一种基于稳定性的Ad Hoc备份路由算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于稳定性的Ad Hoc备份路由算法；首先，本发明专利技术运用侦听MAC层控制包来建立备份路由，有效避免了侦听数据包带来的能量消耗。然后设计了基于链路稳定性的备份路由选择算法，增加了备份路由的健壮性，减少了路由的再次断裂，从而增加了包投递率。另外，本发明专利技术根据路由特性，将备份路由分为三类，每类有不同的优先级。高优先级的备份路由可以优先被选为传输路径，从而减少了传输时延。本发明专利技术从备份路由的建立及路由维护方面综合考虑均路由的稳定性，一方面减小了丢包率，另一方面减少了数据包传递的时延，由此达到提高由于路由稳定性及降低因排队带来的过大的时延的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于稳定性的AdHoc备份路由算法
本专利技术涉及多媒体通信与网络传输
，尤其涉及一种基于稳定性的AdHoc备份路由算法。
技术介绍
近年来，由于AdHoc网络自有的特点，在军事及灾难等场景下得到了较普遍的应用。特别是在灾难发生时期，由于基础通信设施遭到损坏，通信无法进行。而AdHoc网络不依赖于控制中心，可以快速地建立起通信保障。因此，国际上对AdHoc网络重视程度逐渐加强，越来越多的机构和个人对建立稳定的自组织网络产生了浓厚兴趣。由于网络拓扑的动态变化，如何建立起可靠的路由成为了重要的研究课题。移动自组织按需距离矢量路由AODV(AdhocOn-demandDistanceVector)和动态移动自组织按需路由DYMO（DynamicMANETOnDemand）是传统的单径路由协议。在AODV和DYMO中，源节点只在有数据需要传输时，才会发起路由建立的过程，有效减少了控制开销。但是，AODV和DYMO所建立起的路由都是基于跳数的路由。尽管这种路由能减少传输时延，但它无法保证路由的稳定性。为了解决路径的断裂问题，许多研究者提出了很多改进策略，备份路由算法就是一种有效的解决办法。当主路由发生断裂时，就可以利用提前建立好的备份路由进行数据的传输，从而减少了路由重发现的过程，进而有效的提高了投递率。例如，基于AODV的备份路由AODV-BR（AODVbasedBackupRouting）通过侦听路由回复包RREP（RouteReply），中间节点获得了到目的节点的路由信息。但是，当节点移动速度大时，先前建立起的路由可能已经过时了。因此，只在路由发现过程建立起的路由难以维护路由稳定性。为了能够适应拓扑的动态变化，基于AODV的动态备份路由AODV-ABR（AODVAdaptiveBackupRouting）提出了一种自适应的建立备份路由的算法。这种算法不需要额外的控制包，只是通过侦听邻居节点数据的传输即可。但是，这种方法需要消耗大量的能量，因为数据包的长度远远长于控制包。通过分析现有的研究现状，我们发现，几乎所有的备份路由协议都忽略了选择的备份路径的性能。其实，备份路径的性能对网络性能的影响是很大的。缺乏严格评估的备份路径将会导致重新建立起的链路的再次断裂，或者会使能量较低的节点被选为中间节点，从而使投递率降低，传输时延加大。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于稳定性的AdHoc备份路由算法，该算法是一种新的稳定备份路由机制SBR(StableBackupRouting)算法，用于和常用的单播路由协议AODV和DYMO相结合，来满足在AdHoc网络中，提高路由稳定性的目的。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于稳定性的AdHoc备份路由算法，包括以下步骤：Step1：当节点中有数据请求时，启动主路由发现算法，建立主路由；Step2：在沿路由传输数据过程中，通过侦听介质访问控制层MAC层请求发送包RTS（request-to-send）/清除发送包CTS（clear-to-send）信号，并考虑备份路由的路径成功概率，进行备份路由的建立，并记录此备份路由信息；Step3：如果一条数据传输链路的发送节点,即上游节点发现数据断裂，则进入路由维护阶段，之后进入Step2；否则，执行下一步；Step4：数据传输完毕，节点待机。所述step1中，所述主路由发现算法是采用无线自组织网络AdHoc网络的经典最短路由算法，如按需距离矢量路由AODV，动态按需路由DYMO。所述step2中，所述备份路由包括以下三类，“增加性”,“相等型”，“减少型”，其中，“增加性”备份路由的跳数要比主路由多一跳，“相等型”备份路由的跳数与主路由跳数相等，“减少型”备份路由的跳数比主路由跳数少一跳；为减少传输时延，将最少跳数的“减少型”设为最高优先级，“相等型”为次优先级，“增加型”为最低优先级。所述step2中，所述备份路由的路径成功概率就是这条路径上所有链路成功概率之积。而链路成功概率：其中l为包长度，假设网络中的两个邻居节点为节点i及节点j，它们所形成的链路为（i，j），为链路（i，j）的成功概率，为误码率，在节点j接收到由节点i发来的数据包时计算得到；为了让其他侦听节点得到链路（i，j）的成功概率，节点j回复的控制包CTS也要携带此信息。所述step2中，所述备份路由的建立是指建立“增加性”,“相等型”，“减少型”三种备份路由。