一种无线多跳网络中带多QoS约束的多路径生成方法技术

本发明专利技术公开了一种无线多跳网络中带多QoS约束的多路径生成方法，包括步骤：源节点广播RREQ消息、中间节点处理收到RREQ消息、目的节点处理收到的RREQ消息、目的节点回复RREP消息、中间节点转发收到的RREP消息、源节点处理收到的RREP消息；本多路径生成方法显著减少寻路和建路过程中的控制开销，提高多路径生成方法及多径路由的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种无线多跳网络中带多QoS约束的多路径生成方法
本专利技术涉及对服务质量(QualityofService,QoS)有要求的无线多跳网络(如移动AdHoc网络和无线传感器网络等)，尤其适用于一种无线多跳网络中带多QoS约束的多路径生成方法
技术介绍
多径路由技术是一种为网络中任意一对通信节点同时提供多条可用路径、允许源节点选择不同的路径进行数据传输的技术。在多径路由中，当多条路径中的一条由于某些原因失效时，可以通过其它路径继续进行数据的传送，不至于使网络通信停止，从而具有较好的可靠性和容错性。随着网络技术的发展，网络所需传送的业务类型和数据量都呈现显著增长的趋势，从而对服务质量的要求逐渐提高；而单路径路由由于在传输数据时只依靠单一的路径，因此在负载较重时，将面临网络拥塞等问题，导致网络吞吐量和数据端到端时延等性能下降；如在视频数据传输方面，传输延迟增大会影响视频传输的服务质量；多径路由则能够在上述场合体现出相对于单路径的优势。目前，随着无线多媒体业务的出现，网络需要传输的数据量越来越大，网络应用和技术的发展对QoS的要求也越来越高，在许多应用场合满足多QoS约束的多径路由技术已成为支持多媒体业务的无线多跳网络(尤其是无线多媒体传感器网络)中具有挑战性的重要研究领域。而在支持多QoS约束的多径路由技术中，多路径生成方法担负着为源节点提供满足多QoS约束的多条可选路径的任务，具有重要的地位和作用。迄今，人们已经提出了多种以支持多媒体业务的无线多跳网络为背景条件的多路径生成方法，根据QoS参数的数量，这些方法可以分为基于单QoS约束的方法和基于多QoS约束的方法两大类。基于单QoS约束的方法只提供单方面的服务质量保障，而基于多QoS约束的方法则在网络传输中考虑了多个QoS约束条件。基于多QoS约束的多径路由方法相对而言更能满足不同业务的在QoS约束方面的需求，因此近年来随着支持多媒体业务的无线多跳网络的逐步推广引起了广泛关注并得到越来越多的研究和应用。S.Venkatasubramanian等提出的QRMR(QoSbasedrobustmulti-pathrouting)协议(参考文献：S.Venkatasubramanian,N.P.Gopalan.AQoS-basedrobustmultipathroutingprotocolformobileadhocnetworks[J],InternationalJournalofEngineeringandTechnology,Vol.1,No.5,2009:391–396)生成多路径的方法具体如下：源节点为查找多条路径先广播路由请求消息RREQ，RREQ中加入了QoS约束条件(如链路质量、信道质量和端到端延时等)和RREQ经过的节点(源节点的邻居节点)信息；中间节点收到该RREQ后，先计算自己的QoS参数的值，并将这些值记录(累加或替换)在RREQ中对应的QoS项中；当该RREQ消息到达目的节点时，该项中就保存了整条链路的路由信息以及累加的QoS值，目的节点从RREQ消息中取出路由记录项以及QoS参数值放入自己生成的回复消息RREP(RouteREPly)中，并沿着路由记录项中的路径发送给源节点；源节点收到多个从目的节点发回的路径，并从中选出满足QoS要求的路径，于是就获得了多条带多QoS约束的路径；由于该方法在转播RREQ消息时不做判断且在RREP消息中携带完整的路径信息和整条路径上节点的QoS值，因此导致路径生成的开销偏大。