專利名稱：一種基于QoS的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)節(jié)點速度多路徑路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的多路徑路由技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，其應(yīng)用范圍越來越廣。由于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的傳 輸范圍有限，源節(jié)點在向目的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時需要其他節(jié)點的輔助，路由協(xié)議成為Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的一部分，也是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的研究重點。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議主要包括路徑生成、路徑選擇和路徑維護(hù)三項核心功能。 其主要設(shè)計目標(biāo)是滿足應(yīng)用需求的同時盡量降低網(wǎng)絡(luò)開銷，取得資源利用的整體有效 性，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)吞吐量。根據(jù)路由發(fā)現(xiàn)策略，可以將其分為表驅(qū)動路由協(xié)議(如DSDV、GSR、 CEDAR)和按需路由協(xié)議(如A0DV、T0RA、DSR、ZRP 等)。其中，Charles Ε. Perkins 于 1997 年提出的距離矢量的按需單路徑路由協(xié)議AODV (Ad Hoc On-Demand Distance Vector)協(xié) 議是目前Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最為廣泛的一種按需路由協(xié)議，該路由協(xié)議基于傳統(tǒng)的距離向 量機(jī)制，思路簡單，在防止路由環(huán)路、快速獲得路由等方面具有較強(qiáng)的吸引力。但由于AODV 協(xié)議在路由發(fā)現(xiàn)階段只獲取一條路徑，無法很好獲取整個網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔ⅲ瑥亩鵁o法有效 利用網(wǎng)絡(luò)的有效資源，進(jìn)而導(dǎo)致路由開銷增加。同時，AODV協(xié)議中數(shù)據(jù)的發(fā)送一般只利用 一條路徑，網(wǎng)絡(luò)傳輸率較低，延遲增加，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載不平衡，容易造成網(wǎng)絡(luò)擁塞。為此，Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)中引入了多路徑路由方法，多路徑協(xié)議通過發(fā)現(xiàn)多種路徑來恢復(fù)數(shù)據(jù)傳輸，從而解決 路徑失敗、路徑斷開等問題，使路由協(xié)議具有更高的可靠性和健壯性，同時多路徑協(xié)議可以 從多個路徑中選擇一條最好的路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而可以提供更高的吞吐量。多路徑路由協(xié)議一般有兩種基本的使用模式一是選出多條路由之后，多條路由 都利用，因此被稱為同時多路徑協(xié)議(如MSR、SMR、A0MDV等)，二是先使用主路徑，主路徑 失效后再使用其他替換路徑，因此被稱為替換多路徑協(xié)議(如BSR、A0DV_BR、A0MDV等)。M K Marina 等提出的 AOMDV (Ad Hoc on-Demand Multi-Path Distance Vector)協(xié)議是一種 基于AODV協(xié)議的鏈路不相關(guān)和無環(huán)路由協(xié)議，其中通過引入的“advertised hop count”來 保證建立的路徑無環(huán)出現(xiàn)，同時通過在RREQ包中增加源節(jié)點的鄰居節(jié)點信息來實現(xiàn)獨(dú)立 多徑路由的發(fā)現(xiàn)。S. J. Lee等提出的AODV-BR(A0DV Backup Routing)路由協(xié)議中源節(jié)點在 路由發(fā)現(xiàn)時采用了泛洪(Flooding)方式將路由請求在整個網(wǎng)絡(luò)中傳播的方式，并且為了 避免環(huán)路采取了數(shù)據(jù)包只能傳給之前沒有經(jīng)過的節(jié)點，對重復(fù)的數(shù)據(jù)包直接丟棄的方式。