一种线型拓扑无线自组网网络路由方法技术

本发明专利技术涉及一种线型拓扑无线自组网网路由方法，属于无线通信网络路由技术领域。该方法包括：网络中每个无线节点内生成一张静态的无线节点之间拓扑结构关系表；在网络运行过程中，每个无线节点基于实时状态生成一张动态的无线节点跟无线终端关联表并动态维护；各无线节点收到需转发无线通信数据包后，根据本地路由表中该目的无线终端的最短路由路径或进行最短路由路径计算转发到目的无线终端；当目的无线终端移动并关联到新的无线节点或无线节点之间的链路发生中断等影响该最短路由路径有效性时，删除其本地路由表中的对应记录，在本地路由表中新增该条记录。本发明专利技术具有网络负荷低、路由效率高、实现简单以及硬件性能要求低的特点。

A routing method for wireless ad hoc networks with linear topology

【技术实现步骤摘要】
一种线型拓扑无线自组网网络路由方法
本专利技术属于无线通信网络路由
，特别提出一种线型拓扑无线自组网网络路由方法。
技术介绍
无线自组网是由一组带有无线收发装置的可移动无线节点所组成的一个临时性多跳自治系统，它不依赖于预设的基础设施，具有可临时组网、快速展开、无控制中心、抗毁性强等特点。无线自组网的拓扑结构存在多种类型，包括树型、网状、线型等。其中，线型拓扑结构无线自组网是一种特殊的树型拓扑结构，指以根无线节点为起始层无线节点，每层一个无线节点，多个无线节点逐层级联，可以在少量无线节点情况下实现较远距离的网络覆盖，如图1所示的题为《一种线型拓扑结构无线自组网组网方法》的专利申请文件(中国专利申请号：CN201810188947.8)的线型拓扑结构拓扑结构。另外，该处“线型”仅仅表达了其无线节点逐层级联关系，并非部署空间一定是直线。无线自组网路由技术是指对在无线自组网内进行网络信息转发和交换的技术，其包括路由拓扑信息的收集和维护、路由路径查询计算以及路由路径维护等内容。其中，路由拓扑信息的收集和维护是指网络无线节点相对位置和之间连接状态信息的收集和维护，包括相邻无线节点的发现、链路状态的广播、整个网络拓扑的计算和维护等内容。路由路径查询计算是指在无线节点收到网络信息转发和交换需求后进行转发路径查找和确定的过程，包括路径的建立过程管理和控制、最优路由指标值(如：跳数少、延时少等)的计算等内容。路由路径维护包括路由路径的新建、更新和删除等内容。现有无线自组网路由技术中，主要是针对无线自组网络拓扑结构较为复杂的场景来设计的，如：网状拓扑结构或树型拓扑结构等，这些网络的路由技术复杂度高，实现难度大，对硬件的性能要求高，比如：动态源路由DSR(DynamicSourceRouting)、无线自组网按需距离矢量AODV(AdHocOn-DemandDistanceVectorrouting)、目的序列路径矢量DSDV(Destination-SequencedDistanceVectorrouting)、优化的链路状态路由OLSR(OptimizedLinkStateRouting)等典型无线自组织网络路由技术。例如现有无线自组网AODV的泛洪路由技术方案包括以下步骤：1)路由拓扑信息的收集和维护：按场景需求设置的多个动态无线节点的路由大多是通过动态无线节点发现方式来收集网络拓扑和路由路径信息，即：数据包发送的无线节点向网络邻居无线节点广播路由请求消息(RREQ)，直到接收无线节点确认该目的无线节点可达后构造一个路由响应包(RREP)，该路由技术增加了网络的负荷。2)路由路径查询计算：对于路由路径查询计算的确认，AODV是通过路由路径遍历后收到路由应答的结果来确认最终的路由路径，而非通过路由算法和拓扑结构信息来计算得到。3)路由路径的维护：AODV路由技术是通过无线节点来存储到达目的无线节点路由路径信息。若发现在该路由路径表项中在一段固定时间内没有再次采用或某段链路中断，则删除该条旧路由路径内容，然后通知路径上相关无线节点删除该条旧路由路径。另外，如后续要向该目的无线节点转发或交换网络信息，则需要重新返回步骤1)进行路由发现过程。这种被动路由维护方式效率较低。线型拓扑无线自组织网络部署架构，如图2所示的其中无线节点之间是直接可以进行无线通信的，无线节点下面跟1或多个无线终端保持关联联系。另外，两个无线节点之间的间距是相同的，无线节点的部署是准静止的(即：固定的)，无线终端是可以移动的设备，其跟无线节点的连接关系是动态变化的。这种组网的场景有很多，比如：矿井巷道内，各种道路或铁路的穿山隧道内等场景中无线通信网。该线型拓扑无线自组网结构是现有技术中的线型拓扑自组网专利《一种线型拓扑结构无线自组网组网方法》中的拓扑架构演进形式，即：在其线型拓扑架构的无线节点下增加了1个或多个无线终端。