專利名稱：一種基于物聯(lián)網(wǎng)的路由改進(jìn)協(xié)議的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)及自主路由協(xié)議領(lǐng)域，特別涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的路由改進(jìn)協(xié)議。
背景技術(shù)：
隨著傳感器技術(shù)的日益成熟，由具有感知能力、計(jì)算能力和通信能力的微型傳感器為基礎(chǔ)構(gòu)成的物聯(lián)網(wǎng)引起了人們的極大關(guān)注。一般情況下，物聯(lián)網(wǎng)上部署了大量的多種類型傳感器，這些傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測、感知、采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對這些信息進(jìn)行處理再傳送到用戶手中，其每個(gè)傳感器都是一個(gè)信息源，不同類別的傳感器所捕獲的信息內(nèi)容和信息格式不同，在物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)中，移動(dòng)無線自組網(wǎng)絡(luò)(Mobile Ad Hoc Networks)是一種新型的無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中不需要固定通信設(shè)施的支持，通過節(jié)點(diǎn)即可以自由移動(dòng)，因而具有很高的靈活性的優(yōu)點(diǎn)，在移動(dòng)無線自組物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)用中，一個(gè)最主要的網(wǎng)絡(luò)性能約束來自于路徑損耗和多徑衰落。許多移動(dòng)無線自組網(wǎng)路由協(xié)議利用多跳路徑來傳送信息包，因此信息包在一條路徑的成功傳輸概率取決于每一跳的無線信道，在移動(dòng)無線自組物聯(lián)網(wǎng)中，高速的節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)影響鏈路穩(wěn)定性，如引入較大的多普勒擴(kuò)展，就會(huì)導(dǎo)致信道快速變化。路由協(xié)議是通過在路由器之間共享路由信息來支持路由協(xié)議，路由信息在相鄰路由器之間傳遞，確保所有路由器知道到其它路由器的路徑，由于路由協(xié)議能利用基于信道特性的先驗(yàn)知識(shí)預(yù)測的信道狀態(tài)信息(channel state information)來監(jiān)測瞬時(shí)鏈路狀況，因此具體的、及時(shí)的信道質(zhì)量信息的使用能讓我們更加正確的處理路徑可用性漲落，只需對信道行為模式進(jìn)行了解，就可以選擇最好的鏈路來建立新的路徑，或者從就要中斷的連接中切換到信道條件好一些的連接中去。目前物聯(lián)網(wǎng)路由協(xié)議主要使用AOMDV路由協(xié)議，AOMDV協(xié)議使用指定給終端節(jié)點(diǎn)d 序列號(hào)(sequence numbers)來確保從節(jié)點(diǎn)i的一條給定路徑?jīng)]有回路存在，也就是說，每一節(jié)點(diǎn)僅根據(jù)已知的到某一終端節(jié)點(diǎn)最高的序列號(hào)來維持一或多條到此終端節(jié)點(diǎn)的路徑， 此外由于AOMDV協(xié)議使用廣告跳數(shù)的概念來維持有相同序列號(hào)的多條路徑，即對每一終端節(jié)點(diǎn)d每一節(jié)點(diǎn)i維持一個(gè)廣告跳數(shù)Hdi，和序列號(hào)Ndi，節(jié)點(diǎn)i到終端節(jié)點(diǎn)d的廣告跳數(shù)代表了在節(jié)點(diǎn)i處到d的多條路徑的“最大”跳數(shù)，因此AOMDV協(xié)議僅允許接受具有較低跳數(shù)的替代路徑，因此在AOMDV協(xié)議中，雖然緩存了多條路徑，只有當(dāng)前路徑中斷后替代路徑才投入使用，直到中斷被檢測到并且選擇了新的路徑，因此鏈路會(huì)發(fā)生中斷，而鏈路中斷則會(huì)導(dǎo)致包重發(fā)和超時(shí)，在移動(dòng)環(huán)境中，路徑中經(jīng)常性的發(fā)生鏈路中斷，穩(wěn)定性不高，因此需要一種新的協(xié)議。
發(fā)明內(nèi)容
