兼?zhèn)洫毩⒙酚珊椭鳈C功能，不存在一個網(wǎng)絡(luò)中心控制點，通信結(jié)點之間的 地位是平等的，網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議通常采用分布式控制方式，因而具有很強的魯棒性和抗毀性。需要指出的是，針對自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的帶寬有限，網(wǎng)絡(luò)的拓撲動態(tài)變化等特點，如何使 眾多通信結(jié)點合理高效地占用無線資源以及源結(jié)點和目的結(jié)點間建立有效的路由成為無 線自組織網(wǎng)絡(luò)的核心問題。特別是在戰(zhàn)場環(huán)境下，結(jié)點的移動速度增加，網(wǎng)絡(luò)的拓撲變化頻 繁時，如何保證路由的有效性更是挑戰(zhàn)性的課題。傳統(tǒng)基于拓撲的無線自組網(wǎng)路由協(xié)議已 經(jīng)無法滿足快速拓撲變化的需求。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Brad Karp在2000年MobiCom中發(fā)表的論文 "GPSR =Greedy Perimeter Stateless Routing for Wireless Networks" ( ^C^ g^l^RN 絡(luò)貪婪周邊無狀態(tài)路由)，該文中提出了一個基于通信結(jié)點位置信息的貪婪周邊轉(zhuǎn)發(fā)策略 GPSR，在現(xiàn)實中網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)點可以通過GPS等獲得自身的位置信息，為此算法提供了可行 性。結(jié)點可以通過位置服務(wù)獲得網(wǎng)絡(luò)中其他結(jié)點的位置信息，從而使用基于位置的無線自 組網(wǎng)路由算法。GPSR是典型的基于位置的路由協(xié)議，故GPSR是一種無狀態(tài)的路由協(xié)議，既 沒有定期交換路由信息，也沒有通過廣播洪泛進行路由請求，也沒有存儲路由信息，故減少 了網(wǎng)絡(luò)中協(xié)議帶寬的消耗，也降低了對結(jié)點處理能力的要求，這是基于位置路由的一般性 優(yōu)點。GPSR的報文轉(zhuǎn)發(fā)主要有貪婪轉(zhuǎn)發(fā)和周邊轉(zhuǎn)發(fā)這兩種轉(zhuǎn)發(fā)模式貪婪轉(zhuǎn)發(fā)，在任何可以使用的時候使用；邊緣轉(zhuǎn)發(fā)，在貪婪轉(zhuǎn)發(fā)不可用的區(qū)域使 用。所謂貪婪轉(zhuǎn)發(fā)就是在運行GPSR的結(jié)點的鄰居表項中都記錄有鄰居結(jié)點的位置信息。 故當結(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)報文時它會選擇距離目的結(jié)點最近的鄰居結(jié)點作為下一跳結(jié)點。這樣在理想 情況下，數(shù)據(jù)報文最終會以最少的跳數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)到目的結(jié)點。但是當沒有比源結(jié)點距離目的結(jié) 點更近的鄰居結(jié)點，貪婪轉(zhuǎn)發(fā)將失敗，GPSR的作者提出了當失敗時進行周邊遍歷轉(zhuǎn)發(fā)。所 謂周邊遍歷轉(zhuǎn)發(fā)就是構(gòu)建一個平面圖，然后使用右手法則進行周邊遍歷，這樣就會形成一 條到目的結(jié)點的路徑。通過研究發(fā)現(xiàn)，GPSR協(xié)議有如下局限性首先GPSR協(xié)議貪婪轉(zhuǎn)發(fā)的 思想是選擇盡可能“遠”的下一跳，這樣就有可能導(dǎo)致在下一時刻鄰居結(jié)點已經(jīng)不在通信范圍內(nèi)而使轉(zhuǎn)發(fā)失?。划敳捎弥苓叡闅v轉(zhuǎn)發(fā)的時候，因為采用的是平坦圖遍歷方法，所以使得 GPSR協(xié)議將不適用于三維空間的情況；并且使用平坦圖的右手法則遍歷勢必引入了更多 的跳數(shù)，從而增加了端到端的時延。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種無線自組織網(wǎng)絡(luò)中基于位置的數(shù) 據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)方法，在節(jié)點以70m/s速度移動時，采用本發(fā)明的傳輸方法丟包率明顯好于現(xiàn)有 的GPSR技術(shù)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟第一步、信息獲取的路徑發(fā)現(xiàn)過程當源節(jié)點收到數(shù)據(jù)包文后，解封裝查看節(jié)點的 目的節(jié)點址和目的節(jié)點的位置信息，具體包括目的位置信息通過統(tǒng)一的位置服務(wù)獲得鄰 居節(jié)點的位置信息，并通過鄰居的Hello報文一跳廣播獲取并存儲到鄰居節(jié)點表中，通過 周期性的Hello更新來持續(xù)維護鄰居的實時有效信息且通過鄰居節(jié)點信息的維護獲得通 往目的節(jié)點的路徑。