一种移动自组网络中的基于路径状态的多径分流路由方法技术

本发明专利技术公开了网络通信技术领域的一种移动自组网络中的基于路径状态的多径分流路由方法，该方法包括以下步骤：启动路由发现、接收处理RREQ包、接收处理RREP包、数据分流传输、多路径维护。本发明专利技术通过根据路径中节点的剩余能量率、接口队列可用率和路径的跳计数计算出每条路径的综合状态权重，按照分配规则给每条路径赋予相应的流量权值，每条路径按照分配的流量权值分别承担相应的传输任务，从而均衡了流量负载。本发明专利技术方法还利用限定不能转发RREQ的技术和延时转发RREQ的技术，以便保护能量较低的节点和负载较重的节点，从而均衡了节点能量和负载。

【技术实现步骤摘要】
一种移动自组网络中的基于路径状态的多径分流路由方法
本专利技术涉及无线网络通信
，具体为一种用于移动自组织网络中的路由方法。
技术介绍
在移动自组网络(简称MANET)中，由于其节点具有移动性、自组织性、多跳性、能量受限等特征，节点之间能否取得良好的网络性能和通信质量，跟节点所采用的移动路由技术紧密相关。在MANET中，典型的基于距离矢量的路由协议有AODV协议和AOMDV协议。AODV协议，采用最短路径进行数据转发，如果是应用在能量受限的网络中，部分节点很可能会因为能量消耗过快而“死亡”，结果导致网络分裂和传输失败。另外，如果是应用于流量较大的网络中使用一条路径进行传输，也会造成部分节点产生拥塞，最后导致网络整体投递率下降和平均时延增加。AOMDV协议是AODV的改进协议，虽然可以找到多条到达目的节点的路径，但它也是基于最短路径，选择最先建立的路径转发数据，其他路径作为备用来实现的。尽管在路由发现频率和路由控制开销方面，AOMDV优于AODV，但是在能量消耗和负载均衡的问题上还是没有得到较好的解决。例如，在寻找路径时，AOMDV并没有考虑节点自身的剩余能量和拥塞情况，只要收到RREQ就进行转发，这样会导致能量较低或负载较重的节点参与到路径建立中。另外，在传输数据时，只要主路径不断裂，AOMDV就会一直使用，这样会导致主路径上的节点，能量消耗过快，且负载较重，最终导致某些节点过早死亡或过于拥塞，对网络的整体性能都会产生一定负面的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种移动自组网络中的基于路径状态的多径分流路由方法，以解决上述
技术介绍
中提出的AOMDV在发现多路径时没有考虑到节点的剩余能量和拥塞情况，以及只有当主路径断裂后才启用备用路径的不足。为实现上述目的，本专利技术提供如下的技术方案。一种移动自组网络中的基于路径状态的多径分流路由方法，包括以下步骤：S1、启动路由发现；在源节点检测到不存在有效路由且源点需要和目的点进行通信时，产生一个RREQ包，以洪泛的方式广播出去；S2、接收和处理RREQ包；当前的节点接收到源节点发出的RREQ包以后进行处理；S3、接收和处理RREP包；当前的节点接收到并处理回传给源节点的RREP包；S4、数据分流传输；当源节点收到RREP包后进行数据传输；S5、多路径维护。进一步地，在步骤S1中，更具体的步骤为：S11，源节点检测是否存在有效路由；当存在有效路由时维持当前的路由表，当不存在有效路由时则执行以下步骤；S12，源节点生成一个RREQ包并进行洪泛；RREQ包内含有节点状态权重域，用于记录所经过路径中所有节点的节点状态权重的最小值；节点状态权重根据节点的剩余能量率、接口队列可用率进行计算；其中：节点的剩余能量率ERi(t)，定义为某一节点剩余可用的能量与该节点的初始能量之比，它反映的是任一节点，在某一时刻的剩余能量状况，其计算如公式(1)所示：i表示节点编号，Emax表示节点i的初始能量，Ei(t)表示节点i在t时刻的剩余能量；节点的接口队列可用率QRi(t)，定义为某一节点中剩下可用的接口队列长度与节点的初始接口队列的长度之比，其计算方法如公式(2)所示：Lmax表示节点i接口队列的初始长度，Li(t)表示节点i在t时刻已用的队列长度；节点的状态权重NSWi(t)，定义为节点i的剩余能量率和接口队列可用率这两个量的加权平均值，其计算如公式(3)所示：NSWi(t)＝α×ERi(t)+(1-α)×QRi(t)(3)α为加权系数且α∈(0，1)。