針對以上問題，本發(fā)明對現(xiàn)有AOMDV路由協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)，將物理層的信道狀態(tài)信息引入到路由層，并使用信道平均衰落持續(xù)時(shí)間(average fading duration)作為鏈路穩(wěn)定性的度量，聯(lián)合傳統(tǒng)的跳數(shù)度量來進(jìn)行路徑選擇，從而可極大地提高物聯(lián)網(wǎng)的抗移動(dòng)性能及網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性，為達(dá)此目的，本發(fā)明提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的路由改進(jìn)協(xié)議 所述路由改進(jìn)協(xié)議包括路由探索、路由維護(hù)和路徑切換，
所述路由改進(jìn)協(xié)議路由探索過程為當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)從其鄰近的節(jié)點(diǎn)處接收到路由請求數(shù)據(jù)包RREQ時(shí)，首先估計(jì)此鏈路的鏈路平均衰落持續(xù)時(shí)間，然后，基于上述標(biāo)準(zhǔn)，再?zèng)Q定是否傳遞這個(gè)路由請求數(shù)據(jù)包，并相應(yīng)的更新其路由表，當(dāng)這個(gè)路由請求數(shù)據(jù)包最后到達(dá)終端節(jié)點(diǎn)時(shí)，它包含了沿途參加傳遞的所有節(jié)點(diǎn)的列表，和本條路徑的RFD，此時(shí)RFD和MRFD被添加到沿途傳遞節(jié)點(diǎn)的路由表中； 所述路由探索的路由表結(jié)構(gòu)如下 終端節(jié)點(diǎn)IP地址， 終端節(jié)點(diǎn)序列號(hào)， 廣告跳數(shù)， MRFD，
路徑列表{(下一跳IP地址1，跳數(shù)1，RFDl )， (下一跳IP地址2，跳數(shù)2，RFD2)，……· }， 生存時(shí)間，
路徑切換休眠時(shí)間；
所述MRFD作為成本函數(shù)是介于一個(gè)給定節(jié)點(diǎn)i和終端節(jié)點(diǎn)d的所有RFD的最大值， 即MIiFD ^ ζ一二似f RFDc,，其中蘭敘是節(jié)點(diǎn)土和d所有保存路徑的列表； 所述RFD為對于任一給定路徑的平均衰落持續(xù)時(shí)間LFD，其定義為 "FI) =LFDl，其中h是鏈路的數(shù)量，H是路徑的跳數(shù)；
所述對于任一給定路徑的平均衰落持續(xù)時(shí)間LFD為鏈路的信道平均衰落持續(xù)時(shí)間
AFD ；
所述EAOMDV路由表中的路徑切換休眠時(shí)間項(xiàng)是路徑由于信道衰減應(yīng)置于休眠的時(shí)間長度，為路徑中所有鏈路的AFD的最大值；
所述路由改進(jìn)協(xié)議路由維護(hù)和路徑切換過程如下
先對長度進(jìn)行預(yù)測所述預(yù)測長度閾值的選擇應(yīng)對預(yù)報(bào)誤差提供魯棒性，受物理層預(yù)測的延遲和從路徑切換請求包起始節(jié)點(diǎn)到源節(jié)點(diǎn)的包端對端傳輸延遲的雙重影響，閾值的設(shè)定應(yīng)給路徑切換請求包足夠的時(shí)間，以便路徑切換請求包能在路徑中斷發(fā)生前能被傳送回源節(jié)點(diǎn)，對于路徑切換請求包從節(jié)點(diǎn)j到i的長度，用從節(jié)點(diǎn)j到i的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間進(jìn)行估計(jì)；
根據(jù)鏈接下游節(jié)點(diǎn)所預(yù)測到的鏈路信號(hào)強(qiáng)度與預(yù)測長度閾值進(jìn)行比較確定是否需要激發(fā)路徑切換所述路由改進(jìn)協(xié)議的活動(dòng)路徑中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)監(jiān)視著其鏈接的信道狀態(tài)并對信道進(jìn)行預(yù)測，當(dāng)一個(gè)鏈接的下游節(jié)點(diǎn)預(yù)測到鏈路信號(hào)強(qiáng)度下降到低于閾值時(shí)，路經(jīng)切換機(jī)制被激發(fā)，本協(xié)議將路徑切換到一條質(zhì)量良好的鏈路上去，此時(shí)此節(jié)點(diǎn)生成一個(gè)路經(jīng)切換請求包HREQ發(fā)送給上游節(jié)點(diǎn)，并沿著逆向路由將此包傳遞回源節(jié)點(diǎn)，如果Tk是傳輸范圍，則假定所有節(jié)點(diǎn)此值都相同，并定義R(t)是在t時(shí)刻預(yù)測到的信號(hào)強(qiáng)度，IV是特定閾值， 