[发明专利]无线自组织网络基于信道的路由算法

说明书

技术领域

本发明涉及无线自组织网络基于信道的路由算法，属于无线传感器网络领域。

背景技术

无线自组织网络由一组带有无线通信收发装置的移动节点组成，是一个多跳的临时性无中心网络。网络中的节点既是终端，又是路由器，不在彼此覆盖范围内的节点间通信可经中间节点的转发来完成，可以在任何时刻、任何地点快速构建起一个移动通信网络。这种网络可以独立工作，也可以与Internet或蜂窝无线网络连接。无线自组织网络是一种多跳的拓扑结构迅速变化的网络，需要动态路由协议的支持，路由协议必须能够跟得上节点移动所带来的网络拓扑结构的迅速变化，设计高效、动态的路由协议成为规划无线自组织网络的一个挑战。

无线自组织网络的动态拓扑、有限传输带宽、节点能源受限以及存在单向链路等特点。给路由协议的设计带来了很多问题。

(1)拓扑动态变化影响路由算法的收敛：

在无线自组织网络中，节点的移动具有很大的随机性，加上无线发射装置发射功率变化、无线信道相互影响以及地形环境等因素，网络拓扑结构无法预知。这些因素的存在对无线自组织网络的路由算法的收敛性能提出了挑战，要求路由协议对拓扑变化具有快速反应能力，能够快速收敛从而保证所有节点掌握最新的网络拓扑信息。收敛速度慢的算法，可能导致路由失效或者传输失败。

(2)节点能量受限约束路由算法的复杂度和开销：

由于无线自组织网络的节点能量主要来源于电池供应，节点负担过重会导致能量过早耗尽，不得不提早退网。因此，路由算法的设计要求简单、有效，在提高网络吞吐率的同时，要控制路由协议的开销。

(3)路由环路和单向链路：

无环路是保证路由协议正确的基本要求，因为环路会导致路由错误，不仅严重影响路由协议的性能，而且浪费大量的带宽资源。由于地形或发射功率等因素，网络中可能存在单向链路，而单向链路容易给路由协议带来感知单向性、路由单向性和汇点不可达等影响，因此单向链路的支持也是路由设计面临的问题。

(4)安全性问题：网络中节点随机移动给密钥管理和鉴权中心的确定带来了很大困难，无线自组织网络路由协议的分布式特征要求在网中实现保密性、完整性、服务有效性和安全认证等安全需求方面需要特殊考虑。目前MANET工作组发布的路由协议草案都是都加上网络中节点具有友好性，不存在恶意节点，而实际节点在建立路由时需要交换拓扑信息，这一信息交换过程往往成为恶意节点的攻击目标。

经过不断的研究，许多针对自组织网络的特点研究设计的路由协议相继被提出，这些路由协议按照不同的标准有这不同的分类方式。按照路由建立的范式分类可以分为表驱动路由和按需驱动路由。表驱动路由协议通常采用周期性发送路由控制分组来交换路由信息，常见的协议有DSDV、DYMO、OLSR等；而按需驱动路由协议是根据按照需求发送路由请求分组进行路由发现，建立传输路径，从而实现信息传送，然而通过路由维护和更新过程维护已经建立的路由，如AODV、DSR等协议。

无论是表驱动路由协议，还是按需驱动路由协议，亦或是混合路由协议，主要都是基于分层设计的思想，路由层的设计与MAC和物理层设计相互分离。这种设计思想，对于路由协议的可移植性有好处，但是却使得路由协议对于物理链路质量变化的反应不够灵敏。当物理链路质量发生变化的时，物理层的硬件设备能够第一时间感知到链路质量的变化趋势，如信噪比的增强和减弱。如果路由协议能够从物理层获知物理链路的变化，从而在选路时避开质量衰减的链路，选择质量好而且稳定或者质量不断改善的链路，就可以在源节点和目的节点之间建立和维护具有长生存时间的健壮路由，以降低网络拓扑频繁变化对网络性能的影响。

有鉴于此，本发明人针对现有技术的缺陷深入研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种无线自组织网络基于信道的路由算法，在分组到达率和分组时延有较大的性能提高。

本发明是这样实现的：

无线自组织网络基于信道的路由算法，包括如下步骤：

第一步骤：根据无线链路信噪比，在假定的信道模型下，建立链路质量和稳定性模型；其中相关定义如下：

本节点记为节点i，其中某个一跳邻居节点记为节点j，则本节点与一跳邻居节点的链路质量可以记为LinkQty(e[i,j],t)，其中LinkQty(e[i,j],t)＝1-P_f(e[i,j],t)，