專利名稱：一種無線自組網(wǎng)按需距離矢量路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明適用于較大規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的中，利用多級鄰居表以及“追捕”方式解決路由請求(RREQ)廣播泛洪問題，并利用多級鄰居表計算網(wǎng)絡(luò)通信穩(wěn)定性。屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無線自組網(wǎng)按需距離矢量路由協(xié)議(Ad-hoc On-Demand Distance VectorRouting, AODV)是在動態(tài)源路由(DSR)和目的編號距離矢量路由(DSDV)兩者的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它的特點是采用了目的編號距離矢量路由編號的方式結(jié)合動態(tài)源路由按需路由的思想。在尋路階段，源節(jié)點會廣播一個包含目的節(jié)點地址的路由請求幀，其中間結(jié)點采取泛洪的方式將有編號的路由請求轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點或能夠到達(dá)目的節(jié)點的其他結(jié)點，并在此 過程中建立反向路由(目的節(jié)點到源節(jié)點路由)。當(dāng)有能夠到達(dá)目的節(jié)點的中間結(jié)點或者目的節(jié)點收到路由請求后，則會以單播的方式將路由回復(fù)(RREP)同樣有編號的路由回復(fù)沿著第一個路由請求廣播到達(dá)的路徑發(fā)給源節(jié)點并在單播路由回復(fù)的過程中建立正向路由(源節(jié)點到目的節(jié)點)。一旦發(fā)生斷路，發(fā)現(xiàn)斷路的節(jié)點則重新發(fā)起路由請求以打到修復(fù)路由的目的。雖然無線自組網(wǎng)按需距離矢量路由協(xié)議性能優(yōu)于動態(tài)源路由和目的編號距離矢量路由，但是在路由開銷、功耗、斷路發(fā)生的頻率以及路由最優(yōu)方面仍存在不足。目前已有的無線自組網(wǎng)按需距離矢量路由協(xié)議的在降低路由開銷以及功耗方面改進一般是從兩個方面著手
第一種對無線自組網(wǎng)按需距離矢量路由協(xié)議的改進需要結(jié)合硬件本身提供的功能，如通過根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和自身能量水平動態(tài)的調(diào)節(jié)發(fā)射功率或者使節(jié)點定期進入休眠狀態(tài)。若當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)密度較大，則可以降低發(fā)射功率從而減少數(shù)據(jù)發(fā)送方面的功耗；若當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)不多，則可以周期性的使節(jié)點進入休眠狀態(tài)，對于整體提高網(wǎng)絡(luò)壽命也有極大的提高。在已有方案中有利用節(jié)點進入休眠狀態(tài)時告知鄰居節(jié)點自己已休眠并通知一跳范圍內(nèi)的節(jié)點自己將休眠T時。一旦有路由請求發(fā)起，鄰居節(jié)點會暫時回復(fù)源節(jié)點目的節(jié)點已進入休眠狀態(tài)，并保存本次RREQ等待目的節(jié)點恢復(fù)正常。另外還增加全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System,GPS)芯片解決無線自組網(wǎng)按需距離矢量路由協(xié)議路由最優(yōu)化的方法。第二種解決方案是從無線自組網(wǎng)按需距離矢量路由協(xié)議本身的缺陷進行改進，如限制廣播跳數(shù)、評估節(jié)點能量進行轉(zhuǎn)發(fā)選擇以及延遲等。在已有方案中，有利用接收的信號強度指不(Received Signal Strength Indication, RSSI)決定路由請求/路由回復(fù)是否轉(zhuǎn)發(fā)，來減少無效的路由請求/路由回復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)。