專利名稱：一種基于定向天線的無線網(wǎng)絡(luò)路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線網(wǎng)絡(luò)路由方法，特別是涉及一種基于定向天線的無線網(wǎng)絡(luò)路由方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
定向天線在無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用將極大地提高無線通信特別是軍事通信網(wǎng)絡(luò)中的保密性、增加通信距離、提高網(wǎng)絡(luò)的空間利用率、提高網(wǎng)絡(luò)容量等，這些優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)使其成為目前無線通信產(chǎn)學(xué)研，特別是在軍事通信應(yīng)用領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)之一。但是應(yīng)該注意的是，引入定向天線帶來的上述優(yōu)點(diǎn)是以網(wǎng)絡(luò)整體機(jī)動(dòng)性下降為代價(jià)的，而網(wǎng)絡(luò)機(jī)動(dòng)性的下降將大大降低網(wǎng)絡(luò)信息的擴(kuò)散效率，比如路由鏈接信息、路由建立與維護(hù)信息以及面向業(yè)務(wù)的路由服務(wù)質(zhì)量保證信息的擴(kuò)散；降低路由算法的收斂速率；減弱網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性以及QoS(服務(wù)質(zhì)量)保證等，這些問題已經(jīng)成為目前無線通信產(chǎn)學(xué)研需要重點(diǎn)攻克的難題。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，R. R. Choudhury等人以及H. Gossain等人分別于 2005年在Elsevier旗下的《Ad Hoc Networks (自組織網(wǎng)絡(luò))》期刊第3卷第157頁到173 頁和 2006年 12 月在《IEEE TRANSACTIONS ON PARALLEL AND DISTRIBUTED SYSTEMS (IEEE 并行與分布式系統(tǒng)學(xué)報(bào))》第17卷第1438頁到1451頁發(fā)表了題為“Performance of ad hoc routing using directional antennas (使用定向天線的自組織網(wǎng)絡(luò)路由性能)”與“DRP : An Efficient Directional Routing Protocol for Mobile Ad Hoc Networks (一禾中移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的有效定向路由協(xié)議)”的文章。這些文章都基于Dynamic Source Routing(DSR) 協(xié)議，提出了面向定向天線網(wǎng)絡(luò)的定向路由協(xié)議。但文章都沒有去深入探究如何提高基于定向發(fā)送定向接收模式下的機(jī)動(dòng)受限問題，同時(shí)文章提出的路由機(jī)制也沒有考慮面向業(yè)務(wù)流的實(shí)際需求，而這些正是我們實(shí)際應(yīng)用過程中所迫切需要解決的問題。經(jīng)檢索還發(fā)現(xiàn)，于全和吳克軍在2008年通信學(xué)報(bào)第29卷第8期上發(fā)表了題為“采用方向性天線的ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究”的文章，提出一種采用方向性天線的ad hoc網(wǎng)絡(luò)位置信息輔助的按需距離矢量路由協(xié)議，通過結(jié)合泛洪、受限泛洪、路由壓縮、位置信息修正的貪婪轉(zhuǎn)發(fā)策略以及分區(qū)橋接策略提高了路由發(fā)現(xiàn)效率，但文章假定系統(tǒng)采用定向和全向兩種天線模式，與定發(fā)定收的天線模式相比，文章中采用的天線模型將大大影響定向天線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)容量、網(wǎng)絡(luò)通信距離，也降低了網(wǎng)絡(luò)的保密性。此外，經(jīng)檢索還發(fā)現(xiàn)，I.Jawhar 等人在 2010 年《IEEE TRANSACTIONS ON PARALLEL AND DISTRIBUTED SYSTEMS (IEEE并行與分布式系統(tǒng)學(xué)報(bào))》第21卷第1240頁到1253頁發(fā)表了題為"Resource Scheduling in Wireless Networks Using Directional Antennas，， 的文章。該文章為基于定向天線的時(shí)分復(fù)用移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的QoS路由協(xié)議提出了一種帶寬預(yù)約機(jī)制。因?yàn)槲恼聜?cè)重QoS路由協(xié)議中的定向預(yù)約方法，所以也沒有考慮定向天線網(wǎng)絡(luò)中的機(jī)動(dòng)受限問題。綜上所述，現(xiàn)在提出的基于定向天線的通信網(wǎng)絡(luò)路由機(jī)制中，或沒有提供定向天線網(wǎng)絡(luò)中機(jī)動(dòng)受限問題的解決方案，或通過增加全向通信模式直接回避了這個(gè)關(guān)鍵問題，