如果預(yù)測到信號(hào)在、+ Ψ時(shí)刻高于Rth而在、+2 Ψ時(shí)刻低于Rth，即可得到信號(hào)強(qiáng)度在、+ Ψ 時(shí)刻大于IV的節(jié)點(diǎn)的最大運(yùn)動(dòng)速度vmaxT，當(dāng)預(yù)測到衰減的鏈路一端的中間節(jié)點(diǎn)接收到路經(jīng)切換請求包時(shí)，它采用預(yù)測機(jī)制來確認(rèn)本鏈路的衰減狀態(tài)，當(dāng)預(yù)測的衰減被確認(rèn)則繼續(xù)傳遞此路經(jīng)切換請求包，當(dāng)預(yù)測的衰減被否認(rèn)則將此路經(jīng)切換請求包丟棄；
所述路經(jīng)切換請求包包含源節(jié)點(diǎn)IP地址、終端節(jié)點(diǎn)IP地址、源節(jié)點(diǎn)序列號(hào)、衰減指示、AFDjP VmaxT ；
再使用切換表避免重復(fù)發(fā)送HREQ 所述路由改進(jìn)協(xié)議每一節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)本地路徑切換表，路徑切換表每一條目包含源節(jié)點(diǎn)IP地址，源節(jié)點(diǎn)序列號(hào)，終端節(jié)點(diǎn)IP地址，和生存時(shí)間，所述生存時(shí)間用以表明什么時(shí)候本條路徑又能投入使用，其值設(shè)置為通過該節(jié)點(diǎn)到一個(gè)特定的源節(jié)點(diǎn)路徑上所有衰減鏈路的最大AFD值，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)針對于某一源節(jié)點(diǎn)的HREQ時(shí)，它察看自己的路徑切換表來尋找此源節(jié)點(diǎn)相關(guān)的條目，如果條目不存在， 或新收到的HREQ有更長的AFD值，或此條目生存時(shí)間已過期，則路徑切換表就會(huì)被更新，如果此源節(jié)點(diǎn)有有效的條目，并且此條目有與HREQ相同或更高的源節(jié)點(diǎn)序列號(hào)，則此HREQ會(huì)被丟棄；
最后對HREQ進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)非重復(fù)的HREQ時(shí)，它首先檢查其是否有到終端節(jié)點(diǎn)的緩存路徑，如果沒有，它繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)此HREQ，否則，如果其有至少一條到終端節(jié)點(diǎn)的好的緩存路徑，它將此衰減路徑的衰減指示標(biāo)示為休眠狀態(tài)，并將路由表中此路徑條目的路徑切換休眠時(shí)間設(shè)置為HREQ中記錄的AFD值，然后丟棄掉此HREQ，如果當(dāng)前使用的路徑預(yù)測到了衰減，非休眠的通向終端節(jié)點(diǎn)的緩存路徑就可以在鏈路中斷前投入使用，此時(shí)休眠的路徑繼續(xù)保留，以便在衰減結(jié)束后繼續(xù)投入使用。 作為本專利進(jìn)一步改進(jìn)，當(dāng)鏈路的信號(hào)包絡(luò)低于傳輸閾值Rth時(shí)，傳輸不能正常進(jìn)行，移動(dòng)對移動(dòng)信道的信道平均衰落持續(xù)時(shí)間AFD的值是χ，
權(quán)利要求
1. 一種基于物聯(lián)網(wǎng)的路由改進(jìn)協(xié)議，其特征在于 所述路由改進(jìn)協(xié)議包括路由探索、路由維護(hù)和路徑切換，所述路由改進(jìn)協(xié)議路由探索過程為當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)從其鄰近的節(jié)點(diǎn)處接收到路由請求數(shù)據(jù)包RREQ時(shí)，首先估計(jì)此鏈路的鏈路平均衰落持續(xù)時(shí)間，然后，基于上述標(biāo)準(zhǔn)，再?zèng)Q定是否傳遞這個(gè)路由請求數(shù)據(jù)包，并相應(yīng)的更新其路由表，當(dāng)這個(gè)路由請求數(shù)據(jù)包最后到達(dá)終端節(jié)點(diǎn)時(shí)，它包含了沿途參加傳遞的所有節(jié)點(diǎn)的列表，和本條路徑的RFD，此時(shí)RFD和MRFD被添加到沿途傳遞節(jié)點(diǎn)的路由表中； 所述路由探索的路由表結(jié)構(gòu)如下 終端節(jié)點(diǎn)IP地址， 終端節(jié)點(diǎn)序列號(hào)， 廣告跳數(shù)， MRFD，路徑列表{(下一跳IP地址1，跳數(shù)1，RFDl )， (下一跳IP地址2，跳數(shù)2，RFD2)，……· }， 生存時(shí)間，路徑切換休眠時(shí)間；所述MRFD作為成本函數(shù)是介于一個(gè)給定節(jié)點(diǎn)i和終端節(jié)點(diǎn)d的所有RFD的最大值， 即ΜΕΠ)盒^m^^EFD,.