[發明專利]一種用于窄帶自組網的低開銷混合路由協議方法

有效

• 申請號: 202010159814.5
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111356202B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 李忠孝;李遠軍;李瓊
• 申請（專利權）人: 大唐聯誠信息系統技術有限公司
• 主分類號: H04W40/24
• 分類號: H04W40/24;H04W40/26;H04L45/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 古利蘭

本發明公開了一種用于窄帶自組網的低開銷混合路由協議方法，包括：采用鏈路層中繼傳輸方式，通過簡化協議棧，減少網絡層中繼帶來的IP頭帶寬消耗；采用主被動混合路由模式；采用低開銷拓撲控制方式，節點間周期性交換鄰居信息，并采用壓縮編碼進行信息壓縮和單跳廣播，用于建立和維護被動路由模式所依賴的2跳拓撲表；采用捎帶式路由更新方式，節點通過Hello消息的擴展字段捎帶到目的節點的路徑信息，并沿反向路徑向上游節點擴散，用于上游節點更新主動路由模式下所需的路由表。本發明能夠有效提升窄帶自組網和多跳傳輸的帶寬效率。

技術領域

本發明涉及窄帶自組網技術領域，尤其涉及一種用于窄帶自組網的低開銷混合路由協議方法。

背景技術

多跳路由是無線自組網技術領域中的一項重要研究內容，通常需要針對網絡的應用場景和多跳網絡的一般特性來設計特定的自組網路由協議。自組網的路由協議主要包括路徑產生、路徑選擇和路徑維護三項功能。其中，路徑產生是根據網絡狀態信息和用戶業務需求產生路徑的過程，路徑選擇是根據網絡狀態、用戶業務需求和其它信息選擇合適的路徑。路徑產生和路徑選擇通常合在一起稱為路由發現。自組網的路由協議設計需要綜合考慮用戶業務需求、網絡能力以及自組網的特點和運行環境等因素做限定條件下的優化。

按照路由發現的策略，可以將自組網路由協議分成先應式、反應式、混合式路由以及地理位置輔助路由。先應式(表驅動)路由協議，采用生成樹算法建立和維護面向全網節點的路由表，適用于網絡拓撲動態變化較低的應用場景，其優勢在于節點在傳輸信息時可以快速地獲取路徑，其傳輸延遲低。典型的先應式路由包括：最優鏈路狀態路由協議、目的節點序列距離矢量路由、無線路由協議、魚眼狀態路由、逆向路徑拓撲分發路由。

反應式(按需驅動)路由協議，不必周期性地廣播拓撲信息，當節點有分組發送請求時才去尋找路由，能夠在更好地適應網絡拓撲變化同時，降低路由維護的網絡開銷。但是反應式路由的缺點也較為明顯，長時間的路由發現會顯著增加數據分組的端到端傳輸延遲，而且在分組發送頻繁和拓撲變化很快的網絡中其網絡開銷反而很大。典型的反應式路由協議包括動態源路由、自組網按需距離矢量路由、臨時按序路由算法等路由協議。

基于混合結構的分區和分層路由協議則是針對網絡規模較大、節點密度較高的網絡環境設計的。分區路由綜合了先驗式路由低時延和反應式路由開銷低的優勢，使用區域組網策略減少網絡負載，典型的分區路由協議包括：區域路由協議、地標路由協議、核心提取分布式路由。分層路由使用分簇結構構建連通支配集形成骨干網，通過區分簇內和簇間通信來減少網絡負載，典型的分層路由協議包括：無線開放式最短路徑優先協議、群首網關交換協議、分層狀態路由。

基于地理位置輔助信息的路由通過增加位置信息，可以實施定向路由，增強路由的準確性，基于地理位置輔助信息的路由主要用于軍事方面。典型的地理位置路由協議包括：地理位置輔助路由、移動距離效應路由算法、位置貪婪轉發路由。基于精確的地理位置，甚至可以做到無路由轉發，從而減少路由發現帶來的附加時延和協議開銷，如定向天線路由。

自組網具有拓撲結構動態變化、無線鏈路帶寬有限、移動節點的計算能力有限等特性，使得自組網路由協議需要解決諸如路由環路、協議開銷、移動適應性和可擴展性等問題。其中，路由開銷是衡量自組網路由協議性能的重要指標，可以用單位時間內路由控制分組的傳輸量來表示，它是網絡拓撲結構變化率的函數。解決路由協議的控制開銷問題，可以采用的典型方法包括多點中繼、多范圍傳播和增量消息技術。

多點中繼通過鏈路狀態信息的局部化限制來提高洪泛效率，最優鏈路狀態路由協議是采用該技術的典型路由協議。多范圍傳播指的是路由區別對待不同距離的鏈路狀態信息，通過設定鏈路狀態信息的更新速率來減少控制開銷，魚眼狀態路由協議是采用該技術的典型路由協議。增量消息指的是節點向鄰居報告拓撲信息、路由表信息、鄰接關系等信息時，只報告有變化的部分，通過減小控制分組的長度來降低開銷，這種技術目的節點序列距離矢量路由、逆向路徑拓撲分發路由等路由協議得到應用。