4或忽視了實(shí)際應(yīng)用中多業(yè)務(wù)流對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化與有效利用等。這些都影響了該熱點(diǎn)方向在產(chǎn)學(xué)研各方面的進(jìn)展，也迫切需要聯(lián)合這些角度為定向天線在無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用提供解決方案。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種基于定向天線的無線網(wǎng)絡(luò)路由方法，該方法充分考慮了源節(jié)點(diǎn)的按需通信業(yè)務(wù)對(duì)于鏈路QoS的需求，并且在路由的建立過程中對(duì)節(jié)點(diǎn)引入了級(jí)別的概念，采用分布式處理方法，通過中間節(jié)點(diǎn)的快速有條件轉(zhuǎn)發(fā)，目的節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)決策，最終建立了一條自適應(yīng)分布式QoS路由。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案通過引入節(jié)點(diǎn)級(jí)別設(shè)置消除路徑擴(kuò)散的回路，保證路徑請(qǐng)求報(bào)文快速擴(kuò)散到目的節(jié)點(diǎn)；在路徑回復(fù)的反向回饋過程中，通過目的節(jié)點(diǎn)制定最佳路由決策，避免了由源節(jié)點(diǎn)做決策情況下各鏈路進(jìn)行路徑請(qǐng)求回饋造成的定向延遲；為了減少節(jié)點(diǎn)定向通信引入的掃描延遲，在路徑請(qǐng)求回復(fù)和后向回饋過程中， 通過中間節(jié)點(diǎn)記錄的與下一跳節(jié)點(diǎn)的通信方位角，及時(shí)有效地建立通信鏈接。本發(fā)明方法基于如下計(jì)算公式及條件。公式一，延遲累積量計(jì)算數(shù)據(jù)包在已經(jīng)建立好的路徑上傳輸時(shí)，延遲主要有四部分處理延遲、排隊(duì)延遲、 傳輸延遲以及傳播延遲。由于微電子工業(yè)的發(fā)展，信號(hào)處理速度的提高，處理延遲、排隊(duì)延遲相比傳輸延遲都已很小。另外，傳播延遲也可以忽略。因此，這里只考慮傳輸延遲。一條鏈路上的傳輸總延遲主要由當(dāng)前業(yè)務(wù)流的數(shù)據(jù)量大小以及節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送率決定，其大小等于鏈路上所有節(jié)點(diǎn)對(duì)該數(shù)據(jù)量的傳輸延遲的疊加。設(shè)節(jié)點(diǎn)A接收到上一節(jié)點(diǎn)發(fā)來的 RREQ(路由請(qǐng)求包)，此包中包含欲發(fā)送的數(shù)據(jù)量大小以及該鏈路上此前的節(jié)點(diǎn)所需的傳輸延遲的疊加，記為Delay (延遲)累積量。且設(shè)節(jié)點(diǎn)A的數(shù)據(jù)率為扎，則
待發(fā)送的業(yè)務(wù)流數(shù)據(jù)量大小
新的Delay累積量=Delay累積量+^條件一鏈路帶寬條件設(shè)A有鄰居節(jié)點(diǎn)B，且AB之間鏈路帶寬為BWa, b，該參數(shù)可以通過該節(jié)點(diǎn)對(duì)此前多次通信的信道情況做出估計(jì)。設(shè)BWmin表示源節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)對(duì)鏈路所需最低帶寬要求，若BWa, B ^ Bfffflin則表示滿足條件一，否則表示不滿足條件一。條件二時(shí)延累積量條件接收到路由請(qǐng)求包RREQ的節(jié)點(diǎn)A通過公式一計(jì)算出新的Delay累積量，設(shè) Delaymax表示源節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)對(duì)鏈路所能忍受的最大時(shí)延要求。如果新的Delay 累積量彡 Delaymax則表示滿足條件二，否則表示不滿足條件二。條件三級(jí)別條件為提高路由發(fā)現(xiàn)過程中信息擴(kuò)散的效率，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源，特別是保證信息的前向擴(kuò)散速率，盡可能地減少定向天線網(wǎng)絡(luò)的機(jī)動(dòng)受限問題對(duì)路由信息擴(kuò)散的影響，該路由方
