[发明专利]一种无线自组织网络的长寿命反应式路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络，特别是一种无线自组织网络中建立信源和信宿之间路径的路由方法。

背景技术

无线自组织网络在很多领域都有广泛的应用。无线自组织网络中，无线节点既是通信终端，又是路由节点——负责为其他通信节点转发数据。无线节点具有移动随意性强，且难以预测的特点，从而使无线自组织网络具有动态性强、无线环境时变等特性，所以设计高效的无线自组织网络路径建立方法具有重要的意义。

现有的无线自组织网络路由协议分为先应式和反应式两种。先应式路由方法时时刻刻需要维护网络中所有节点之间的通信路径——无论是否实际需要。这种方法开销大，难以适合较大规模无线自组织网络。反应式路由方法只有当需要通信时，才在信源信宿之间寻找路径，开销小。

一个反应式路由协议通常由路径发现和路径维护两个部分组成。路径发现通常由信源节点发起，当信源希望向某个信宿发送数据时，而又没有到达信宿的路径，这时信源向网络洪泛一个路由请求（Route Request）报文，收到该报文的中间节点(Intermediate nodes)将继续转发非重复性（Non-duplicate）的路由请求报文；如果信宿收到一个路由请求报文，那么它就可以向信源返回一个路由应答(Route Reply)报文，以通知信源“已经找到一条两者之间的路径”。路由维护阶段，当路径中断（如由于节点移动或无线传输环境恶化）时，可以重新进行端到端路径选择。AODV、DSR协议的路由方法以及基于这些协议的衍生协议都属于上述类型。这些反应式路由方法没有考虑所找到的路径的生存周期长短，当通信路径频繁中断时，依然可能会导致较大的协议开销。

现有技术中，已经有了一些路由方法考虑如何找到生命周期较长的路径，以降低通信周期内的路由协议开销，例如：

1）  Associativity-Based Routing (ABR)：ABR要求每个节点周期性广播HELLO包，ABR认为收到HELLO包时间越长的邻居越稳定，而时间越短的则稳定性差。ABR在寻径过程中，尽量选择稳定性强的链路，以达到选择稳定路径的目的。但是，ABR协议无法量化估计所选择的路径到底有多好。同时，由稳定性强的链路组成的路径的长度（如跳数）可能很长，也会对路径寿命和代价产生不利影响。

2）基于移动预测的路由协议：如果知道网络中每个节点的当前位置、移动速率、移动方向，且节点都采用直线运动的话，可以很容易结合平面几何知识计算出来当前相邻的节点之间的链路剩余生命时间，那么端到端路径的寿命由其中寿命最短的链路决定。这样可以很容易地进行路径寿命精确预测。但这种方法依赖于节点装配GPS接收机，且需室外活动。

此外，R.J.La和Y. Han于2006年在《Distribution of path duration in mobile ad-hoc networks and path selection》一文中指出，在大规模无线移动自组织网络中，（i）路径的寿命分布可通过指数分布来很好地近似，且（ii）端到端路径寿命期望的倒数可由构成该路径的各链路的期望寿命的倒数之和得到。但是，文中没有给出路由方法，来实现上述想法。

发明内容

本发明的目的是发明一种无线自组织网络的简易的反应式路由方法，能够寻找连接信源和信宿的路径中，寿命期望最长的路径，以达到长寿命路由的目的。

本发明的无线网路中，每个节点配备各向同性的无线天线，节点具有随意移动性，当两个节点在相互无线通信范围时，两者可以直接通信，否则不能直接通信，节点不需要知道自身的位置信息、移动速率和移动方向，每个无线节点可能由不同类型载体携带，不同类型的节点具有不同的移动能力。

整个路由方法包含路由发现过程和路由维护阶段2部分，路由发现方法是：信源s当需要发送数据却没有到达信宿的路径时发起寻径过程；中间节点根据自身邻接链路的平均寿命的倒数，设置路由请求报文转发时延；网络中的每个节点只需要转发第一个收到的路由请求报文；端到端的路径寿命期望的倒数与构成该路径的各链路的期望寿命的倒数之和成正比。

所述的链路的平均寿命的获取方法是：每个节点周期性发送HELLO包，以声明自己的存在；单个链路的寿命从第一次收到链路另一端节点的HELLO包开始，到连续三次再未收到对端节点的HELLO包为止（一次连接中断之后，两节点再次相遇的链路寿命将从新计算）；每个节点邻接链路的平均寿命是一段时间内其所有邻接链路的平均寿命。