[發明專利]一種混合式無線網絡路由方法

有效

• 申請號: 202110068630.2
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112822751B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 黃俊偉;楊正海;劉桔;李超;何紹喜
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W40/24
• 分類號: H04W40/24;H04W28/02;H04W28/10
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

1.一種混合式無線網絡路由方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

S1：中心節點建立初始路由關系；

S2：站點建立路由關系；

S3：中心節點和站點更新路由關系；

S4：節點發送報文；

S5：節點進行路由修復請求；

S6：節點進行擁塞檢測；

S7：節點進行業務分流；

所述S1具體為：

S11：中心節點上電以后，獲取MAC地址，配置白名單，廣播信標幀，并開始接收站點的入網請求；

S12：中心節點接收到站點的入網請求報文后，驗證站點的MAC地址，為站點分配唯一ID號，解析出初始路由關系并存儲，向站點發送入網確認報文，并為節點安排信標時隙；

S13：在有節點入網以后，中心節點開始組織網絡維護幀，并向周圍節點廣播該幀；

所述S2具體為：

S21：站點上電以后，獲取MAC地址，監聽附近信號，在尋找到網絡以后發送入網請求幀，并等待確認；

S22：站點接收到中心節點的入網確認報文后，解析出中心節點分配唯一ID號和初始路由關系并存儲，并在安排的信標時隙中發送信標；

S23：站點入網以后，向附近節點發送路由建立請求報文并接收應答，處理結束以后組織網絡維護幀，并向周圍節點廣播該幀；

所述S3具體為：

S31：節點接收附近節點的網絡維護幀，解析其中包含的路由關系，將其中的每一條路由關系中的目的節點依次在本節點的路由表中查詢，若不存在此項路由關系，則轉到S2；若已存在則轉到S3；

S32：檢查新的路由關系中的跳數和質量，若跳數小于15跳且通信質量達到門限值，則存儲此條路由關系；

S33：對比已經存在表中的到達節點的下一跳ID，若一樣，則更新跳數和通信質量；若不一樣，則與已經存儲的路由關系進行比較，并將跳數少且質量好的N條路由排序存儲；

S34：節點周期性檢查路由表是否發生過變化，若發生變化則組織網絡維護報文，并只填寫發送變化的路由關系，向附近節點進行廣播告知；

所述網絡維護報文的字段包括：12bit的站點ID、4bit的站點到中心節點的跳數、8bit的廣播周期、16bit的本報文中所含路由關系數N、N*12bit的目的節點ID、N*4bit的到目的節點的跳數和N*8bit的路由關系的質量；

中心節點ID默認為1，其余站點ID由中心節點統一分配且本網絡唯一，廣播周期默認為2個路由周期，字段能夠配置，跳數表示經由節點轉發到目的節點的報文需要經由其他節點個數，路由關系質量有下式定義：

link_quality＝1/(hm+1)*snr+(hm-1)/(hm+1)*quality_in_beacon

其中link_quality表示本節點計算的鏈路質量，hm表示報文中攜帶的跳數，snr表示接收到的本條報文的信噪比，quality_in_beacon表示報文中攜帶的鏈路質量；

節點維護路由表，結構如下：

每個節點占據存儲空間為3*N+2字節，每個條目存儲N條路由，第1條為主路由，其余為備用路由，N的大小能夠配置，根據存儲條件調整；

所述S4具體為：

S41：業務報文發送或者轉發提供目的站點ID，向路由服務請求路由關系；

S42：路由服務根據業務報文提供的原始目的節點ID查詢路由表，若在表中查詢到此目的節點，則轉到S44，若表中無法查詢到此目的節點，則轉到S43，

S43：進行路由鏈路請求流程，若獲得可靠路由關系，則轉到S44，若失敗則放棄此條報文轉發，并上報業務服務；

S44：向目的節點發送此報文，并開啟定時器，等待目的節點的報文確認幀，若在定時器結束前收到報文確認幀，則向業務服務告知報文發送成功，若發送失敗則依次嘗試路由中其它符合跳數要求的節點發送報文，直至接收到確認報文或者所有節點都發送失敗，并向業務服務報告發送失敗；

