一種用于無線移動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Mesh網(wǎng)絡(luò)中路由技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]無線移動Mesh網(wǎng)絡(luò)是一種為了滿足人們對無線網(wǎng)絡(luò)新需求而產(chǎn)生的新興技術(shù)，它相對于傳統(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)，已成為一個新的、高效、廉價的實現(xiàn)下一代無線網(wǎng)絡(luò)解決方案的網(wǎng)絡(luò)。在當前采用的無線移動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，傳輸速度快，理論上可以達到54Mbps，甚至更高，并且自組成了一個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展無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，同時還可以提高原來無線網(wǎng)絡(luò)的帶寬、容量及通信可靠新。正因為如此，無線移動Mesh可突破傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)在遠距離傳輸高質(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，不需要維護整個網(wǎng)絡(luò)的拓撲信息，只有在發(fā)送分組且沒有到目的節(jié)點的路由時才發(fā)起路由發(fā)現(xiàn)過程，僅維護活躍的路由，即鄰居節(jié)點，是一種反應(yīng)式路由協(xié)議。具體來時，當每臺終端設(shè)備產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳送要求的時候，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相應(yīng)目的節(jié)點的路由條目，該節(jié)點就會發(fā)起路由尋路過程，向整個網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點洪泛路由尋路消息RREQ。直到該RREQ消息到達目的節(jié)點，目的節(jié)點會根據(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)點應(yīng)答消息RREP原路返回送回源尋路節(jié)點。在這兩個過程中，由于洪范效應(yīng)可能會產(chǎn)生很多的冗余數(shù)據(jù)包，造成多個RREQ請求消息之間的混淆，AODV路由協(xié)議引入了源、目的節(jié)點，以及RREQ、RREP消息的序列號，通過序列號的唯一遞增性，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制可能導(dǎo)致的無限冗余。
[0004]在最基本的尋路機制以外，AODV核心的內(nèi)容還包括路由表的維護，局部鄰居維護，以及局部的斷路修復(fù)機制，以求增加協(xié)議的強健性。對于所有之前獲得的路由信息，源節(jié)點、目的節(jié)點和中間參與轉(zhuǎn)發(fā)的節(jié)點均會寫入起自身的路由表中，每條路有條路對應(yīng)一個30秒鐘的定時(可調(diào)整)。在給定的時間內(nèi)，如果沒有再次讀寫該路由條目，超時的路由條目會自動標記為路由超時，經(jīng)過一定時間的等待自動被刪除出該節(jié)點的路由表中，這體現(xiàn)了一個無線自組織網(wǎng)絡(luò)動態(tài)收斂的特性，符合了該類網(wǎng)絡(luò)實時動態(tài)發(fā)生變化的需求。
[0005]所謂局部鄰居維護，是為了保證路由條目中的下一跳的可達性。每個終端節(jié)點需要周期性的向鄰居節(jié)點發(fā)送TTL = I的HELLO消息。一旦當鄰居節(jié)點被驗證失蹤，該節(jié)點將會刪除自身路由表中所有下一跳包含該鄰居節(jié)點的路由條目，并且啟動路由修復(fù)機制，通知所有的上游節(jié)點通過該鄰居節(jié)點作為下一跳的路由失效，同時也會局部發(fā)起尋路，尋求繞過該鄰居節(jié)點的備用路由。這也就是所謂的局部斷路修復(fù)機制。
[0006]在無線移動Mesh網(wǎng)絡(luò)中，鏈路質(zhì)量對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機制來確認鏈路。但是，在實際應(yīng)用中，通過簡單的Hello發(fā)現(xiàn)機制是無法保證鏈路質(zhì)量的，需要采取另外的機制?，F(xiàn)有的方法是使用無線信號強度RSSI來確認鄰居節(jié)點，但是，受到地形、單向路徑的頻帶干擾等因素的影響，這個方法并不準確；同時在眾多的便攜式無線終端上，底層的驅(qū)動并沒有提供相應(yīng)的接口，以便精確獲知自組織網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點的無線信號強度。另外一種現(xiàn)有的技術(shù)是將GPS模塊引入節(jié)點，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，進行鄰居的篩選，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Mesh網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)拓撲的不穩(wěn)定，節(jié)點路由切換慢的問題。
[0008]技術(shù)方案:本發(fā)明利用節(jié)點運動狀態(tài)，在AOVD路由協(xié)議的消息報文中添加該屬性的標識，表明自己是移動節(jié)點還是靜止節(jié)點，對于不同的節(jié)點之間，采取不同的策略組建鄰居節(jié)點:(I)靜止節(jié)點和靜止節(jié)點之間，采用穩(wěn)定鄰居關(guān)系的策略；(2)移動節(jié)點和移動節(jié)點之間，采用鄰居消極發(fā)現(xiàn)的策略；(3)移動節(jié)點和靜止節(jié)點之間，采用移動節(jié)點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)點的確立統(tǒng)一采用Hello應(yīng)答機制。