H.Zafar等提出的Q-SMS(QoS-awareShortestMultipathSource)多径QoS路由方案(参考文献：H.Zafar,D.Harle,I.Andonovic,L.Hasan,A.Khattak.QoS-awareMultipathRoutingSchemeforMobileAdHocNetworks[J].InternationalJournalofCommunicationNetworksandInformationSecurity(IJCNIS),Vol.4,No.1,2012:1-10)中采用的多路径生成方法为：每个节点都要估算自己的输出链路(outgoinglink)的剩余容量(residualcapacity)；源节点为查找多条路径广播消息含需求容量(requiredcapacity)和最小可得容量(minimumavailablecapacity)参数的QoS路由请求消息QRREQ(QoSRouteREQuest)；中间节点的剩余容量如果小于需求容量，则丢弃该QRREQ消息，否则，按需更新最小可得容量域的值并广播该QRREQ消息；目的节点收到QRREQ消息后用QoS路由回复消息QRREP(QoSRouteREPlyt)进行回复，而且对回复次数做了限制。估算剩余容量有可能引入不准确的因素，而且硬性限制目的节点的回复次数有丢失可用的路径的潜在风险。QRPAM(QoSroutingprotocolforadhocnetworksbasedonmultipath)(参考文献：S.H.Zheng,L.Y.Li,Y.Li.AQoSRoutingProtocolforMobileAdHocNetworksBasedonMultipath[J].JournalofNetworks,Vol.7,No.4,2012:691-698)是一种以DSR(DynamicSourceRouting)协议为基础的、考虑时延和带宽两种QoS约束的多径路由协议，该协议生成多路径的方法如下：源节点为查找多条路径先广播路由请求消息RREQ；在RREQ中除了包含路由记录项以外，还增加了带宽和时延的约束条件；每当中间节点收到RREQ时，先判断当下的带宽和时延是否满足QoS需求；若满足则将自己的地址加入到这个RREQ中并广播给其邻居节点直到该RREQ到达目的节点，若不满足，则丢弃此RREQ。到达目的节点后，目的节点的回复机制与DSR类似，把RREQ中的路由记录项提取出来放入RREP消息中并沿路由记录项中的路径发给源节点，这样源节点就收到了多个由目的节点发来的RREP，因而找到了多条满足QoS的路径；该方法还设置了一个路由寻找时间参数T，当寻找路由的时间超过T值时就停止路由的寻找过程。该方法在RREQ和RREP中存在冗余开销，中间节点对RREQ的处理不够优化，而且，仅考虑时延和带宽两种参数以及设置一个固定的时间参数T，也会使生成的多路径在QoS支持和数量方面受到不利影响。Yi-LingHsieh等人提出的RMRV(Road-basedMultipathRoutingprotocolforurbanVANETs)(参考文献：Yi-LingHsieh，KuochenWang.ARoad-basedQoS-awareMultipathRoutingforUrbanVehicularAdHocNetworks[C].2012IEEEGlobalCommunicationsConference(GLOBECOM2012),Dec.2012:189-194)是一种用于城市车载网络系统的多QoS约束多径路由协议，它的多路径生成方法是：如果源节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线多跳网络中带多QoS约束的多路径生成方法，其特征在于，包括以下步骤：101、无线多跳网络中源节点有数据要发往目的节点而又没有满足设定要求指标的路径时，源节点向邻居节点广播一个路由请求消息RREQ，其中该路由请求消息RREQ的字段中包括类型、标志序列、跳数、RREQ?ID、目的节点地址、目的节点序列号、源节点地址、源节点序列号和QoS参数，所述路由请求消息RREQ的字段中不包括路由记录项；102、当步骤101中的邻居节点收到了源节点发来的路由请求消息RREQ时，邻居节点首先判断是否是第一次收到该消息；如果是，则在邻居节点存储的路由表中建立到源节点的反向路径，