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議中不管是單路徑路由協(xié)議還是多路徑路由協(xié)議，研究的一個 重點是如何找到一條連接源節(jié)點和目的節(jié)點的路由，還需要對備用路由信息有效性和備用 路由維護(hù)的自適應(yīng)性，以及網(wǎng)絡(luò)流量和數(shù)據(jù)流傳輸?shù)腝oS要求等問題作進(jìn)一步的考慮。為 此，近年來國際上就Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的QoS保障和路由協(xié)議的自適應(yīng)性分別展開了大 量研究。C. Perkins和E. Royer于2000年首先提出了基于AODV的QoS路由的概念，其基 本思想是對AODV路由協(xié)議中的路由表以及RREQ和RREP報文進(jìn)行擴(kuò)展，通過附加鏈路品質(zhì)QoS信息來實現(xiàn)QoS路由(增加了最大時延、最小用帶寬、時延請求保障節(jié)點表和帶寬請求 保障節(jié)點表等4項內(nèi)容)。Ian D. Chakeres等提出的動態(tài)自適應(yīng)多路徑路由協(xié)議MP-AOMDV 在AOMDV的基礎(chǔ)上引入了最小發(fā)射功率，通過周期性路由更新使每一個替用路徑生效，從 而使路由協(xié)議能夠隨網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓赃m應(yīng)地對替用路徑進(jìn)行維持。目前，雖然在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的QoS保障方面已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但還是存在著諸 多問題有待完善，如QoS健壯性問題、資源預(yù)留問題、QoS跨層聯(lián)合設(shè)計問題、QoS多路徑路 由的安全以及多播問題等。同時，在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)動態(tài)路由協(xié)議的備用路由維護(hù)過程 中，考慮到鏈路信號強(qiáng)度提供了有關(guān)路由質(zhì)量和可靠性的信息，大多路由協(xié)議的改進(jìn)均選 擇了以鏈路信號強(qiáng)度衡量路由穩(wěn)定性的實現(xiàn)方法，即信息源節(jié)點會選擇信號最強(qiáng)的可用路 徑來傳送數(shù)據(jù)。然而，如果節(jié)點移動變化非?？烨夷芰孔銐虼髸r，當(dāng)節(jié)點移動到離其相鄰 節(jié)點相對較遠(yuǎn)的地方，其功率仍然很強(qiáng)(相對其它節(jié)點的功率)，此時含有該節(jié)點的路徑可 能已不是最好路徑或有節(jié)點已經(jīng)超出了能夠建立鏈路的有效范圍，從而導(dǎo)致備用路徑陳舊 或失效，以致傳輸數(shù)據(jù)的丟失，增大延時，造成不必要的鏈路擁塞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提出一種在Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中基于QoS的自適應(yīng)維 護(hù)備用多徑路由方法，能夠同時滿足QoS要求和克服備用路徑失效問題。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，提出了一種基于QoS的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由 確定方法(ANS-AOMDVQ，自適應(yīng)節(jié)點速度多路徑路由算法)，通過QoS設(shè)置路由算法，增加帶 寬、時延、跳數(shù)和優(yōu)先級等約束條件，采用按需過濾法進(jìn)行判斷和選擇多路徑路由，為源節(jié) 點和目的節(jié)點之間所選的主備用路由具有相應(yīng)的QoS保障，以解決Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由的QoS 問題；提出一種基于節(jié)點移動速度的自適應(yīng)維護(hù)備用路由方法，通過節(jié)點的移動速度并將 其作為周期性更新備用路徑的依據(jù)，即根據(jù)備用路徑中屬于高速移動的節(jié)點數(shù)目來判斷備 用路徑是否失效，并根據(jù)判斷結(jié)果決定是否需要替換某條備用路徑或重新建立備用路徑， 讓Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)能夠隨網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓赃m應(yīng)地對備用路徑進(jìn)行調(diào)整，提高多徑備用路由選 擇的有效性，以解決現(xiàn)有Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)基于信號強(qiáng)度的路由更新方式中備用路由的失效問 題。