[發明專利]基于分布式情景感知的分層式網絡路由方法

有效

• 申請號: 201310517830.7
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103595657B
• 公開（公告）日: 2016-10-12
• 發明（設計）人: 張琰;周笛;盛敏;李建東;楚建祥;史琰;王璽鈞;任生凱;李紅艷
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L12/931
• 分類號: H04L12/931;H04L29/06;H04W84/18
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于自組織網絡技術領域，具體涉及一種無線分層式網絡的路由方法，可用于場景動態無規則變化的大規模無線分層式網絡。

背景技術

在無線通信中，分布式和分層式分別是一種網絡結構。分布式網絡即是由一組移動節點在無需網絡基礎設施條件下,通過無線鏈路動態連接組成的一個自治性網絡。分層式網絡即是網絡中節點有層次之分，多個中控節點下轄其通信移動節點。在網絡中節點均是移動的,網絡的拓撲結構是不斷變化的。

當前傳統的路由協議均是針對分布式網絡的，相對分布式結構而言，維護同樣多的路由表即占用同樣的網絡資源，分層式結構可以容納更多的通信節點，因為分層式結構可設計為只需要在上層中控節點之間進行路由，中控節點下轄的移動節點之間一跳可達。傳統的路由協議主要有按需路由協議和表驅動路由協議，其性能在特定的網絡環境下各不相同。

對于按需路由協議，源節點需要發送數據時才查找建立到目的節點的路由，雖然系統開銷比較小，但是端到端時延比較大，而且當網絡負載比較大時，開銷相對也比較大，因此其適合網絡拓撲變化比較快，且網絡負載較輕的無線自組網。而對于表驅動的路由協議，每個節點均需要維護一張到達其它節點的路由信息的路由表，無論有無數據需要發送，這種網絡中的節點都要周期性地廣播路由信息維護到其它節點的路由，系統開銷大，因此適合網絡拓撲變化不大且網絡負載較重的網絡。上述兩種協議都是針對某種特定網絡環境設計的，無法適應具有多種網絡特征的分層式網絡。

發明內容

本發明的目的是針對傳統的路由協議的不足，提出一種基于網絡情景感知的自適應多協議路由方法，以在具有多種網絡特征即網絡場景不斷變化的分層式網絡中，充分利用現有的協議，達到更好的路由效果，避免信息分組的時延過大或者網絡的開銷過大弊端，保證較好的QoS性能。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一.技術原理：

本發明通過感知所處的網絡特征環境并做出自適應調節，將網絡中所有的節點分成幾個子網，每個子網選擇一個骨干路由節點，且這些骨干路由節點是均勻分布在整個網絡場景中的，其主要是負責通信路由的，即若需要通信的兩個節點隸屬于同一個骨干路由節點，則不需要查詢路由表通過其所隸屬的骨干路由節點的中轉直接通信，反之，若通信的兩節點不隸屬于同一個骨干路由節點，則需要在骨干節點之間進行路由建立，最終發現從源節點所隸屬的骨干路由節點到目的節點所隸屬的骨干路由節點的路由，進而完成通信。而感知部分，采用的是分布式感知策略，即是由整個網絡中所有節點感知網絡特征，每個節點都會記錄當前使用的路由協議以及當前的網絡場景參數，即為基于分層式架構的分布式感知，當檢測到網絡場景發生變化后，通過對各種網絡參數的對比，選擇適合當前網絡場景的路由策略，實現網絡路由策略的快速切換。

同時骨干路由節點會周期性的發送入網請求包，如果在一個周期內收到了其下轄的普通節點即鄰居節點表中的普通節點的應答，則該普通節點仍然隸屬于此骨干路由節點，反之，如果沒有收到，則從其鄰居節點表中將該普通節點移除，被移除的普通節點則需要重新選擇它的骨干路由節點，從而完成重新入網。這樣保證了移動中的整個基于分層網絡的拓撲結構。

二.技術方案

根據上述原理，本發明的實現步驟包括如下：

（1）網絡初始化，即根據網絡的場景大小，將整個網絡分成n個子網，在每一個子網中隨機地指定一個節點為骨干路由節點w_i，其中i∈[1,n]，其余的節點均為普通節點c；

（2）節點之間相互發送hello包，并將hello包的發送周期初始化為ht_std，其中ht_std根據具體網絡場景而定，該hello包包括節點運行的路由協議、網絡負載及節點的移動性等狀態信息；

（3）根據網絡場景的大小以及單跳通信距離，將每個普通節點c置于離其最近的骨干路由節點w_i下，構建基于分層式的網絡結構；

（4）每一個節點周期性感知周圍的網絡環境，該網絡環境包括平均移動速率、平均業務量和業務類型這些參量信息，若其中的任一個參量信息變化，則更新網絡環境；

（5）骨干路由節點w_i根據感知到的網絡環境計算環境參量值，判斷是否需要進行路由切換：

（5a）定義并計算網絡中的負載參量L和移動性狀態參量m分別為：

L＝β*L(k)+(1-β)*L(k-1)，

m=v/v₀,