第二步、傳輸數(shù)據(jù)的路徑選擇在第一步鄰居信息維護的基礎(chǔ)上，當源節(jié)點收到報 文后根據(jù)目的節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)地址和位置信息采用水平分割原則選擇如何到達目的節(jié)點的下 一跳節(jié)點并獲得最優(yōu)路徑；所述的水平分割是指當源節(jié)點不再是接收數(shù)據(jù)包的下一跳節(jié)點時，則發(fā)送出的 數(shù)據(jù)將不再轉(zhuǎn)發(fā)回該源節(jié)點；則在無環(huán)路的基礎(chǔ)上優(yōu)選源節(jié)點的所有鄰居節(jié)點中距離目的 節(jié)點最近的節(jié)點作為下一跳，當所有鄰居節(jié)點距離目的節(jié)點的距離都大于源節(jié)點距離目的 節(jié)點的距離時，選擇目的方向角最小的鄰居節(jié)點作為下一跳節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。所述的目的方向是指源結(jié)點到目的結(jié)點的射線方稱為此源結(jié)點的目的方向；所 述的目的方向角是指目的方向旋轉(zhuǎn)到鄰居方向所旋轉(zhuǎn)的角度的最小值的絕對值。第三步、路徑不可達處理過程將兩個可行后續(xù)節(jié)點都存儲到拓撲表中，當節(jié)點選 擇下一跳時判斷最優(yōu)下一跳是否違背了水平分割原則，當違背水平分割原則時則將該節(jié)點 的上一跳節(jié)點標識為不可達并且重新選擇可行后續(xù)節(jié)點；當僅有一個可行后續(xù)節(jié)點并且不 違背水平分割原則，將此節(jié)點作為下一跳節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；當違背則將自身標記為路由毒 藥返回給上一跳節(jié)點，即節(jié)點收到帶有路由毒藥的Hello包則不向該節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，再由 上一跳節(jié)點查看是否有其他可行后續(xù)節(jié)點，當沒有其他可行后續(xù)節(jié)點時則向源節(jié)點返回目 的節(jié)點不可達消息。所述的路由毒藥即將路由跳數(shù)標記為最大或者不可達；所述的Hello包是兩個節(jié) 點之間交換路由信息的報文。


圖1是本發(fā)明中用到的定義的示意圖；圖中目的方向，鄰居方向，目的方向正向夾角，目的方向負向夾角，鄰居方向負向 夾角。節(jié)點為無線自組網(wǎng)中的網(wǎng)路節(jié)點，虛線箭頭為節(jié)點運動方向，實體黑線為轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)路徑。圖2是數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)選路過程的示意圖中S節(jié)點為源節(jié)點，D節(jié)點為目的節(jié)點。圓圈為S節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)半徑，虛線箭頭為 節(jié)點運動方向，實體黑線為轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)路徑。圖3環(huán)路過程描述的示意圖；圖中S節(jié)點為源節(jié)點，D節(jié)點為目的節(jié)點。箭頭所指方向為路徑選擇方向。圖4是GPSR周邊遍歷轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)果的示意圖；圖中S節(jié)點為源節(jié)點，D節(jié)點為目的節(jié)點，箭頭所指方向為路徑選擇方向。圖5是根據(jù)本發(fā)明改進后轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)果的示意圖；圖中S節(jié)點為源節(jié)點，D節(jié)點為目的節(jié)點，箭頭所指方向為路徑選擇方向。圖6為本發(fā)明和現(xiàn)有GPSR技術(shù)在NS_2模擬實驗丟包率的對比圖；圖中橫縱方向為節(jié)點的最大移動速度，單位m/s，縱軸方向為丟包率。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作 詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具 體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。本實施例包括如下步驟第一步、路徑發(fā)現(xiàn)過程節(jié)點本身通過定位系統(tǒng)(如GPS)獲得自身的位置信息，由全局位置服務(wù)進行統(tǒng)一 管理。節(jié)點要發(fā)往某個目的節(jié)點數(shù)據(jù)時，首先根據(jù)目的節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)地址請求全局位置服務(wù) 獲得目的節(jié)點的位置信息，然后封裝數(shù)據(jù)。有了這個目的節(jié)點的物理位置，源節(jié)點會結(jié)合自 己的物理位置計算出本節(jié)點到目的節(jié)點的距離和目的方向。通過鄰居間周期的交換Hello 報文獲得鄰居節(jié)點的位置和速度信息，每個節(jié)點都要維護一張鄰居信息表，如下表表 權(quán)利要求