本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)，擴(kuò)展AOMDV路由協(xié)議規(guī)范中的路由表信息， 在路由表中添加用于判斷當(dāng)前路由時延、節(jié)點可用帶寬、鏈路開銷、節(jié)點和業(yè)務(wù)等級、備用 路由信息的處理數(shù)據(jù)分組的時延、鏈路最大時延、鏈路最小可用帶寬、鏈路最大開銷、節(jié)點 和數(shù)據(jù)流業(yè)務(wù)的優(yōu)先級標(biāo)示符五個字段，同時對路由協(xié)議消息RREQ報文做相應(yīng)擴(kuò)展；將上 述五個字段順序作為QoS約束條件排序，根據(jù)QoS約束條件排序依次順序選擇滿足QoS約 束條件的主備用路徑，直到到達(dá)目的節(jié)點并回送RREP消息為止；源節(jié)點、中間節(jié)點和目的 節(jié)點之間通過周期性發(fā)送探測消息SFM，獲取備用路徑中節(jié)點的移動速度，并根據(jù)節(jié)點移動 速度判斷該備用路徑的變化情況，若備用路徑上有多個節(jié)點移動速度屬于高速區(qū)域，目的 節(jié)點向源節(jié)點回復(fù)應(yīng)答消息SFMR要求源節(jié)點替換或丟棄該備用路徑。當(dāng)源節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)且路由表中沒有到目的節(jié)點的路由時，源節(jié)點向相鄰節(jié)點 廣播帶有QoS擴(kuò)展的RREQ報文；當(dāng)中間節(jié)點接收到帶有QoS擴(kuò)展的RREQ報文時，首先對 QoS約束條件按照一定順序進(jìn)行排序；中間節(jié)點根據(jù)QoS約束條件排序結(jié)果，首先基于第一個QoS約束條件尋找可行路徑，然后再基于第二個QoS約束條件在尋找到的可行路徑集合 中再次篩選，直到尋找到的可行路徑滿足所有的QoS約束條件；中間節(jié)點在找到滿足所有 QoS約束條件的路徑后，向下游節(jié)點繼續(xù)廣播RREQ或單播RREQ消息，否則回送消息告訴上 游節(jié)點該路由請求不滿足QoS約束并將其存儲在緩存隊列或丟棄；當(dāng)RREQ消息到達(dá)目的節(jié) 點后，目的節(jié)點根據(jù)處理結(jié)果向源節(jié)點回送RREP消息。比較函數(shù)模塊根據(jù)實例化一個對象 來比較滿足QoS所需的處理數(shù)據(jù)分組的時延、鏈路最大時延、節(jié)點和數(shù)據(jù)流業(yè)務(wù)的優(yōu)先級， 所有可用路徑的參數(shù)按先后順序從上往下記錄在數(shù)組中。根據(jù)路徑中每個節(jié)點的移動速度域值(AvailableSpeedFielcLID)和節(jié)點停留 時間值(PauseTimeJD)的組合狀態(tài)判斷該節(jié)點是否屬于快速區(qū)域節(jié)點，再將路徑中屬于 快速區(qū)域的節(jié)點累加得到快速移動節(jié)點總數(shù)。源節(jié)點向下游節(jié)點周期性發(fā)送路由更新信 息數(shù)據(jù)包SFM，根據(jù)路由表信息，找到所有路徑中節(jié)點數(shù)目最多的路徑，根據(jù)該路徑中節(jié) 點數(shù)目確定SFM消息中節(jié)點停留時間值和移動速度域值數(shù)據(jù)列表的最大行數(shù)，并把每一 行的值設(shè)置為空；最后在可行路徑(AvailableRouting)欄填上相應(yīng)路徑標(biāo)識符后發(fā)送 給中間節(jié)點；中間節(jié)點在轉(zhuǎn)發(fā)SFM之前根據(jù)QoS約束條件進(jìn)行判斷，然后在節(jié)點停留時 間PauseTime和移動速度域AvailableSpeedField縱向列表中將自身PauseTime_ID和 AvailableSpeedFielcLID添加進(jìn)去；目的節(jié)點接收到SFM消息后，判斷鏈路中節(jié)點移動速 度屬于快速區(qū)域的數(shù)目，并向源節(jié)點回復(fù)一個帶有ReplaCe_ID字段的SFMR消息，告訴源節(jié) 點備用路徑的有效性情況。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點本發(fā)明在設(shè)置QoS約束條件中加入了優(yōu)先級，當(dāng)中間節(jié)點在接收到不滿足QoS約 束的路由請求RREQ消息時，便將其放入緩存隊列中而不是直接丟棄，通過調(diào)節(jié)最大重復(fù)操 作次數(shù)可以確保高優(yōu)先級業(yè)務(wù)得到更大限度的處理，可以大大提高高優(yōu)先級業(yè)務(wù)路由選擇 的成功率。將節(jié)點移動速度作為周期性路由更新的依據(jù)，減小了節(jié)點移動變化非?？烨夷?量足夠大情況下發(fā)生路由失效的幾率，從而大大提高了路由維護(hù)的有效性。本發(fā)明與AOMDV 路由協(xié)議相比，ANS-AOMDVQ算法在主路徑斷裂和備用路徑失效時，源節(jié)點總共重新發(fā)起路 由請求的次數(shù)大大降低。同時，在節(jié)點移動速度較大時ANS-AOMDVQ發(fā)生路由失效的幾率較 小，降低了整體網(wǎng)絡(luò)的路由開銷，從而大大提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。