5法在路由發(fā)現(xiàn)過程中動(dòng)態(tài)地對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)設(shè)置級(jí)別，任何節(jié)點(diǎn)只接收并轉(zhuǎn)發(fā)來自比它級(jí)別低或相同的節(jié)點(diǎn)的路由信息。級(jí)別設(shè)置規(guī)則如下設(shè)發(fā)起業(yè)務(wù)路由請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)的初始級(jí)別為0，任何接收到路徑請(qǐng)求的節(jié)點(diǎn)根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑請(qǐng)求的上一跳節(jié)點(diǎn)的級(jí)數(shù)進(jìn)行加1。假設(shè)節(jié)點(diǎn)B接收到來自節(jié)點(diǎn)A的路由請(qǐng)求包RREQ時(shí)，設(shè)節(jié)點(diǎn)B的節(jié)點(diǎn)級(jí)別為m，節(jié)點(diǎn)A的級(jí)別為 η,若m 彡 η 或 m = inf則表示滿足條件三，否則表示不滿足條件三。條件四中間節(jié)點(diǎn)鏈路帶寬及Delay累積量過濾條件由于節(jié)點(diǎn)定發(fā)定收的通信模式，在一次路由發(fā)起過程中，同一節(jié)點(diǎn)可能會(huì)在不同時(shí)間點(diǎn)接收到同一個(gè)源節(jié)點(diǎn)發(fā)出經(jīng)過不同鏈路的多個(gè)路徑請(qǐng)求報(bào)文。為了盡量減小網(wǎng)絡(luò)中路徑請(qǐng)求報(bào)文的定向洪泛同時(shí)也盡可能地選取最佳QoS(服務(wù)質(zhì)量)路由，需要對(duì)中間節(jié)點(diǎn)是否轉(zhuǎn)發(fā)收到的路徑請(qǐng)求報(bào)文設(shè)置一定的判定標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)一個(gè)新的路徑請(qǐng)求報(bào)文經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)時(shí)，記該路徑請(qǐng)求報(bào)文顯示本鏈路上的最小帶寬為BW1、Delay累積量為Delayl，而此前記錄的經(jīng)過該中間節(jié)點(diǎn)的所有鏈路中的最小帶寬及Delay累積量設(shè)為BW2和Delay2。本方法以延遲為首要約束條件，但是當(dāng)Delay累積量只是稍大而帶寬條件卻更好得多時(shí)，我們同樣允許Delay累積量稍大的鏈路通過。因此，首先判斷兩個(gè)Delay累積量是否滿足只相差在一定小的范圍ξ內(nèi)，即Delayl-Delay2< ξ是否成立。再判斷其最小帶寬是否相差是否已經(jīng)超出范圍η之外，即再判斷BW1_BW2> η是否成立，若兩個(gè)不等式都成立，表示滿足條件四，否則表示不滿足條件四。本發(fā)明提供一種基于定向天線的無線網(wǎng)絡(luò)路由方法，該方法為自適應(yīng)QoS路由方法，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)的鄰居范圍內(nèi)，所有節(jié)點(diǎn)通過隨機(jī)掃描的方式與鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定向通信，具體包括以下步驟第一步，源節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的業(yè)務(wù)需求提出其路由鏈路帶寬最低要求BWmin、延遲最大容忍度Delaymax、Delay累積量相差門限ξ及帶寬相差門限η，轉(zhuǎn)下步;第二步，源節(jié)點(diǎn)檢查自己的鄰居節(jié)點(diǎn)ID表，檢查其欲發(fā)送數(shù)據(jù)的目的節(jié)點(diǎn)是否在其鄰居節(jié)點(diǎn)ID表中。若目的節(jié)點(diǎn)在其鄰居節(jié)點(diǎn)表中，且其與目的節(jié)點(diǎn)的鏈路條件滿足條件一，則源節(jié)點(diǎn)可以直接通過發(fā)送一跳路徑請(qǐng)求與目的節(jié)點(diǎn)建立鏈接。若目的節(jié)點(diǎn)不在其鄰居節(jié)點(diǎn)表中或者兩者之間的直接鏈路不滿足條件一要求，則轉(zhuǎn)到下一步；第三步，源節(jié)點(diǎn)首先將自己的路由級(jí)別設(shè)置為0級(jí)，將業(yè)務(wù)延遲Delay累積量賦初值0，轉(zhuǎn)下一步；第四步，根據(jù)自身ID號(hào)(作為發(fā)送路徑請(qǐng)求包的節(jié)點(diǎn)ID號(hào))形成的最原始鏈路 ID鏈、目的節(jié)點(diǎn)ID號(hào)、源節(jié)點(diǎn)ID號(hào)(此時(shí)即為自身ID號(hào))、自身級(jí)別、待發(fā)數(shù)據(jù)量大小、并通過公式一計(jì)算新的Delay累積量、BWmin，同時(shí)連同Delaymax、Delay累積量相差門限ξ及帶寬相差門限n封裝成路由請(qǐng)求幀RREQ，也為該RREQ賦予一個(gè)唯一的ID號(hào)包含在幀中，