1.一種無線自組織網(wǎng)絡(luò)中基于位置的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于，包括以下步驟 第一步、信息獲取的路徑發(fā)現(xiàn)過程當源節(jié)點收到數(shù)據(jù)包文后，解封裝查看節(jié)點的目的節(jié)點址和目的節(jié)點的位置信息；第二步、傳輸數(shù)據(jù)的路徑選擇在第一步鄰居信息維護的基礎(chǔ)上，當源節(jié)點收到報文后 根據(jù)目的節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)地址和位置信息采用水平分割原則選擇如何到達目的節(jié)點的下一跳 節(jié)點并獲得最優(yōu)路徑；第三步、路徑不可達處理過程將兩個可行后續(xù)節(jié)點都存儲到拓撲表中，當節(jié)點選擇下 一跳時判斷最優(yōu)下一跳是否違背了水平分割原則，當違背水平分割原則時則將該節(jié)點的上 一跳節(jié)點標識為不可達并且重新選擇可行后續(xù)節(jié)點；當僅有一個可行后續(xù)節(jié)點并且不違背 水平分割原則，將此節(jié)點作為下一跳節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；當違背則將自身標記為路由毒藥返 回給上一跳節(jié)點，即節(jié)點收到帶有路由毒藥的Hello包則不向該節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，再由上一 跳節(jié)點查看是否有其他可行后續(xù)節(jié)點，當沒有其他可行后續(xù)節(jié)點時則向源節(jié)點返回目的節(jié) 點不可達消息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線自組織網(wǎng)絡(luò)中基于位置的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征是， 所述的第一步具體包括目的位置信息通過統(tǒng)一的位置服務(wù)獲得鄰居節(jié)點的位置信息，并 通過鄰居的Hello報文一跳廣播獲取并存儲到鄰居節(jié)點表中，通過周期性的Hello更新來 持續(xù)維護鄰居的實時有效信息且通過鄰居節(jié)點信息的維護獲得通往目的節(jié)點的路徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線自組織網(wǎng)絡(luò)中基于位置的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征是， 所述的水平分割是指當源節(jié)點不再是接收數(shù)據(jù)包的下一跳節(jié)點時，則發(fā)送出的數(shù)據(jù)將不 再轉(zhuǎn)發(fā)回該源節(jié)點；則在無環(huán)路的基礎(chǔ)上優(yōu)選源節(jié)點的所有鄰居節(jié)點中距離目的節(jié)點最近 的節(jié)點作為下一跳，當所有鄰居節(jié)點距離目的節(jié)點的距離都大于源節(jié)點距離目的節(jié)點的距 離時，選擇目的方向角最小的鄰居節(jié)點作為下一跳節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線自組織網(wǎng)絡(luò)中基于位置的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征是， 所述的目的方向是指源結(jié)點到目的結(jié)點的射線方稱為此源結(jié)點的目的方向；所述的目的 方向角是指目的方向旋轉(zhuǎn)到鄰居方向所旋轉(zhuǎn)的角度的最小值的絕對值。
全文摘要
一種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的無線自組織網(wǎng)絡(luò)中基于位置的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)方法，本發(fā)明通過當源節(jié)點收到數(shù)據(jù)包文后，解封裝查看節(jié)點的目的節(jié)點址和目的節(jié)點的位置信息；然后進行傳輸數(shù)據(jù)的路徑選擇及優(yōu)化。在節(jié)點以70m/s速度移動時，采用本發(fā)明的傳輸方法丟包率明顯好于現(xiàn)有的GPSR技術(shù)。
文檔編號H04W48/20GK102143561SQ20111008255
公開日2011年8月3日 申請日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者唐卓凡, 易平, 李元祥, 鄒福泰 申請人:上海交通大學(xué)