其建立过程为：当节点侦听到邻居链路上的节点进行RTS/CTS交互时，如果CTS包中所携带的表征邻居链路的链路成功概率小于通过此节点建立起的路径的成功概率，则表明这条新路径更加稳定，因此在本节点记录下备份路由类型，目的节点地址，下一跳节点地址等备份路由信息（其中，备份路由类型可以根据新路径的跳数与主路由跳数的比较判断的：跳数相同则为“相等型”，跳数减少则为“减少型”，跳数增加则为“增加型”）。所述step3中，所述路由维护阶段，其具体步骤如下：（1）广播备份路由请求包；当上游节点基于其链路层的检测机制检测到链路断裂时，转发备份路由请求包BRREQ，BRREQ里面携带了断裂节点地址，并且上游节点设置时间以等待回复；（2）使用后退机制回复备份路由回复包BRREP；（3）选择备份路由；如果收到多个备份路由回复包BRREP，节点i将从优先级最高的路由之中选择最先到达的作为备份路由，之后，节点根据此BRREP信息更新路由表，并通过此备份路由转发数据包；（4）源节点进行重路由；这一过程与AODV的源路由过程相同,即如果节点i在规定时间内没有收到任何BRREP包，将广播路由错误包RRER，当源节点收到此包时，将重新广播请求包RREQ进行重路由。所述步骤（2）的具体方法为：当收到备份路由回复包BRREP时，邻居节点根据目的节点地址和断裂节点地址查找备份路由表，之后选择优先级最高的路由；如果优先级相等，拥有最大路由成功概率的将被选为备份路由；当链路断裂时，会出现有多个备份节点回复BRREP的情况，这样会造成冲突和路由开销的增加，尤其是在网络密度大的环境里，这种影响更大，因此，每个备份节点采用后退机制：即使备份节点有到目的节点的备份路由，如果它在后退时间内收到其他节点的BRREP包，本节点也将取消回复BRREP，否则，直到后退时间结束，仍然没有侦听到BRREP，本节点将回复BRREP；所述步骤（2）中，回复BRREP的具体方法为：假设备份节点为j,BRREQ发送者为i，则后退时间T(i,j)为：公式中，为了防止后退时间过大造成的传输时延过大，θ∈(0,0.1]是根据链路传输时延所设置的实数，代表包在节点j处的队列时延，它被定义为：公式中，L(j)代表队列长度，代表每发送单位长度的数据包所消耗的时间；假设连续两次数据传送时间间隔为Δt，在此时间内队列减少长度为ΔL(j)，则可用下列公式估计得到：...

【技术保护点】
一种基于稳定性的Ad Hoc备份路由算法，其特征是：包括以下步骤：Step1：当节点中有数据请求时，启动主路由发现算法，建立主路由；Step2：在沿路由传输数据过程中，通过侦听介质访问控制层MAC层请求发送包RTS/清除发送包CTS信号，并考虑备份路由的路径成功概率，进行备份路由的建立，并记录此备份路由信息；Step3：如果一条数据传输链路的发送节点,即上游节点发现数据断裂，则进入路由维护阶段，之后进入Step2；否则，执行下一步；Step4：数据传输完毕，节点待机。

【技术特征摘要】
1.一种基于稳定性的移动自组织AdHoc网络备份路由算法，其特征是：包括以下步骤：Step1：当节点中有数据请求时，启动主路由发现算法，建立主路由；Step2：在沿路由传输数据过程中，通过侦听介质访问控制层MAC层请求发送包RTS/清除发送包CTS信号，并考虑备份路由的路径成功概率，进行备份路由的建立，并记录此备份路由信息；Step3：如果一条数据传输链路的发送节点,即上游节点发现数据断裂，则进入路由维护阶段，之后进入Step2；否则，执行下一步；Step4：数据传输完毕，节点待机；所述step2中，所述备份路由包括以下三类，“增加型”,“相等型”，“减少型”，其中，“增加型”备份路由的跳数要比主路由多一跳，“相等型”备份路由的跳数与主路由跳数相等，“减少型”备份路由的跳数比主路由跳数少一跳；为减少传输时延，将最少跳数的“减少型”设为最高优先级，“相等型”为次优先级，“增加型”为最低优先级。2.如权利要求1所述的一种基于稳定性的AdHoc备份路由算法，其特征是：所述step1中，所述主路由发现算法是采用无线自组织网络AdHoc网络的经典最短路由算法，如按需距离矢量路由AODV，动态按需路由DYMO。3.如权利要求2所述的一种基于稳定性的AdHoc备份路由算法，其特征是：所述step2中，所述备份路由的路径成功概率就是这条路径上所有链路成功概率之积，而链路成功概率：其中l为包长度，假设网络中的两个邻居节点为节点i及节点j，它们所形成的链路为(i，j)，为链路(i，j)的成功概率，为误码率，在节点j接收到由节点i发来的数据包时计算得到；为了让其他侦听节点得到链路(i，j)的成功概率，节点j回复的控制包CTS也要携带此信息。4.如权利要求1所述的一种基于稳定性的AdHoc备份路由算法，其特征是：所述step2中，所述备份路由的建立是指建立“增加型”,“相等型”，“减少型”三种备份路由，其建立过程为：当节点侦听到邻居链路上的节点进行RTS/CTS交互时，如果CTS包中所携带的表征邻居链路的链路成功概率小于通过此节点建立起的路径的成功概率，则表明这条新路径更加稳定，因此在本节点记录下备份路由类型，目的节点地址，下一跳节点地址等备份路由信息,其中，备份路由类型可以根据新路径的跳数与主路由跳数的比较判断的：跳数相同则为“相等型”，跳数减少则为“减少型”，跳数增加则为“增加型”。5.如权利要求1所述的一种基于稳定性的A...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹叶文，康琳，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37