[發明專利]移動無線多跳網絡中結合機會轉發的隨機行走路由方法

無效

• 申請號: 201010141852.4
• 申請日: 2010-04-08
• 公開（公告）號: CN101820661A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 高雪
• 申請（專利權）人: 無錫泛聯物聯網科技股份有限公司
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W40/12;H04W40/24
• 代理公司: 江蘇英特東華律師事務所 32229
• 代理人: 邵鋆

技術領域

本發明涉及一種移動無線多跳網絡協議，特別涉及一種無線多跳網絡中結合機會轉發的隨機行走路由方法。

背景技術

移動無線多跳網絡是近些年出現的一種綜合電子技術、無線通信技術、計算機技術的技術領域，將在災難自救、醫療救護、環境檢測、森林火險報警、火山監測和軍事領域具有非常廣泛的應用前景。其發展和應用將會給人類的生活和生產的各個方面帶來深遠影響。

無線多跳網絡具有無需固定設備支撐，可以快速部署，同時具有易于組網、不受有線網絡的約束等優點，但同時由于受到成本和體積等因素的限制，無線節點的處理能力、傳輸能力、無線帶寬和電池容量都很有限。

為了提高無線多跳網絡的性能，路由協議是研究的一個熱點問題。針對這一問題，有很多協議，包括最短路由、最可靠路由、最小延遲路由、分簇網絡結構下的路由協議、能量高效路徑選擇協議(包括選擇最小功率端到端路徑、最大剩余能量路徑或混合路由協議)等等。上述協議和方法研究成果已經較多，它們的共同特性就是路由性能較好、但開銷較高。隨機行走(Random?Walk)路由協議是一種非常簡單的路由協議，它解決了其他路由協議控制包開銷較高的問題，當節點要傳輸一個數據包時，如果目的節點不在本節點鄰居列表中，則首先從鄰居表中隨機的選擇一個鄰居節點作為下一跳轉發節點，然后將數據包發給這個鄰居節點。隨機行走路由協議由于不需要節點預先收集或維護過多的路由信息，也不需要任何路由發現進程，因此開銷極低，在數據量小、延遲要求較低的應用場景下，常常被采用。但是，傳統隨機行走協議沒有考慮無線鏈路的高丟失特性，將分組轉交給任意選擇的一個鄰居節點，可能需要多次重傳，這又會消耗大量的無線網絡帶寬資源和能量資源，從而影響無線網絡性能。已有隨機行走方面的工作主要集中關注是否允許已經執行過轉發某分組的節點繼續轉發該分組(如果允許的話，最大轉發次數設定)，以及基于上述方法的分組投遞延遲建模分析。

發明內容

針對背景技術中提到的采用隨機行走路由協議組建的移動無線多跳網絡，本發明要解決的技術問題是：在網絡數據量很小的情況下，限制控制包的消耗，同時利用機會轉發的特性來提高端到端的轉發效率，從而實現在全網范圍內帶寬資源和能量資源的減少消耗。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是引入機會路由(或稱機會轉發，Opportunistic?Fowarding)，針對設計了基于機會轉發的隨機行走路由方法。

機會路由充分考慮了無線鏈路的丟失特性和廣播特性，即：一個節點發送，它的鄰居都可能收到該分組，如果節點采用全向天線的話。機會路由適合各種無線多跳網絡，包括無線mesh網絡、無線自組織網絡、無線傳感器網絡。機會轉發的概念首先是針對無線信道的廣播、時變、丟失特性和確定性路由在轉發策略方面的不足提出的。與傳統的路由方式不同，機會路由中發送節點不首先確定下一跳轉發節點，而是選擇多個潛在中繼節點競爭、自主智能判斷，進行下一跳節點選擇。機會路由的機制充分利用了信道廣播特性，可以有效提高吞吐量和傳輸可靠性。機會路由的基本思想是：源節點欲向目的節點發送數據，它會在鄰居表中以某種機制選擇幾個相互之間可以通信的鄰居節點作為轉發節點，這些節點組成備選轉發節點集，并為每個節點設置優先級。源節點發出的數據包中記錄了備選節點集中的節點標號和它們的優先級。源節點發出數據包，收到包的鄰居節點按優先級的次序轉發數據，優先級高的節點如果收到就轉發此數據包。如果較優先級較高的節點沒有收到，則由備選轉發節點集中優先級較低的節點來轉發數據包。

基于機會轉發的隨機行走路由方法綜合利用了隨機行走路由協議的簡單性和機會路由方法的高效性。其無線節點采用全向天線，網絡中的每個節點周期性的發送Beacon包，以此來維護鄰居信息。Beacon包中攜帶節點ID、節點剩余能量信息(此項可選)和節點鄰居信息。當數據源節點有數據包需要發送時(或收到該數據包的中間節點)，它會在本地鄰居表中隨機地選出相互之間可達的1～n個鄰居，并隨機指定這些備選轉發節點的優先級，鄰居之間的可達性由節點中維護的兩跳鄰居表來去定。參數n的值可以根據網絡的節點密度、對數據的轉發率的要求和對端到端延時的要求等因素來選擇，通常是一個較小的整數。其中備選轉發節點的優先級是隨機指定的。

在此基礎上，為了更進一步的提高能量均衡能力，設計了一種改進方案：即，在機會路由的轉發策略中引入基于剩余能量的優先轉發機制，即，備選轉發節點的優先級根據各備選轉發節點的剩余能量來決定。