[发明专利]Ad Hoc网络中可支持多速率传输的跨层协同路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别是一种Ad Hoc网络中可支持多速率传输的跨层协同路由方法。

背景技术

无线网络通常可以分为基于基础设施的网络和没有基础设施的网络两大类。基于基础设施的网络要依赖预先部署的网络基础设施，典型例子有蜂窝网和无线局域网(WLAN)；而为了能够临时快速自动组网，提出了没有基础设施的网络，即Ad Hoc网络。

Ad Hoc网络是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的临时性、任意拓扑结构的自治系统。该移动终端被简称为网络节点或节点。在Ad Hoc网络中，节点的发射功率受到限制，一般不会覆盖全网络。当要与其直接通信范围外的节点通信时，需要中间节点的转发，即要经过多跳。与普通的网络不同的是，转发数据的任务是由Ad Hoc网络中的每个普通节点完成的，而不需要专用的路由器，即每个网络节点都具有路由器功能，需要运行相应的路由协议，参与数据的转发和路由维护的工作。

现在提出的很多无线网络标准都有支持多速率的能力，例如802.11b、802.11a、802.11g等。它们的物理层都使用了不同的编码和调制方式，以提供不同的通信速率。通常质量好的信道可以支持使用高速率的调制方式，信道质量下降时则应该使用低速率进行通信。根据信道质量动态的调整节点的通信速率，以提高传输的成功率和对无线信道的利用率。

在有基础设施的无线网络即WLAN中，所有通信都发生在一跳以内。在节点的物理层具备多速率通信能力的条件下，仅仅在数据链路层MAC增加速率切换功能就可以支持多速率通信。现有的自动速率MAC协议有：ARF、RBAR、OAR等。

而在Ad Hoc网络中应用多速率通信，会给路由选择带来很大的困难。这是由于通信信道的物理特性，无线通信的速率与有效通信距离之间存在一个内在的折衷关系。长距离的通信必须使用较低的速率，而高速率的通信则只能在短距离内发生。例如：由长距离的链路组成的路由可以用更少的跳数到达目的节点，但是其成员链路必须工作于低速率；而短的链路可以使用高速率进行通信，但由它们组成的路由需要更多跳才能到达目的节点。因此在选择路由时必须综合考虑速率与跳数的因素。

现有的主流Ad Hoc路由协议，如DSR、AODV、DSDV等，并不能有效支持多速率通信，主要是因为它们是基于最小跳数原则来选择路由。使用这些标准时，路由中的每个节点都倾向于选择在最大传输范围内尽可能远的节点作为下一跳转发节点，最终生成的路由中主要包含速率较低的长距离链路，在这个路由上发送数据的节点将没有机会使用高速率进行通信，从而无法发挥多速率传输能力。

近年来人们也提出了一些支持多速率传输的路由协议。但是这些支持多速率传输的路由协议需要更多的协议开销来获得所需的信息，而且高速率通信需要更多跳才能到达目的节点，增大了数据的转发次数，竞争信道的次数增多，从而导致网络整体时延增大。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，提出了一种Ad Hoc网络中可支持多速率传输的跨层协同路由方法，以实现在路由协议开销小、信道竞争次数少的情况下支持多速率传输。

本发明的目的是这样实现的：

一、术语说明

DCF：分布式协调功能。

RTS控制帧：MAC层发送的请求发送控制帧。

CTS控制帧：MAC层发送的允许发送控制帧。

ACK控制帧：MAC层发送的应答认可控制帧。

RREQ：网络层发送的路由请求消息。

RREP：网络层发送的路由应答消息。

二、本发明提供的一种Ad Hoc网络中可支持多速率传输的跨层协同路由方法，包括如下步骤：

(1)任意一个节点的高层产生数据后，将数据递交给网络层处理，网络层根据该高层数据的目的地址，先查找缓存中是否存在到达该目的节点的有效路由，若存在，获得下一跳IP地址，并把高层数据组装成特定的网络层数据帧，然后将该数据帧及下一跳IP地址交给ARP层；若不存在到达该目的节点的有效路由，由网络层按照长跳路由原则为该高层数据建立一条到达目的节点的路由，并根据所选路由获得下一跳IP地址，把高层数据组装成特定的网络层数据帧，将网络层数据帧与下一跳IP地址递交给ARP层；

(2)ARP层将网络层递交的下一跳IP地址转换为下一跳MAC地址，并将转换的下一跳MAC地址和网络层递交的数据帧交给MAC层；