轉(zhuǎn)下一步；第五步，源節(jié)點(diǎn)分析其與它的每一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)間的鏈路帶寬BW是否滿足條件一， 若滿足，則在該RREQ幀中裝入源節(jié)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)鄰居節(jié)點(diǎn)間的鏈路帶寬(作為該對(duì)應(yīng)鏈路的初始最小帶寬)，發(fā)送給該對(duì)應(yīng)鄰居節(jié)點(diǎn)，并記錄與該鄰居節(jié)點(diǎn)定向通信的方位角(以便只在這些方向上偵聽路由回復(fù)信號(hào)RREP以提高機(jī)動(dòng)性)，轉(zhuǎn)下一步；
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第六步，收到RREQ的中間節(jié)點(diǎn)首先記錄RREQ包的發(fā)送節(jié)點(diǎn)ID、包中包含的RREQ 包ID號(hào)、該RREQ包所經(jīng)鏈路節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)ID鏈、Delay累積量以及該鏈路上的最小帶寬、ξ、 η、Bffmin以及Delaymax，然后檢查此RREQ中目的節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)與自身ID號(hào)比較，若相同，轉(zhuǎn)向第十三步，若不相同，轉(zhuǎn)向下一步；第七步，該中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)第六步所記錄的該RREQ所經(jīng)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)ID鏈表中是否已經(jīng)含有自己，即判斷自己是否已經(jīng)存在于該鏈路中。若已含有自身，則直接轉(zhuǎn)到第十二步，若沒有轉(zhuǎn)到下一步；第八步，節(jié)點(diǎn)將該包中的Delay累積量及鏈路最小帶寬值與已經(jīng)收到過的最佳鏈路條件的RREQ包的相應(yīng)值進(jìn)行比較，若兩個(gè)指標(biāo)滿足條件四，就轉(zhuǎn)到下一步，若不滿足，則直接轉(zhuǎn)到第十二步。第九步，該中間節(jié)點(diǎn)將RREQ中標(biāo)記的轉(zhuǎn)發(fā)此RREQ幀的節(jié)點(diǎn)級(jí)別(設(shè)為i)與自己的級(jí)別號(hào)進(jìn)行比較，若滿足條件三，則將自己的級(jí)別重新設(shè)置為i+Ι，并將自己的上一級(jí)節(jié)點(diǎn)設(shè)置為此RREQ的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，且轉(zhuǎn)向下一步，若不滿足條件三，則轉(zhuǎn)向第十二步；第十步，根據(jù)公式一計(jì)算新的Delay累積量，若新的Delay累積量滿足條件二，轉(zhuǎn)向下一步，否則轉(zhuǎn)向第十二步；第十一步，該中間節(jié)點(diǎn)將自身ID加入鏈路ID鏈、從收到的RREQ中提取的源節(jié)點(diǎn)ID、目的節(jié)點(diǎn)ID、RREQ的請(qǐng)求ID、自己現(xiàn)有的級(jí)別、數(shù)據(jù)量大小、根據(jù)公式一計(jì)算的新的 Delay累積量、ξ、η、Bffmin及Delaymax形成RREQ發(fā)送給滿足條件一的鄰居節(jié)點(diǎn)，并在對(duì)應(yīng)包中將最小鏈路帶寬與對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)鏈路帶寬相比，將小者替換成鏈路最小帶寬封裝在包中。 再進(jìn)入第六步進(jìn)行循環(huán)，中間節(jié)點(diǎn)每向鄰居節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)一次路徑請(qǐng)求報(bào)文RREQ，將記錄下其與鄰居節(jié)點(diǎn)通信的方位角。若該中間節(jié)點(diǎn)只有發(fā)送該RREQ的節(jié)點(diǎn)這一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)，那么進(jìn)入下一步；第十二步，該中間節(jié)點(diǎn)將RREQ包丟棄，并不做任何轉(zhuǎn)發(fā)，且刪除第六步中已記錄的相關(guān)信息；第十三步，由于RREQ中的目的節(jié)點(diǎn)ID號(hào)與自身相同，故該節(jié)點(diǎn)就是目的節(jié)點(diǎn)。目的節(jié)點(diǎn)自收到第一條RREQ時(shí)開始最優(yōu)路由選擇計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，在該計(jì)時(shí)器減小到0后，選擇該時(shí)間內(nèi)所有到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的鏈路中按條件四選擇時(shí)延和帶寬最好的一條路徑作為當(dāng)前的路由請(qǐng)求響應(yīng)路徑。此時(shí)目的節(jié)點(diǎn)將從該路徑請(qǐng)求報(bào)文中提取出來的鏈路節(jié)點(diǎn)ID信息裝入路由回復(fù)幀RREP中，并利用節(jié)點(diǎn)記錄的通信方位角定向發(fā)送給鏈路節(jié)點(diǎn)信息中的上一節(jié)占.