還有其他如采用了路由回復(fù)捕獲的方式獲得將來“可能”需要的路由路徑。在現(xiàn)有的無線自組網(wǎng)按需距離矢量路由協(xié)議改進技術(shù)方案里，第一種方案受硬件、成本限制，如在路由最優(yōu)方面需要增加全球定位系統(tǒng)芯片，而接收的信號強度指示信號近幾年的研究表明其穩(wěn)定性仍然需要進行評估。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種無線自組網(wǎng)按需距離矢量路由方法，是一種 基于無線自組網(wǎng)按需距離矢量路由協(xié)議的改進通信方法，以期解決路由發(fā)現(xiàn)過程中廣
播泛洪、路由開銷、通 信穩(wěn)定性等問題。在較大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)中通過建立二級甚至多級鄰居解決網(wǎng)絡(luò)通信穩(wěn)定性，通過路由回復(fù)追捕路由請求的方式解決路由請求包的泛洪問題。技術(shù)方案本發(fā)明的目的是為了解決以上羅列的幾個問題，即網(wǎng)絡(luò)通信穩(wěn)定性以及路由請求泛洪問題，提供了一種基于二級鄰居和路由回復(fù)追捕的無線自組網(wǎng)按需距離矢量路由協(xié)議的改進協(xié)議。為實現(xiàn)上述目的，其具體方法為
該方法在握手Hello消息中增加一層鄰居信息，通過Hello消息建立二級鄰居表；在發(fā)起路由請求RREQ中加入鄰居信息及其鄰居穩(wěn)定值，各個轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點根據(jù)一層和二層鄰居差異度決定路由請求的轉(zhuǎn)發(fā)延遲；對于路由回復(fù)RREP則采用廣播的方式，通過評估路由請求轉(zhuǎn)發(fā)時差、一、二層鄰居差異度和剩余跳數(shù)來決定是否進行追捕，其具體方法為
1). 二級鄰居建立方法
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點周期性廣播Hello消息，節(jié)點在收到其它節(jié)點的Hello消息后將該節(jié)點存入自己的一層鄰居表中，并剖析出其攜帶的一層鄰居信息并與自身一層鄰居相比較，將本節(jié)點沒有而Hello包中有的鄰居放入接收節(jié)點的二層鄰居中；在廣播Hello消息期間，任何數(shù)據(jù)的發(fā)送可將下一周期要發(fā)送的Hello消息取消，任意節(jié)點一旦偵聽到某個鄰居節(jié)點所發(fā)出的數(shù)據(jù)，則認(rèn)為該鄰居正常在網(wǎng)；
在節(jié)點建立好二級鄰居表后，則開始對一層鄰居進行穩(wěn)定性評估，一層鄰居需要增加穩(wěn)定值P和鄰居信息偵聽次數(shù)η ;假設(shè)Hello消息周期為Τ，節(jié)點在T時刻內(nèi)偵聽到某個鄰居的信息時η累加I并且認(rèn)為該周期內(nèi)該鄰居在網(wǎng)；假設(shè)經(jīng)過N個周期Τ，節(jié)點在Ν-3個周期內(nèi)偵聽到某鄰居信息，則P= (Ν-3)/Ν ；ρ越接近I標(biāo)明該鄰居約穩(wěn)定，而η/Ν值越大則標(biāo)明該鄰居越繁忙；
2).一層和二層鄰居差異度決定路由請求的轉(zhuǎn)發(fā)延遲率具體步驟
源節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)卻沒有到達(dá)目的地址的路徑后，則發(fā)起路由請求包，在節(jié)點收到由上一節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的路由請求包以后，首先查詢上一節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的路由請求包的鄰居表本節(jié)點穩(wěn)定率決定是否轉(zhuǎn)發(fā)，從而保證路由的穩(wěn)定性，若轉(zhuǎn)發(fā)則再計算一層鄰居差異度
P和二層鄰居差異度P加權(quán)值決定轉(zhuǎn)發(fā)延遲；其中，鄰居差異度為
US ^ ITi Si *7"
P=--1
Si U