，其中^紅^是節(jié)點(diǎn)土和d所有保存路徑的列表；所述RFD為對于任一給定路徑的平均衰落持續(xù)時(shí)間LFD，其定義為 liFD 4 ^} iiih·,其中h是鏈路的數(shù)量，H是路徑的跳數(shù)；所述對于任一給定路徑的平均衰落持續(xù)時(shí)間LFD為鏈路的信道平均衰落持續(xù)時(shí)間AFD ；所述EAOMDV路由表中的路徑切換休眠時(shí)間項(xiàng)是路徑由于信道衰減應(yīng)置于休眠的時(shí)間長度，為路徑中所有鏈路的AFD的最大值；所述路由改進(jìn)協(xié)議路由維護(hù)和路徑切換過程如下先對長度進(jìn)行預(yù)測所述預(yù)測長度閾值的選擇應(yīng)對預(yù)報(bào)誤差提供魯棒性，受物理層預(yù)測的延遲和從路徑切換請求包起始節(jié)點(diǎn)到源節(jié)點(diǎn)的包端對端傳輸延遲的雙重影響，閾值的設(shè)定應(yīng)給路徑切換請求包足夠的時(shí)間，以便路徑切換請求包能在路徑中斷發(fā)生前能被傳送回源節(jié)點(diǎn)，對于路徑切換請求包從節(jié)點(diǎn)j到i的長度，用從節(jié)點(diǎn)j到i的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間進(jìn)行估計(jì)；根據(jù)鏈接下游節(jié)點(diǎn)所預(yù)測到的鏈路信號(hào)強(qiáng)度與預(yù)測長度閾值進(jìn)行比較確定是否需要激發(fā)路徑切換所述路由改進(jìn)協(xié)議的活動(dòng)路徑中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)監(jiān)視著其鏈接的信道狀態(tài)并對信道進(jìn)行預(yù)測，當(dāng)一個(gè)鏈接的下游節(jié)點(diǎn)預(yù)測到鏈路信號(hào)強(qiáng)度下降到低于閾值時(shí)，路經(jīng)切換機(jī)制被激發(fā)，本協(xié)議將路徑切換到一條質(zhì)量良好的鏈路上去，此時(shí)此節(jié)點(diǎn)生成一個(gè)路經(jīng)切換請求包HREQ發(fā)送給上游節(jié)點(diǎn)，并沿著逆向路由將此包傳遞回源節(jié)點(diǎn)，如果Tk是傳輸范圍，則假定所有節(jié)點(diǎn)此值都相同，并定義R(t)是在t時(shí)刻預(yù)測到的信號(hào)強(qiáng)度，IV是特定閾值， 如果預(yù)測到信號(hào)在、+ Ψ時(shí)刻高于Rth而在、+2 Ψ時(shí)刻低于Rth，即可得到信號(hào)強(qiáng)度在、+ Ψ時(shí)刻大于IV的節(jié)點(diǎn)的最大運(yùn)動(dòng)速度vmaxT，當(dāng)預(yù)測到衰減的鏈路一端的中間節(jié)點(diǎn)接收到路經(jīng)切換請求包時(shí)，它采用預(yù)測機(jī)制來確認(rèn)本鏈路的衰減狀態(tài)，當(dāng)預(yù)測的衰減被確認(rèn)則繼續(xù)傳遞此路經(jīng)切換請求包，當(dāng)預(yù)測的衰減被否認(rèn)則將此路經(jīng)切換請求包丟棄；所述路經(jīng)切換請求包包含源節(jié)點(diǎn)IP地址、終端節(jié)點(diǎn)IP地址、源節(jié)點(diǎn)序列號(hào)、衰減指示、AFDjn VmaxT ；再使用切換表避免重復(fù)發(fā)送HREQ 所述路由改進(jìn)協(xié)議每一節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)本地路徑切換表，路徑切換表每一條目包含源節(jié)點(diǎn)IP地址，源節(jié)點(diǎn)序列號(hào)，終端節(jié)點(diǎn)IP地址，和生存時(shí)間，所述生存時(shí)間用以表明什么時(shí)候本條路徑又能投入使用，其值設(shè)置為通過該節(jié)點(diǎn)到一個(gè)特定的源節(jié)點(diǎn)路徑上所有衰減鏈路的最大AFD值，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)針對于某一源節(jié)點(diǎn)的HREQ時(shí)，它察看自己的路徑切換表來尋找此源節(jié)點(diǎn)相關(guān)的條目，如果條目不存在， 