针对上述提到的线型拓扑无线自组织网部署场景，将现有的无线自组网路由技术应用于线型拓扑结构的无线自组织网络，其路由拓扑信息的收集和维护、路由路径查询计算中通过发送大量消息的实现方式，给本身路由路径选择不多而对通信通道容量敏感的线性拓扑结构网络，增加了通信拥塞的风险，不利于提供高容量的网络。另外，对临时不用的路径进行删除导致再次有信息转发需求的重新进行一次路由拓扑信息的收集和维护和路由路径查询计算的过程，造成路由效率低下，使得路由时延增加，降低用户的体验质量。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种线型拓扑无线自组网网络路由方法。本专利技术方法具有网络负荷低、路由效率高、实现简单以及硬件性能要求低的特点。本专利技术提出一种线型拓扑无线自组网网络路由方法，包括以下步骤：Step1:路由拓扑信息的收集和维护：根据线型拓扑无线自组网的网络部署进行初始化，每个无线节点内根据线型拓扑结构特点以及相关参数生成一张静态的无线节点之间拓扑结构关系表；在网络运行过程中，每个无线节点基于实时状态生成一张动态的无线节点跟无线终端关联表并动态维护，所述静态的无线节点之间拓扑结构关系表和所述动态的无线节点与无线终端关联关系表构成整个网络拓扑信息；Step2:路由路径查询计算：各无线节点收到需转发无线通信数据包后，根据无线通信数据包中目的无线终端信息，先查询本地路由表中是否有该目的无线终端的最短路由路径，如有，则以此路由路径转发无线通信数据包到目的无线终端而完成路由路径查询计算；否则，基于当前的整个网络拓扑信息以及最大有效隔离度条件进行最短路由路径计算，得到的最短路由路径并放入本地的路由表中，并以此路由路径转发无线通信数据包到目的无线终端而完成路由路径计算；Step3：路由路径的维护：针对本地路由表中某条最短路由路径，当目的无线终端移动并关联到新的无线节点或无线节点之间的链路发生中断等影响该最短路由路径有效性时候，该条路由路径所途径的所有无线节点会删除其本地路由表中的对应记录，并根据需求针对该目的无线终端重新按照Step2的路由查询计算方法得到新的有效最短路径，在本地路由表中新增该条记录。本专利技术的特点及有益效果：本专利技术提出的一种线型拓扑无线自组网网络路由方法，将网络设备分为无线节点和无线终端两类，无线节点之间静态关系以及无线节点跟无线终端的动态关系形成两个独立的关系数据表，利用静态和动态结合的方式来进行路由网络拓扑的发现，从而简化路由拓扑信息的收集和维护过程，在每次网络信息转发中只需无线节点内进行路由查询计算即可，而避免每次网络信息转发都需要做一次泛洪式路由广播，减少对网络通信通道的负荷。另外，本路由方法中标识无线节点和无线终端的并非一定是IP地址，是基于场景需求分配的一个设备标识，基于部署情况来具体静态分配和配置，该标识在路由网络中唯一，使得路由对象标识更加灵活。附图说明图1是已有的《一种线型拓扑结构无线自组网组网方法》的通用线性拓扑无线自组网拓扑图架构示意图。图2是本专利技术线型拓扑无线自组网网络拓扑架构图。图3是本专利技术方法的总体流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种线型拓扑无线自组网网络路由方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/nStep1：路由拓扑信息的收集和维护：根据线型拓扑无线自组网的网络部署进行初始化，每个无线节点内根据线型拓扑结构特点以及相关参数生成一张静态的无线节点之间拓扑结构关系表；在网络运行过程中，每个无线节点基于实时状态生成一张动态的无线节点跟无线终端关联表并动态维护，所述静态的无线节点之间拓扑结构关系表和所述动态的无线节点与无线终端关联关系表构成整个网络拓扑信息；/nStep2：路由路径查询计算：各无线节点收到需转发无线通信数据包后，根据无线通信数据包中目的无线终端信息，先查询本地路由表中是否有该目的无线终端的最短路由路径，如有，则以此路由路径转发无线通信数据包到目的无线终端而完成路由路径查询计算；否则，基于当前的整个网络拓扑信息以及最大有效隔离度条件进行最短路由路径计算，得到的最短路由路径并放入本地的路由表中，并以此路由路径转发无线通信数据包到目的无线终端而完成路由路径计算；/nStep3：路由路径的维护：针对本地路由表中某条最短路由路径，当目的无线终端移动并关联到新的无线节点或无线节点之间的链路发生中断等影响该最短路由路径有效性时候，该条路由路径所途径的所有无线节点会删除其本地路由表中的对应记录，并根据需求针对该目的无线终端重新按照Step2的路由查询计算方法得到新的有效最短路径，在本地路由表中新增该条记录。/n...

