[發明專利]一種基于備用路徑的泛洪路由方法

有效

• 申請號: 201910687580.9
• 申請日: 2019-07-29
• 公開（公告）號: CN110445713B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 陳芳炯;羅朝輝;曾曉輝;季飛;余華;寧更新
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H04L12/711
• 分類號: H04L12/711;H04L12/721
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 裴磊磊

本發明公開了一種基于備用路徑的泛洪路由方法，包括步驟：源節點每次發送數據包之前，發送一個Go包；中繼節點和目的節點均存儲一個到達該節點Go包的優先隊列；目的節點把最快到達的Go包的上一跳節點標記為最快到達節點，返回一個Back包回應源節點；根據Go包估計waitingTime；目的節點經過waitingTime后，如果沒有收到真實數據包，目的節點判斷優先隊列內是否有備用的次快到達節點，并將已被使用的最快到達節點彈出優先隊列；源節點如果收到Back包，就根據最短路徑發送真實數據包。本發明能有效的降低網絡的能量消耗，提高整個網絡的生存時間，并且能夠有效地避免路由空洞問題，提高數據包投遞率，避免傳統泛洪路由算法導致的消息“內爆”和“重疊”現象。

技術領域

本發明涉及水聲通信領域，尤其涉及一種基于備用路徑的泛洪路由方法。

背景技術

傳統的泛洪路由算法應用到水聲網絡時，源節點發送數據包后，網絡拓撲上每個能接收到數據包的節點都要進行轉發，這使得每發一個數據包，水聲網絡中就會產生“內爆”現象，即充斥著大量的無用數據包。到達目的節點的數據包也會產生“重疊”現象，即多個中繼節點轉發同一個數據包到目的節點。這勢必造成這個網絡資源的大量消耗和大量的信號干擾噪聲，降低了信號與干擾和噪聲比(Signal to Interference plus NoiseRatio,SINR)，容易造成丟包的情況。

從水下傳感器網絡路由協議的角度來看，存在的通信空洞問題可能是最具挑戰性的問題。造成空洞的原因有許多，如稀疏的拓撲結構、暫時的障礙物以及不可靠的節點，路由空洞會顯著降低網絡的性能。由于操作環境的動態性，何時何地可能發生空洞是不可預測的，因此空洞問題更具挑戰性。泛洪路由是一種簡單易行的傳統路由協議。泛洪路由能克服水下路由的空洞問題，然而消息的“內爆”和“重疊”將導致其干擾功率大且能量消耗大。為了克服這些缺陷，有必要對其進行改進以適用于水下復雜環境，水下節點移動性較高導致網絡拓撲高動態、網絡拓撲強不可靠以及水下硬件設備存儲、能量等資源有限的特殊場景。

傳統的Ad Hoc無線網絡中的典型按需路由動態源路由協議(Dynamic SourceRouting,DSR)和無線自組網按需平面距離向量路由協議(Ad hoc On-Demand DistanceVector Routing，AODV)使用了路由保持機制，水下硬件節點存儲的數據量將隨著網絡拓撲復雜度、網絡負載的升高而升高，由于水下節點本身的特殊性，容易出現存儲、能量資源被耗盡的情況，從而增加了出現路由空洞的概率，降低了網絡的生存周期。

DSR路由協議在檢測到無效路徑時需要通過泛洪發送錯誤信息到源節點來通知源節點刪除相應的無效路徑，額外增加了網絡的資源消耗。DSR路由需要存儲源節點到目的節點的動態不定長度的完整有序路由信息，并將這個不定長度的完整有序路由信息加到真實的數據包包頭發送，如果網絡拓撲比較復雜，那么這個不定長度的完整有序路由信息(包頭)將會占用數據包中大量有效數據的存儲空間。導致真正可發送的真實數據存儲空間被壓縮，協議傳輸的效率顯著降低。

AODV路由的中繼節點只記錄首次發送尋路請求的鄰接節點信息，后面到達的相同尋路請求直接刪除。這對于水下復雜的環境、節點移動性較高導致的網絡拓撲高動態性、網絡拓撲強不可靠性來說，容易造成保存的首次到達路徑信息由于節點移動、節點能量耗盡、通信信道受阻等等原因而失效，從而導致路由空洞問題，重新建路的過程又將增加網絡負載和能量消耗。所以，AODV路由只適用于對稱鏈接的網絡。

因此，針對以上調查所得到的目前現有無線路由協議存在的缺陷，為了能夠更有效地將簡單易行的傳統泛洪路由應用于水聲通信網絡中，很有必要設計一種既能有效避免泛洪路由帶來的消息“內爆”和“重疊”現象，也能有效的降低網絡的能量消耗，提高整個網絡的生存時間，最后還能有效的避免路由空洞問題的水下通信網絡路由算法。

發明內容