或新收到的HREQ有更長的AFD值，或此條目生存時(shí)間已過期，則路徑切換表就會(huì)被更新，如果此源節(jié)點(diǎn)有有效的條目，并且此條目有與HREQ相同或更高的源節(jié)點(diǎn)序列號(hào)，則此HREQ會(huì)被丟棄；最后對HREQ進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)非重復(fù)的HREQ時(shí)，它首先檢查其是否有到終端節(jié)點(diǎn)的緩存路徑，如果沒有，它繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)此HREQ，否則，如果其有一條或多條到終端節(jié)點(diǎn)的好的緩存路徑，它將此衰減路徑的衰減指示標(biāo)示為休眠狀態(tài)，并將路由表中此路徑條目的路徑切換休眠時(shí)間設(shè)置為HREQ中記錄的AFD值，然后丟棄掉此HREQ，如果當(dāng)前使用的路徑預(yù)測到了衰減，非休眠的通向終端節(jié)點(diǎn)的緩存路徑就可以在鏈路中斷前投入使用，此時(shí)休眠的路徑繼續(xù)保留，以便在衰減結(jié)束后繼續(xù)投入使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的路由改進(jìn)協(xié)議，其特征在于當(dāng)鏈路的信號(hào)包絡(luò)低于傳輸閾值I^th時(shí)，傳輸不能正常進(jìn)行，移動(dòng)對移動(dòng)信道的信道平均衰落持續(xù)時(shí)間AFD的值是Λ，其中ρ =Rth / Rrms, ( U =是傳輸閾值與接收信號(hào)均方根功率的比值， fT = f0vT / c是傳輸節(jié)點(diǎn)的最大多普勒頻移，c χ 1 O 8, μ =vE / ντ是接收節(jié)點(diǎn)速度相對于傳輸節(jié)點(diǎn)速度的比值，νΕ和ντ分別是接收節(jié)點(diǎn)及傳輸節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的路由改進(jìn)協(xié)議，其特征在于所述信道預(yù)測采用計(jì)算最小均方誤差的方式來進(jìn)行預(yù)測，具體運(yùn)算如下，假設(shè)在離散時(shí)間間隔η 內(nèi)以前接收到的用于信號(hào)預(yù)測的值的個(gè)數(shù)是Μ，.Η + /·丨是接收信號(hào)強(qiáng)度—r( .+ 在離散時(shí)間η + L·的線性最小均方誤差預(yù)期，且定義其中Ri.,.是i-與χ的1 χ M交互相關(guān)向量
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的路由改進(jìn)協(xié)議，其特征在于 當(dāng)任何時(shí)候節(jié)點(diǎn)接收到路由廣告時(shí)，路由更新程序開始啟用，對于一條有效路徑上的相鄰節(jié)點(diǎn)i和j的更新算法如下，
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的路由改進(jìn)協(xié)議包括路由探索、路由維護(hù)和路徑切換，通過對現(xiàn)有AOMDV路由協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)，將物理層的信道狀態(tài)信息引入到路由層，并使用信道平均衰落持續(xù)時(shí)間作為鏈路穩(wěn)定性的度量，聯(lián)合傳統(tǒng)的跳數(shù)度量來進(jìn)行路徑選擇，從而可避免不必要的路由探索，此外本方案集成了路徑切換機(jī)制來避免不必要的由于新的路由探索過程導(dǎo)致的路由控制開銷，如果預(yù)測到某條當(dāng)前正在使用的路徑即將發(fā)生中斷，則路徑切換機(jī)制立即投入工作，當(dāng)某條路徑信道狀況許可時(shí)，它們可以投入使用，而不是一有信道衰減就簡單的把它們丟棄掉，這樣就大大提高了信息的使用效率，因此總體的效果由于使用了此路由決策，因而更加穩(wěn)定。
文檔編號(hào)H04W40/04GK102281609SQ201110246960
公開日2011年12月14日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者陳曉芹 申請人:江蘇合成物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司