y \\\ 9第十四步，收到RREP的節(jié)點(diǎn)首先對(duì)比自身ID與RREP中的源節(jié)點(diǎn)ID，若相同，則代表鏈路建立成功，若不相同，則再按該RREP中的鏈路節(jié)點(diǎn)ID信息向其上一節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)該RREP 信號(hào)。最終RREP被轉(zhuǎn)發(fā)回源節(jié)點(diǎn)，此時(shí)路由鏈路建立成功。本發(fā)明上述步驟中其中，源節(jié)點(diǎn)根據(jù)其業(yè)務(wù)需求提出其鏈路帶寬要求以及端到端傳輸時(shí)延要求。其中，節(jié)點(diǎn)在向其鄰居節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)路由請(qǐng)求包時(shí)，首先判斷其與鄰居節(jié)點(diǎn)之間的鏈路是否滿足源節(jié)點(diǎn)提出的鏈路帶寬要求，滿足鏈路帶寬要求的才向其轉(zhuǎn)發(fā)路由請(qǐng)求包 RREQ0其中，所述的路由請(qǐng)求報(bào)文幀包含了目的節(jié)點(diǎn)ID、當(dāng)前中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)ID、自身級(jí)別、數(shù)
7據(jù)量大小、該候選鏈路的當(dāng)前Delay累積量、源節(jié)點(diǎn)要求的鏈路最小帶寬BWmin及鏈路最大時(shí)延 Delaymax。其中，中間節(jié)點(diǎn)在收到上一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)來的RREQ后，根據(jù)該候選鏈路現(xiàn)有的Delay 累積量、業(yè)務(wù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大小以及節(jié)點(diǎn)本身的發(fā)送數(shù)據(jù)率通過公式一計(jì)算出該候選鏈路現(xiàn)有的更新Delay累積量。其中，候選鏈路上的中間節(jié)點(diǎn)在計(jì)算出到該節(jié)點(diǎn)的Delay累積量后，首先判斷此 Delay累積量是否能夠滿足源節(jié)點(diǎn)提出的鏈路質(zhì)量的時(shí)延要求，若此時(shí)的Delay累積量已經(jīng)大于源節(jié)點(diǎn)要求的最大端到端時(shí)延，表明此候選鏈路一定不能滿足源節(jié)點(diǎn)提出的時(shí)延要求，則該節(jié)點(diǎn)就不再轉(zhuǎn)發(fā)此RREQ ；只有當(dāng)現(xiàn)有Delay累積量小于源節(jié)點(diǎn)提出的最大時(shí)延要求時(shí)，該節(jié)點(diǎn)才可能轉(zhuǎn)發(fā)RREQ包。其中，對(duì)于候選鏈路上的中間節(jié)點(diǎn)，必須充分聯(lián)合考慮Delay累積量及鏈路帶寬， 若兩條鏈路Delay累積量相差不大，而Delay累積量稍大的鏈路其鏈路上的最小帶寬比前一條鏈路好很多時(shí)，中間節(jié)點(diǎn)仍然轉(zhuǎn)發(fā)該RREQ包。其中，在RREQ的前向擴(kuò)散過程中，節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)RREQ后記錄其與轉(zhuǎn)發(fā)目的節(jié)點(diǎn)的天線方向角，在RREP的回復(fù)過程中，節(jié)點(diǎn)只在這些方向上偵聽RREP信號(hào)。其中，對(duì)于鏈路上各節(jié)點(diǎn)都設(shè)置相應(yīng)的級(jí)別；每個(gè)節(jié)點(diǎn)只轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)別數(shù)小于或等于其自身級(jí)別數(shù)的RREQ包。其中，最優(yōu)路徑的選擇權(quán)交給了目的節(jié)點(diǎn)；目的節(jié)點(diǎn)根據(jù)一定時(shí)間內(nèi)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的有效鏈路選擇一條Delay時(shí)延最小的鏈路。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果首先，該路由方法通過由源節(jié)點(diǎn)按需地發(fā)起路徑請(qǐng)求、中間節(jié)點(diǎn)按序有條件快速轉(zhuǎn)發(fā)、目的節(jié)點(diǎn)做出最佳路由決策的協(xié)作方式，使得建立起來的路由方法具有分布式自適應(yīng)特性。