【技术特征摘要】
1.一种线型拓扑无线自组网网络路由方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
Step1：路由拓扑信息的收集和维护：根据线型拓扑无线自组网的网络部署进行初始化，每个无线节点内根据线型拓扑结构特点以及相关参数生成一张静态的无线节点之间拓扑结构关系表；在网络运行过程中，每个无线节点基于实时状态生成一张动态的无线节点跟无线终端关联表并动态维护，所述静态的无线节点之间拓扑结构关系表和所述动态的无线节点与无线终端关联关系表构成整个网络拓扑信息；
Step2：路由路径查询计算：各无线节点收到需转发无线通信数据包后，根据无线通信数据包中目的无线终端信息，先查询本地路由表中是否有该目的无线终端的最短路由路径，如有，则以此路由路径转发无线通信数据包到目的无线终端而完成路由路径查询计算；否则，基于当前的整个网络拓扑信息以及最大有效隔离度条件进行最短路由路径计算，得到的最短路由路径并放入本地的路由表中，并以此路由路径转发无线通信数据包到目的无线终端而完成路由路径计算；
Step3：路由路径的维护：针对本地路由表中某条最短路由路径，当目的无线终端移动并关联到新的无线节点或无线节点之间的链路发生中断等影响该最短路由路径有效性时候，该条路由路径所途径的所有无线节点会删除其本地路由表中的对应记录，并根据需求针对该目的无线终端重新按照Step2的路由查询计算方法得到新的有效最短路径，在本地路由表中新增该条记录。


2.如权利要求1所述线型拓扑无线自组网网络路由方法，其特征在于，所述最大有效隔离度条件为：在路由计算和选择中基于最大有效隔离度Im配置参数来确定最终的路由路径，允许路由中无线节点可以跟有效隔离度Ie的非相邻无线节点直接交互转发无线通信数据包，有效隔离度Ie的取值范围为：其中最大有效隔离度Im指在线型拓扑无线自组网里面，无线节点的最大有效传输距离最多能够多少跳或跨多少层...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖家幸，李辉，陈振骐，
申请(专利权)人：深圳市纽瑞芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44