31和82分別為路由請求中和本節(jié)點中的對應(yīng)層鄰居，P計算方法同P ;
RREQ廣播包延時率公式為
Y為調(diào)節(jié)值，該值需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實際情況設(shè)置，P為鄰居差異度；
轉(zhuǎn)發(fā)延時為
權(quán)利要求
1.ー種無線自組網(wǎng)按需距離矢量路由方法，其特征在于，該方法在握手Hello消息中増加一層鄰居信息， 通過Hello消息建立ニ級鄰居表；在發(fā)起路由請求RREQ中加入鄰居信息及其鄰居穩(wěn)定值，各個轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點根據(jù)ー層和ニ層鄰居差異度決定路由請求的轉(zhuǎn)發(fā)延遲；對于路由回復(fù)RREP則采用廣播的方式，通過評估路由請求轉(zhuǎn)發(fā)時差、一、ニ層鄰居差異度和剰余跳數(shù)來決定是否進行追捕，其具體方法為 1). ニ級鄰居建立方法 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點周期性廣播Hello消息，節(jié)點在收到其它節(jié)點的Hello消息后將該節(jié)點存入自己的一層鄰居表中，并剖析出其攜帯的一層鄰居信息并與自身ー層鄰居相比較，將本節(jié)點沒有而Hello包中有的鄰居放入接收節(jié)點的ニ層鄰居中；在廣播Hello消息期間，任何數(shù)據(jù)的發(fā)送可將下一周期要發(fā)送的Hello消息取消，任意節(jié)點一旦偵聽到某個鄰居節(jié)點所發(fā)出的數(shù)據(jù)，則認(rèn)為該鄰居正常在網(wǎng)； 在節(jié)點建立好ニ級鄰居表后，則開始對ー層鄰居進行穩(wěn)定性評估，一層鄰居需要増加穩(wěn)定值P和鄰居信息偵聽次數(shù)η ;假設(shè)Hello消息周期為Τ，節(jié)點在T時刻內(nèi)偵聽到某個鄰居的信息時η累加I并且認(rèn)為該周期內(nèi)該鄰居在網(wǎng)；假設(shè)經(jīng)過N個周期Τ，節(jié)點在Ν-3個周期內(nèi)偵聽到某鄰居信息，則P= (Ν-3)/Ν ；ρ越接近I標(biāo)明該鄰居約穩(wěn)定，而η/Ν值越大則標(biāo)明該鄰居越繁忙； 2).一層和ニ層鄰居差異度決定路由請求的轉(zhuǎn)發(fā)延遲率具體步驟 源節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)卻沒有到達(dá)目的地址的路徑后，則發(fā)起路由請求包，在節(jié)點收到由上ー節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的路由請求包以后，首先查詢上一節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的路由請求包的鄰居表本節(jié)點穩(wěn)定率決定是否轉(zhuǎn)發(fā)，從而保證路由的穩(wěn)定性，若轉(zhuǎn)發(fā)則再計算ー層鄰居差異度P和ニ層鄰居差異度P加權(quán)值決定轉(zhuǎn)發(fā)延遲;其中，鄰居差異度為 S1 LI — S1 Π SnP =---S1 U S1和S2分別為路由請求中和本節(jié)點中的對應(yīng)層鄰居，P計算方法同P ； RREQ廣播包延時率公式為 Y為調(diào)節(jié)值，該值需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實際情況設(shè)置，P為鄰居差異度； 轉(zhuǎn)發(fā)延時為 ηdelay = μ iT —"N P為路由請求廣播包延時率，T為延時閾值，η/Ν為鄰居擁塞度； ー層鄰居差異度可以理解為節(jié)點的覆蓋范圍的異同，該值越大，說明轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點的廣播可擴散的范圍越大；而ニ級節(jié)點差異度則說明了該節(jié)點在轉(zhuǎn)發(fā)路由請求后的擴散成功率； 在成功轉(zhuǎn)發(fā)路由請求后，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點需要記錄該節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)時刻、轉(zhuǎn)發(fā)后該節(jié)點的剰余跳數(shù)，以及一二層的鄰居差異度，同時建立反向路由以及該路徑的穩(wěn)定率； 3).