基于泛洪控制思想的自适应移动自组网路由修复算法制造技术

本发明专利技术公开了基于泛洪控制思想的自适应移动自组网路由修复算法，主要是在路由修复阶段，针对现有路由修复方法中通过全网泛洪来进行路由修复产生的巨大开销的问题，提出了基于泛洪控制思想的自适应路由修复算法。本发明专利技术采用上述的基于泛洪控制思想的自适应移动自组网路由修复算法，自适应路由修复方法的修复范围选择和基于节点速度的下一跳路由节点共同构成了自适应路由修复方法，提升了路由修复的效率，改善了平均端到端时延，减少了控制开销，并提高了数据包分组交付率。并提高了数据包分组交付率。并提高了数据包分组交付率。

【技术实现步骤摘要】
基于泛洪控制思想的自适应移动自组网路由修复算法


[0001]本专利技术涉及移动自组网路由修复
，尤其是涉及基于泛洪控制思想的自适应移动自组网路由修复算法。

技术介绍

[0002]移动自组织网络(Mobile Ad Hoc Networks，MANET)是不依赖基础设施、自组织、可重构的多跳无线网络，在军事场景、抢险救灾以及野外科考等环境中被广泛应用。按照路由建立方式的不同，网络路由协议可分为先应式路由协议、按需路由协议和混合型路由协议。按需路由协议适用于移动自组织网络，按需平面距离向量(AODV)路由协议作为典型的按需路由协议之一，可以自适应在移动自组织网络中完成数据传输。
[0003]由于移动Ad Hoc网络中节点间的通信均建立在无线链路的基础上，链路质量变差或失效将对业务分组传输带来不利的影响，因此要在链路质量变差或失效前进行修复。目前，AODV路由协议普遍采用在确定传输路径中断后才发起修复请求的机制。由于在判定路由失效时需要进行多次重传，因此，从当前链路失效到开始寻找替代路由需要经历很长的时间。这种时延将对移动Ad Hoc网络的业务传输造成严重的影响。所以路由修复算法就非常重要。
[0004]针对路由修复算法，出现了很多基于泛洪控制的本地修复方法。例如：
[0005](1)现有的基于备份路由的泛洪控制修复算法(AODV
‑
CF)路由算法通过维护一跳节点和多跳节点来维护备份路由的方法进而进行一级修复和π级修复，可以有效的降低了网络在路由修复中将路由修复信息进行全网泛洪引起的巨大开销和传输时延。但上述技术存在一下缺陷：
[0006]AODV
‑
CF适应于网络拓扑相对稳定的场景，但随着网络拓扑变化的剧烈程度增加，导致周围邻居节点备份不断的发生变化，备份路由无法进行实时的更新。另外当主要路由失效时，备份路由也可能也因此失效，所以如果这样的话就会使得维护备份路由的额外开销急剧增加，导致网络采用源节点修复来进行路由链路的修复，增加了大量的开销。最后进行备份路由的维护也需要额外的控制开销，会降低网络的性能。
[0007](2)现有的局部路由修复算法(LRR)，该算法在路由的修复阶段将泛洪的范围限制在路由链路中断的上游节点的两跳范围内，避免了将路由修复信息进行全网络的泛洪引起的巨大路由开销，一定程度上提高了网络的性能。但上述技术存在以下缺陷：
[0008]LRR路由算法只适用于拓扑变化不大的场景，如果当网络拓扑变化剧烈，路由链路失效和重建的频率过高时，仅仅向两跳范围内泛洪路由修复信息显然不够，导致网络自适应能力不强，性能下降。
[0009]以上所提到的路由算法都在一定程度上提高了网络的自适应能力，但只是单纯的将节点的速度或者邻居节点的变化量作为网络环境变化的自变量仍存在很多不足。尤其是网络在面对节点变化情况不确定甚至极端情况下，存在网络延迟、扩大开销、影响网络生命周期、自适应能力较低等问题。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是提供基于泛洪控制思想的自适应移动自组网路由修复算法，自适应路由修复方法的修复范围选择和基于节点速度的下一跳路由节点共同构成了自适应路由修复方法，提升了路由修复的效率，改善了平均端到端时延，减少了控制开销，并提高了数据包分组交付率。
[0011]为实现上述目的，本专利技术提供了基于泛洪控制思想的自适应移动自组网路由修复算法，包括以下步骤：
[0012]S1、建立自适应路由修复方法的修复的数学模型，根据局部修复算法的路由修复思想给出自适应路由修复方法的修复模型；
[0013]S2、分析自适应路由修复方法路由修复阶段修复范围的选择；
[0014]S3、详细分析在网络确定修复范围的基础上路由修复的下一跳节点选择问题。
[0015]优选的，在步骤S1中，所述局部修复算法的路由修复思想为：
[0016]假设系统中的节点数为N，并且假定所有节点的移动速度、方向、分布均相同，传输距离R相同，其他参数为：
[0017]源节点和目的节点之间的平均路由长度为
[0018]路由数据包到达的持续时间符合指数分布，并且平均值为1/λ；
[0019]网络中所有节点有相同的传输范围r；
[0020]每个节点位置变化之间是指数分布的平均值为1/μ，当网络静态时为0；
[0021]网络的面积用A来表示；
[0022]在网络中特定移动节点Y在节点X的附近的概率P0的计算方法为：
[0023]P0＝min(1，πr2/A)
[0024]一个节点周围可以通信的节点的平均数量N
m
的计算方法如公式：
[0025][0026]当数据包被传输时，链路断开的概率P