进一步地，在步骤S2中，更具体的步骤为：S21，当前的节点判断是否已经接收过该RREQ包；如果不是，则在该节点的广播ID列表中记录下该RREQ分组的标识信息<SRCIP，BCASTID>；如果是，则无需记录，但需要将限制泛洪标记设置为True，从而不再继续转发该RREQ包；S22，在当前的节点的路由表中查找是否有到源节点的反向路由条目；如果没有，则添加一个反向路由条目到路由表中；如果有，则维持已有的路由表；S23，该节点会根据路由信息和权重信息更新准则，通过比较序列号的大小来更新路由表中的反向路由信息；如果符合路由信息和权重信息更新准则的条件，则进行路由更新操作；如果不符合路由信息和权重信息更新准则的条件，则丢弃该RREQ包；S24，完成反向路由更新工作后，如果当前节点是目的节点，则会产生一个RREP包来单播回传给源节点；如果当前节点是中间节点并且该中间节点的路由表中存有到达目的节点的有效路由，则根据链路不相交来选择一条未回复使用过的反向路径，生成一个RREP包，单播传回给源节点；如果中间节点没有到达目的节点的有效路由，且已经开启了限制泛洪标志为True，则不再转发RREQ，若未开启，则进一步判断该节点的剩余能量是否低于预先设定的能量阈值；如果低于能量阈值，则丢弃RREQ；如果高于能量阈值，则比较当前节点的状态权重与RREQ中的节点状态权重，并将两者之中较低的权重写入RREQ包中，保证RREQ包记录的是所经过的路径中所有节点权重的最小值，然后根据预先设置好的延时函数，将RREQ延时广播出去，其中延时函数如公式(8)所示：D设置为转发时间，NSWi(t)为节点i在某时刻t的状态权重，γ为设定的介于0和1之间的临界值。进一步地，所述路由信息和权重信息更新准则为：当源节点启动路由发现过程时，源节点会把一个状态最大值写入到路由请求包RREQ的节点状态权重域中并发送RREQ，为了确保每条路径的最小节点状态权重是该路径中所有中间节点的最小状态权重，所以源节点和目的节点不参与到节点状态权重的比较中；当中间节点接收到RREQ时，首先进行反向路由信息的比较和更新；节点会将自己反向路由的序列号和广告跳数与RREQ中的值进行比较，比较方法为：如果反向路由的序列号比RREQ中的源序列号小，则表示该节点路由表中的路由信息比较陈旧，这时需要更新路由信息，在更新过程中，节点会删除陈旧的路径，将新的路径及其路径中最小节点状态权重一起插入到路径列表里，其中插入的过程要按计算出来的路径的综合状态权重的降序方式插入；如果反向路由的序列号等于RREQ中的源序列号，并且广告跳数比RREQ中的跳数要大，则表示该节点之前接收过此RREQ包的拷贝，但是由于之前记录的广告跳数较大，所以当前找到的路径可能更短些，因此也要将此条不相交路径插入到路径列表中，或者更新路由表中已有的路径信息；在更新路由信息完毕之后，中间节点会将自己的状态权重与RREQ包中记录的节点权重进行比较，并将较小的值写入RREQ包，即保证RREQ包记录的是路径中的所有节点权重的最小值，然后RREQ等待一定时延后被转发出去；其他中间节点收到RREQ后，则需要进行上面给出的同样的更新过程；如果某个中间节点存有到达目的节点的有效路由，则该节点会产生一个RRE本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种移动自组网络中的基于路径状态的多径分流路由方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、启动路由发现；在源节点检测到不存在有效路由且源点需要和目的点进行通信时，产生一个RREQ包，以洪泛的方式广播出去；/nS2、接收和处理RREQ包；当前的节点接收到源节点发出的RREQ包以后进行处理；/nS3、接收和处理RREP包；当前的节点接收到并处理回传给源节点的RREP包；/nS4、数据分流传输；当源节点收到RREP包后进行数据传输；/nS5、多路径维护。/n

【技术特征摘要】
1.一种移动自组网络中的基于路径状态的多径分流路由方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、启动路由发现；在源节点检测到不存在有效路由且源点需要和目的点进行通信时，产生一个RREQ包，以洪泛的方式广播出去；
S2、接收和处理RREQ包；当前的节点接收到源节点发出的RREQ包以后进行处理；
S3、接收和处理RREP包；当前的节点接收到并处理回传给源节点的RREP包；
S4、数据分流传输；当源节点收到RREP包后进行数据传输；
S5、多路径维护。