路由回復(fù)采用廣播的方式，通過評估路由請求轉(zhuǎn)發(fā)時差來決定是否進行追捕的具體步驟 路由回復(fù)包的網(wǎng)絡(luò)層目的地址為反向路由地址，MAC層地址為廣播地址；當(dāng)路由請求廣播到達(dá)含有有到達(dá)目的節(jié)點的路徑的中間結(jié)點或者目的節(jié)點時，該節(jié)點立即廣播路由回復(fù)包，該路由回復(fù)包的主方向為路由請求到達(dá)該節(jié)點的路徑，即反向路由，而反向路由上的節(jié)點收到路由回復(fù)包后需要建立正向路由；路由回復(fù)包的追捕也主要是針對反向路由上的支路，對于非反向路由的節(jié)點在收到路由回復(fù)廣播包后要將追捕標(biāo)志位置一，以表示該包進入追捕模式；此時，對于路由回復(fù)包的處理分為兩種情況 a )對于已經(jīng)收到路由請求包的節(jié)點，需要根據(jù)實際信息綜合評估是否進行追捕該節(jié)點發(fā)出的路由請求，若該節(jié)點是反向路由的一跳節(jié)點，建議立即轉(zhuǎn)發(fā)，此時它的一層鄰居可能在做延遲，對于反向路由上其他節(jié)點，在收到路由回復(fù)追捕包后首先要計算該節(jié)點路由請求的生存時間TTL是否小于源節(jié)點設(shè)置的TTL值的一半來判斷是否值得追捕，然后再根據(jù)路由請求的轉(zhuǎn)發(fā)時刻決定是否轉(zhuǎn)發(fā)路由回復(fù)，如果超過閾值δ ,則不轉(zhuǎn)發(fā)，否則轉(zhuǎn)發(fā)直至追捕到未收到路由請求的節(jié)點；其中，要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模決定δ的值； b)對于未收到路由請求包的節(jié)點，在收到路由回復(fù)包后做記錄防止以后收到轉(zhuǎn)發(fā)的路由請求包； 4).路由維護的具體步驟 當(dāng)路由的某個節(jié)點發(fā)生斷鏈，其維護過程為 若當(dāng)前路由沒有數(shù)據(jù)收發(fā)或者數(shù)據(jù)量不大，則可以通過Hello包進行修復(fù)首先在Hello包中加入路由修復(fù)數(shù)據(jù)，即該路由目的地址和發(fā)現(xiàn)斷鏈的節(jié)點到達(dá)目的節(jié)點的跳數(shù)；當(dāng)其他節(jié)點收到這種類型的Hello包則根據(jù)跳數(shù)決定是否在自己的Hello包加入相關(guān)路由修復(fù)數(shù)據(jù)，一旦某個節(jié)點發(fā)現(xiàn)自己有到達(dá)目的節(jié)點的路由，就更新自己的路由表，并通過Hello包告知發(fā)起路由修復(fù)的節(jié)點；若當(dāng)前路由有數(shù)據(jù)擁塞，進行正常的路由修復(fù)。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于降低無線網(wǎng)絡(luò)整體功耗的基于無線自組網(wǎng)按需距離矢量路由協(xié)議的改進方法，適用于較大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。該方法利用改進的握手周期廣播建立二級鄰居表，并在基于該鄰居表的信息上決定路由請求幀廣播方向及其延遲。同時，通過路由回復(fù)幀廣播來追捕廣播的方式從而達(dá)到抑制路由請求泛洪的效果，利用采用廣播的方式回復(fù)還能選擇出一條最穩(wěn)定的雙向鏈路而不是在某個時刻廣播路由請求的最佳路徑。本發(fā)明利用二級鄰居表和路由回復(fù)追捕廣播結(jié)合鄰居穩(wěn)定性算法來進行協(xié)議的優(yōu)化，從而使得路由開銷和網(wǎng)絡(luò)壽命得到進一步提升。
文檔編號H04W40/02GK102821437SQ20121028682
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月13日
發(fā)明者徐平平, 余自然 申請人:東南大學(xué)