同時(shí)由目的節(jié)點(diǎn)參與路由決策的機(jī)制也減少了源節(jié)點(diǎn)的工作負(fù)擔(dān)，也最大程度地減少了由于網(wǎng)絡(luò)機(jī)動(dòng)受限給定向路由發(fā)現(xiàn)和維護(hù)過程中信息反向擴(kuò)散帶來的阻礙。其次，該路由方法的定向路由建立過程中充分考慮了源節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)對(duì)于QoS的需求，具有更強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用推廣價(jià)值。再次，路由的建立過程中對(duì)節(jié)點(diǎn)引入級(jí)別的概念，這樣就很大程度上減少了路由建立過程中路徑請(qǐng)求、路徑回復(fù)等控制信號(hào)的洪泛，也最大程度地保證了路由請(qǐng)求信息的快速前向擴(kuò)散，從路由發(fā)起的前向擴(kuò)散角度減少了網(wǎng)絡(luò)機(jī)動(dòng)受限給定向路由發(fā)現(xiàn)和維護(hù)過程中帶來的阻礙。
圖1為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖2為鏈路樹形結(jié)構(gòu)圖。圖3為中間節(jié)點(diǎn)收到RREQ后節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)處理流程圖。圖4為全局路由發(fā)現(xiàn)過程流程圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征與達(dá)成目的易于明白理解，以下結(jié)合具體實(shí)
8施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。 本實(shí)施例采用圖1所示的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，圖2為鏈路樹形結(jié)構(gòu)圖。圖1中網(wǎng)絡(luò)共有11 個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中節(jié)點(diǎn)S為源節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)D為目的節(jié)點(diǎn)。設(shè)各節(jié)點(diǎn)的參數(shù)如下表所示，并且這里設(shè)定帶寬和Delay累積量過濾門限分別為η = 2，ξ = 10。
權(quán)利要求
1. 一種基于定向天線的無線網(wǎng)絡(luò)路由方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 第一步，源節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的業(yè)務(wù)需求提出其路由鏈路帶寬最低要求BWmin、延遲最大容忍度Delaymax、Delay累積量相差門限ξ及帶寬相差門限η，轉(zhuǎn)下步;第二步，源節(jié)點(diǎn)檢查自己的鄰居節(jié)點(diǎn)ID表，檢查其欲發(fā)送數(shù)據(jù)的目的節(jié)點(diǎn)是否在其鄰居節(jié)點(diǎn)ID表中；若目的節(jié)點(diǎn)在其鄰居節(jié)點(diǎn)表中，且其與目的節(jié)點(diǎn)的鏈路條件滿足“鏈路帶寬條件”，則源節(jié)點(diǎn)可以直接通過發(fā)送一跳路徑請(qǐng)求與目的節(jié)點(diǎn)建立鏈接；若目的節(jié)點(diǎn)不在其鄰居節(jié)點(diǎn)表中或者兩者之間的直接鏈路不滿足“鏈路帶寬條件”要求，則轉(zhuǎn)到下一步；第三步，源節(jié)點(diǎn)首先將自己的路由級(jí)別設(shè)置為0級(jí)，將業(yè)務(wù)延遲Delay累積量賦初值0， 轉(zhuǎn)下一步；第四步，源節(jié)點(diǎn)封裝形成RREQ，轉(zhuǎn)下一步；第五步，源節(jié)點(diǎn)將RREQ發(fā)送給滿足“鏈路帶寬條件”的鄰居節(jié)點(diǎn)，并記錄與鄰居節(jié)點(diǎn)定向通信的方位角，轉(zhuǎn)下一步；第六步，收到RREQ的中間節(jié)點(diǎn)首先記錄RREQ包中相關(guān)信息，然后檢查自身是否是目的節(jié)點(diǎn)，若是，轉(zhuǎn)向第十三步，若不是，轉(zhuǎn)向下一步；第七步，該中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)第六步所記錄的該RREQ所經(jīng)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)ID鏈中是否已經(jīng