2.根据权利要求1所述的移动自组网络中的基于路径状态的多径分流路由方法，其特征在于，在步骤S1中，更具体的步骤为：
S11，源节点检测是否存在有效路由；当存在有效路由时维持当前的路由表，当不存在有效路由时则执行以下S12步骤；
S12，源节点生成一个RREQ包并进行洪泛；RREQ包内含有节点状态权重域，用于记录所经过路径中所有节点的节点状态权重的最小值；所述节点状态权重根据节点的剩余能量率、接口队列可用率进行计算；
其中：
节点的剩余能量率ERi(t)为某一节点剩余可用的能量与该节点的初始能量之比，其计算如公式(1)所示：



i表示节点编号，Emax表示节点i的初始能量，Ei(t)表示节点i在t时刻的剩余能量；
节点的接口队列可用率QRi(t)为节点i中剩下可用的接口队列长度与节点的初始接口队列的长度之比，其计算方法如公式(2)所示：



Lmax表示节点i接口队列的初始长度，Li(t)表示节点i在t时刻已用的队列长度；
节点的状态权重NSWi(t)为节点i的剩余能量率和接口队列可用率这两个量的加权平均值，其计算如公式(3)所示：
NSWi(t)＝α×ERi(t)+(1-α)×QRi(t)(3)
α为加权系数且α∈(0，1)。


3.根据权利要求1所述的移动自组网络中的基于路径状态的多径分流路由方法，其特征在于，在步骤S2中，更具体的步骤为：
S21，当前的节点判断是否已经接收过该RREQ包；如果不是，则在该节点的广播ID列表中记录下该RREQ分组的标识信息<SRCIP，BCASTID>；如果是，将限制泛洪标记设置为True不再继续转发该RREQ包；
S22，在当前节点的路由表中查找是否有到源节点的反向路由条目；如果没有，添加一个反向路由条目到路由表中；如果有，维持已有的路由表；
S23，当前节点根据路由信息和权重信息更新准则，比较序列号的大小来更新路由表中的反向路由信息；如果符合路由信息和权重信息更新准则的更新条件，则进行路由更新操作；如果不符合路由信息和权重信息更新准则的更新条件，则丢弃该RREQ包；
S24，完成反向路由更新工作后，如果当前节点是目的节点，则会产生一个RREP包来单播回传给源节点；如果当前节点是中间节点且该中间节点的路由表中存有到达目的节点的有效路由，则根据链路不相交来选择一条未回复使用过的反向路径，生成一个RREP包单播传回给源节点；如果中间节点没有到达目的节点的有效路由且已经开启了限制泛洪标志为True，则不再转发RREQ，若未开启，则进一步判断该节点的剩余能量是否低于预先设定的能量阈值；如果低于能量阈值，则丢弃RREQ包；如果高于能量阈值，则比较当前节点的状态权重与RREQ中的节点状态权重，并将两者之中较低的权重写入RREQ包中；然后根据延时函数，将RREQ包延时广播出去，延时函数的计算如公式(8)所示：



D设置为转发时间，NSWi(t)为节点i在某时刻t的状态权重，γ为设定的介于0和1之间的临界值。


4.根据权利要求3所述的移动自组网络中的基于路径状态的多径分流路由方法，其特征在于，步骤S23中所述路由信息和权重信息更新准则的过程为：
当源节点启动路由发现过程时，源节点把一个状态最大值写入到路由请求包RREQ的节点状态权重域中并发送RREQ；当中间节点接收到RREQ时，首先进行反向路由信息的比较和更新；节点将自己反向路由表中的序列号和广告跳数与RREQ中的值进行比较，比较方法为：
如果反向路由的序列号比RREQ中的源序列号小，则表示该节点路由表需要更新路由信息，节点删除陈旧的路径，将新的路径及其路径中最小的节点状态权重一起插入到路径列表里，其中插入的过程按计算出来的路径的综合状态权重的降序方式插入；
如果反向路由的序列号等于RREQ中的源序列号，且广告跳数比RREQ中的跳数要大，则将此条不相交路径插入到路径列表中或者更...

【专利技术属性】
技术研发人员：张三群，李涛，李连天，罗明挽，谭湘，
申请(专利权)人：阳江职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东;44