所述業務報文都存在一條相應的確認報文與之對應，用于向發送節點告知報文已經送到，在報文中應包含12bit的發送節點ID、12bit的目的節點ID以及16bit的報文序列號，接收節點接收到業務報文后應立即回復確認報文，發送業務報文節點若在規定時間內沒有接收到確認報文則認為此次報文發送失敗，需要重新選擇轉發站點進行轉發；

所述S5具體為：當業務報文有服務請求路由關系時，路由表中不存在所要求的原始目的節點的表項，進行路由修復流程來獲取鏈路，流程如下：

S51：業務服務請求路由關系，在路由表中無法查詢到該目的節點ID路由表項，則觸發路由修復請求流程，并告知業務服務此報文需要等待發送；

S52：節點廣播路由修復報文，此報文中攜帶12bit的發起節點ID、12bit的目的節點ID、4bit的限制跳數和16bit的鏈路請求序列號，并開啟路由修復定時器；路由修復報文為廣播報文不需要回應確認報文；

S53：附近的節點接收到此路由修復報文，首先判斷此鏈路請求序列號的鏈路請求是否已經處理過，若已經處理則丟棄此報文，若是第一次接收到此報文，根據目的節點ID查詢路由表，若已在表中則向發起節點回復路由修復確認報文，若未查詢到，則繼續廣播路由修復報文，并在報文中添加本節點ID作為鏈路中的一跳；

S54：附近節點收到路由修復報文，重復S53步驟，直至查詢到路由、跳數耗盡或者送達目的節點；

S55：目的節點接收到鏈路修復報文，開啟定時器，等待來自不同鏈路的路由修復報文，在定時器結束超時后，從收集到的多條鏈路中選擇跳數最少的作為傳送鏈路，并將鏈路組裝到路由修復確認報文中，并按照所選鏈路反向發送給發起路由修復請求節點，鏈路確認回復報文發送需要確認報文進行確認；

S56：鏈路中節點接收到路由修復確認報文，首先對報文進行轉發，再對報文進行解析，提取報文中所含的路由關系，填寫到本節點的路由表中；

S57：發起路由修復請求節點接收到路由修復確認報文，對報文進行解析，提取報文中所含的路由關系，填寫到本節點的路由表中，并且重啟業務報文發送流程，關閉路由修復等待定時器；

當所述節點有業務需求時，檢測到轉發節點業務繁忙，自適應的選擇其他路徑作為轉發站點，來實現業務分流，節點進行擁塞檢測包括以下步驟：

S61：每個站點維護一個發送、轉發任務隊列，隊列的容量為N，節點檢測當前隊列任務數量，每需要發送或者轉發報文時，向此隊列尾部添加任務，同時任務隊列數量加一，當一個發送任務處理完畢，從隊列頭部取出下一任務進行執行，同時任務隊列數量減一；

S62：如果隊列中的任務數量達到總數量的3/4，則判定本節點處于擁塞狀態，向附近節點發送擁塞通知報文，并開啟擁塞檢測定時器；

S63：定時器超時，再次檢測當前隊列數量，若任務隊列中占有數量仍然達到3/4，則再次發送擁塞通知報文，重啟擁塞檢測定時器，依次循環直至擁塞狀態消除；

所述節點進行業務分流流程如下：

S71：站點接收到附近站點擁塞通知報文，在路由表中標記此節點為擁塞節點，并將該項的數據分流量值Y降為原來的75％；

S72：當有業務報文需要經由帶有擁塞標記的站點作為進行轉發時，則查找此條路由的備用路由，若備用路由也有擁塞標志，則順延到下一備用路由，若無，則提取路由表中的報文分流量值Y數據并將本該由此站點轉發的(100-Y)％的報文交由備用路由轉發；

S73：等待一段時間，若沒有再接收到新的擁塞消息，則表示負載已經均衡；若仍收到擁塞消息，則判斷是否是主路由上的擁塞消息，若是，則轉到S71，若是備用路由上的阻塞消息，則轉到S74；

S74：將備用路由上被分配過來的Y＝(100-Y)％的報文量的1/2Y的報文量返還給主路徑，并跳轉到S73。