[0009](I)靜止節(jié)點和靜止節(jié)點:由于靜止節(jié)點相對于移動節(jié)點，它的鏈路狀況更好，在無線移動Mesh網(wǎng)絡(luò)中要承擔更多的傳輸任務(wù)，所以它們之間要有更加穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu):
[0010]步驟1:靜止源節(jié)點周期性地廣播Hello報文，周期為T;
[0011 ]步驟2:其他靜止節(jié)點收到一個Hel 1報文后，馬上應(yīng)答一個Hello_ACK報文，在該應(yīng)答報文中添加一個節(jié)點屬性標志位，并標識為I，表明自己是靜止節(jié)點。
[0012]步驟3:重復(fù)步驟I和2，當源節(jié)點收到η個連續(xù)Hello_ACK應(yīng)答報文后，鄰居節(jié)點鏈接建立，將該靜止節(jié)點添加進路由表。
[0013]步驟4:源節(jié)點繼續(xù)周期性廣播He 11 ο報文，當在1'_41^0胃_11)33之后，還沒有收到該靜止節(jié)點發(fā)回的Hel lo_ACK應(yīng)答報文，則鏈路斷開，將該靜止節(jié)點從路由表刪除。
[0014](2)移動節(jié)點和移動節(jié)點:由于移動節(jié)點的鏈路狀況一般較差，特別是移動節(jié)點和移動節(jié)點之間，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)點的建立，除非是相隔非常近的，鏈路狀況較好的兩個移動節(jié)點。所以此類鄰居節(jié)點的建立條件也應(yīng)該較為嚴格。另外，移動節(jié)點之間一旦建立鏈接，往往又因為各自離去，距離越來越遠，鏈路又馬上斷開了，所以它們間鄰居節(jié)點斷開條件應(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中的標示改為O，以表明是移動節(jié)點;步驟4中的T_ALL0W_L0SS要設(shè)為更小的值。
[0016](3)移動節(jié)點和靜止節(jié)點:移動節(jié)點往往要采集實時數(shù)據(jù)，并及時把數(shù)據(jù)通過靜止節(jié)點傳輸出去，所以移動節(jié)點在移動的過程中應(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的值可以達到更迅速地建立和斷開鄰居節(jié)點的目的，從而縮短路由切換所帶來的延遲。為了進一步減小延遲，甚至達到“軟切換”的效果，本發(fā)明還引入hello延時機制和RREQ重發(fā)送機制。
[0017]步驟1:移動源節(jié)點周期性地廣播Hello報文，并在報文中加入時間戳tl，廣播周期為T;
[0018]步驟2:靜止節(jié)點收到一個Hel1報文后，馬上應(yīng)答一個Hello_ACK報文，在該應(yīng)答報文中添加一個節(jié)點屬性標志位，并標識為I，表明自己是靜止節(jié)點，還要添加收到的Hello報文中所帶的時間戳tl;
[0019]步驟3:當源節(jié)點收到該Hello_ACK報文后，記錄發(fā)送該Hello_ACK報文的靜止節(jié)點的IP地址，然后用當前時間t2減去報文中的時間戳tl，得到時間延遲t_delay，并記錄。
[0020]步驟4:重復(fù)步驟I至3，計算最近mft_delay的權(quán)值平均t_average，it_average小于閾值T_ALL0W_DEALY時，才將該靜止節(jié)點添加進路由表，作為鄰居節(jié)點。
[0021 ]步驟5:接下來，每次收到該靜止節(jié)點回應(yīng)的Hello_ACK報文，就計算最近111個1:_delay的權(quán)值平均t_average。
[0022]步驟6:若移動節(jié)點正作為源節(jié)點向目的節(jié)點進行多跳的數(shù)據(jù)傳輸，隨著移動節(jié)點的運動，它必然會遠離作為下一跳的該靜止節(jié)點，從而造成鏈路質(zhì)量下降，延遲增大。當1average大于T_ALL0W_DELAY_2時，移動節(jié)點開始向其他靜止的鄰居節(jié)點發(fā)送RREQ_2報文，尋求更合適的路徑。
[0023]步驟7:當該移動節(jié)點收到目的節(jié)點發(fā)回的RREP_2報文時，并且下一跳的鄰居節(jié)點中的t_aVerage比當前下一跳的鄰居節(jié)點小，則插入這條路由，并刪除原路由，從而進行了路由的切換，這樣可以大大減小了延遲。按照原來的策略，當移動節(jié)點離開靜止節(jié)點時，需要等待T_ALL0W_L0SS的時間，才感知到和這個鄰居節(jié)點鏈路的斷開，這時才重新廣播RREQ報文，進行對目的節(jié)點尋路。所以本發(fā)明提出的策略可以減少1'_41^0胃_1^055和重新對目的節(jié)點尋路所帶來的延遲。
[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)點關(guān)系所需的連續(xù)Hello報文個數(shù)n，和類型(3)中所需的Hello報文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)中的兩個靜止的鄰居節(jié)點由于正好處于對方無線覆蓋范圍的邊緣，也會出現(xiàn)高頻繁的鏈路斷裂，此時可以利用MAC地址過濾，屏蔽對方的He I 1報文，不建立鄰居關(guān)系。
[0029]7、所述類型(3)為移動節(jié)點向靜止節(jié)點發(fā)送Hello報文，建立鄰居節(jié)點關(guān)系的方法;而靜止節(jié)點向移動節(jié)點發(fā)送Hello報文，建立鄰居節(jié)點關(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Mesh網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)拓撲的不穩(wěn)定，節(jié)點路由切換慢的問題，為無線移動Mesh網(wǎng)絡(luò)提供了一種穩(wěn)定高效的自適應(yīng)路由策略，具有重要的實際意義和很好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0032]圖1本發(fā)明實施例的路由策略選擇流程圖；
[0033]圖2本發(fā)明實施例的鄰居節(jié)點關(guān)系建立的信息交互示意圖；
[0034]圖3本發(fā)明實施例的類型(I)和(2)的鄰居節(jié)點關(guān)系建立流程圖；
[0035]圖4本