)含有自己，即判斷自己是否已經(jīng)存在于該鏈路中；若已含有自身，則直接轉(zhuǎn)到第十二步，若沒有轉(zhuǎn)到下一步；第八步，節(jié)點(diǎn)將該包中的Delay累積量及鏈路最小帶寬值與已經(jīng)收到過的最佳鏈路條件的RREQ包的相應(yīng)值進(jìn)行比較，若兩個(gè)指標(biāo)滿足“中間節(jié)點(diǎn)鏈路帶寬及Delay累積量過濾條件”，就轉(zhuǎn)到下一步，若不滿足，則直接轉(zhuǎn)到第十二步；第九步，該中間節(jié)點(diǎn)將RREQ中標(biāo)記的轉(zhuǎn)發(fā)此RREQ幀的節(jié)點(diǎn)級(jí)別與自己的級(jí)別號(hào)進(jìn)行比較，所述節(jié)點(diǎn)級(jí)別設(shè)為i，若滿足“級(jí)別條件”，則將自己的級(jí)別重新設(shè)置為i+Ι，并將自己的上一級(jí)節(jié)點(diǎn)設(shè)置為此RREQ的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，且轉(zhuǎn)向下一步，若不滿足“級(jí)別條件”，則轉(zhuǎn)向第I 一止卞一少；第十步，根據(jù)延遲累積量計(jì)算公式計(jì)算新的Delay累積量，若新的Delay累積量滿足 “時(shí)延累積量條件”，轉(zhuǎn)向下一步，否則轉(zhuǎn)向第十二步；第十一步，該中間節(jié)點(diǎn)封裝RREQ發(fā)送給滿足“鏈路帶寬條件”的鄰居節(jié)點(diǎn)，并在對(duì)應(yīng)包中將最小鏈路帶寬與對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)鏈路帶寬相比，將小者替換成鏈路最小帶寬封裝在包中；再進(jìn)入第六步進(jìn)行循環(huán)，中間節(jié)點(diǎn)每向鄰居節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)一次路徑請(qǐng)求報(bào)文RREQ，將記錄下其與鄰居節(jié)點(diǎn)通信的方位角；若該中間節(jié)點(diǎn)只有發(fā)送該RREQ的節(jié)點(diǎn)這一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)，那么進(jìn)入下一步；第十二步，該中間節(jié)點(diǎn)將RREQ包丟棄，并不做任何轉(zhuǎn)發(fā)，且刪除第六步中已記錄的相關(guān)信息；第十三步，由于RREQ中的目的節(jié)點(diǎn)ID號(hào)與自身相同，故該節(jié)點(diǎn)就是目的節(jié)點(diǎn)；目的節(jié)點(diǎn)自收到第一條RREQ時(shí)開始最優(yōu)路由選擇計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，在該計(jì)時(shí)器減小到0后，選擇該時(shí)間內(nèi)所有到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的鏈路中按“中間節(jié)點(diǎn)鏈路帶寬及Delay累積量過濾條件”選擇時(shí)延和帶寬最好的一條路徑作為當(dāng)前的路由請(qǐng)求響應(yīng)路徑；此時(shí)目的節(jié)點(diǎn)將從該路徑請(qǐng)求報(bào)文中提取出來的鏈路節(jié)點(diǎn)ID信息裝入路由回復(fù)幀RREP中，并利用節(jié)點(diǎn)記錄的通信方位角定向發(fā)送給鏈路節(jié)點(diǎn)信息中的上一節(jié)點(diǎn)；第十四步，收到RREP的節(jié)點(diǎn)首先對(duì)比自身ID與RREP中的源節(jié)點(diǎn)ID，若相同，則代表鏈路建立成功，若不相同，則再按該RREP中的鏈路節(jié)點(diǎn)ID信息向其上一節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)該RREP信號(hào)；最終RREP被轉(zhuǎn)發(fā)回源節(jié)點(diǎn)，此時(shí)路由鏈路建立成功。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于定向天線的無線網(wǎng)絡(luò)路由方法，其特征在于所述的路由請(qǐng)求，其報(bào)文幀包含了目的節(jié)點(diǎn)ID、當(dāng)前中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)ID、自身級(jí)別、數(shù)據(jù)量大小、該候選鏈路的當(dāng)前Delay累積量、源節(jié)點(diǎn)要求的鏈路最小帶寬BWmin及鏈路最大時(shí)延Delaymax。