B
的计算方法如公式：
[0027]P
B
＝λ/(λ+μ)
[0028]在遇到链路中断前，业务分组成功经过的链路平均数量的计算方法如公式：
[0029]N
p
＝P
L
/(1
‑
P
L
)
[0030]单个数据包失败的平均次数z0的计算方法如公式：
[0031]z0＝(1
‑
P
s
)/P
s
[0032]P
s
表示数据包成功路由到最终目的地的概率；
[0033]业务路由到达最终目的地的平均开销的计算方法为：
[0034][0035]C
R
表示业务路由到达最终目的地的平均开销，C
Ls
表示链路传输成功花费的开销，C
LF
为处理链路错误的花费的开销；
[0036]在网络中任意节点X的E
N
个邻居节点中，至少有一个节点同时也是节点Z的邻居节点的概率的计算方法如公式：
[0037][0038]P
D
表示数据包数据一次路由成功的概率，P
w2
表示两跳修复模型；
[0039]三跳内修复模型的概率的计算方法如公式：
[0040][0041]此时的P
w3
表示三跳跳内修复模型。
[0042]优选的，在步骤S1中，所述自适应路由修复方法的修复模型为：
[0043]数据包使用自适应路由方法通过两跳的修复成功的概率P
L2
的计算方法如公式：
[0044]P
L2
＝(1
‑
P
D
)2+P
D
P
W2
ꢀꢀꢀ
(1)
[0045]数据包使用自适应路由方法通过三跳的修复成功的概率P
L3
的计算方法如公式：
[0046]P
L3
＝(1
‑
P
D
)3+P
D
P
W3
ꢀꢀꢀ...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于泛洪控制思想的自适应移动自组网路由修复算法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立自适应路由修复方法的修复的数学模型，根据局部修复算法的路由修复思想给出自适应路由修复方法的修复模型；S2、分析自适应路由修复方法路由修复阶段修复范围的选择；S3、详细分析在网络确定修复范围的基础上路由修复的下一跳节点选择问题。2.根据权利要求1所述的基于泛洪控制思想的自适应移动自组网路由修复算法，其特征在于，在步骤S1中，所述局部修复算法的路由修复思想为：假设系统中的节点数为N，并且假定所有节点的移动速度、方向、分布均相同，传输距离R相同，其他参数为：源节点和目的节点之间的平均路由长度为路由数据包到达的持续时间符合指数分布，并且平均值为1/λ；网络中所有节点有相同的传输范围r；每个节点位置变化之间是指数分布的平均值为1/μ，当网络静态时为0；网络的面积用A来表示；在网络中特定移动节点Y在节点X的附近的概率P0的计算方法为：P0＝min(1，πr2/A)一个节点周围可以通信的节点的平均数量N
m
的计算方法如公式：当数据包被传输时，链路断开的概率P
B
的计算方法如公式：P
B
＝λ/(λ+μ)在遇到链路中断前，业务分组成功经过的链路平均数量的计算方法如公式：N
p
＝P
L
/(1
‑
P
L
)单个数据包失败的平均次数z0的计算方法如公式：z0＝(1
‑
P
s
)/P
s
P
s
表示数据包成功路由到最终目的地的概率；业务路由到达最终目的地的平均开销的计算方法为：C
R
表示业务路由到达最终目的地的平均开销，C
LS
表示链路传输成功花费的开销，C
LF
为处理链路错误的花费的开销；在网络中任意节点X的E
N
个邻居节点中，至少有一个节点同时也是节点Z的邻居节点的概率的计算方法如公式:P
D
表示数据包数据一次路由成功的概率，P
w2
表示两跳修复模型；三跳内修复模型的概率的计算方法如公式:
此时的P
w3
表示三跳跳内修复模型。3.根据权利要求2所述的基于泛洪控制思想的自适应移动自组网路由修复算法，其特征在于，在步骤S1中，所述自适应路由修复方法的修复模型为：数据包使用自适应路由方法通过两跳的修复成功的概率P
L2
的计算方法如公式:P
L2
＝(1
‑
P
D
)2+P
D
P
W2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)数据包使用自适应路由方法通过三跳的修复成功的概率P
L3
的计算方法如公式：P
L3
＝(1
‑
P
D
)3+P
D
P
W3
ꢀꢀꢀꢀ
(2)使用自适应路由修复方法路由修复成功的概率P
R
的计算方法如公式:E
L
表示业务源节点与目的节点路径的长度。4.根据权利要求1所述的基于泛洪控制思想的自适应移动自组网路由修复算法，其特征在于，在步骤S2中，自适应路由修复方法的修复范围选择方法：当前网络拓扑中有一条从源节点到目的节点的一跳活跃链路，假设在某一时刻网络中的路由链路由于节点的不断运动产生了中断，A节点，B节点和D节点分别是该路由链路上的三个节点，这时候由于B的运动使该路由链路失效，B节点此时就变为了不可达状态，此时网络需要进行路由修复，进行路由修复时舍弃传统AODV路由协议需要向周围邻居节点进行泛洪的缺点，只选择链路中断处前一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：白媛，蔡鑫，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：