同时在路由表中记录下该路由请求消息RREQ的RREQ?ID，然后判断所经路径的QoS状况是否满足路由请求消息RREQ中QoS参数的约束条件；如果满足，则该邻居节点更新路由请求消息RREQ的QoS参数字段并把QoS参数值记入邻居节点存储的路由表，然后继续广播此路由请求消息RREQ，直至路由请求消息RREQ传播到目的节点，跳转至步骤103；如果不满足路由请求消息RREQ中QoS参数的约束条件，则直接将此路由请求消息RREQ丢弃，结束；103、当目的节点收到步骤102中转发的路由请求消息RREQ，目的节点首先判断是否是第一次收到该路由请求消息RREQ；如果是，则在路由表中建立到源节点的反向路径，然后判断所经路径的QoS状况是否满足RREQ消息中QoS参数字段的约束条件；如果满足，则目的节点更新RREQ消息携带的QoS参数并将其记入目的节点存储的路由表，跳转至步骤104；如果不满足QoS约束条件，则直接将此路由请求消息RREQ丢弃，结束；如果目的节点不是第一次收到该RREQ消息，则先判断所经路径的QoS状况是否满足路由请求消息RREQ中QoS参数字段的约束条件；如果满足QoS参数字段的约束条件，则在路由表中建立另一条到RREQ源节点的反向路径，同时记录下路由请求消息RREQ?ID和更新后的QoS参数值，跳转至步骤104；如果不满足QoS约束条件，则直接将此RREQ消息丢 弃，结束；104、目的节点生成1个路由回复消息RREP，目的节点向收到的路由请求消息RREQ的上一跳中间节点单播此路由回复消息RREP，当该中间节点通往源节点的反向路径有一条时，则中间节点将该中间节点地址按顺序装入RREP消息的中间节点列表中，并按照该反向路径进行发送，跳转至步骤105；当该中间节点通往源节点的反向路径大于或者等于两条时，通过运算得出新的QoS参数值，并将该QoS参数值写入RREP消息进行转发，跳转至步骤105；105、源节点处理收到的RREP消息，记录到路由表项，记录下通往目的节点的路径，生成多路径，结束。...

【技术特征摘要】
1.一种无线多跳网络中带多QoS约束的多路径生成方法，其特征在于，包括以下步骤：101、无线多跳网络中源节点有数据要发往目的节点而又没有满足设定要求指标的路径时，源节点向邻居节点广播一个路由请求消息RREQ，其中该路由请求消息RREQ的字段中包括类型、标志序列、跳数、RREQID、目的节点地址、目的节点序列号、源节点地址、源节点序列号和QoS参数，所述路由请求消息RREQ的字段中不包括路由记录项；102、当步骤101中的邻居节点收到了源节点发来的路由请求消息RREQ时，邻居节点首先判断是否是第一次收到该消息；如果是，则在邻居节点存储的路由表中建立到源节点的反向路径，同时在路由表中记录下该路由请求消息RREQ的RREQID，然后判断所经路径的QoS状况是否满足路由请求消息RREQ中QoS参数的约束条件；如果满足，则该邻居节点更新路由请求消息RREQ的QoS参数字段并把QoS参数值记入邻居节点存储的路由表，然后继续广播此路由请求消息RREQ，直至路由请求消息RREQ传播到目的节点，跳转至步骤103；如果不满足路由请求消息RREQ中QoS参数的约束条件，则直接将此路由请求消息RREQ丢弃，结束；如果邻居节点不是第一次收到该RREQ消息，邻居节点先判断所经路径的QoS状况是否满足RREQ消息中QoS参数字段的约束条件；如果满足，则在路由表中按顺序建立另一条到RREQ源节点的反向路径，同时在路由表中记录下RREQID和更新后的QoS参数值，然后删除RREQ消息，不再继续广播它；如果不满足QoS约束条件，则直接将此RREQ消息丢弃，结束；103、当目的节点收到步骤102中转发的路由请求消息RREQ，目的节点首先判断是否是第一次收到该路由请求消息RREQ；如果是，则在路由表中建立到源节点的反向路径，然后判断所经路径的QoS状况是否满足RREQ消息中QoS参数字段的约束条件；如果满足，则目的节点更新RREQ消息携带的QoS参数并将其记入目的...

【专利技术属性】
技术研发人员：任智，王路路，彭双，索建伟，李宾，陈前斌，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：