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于定向天線的無線網(wǎng)絡(luò)路由方法，其特征在于候選鏈路上的中間節(jié)點(diǎn)在計(jì)算出到該節(jié)點(diǎn)的Delay累積量后，首先判斷此Delay累積量是否能夠滿足源節(jié)點(diǎn)提出的鏈路質(zhì)量的時(shí)延要求，若此時(shí)的Delay累積量已經(jīng)大于源節(jié)點(diǎn)要求的最大端到端時(shí)延，表明此候選鏈路一定不能滿足源節(jié)點(diǎn)提出的時(shí)延要求，則該節(jié)點(diǎn)就不再轉(zhuǎn)發(fā)此RREQ ；只有當(dāng)現(xiàn)有Delay累積量小于源節(jié)點(diǎn)提出的最大時(shí)延要求時(shí)，該節(jié)點(diǎn)才可能轉(zhuǎn)發(fā)RREQ包。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于定向天線的無線網(wǎng)絡(luò)路由方法，其特征在于對(duì)于候選鏈路上的中間節(jié)點(diǎn)，必須充分聯(lián)合考慮Delay累積量及鏈路帶寬，若兩條鏈路Delay累積量相差不大，而Delay累積量稍大的鏈路其鏈路上的最小帶寬比前一條鏈路好很多時(shí)，中間節(jié)點(diǎn)仍然轉(zhuǎn)發(fā)該RREQ包。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于定向天線的無線網(wǎng)絡(luò)路由方法，其特征在于在RREQ 的前向擴(kuò)散過程中，節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)RREQ后記錄其與轉(zhuǎn)發(fā)目的節(jié)點(diǎn)的天線方向角，在RREP的回復(fù)過程中，節(jié)點(diǎn)只在這些方向上偵聽RREP信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于定向天線的無線網(wǎng)絡(luò)路由方法，其特征在于對(duì)于鏈路上各節(jié)點(diǎn)都設(shè)置相應(yīng)的級(jí)別；每個(gè)節(jié)點(diǎn)只轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)別數(shù)小于或等于其自身級(jí)別數(shù)的RREQ 包。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于定向天線的無線網(wǎng)絡(luò)路由方法，其特征在于最優(yōu)路徑的選擇權(quán)交給了目的節(jié)點(diǎn)；目的節(jié)點(diǎn)根據(jù)一定時(shí)間內(nèi)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的有效鏈路選擇一條 Delay時(shí)延最小的鏈路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于定向天線的無線網(wǎng)絡(luò)路由方法，通過引入節(jié)點(diǎn)級(jí)別設(shè)置消除路徑擴(kuò)散的回路，保證路徑請(qǐng)求報(bào)文快速擴(kuò)散到目的節(jié)點(diǎn)；在路徑回復(fù)的反向回饋過程中，通過目的節(jié)點(diǎn)制定最佳路由決策，避免了由源節(jié)點(diǎn)做決策情況下各鏈路進(jìn)行路徑請(qǐng)求回饋造成的定向延遲；為了減少節(jié)點(diǎn)定向通信引入的掃描延遲，在路徑請(qǐng)求回復(fù)和后向回饋過程中，通過中間節(jié)點(diǎn)記錄的與下一跳節(jié)點(diǎn)的通信方位角，及時(shí)有效地建立通信鏈接。本發(fā)明充分考慮了源節(jié)點(diǎn)的按需通信業(yè)務(wù)對(duì)于鏈路QoS的需求，并在路由的建立過程中對(duì)節(jié)點(diǎn)引入了級(jí)別的概念，采用分布式處理方法，通過中間節(jié)點(diǎn)的快速有條件轉(zhuǎn)發(fā)，目的節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)決策，最終建立了一條自適應(yīng)分布式QoS路由。
文檔編號(hào)H04W40/02GK102438290SQ20111034855
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者馮平, 劉勃, 周海波, 歸琳, 李穎, 熊箭 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)