圖1優(yōu)先級劃分與rai_ID字段取值圖2中間節(jié)點處理帶有QoS字段的RREQ消息過程圖3可用路由(AvailableRouting)標(biāo)識符字段取值圖4基于節(jié)點移動速度的自適應(yīng)備用路由維護(hù)流程圖5源節(jié)點發(fā)送SFM消息流程圖6目的節(jié)點處理SFM消息流程圖7數(shù)據(jù)包發(fā)送成功率比較8端到端時延比較9路由開銷比較圖
具體實施例方式本發(fā)明提出一種基于QoS的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)節(jié)點速度多路徑路由確定方法 (ANS-A0MDVQ路由算法)，通過QoS設(shè)置路由算法，增加帶寬、時延、開銷和優(yōu)先級等約束條 件，采用按需過濾法進(jìn)行判斷和選擇多路徑路由，為源節(jié)點和目的節(jié)點之間所選的主備用 路由具有一定的QoS保障，以解決Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由的QoS問題；提出一種基于節(jié)點移動 速度的自適應(yīng)維護(hù)備用路由方法，通過節(jié)點的移動速度并將其作為周期性更新備用路徑的 依據(jù)，即根據(jù)備用路徑中屬于高速移動的節(jié)點數(shù)目來判斷備用路徑是否失效，并根據(jù)判斷 結(jié)果決定是否需要替換某條備用路徑或重新建立備用路徑，讓Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)能夠隨網(wǎng)絡(luò)拓 撲的變化自適應(yīng)地對備用路徑進(jìn)行調(diào)整，提高多徑備用路由選擇的有效性，以解決現(xiàn)有Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)基于信號強(qiáng)度的路由更新方式中備用路由的失效問題。本發(fā)明具體實現(xiàn)方式如下，首先采用QoS約束路由提高主備用路由的QoS保障， 擴(kuò)展現(xiàn)有AOMDV路由協(xié)議規(guī)范中的路由表信息，在路由表中添加分別用于判斷當(dāng)前路由時 延、節(jié)點可用帶寬、鏈路開銷、節(jié)點和業(yè)務(wù)等級、以及建立路由后的備用路由信息等相關(guān)的 五個字段(節(jié)點處理數(shù)據(jù)分組的時延、鏈路最大時延、鏈路最小可用帶寬、鏈路最大開銷、 節(jié)點和數(shù)據(jù)流業(yè)務(wù)的優(yōu)先級標(biāo)識符)，同時對路由協(xié)議消息報文(RREQ、RREP、RRER)做相應(yīng) 擴(kuò)展，即當(dāng)節(jié)點開始選擇路徑時，對QoS約束條件進(jìn)行排序(可按優(yōu)先級一帶寬一時延一開 銷的順序排序)。根據(jù)上述順序，依次選擇滿足QoS約束條件的路徑，直到到達(dá)目的節(jié)點并 回送RREP消息為止。也就是說，路徑選擇時首先根據(jù)第一個條件尋找可行路徑，再根據(jù)第 二個條件在得到的可行路徑集合中進(jìn)行篩選，直到滿足所有的QoS約束條件才向下游節(jié)點 繼續(xù)廣播RREQ或單播RREQ等信息，否則回送一個消息告訴上游節(jié)點不滿足QoS要求，重新 選擇其他路徑。當(dāng)源節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)且路由表中沒有到目的節(jié)點的路由，源節(jié)點便會廣播帶有 QoS字段的RREQ包。中間節(jié)點收到RREQ消息后，比較函數(shù)類模塊判斷路徑的優(yōu)先級、帶寬、 時延和開銷等，根據(jù)QoS約束條件，采用按需過濾法分別嵌套調(diào)用優(yōu)先級、帶寬、時延和開 銷判斷函數(shù)，將四個QoS約束條件按照優(yōu)先級一帶寬一時延一開銷的順序排列；按照QoS約 束條件順序?qū)ふ覞M足所有QoS約束條件的可行路徑，首先基于第一個QoS約束條件尋找可 行路徑，然后再基于第二個QoS約束條件在得到的可行路徑集合中進(jìn)行篩選，直到滿足所 有的QoS約束條件，才繼續(xù)廣播RREQ或單播RREP等信息給相應(yīng)節(jié)點，否則便回送一個消息 告訴上游節(jié)點該請求不滿足QoS要求，直到到達(dá)目的節(jié)點并回送RREP為止。基于節(jié)點移動速度的自適應(yīng)維護(hù)備用路由。在源節(jié)點、中間節(jié)點和目的節(jié)點之間 周期性發(fā)送探測消息SFM，獲取備用路徑中節(jié)點的移動速度，并根據(jù)節(jié)點移動速度判斷該 備用路徑的變化情況。若備用路徑上有多個節(jié)點移動速度屬于高速區(qū)域，此時有節(jié)點可能 已經(jīng)超出了能夠建立鏈路的有效范圍或含有該節(jié)點的備用路徑可能已不是最好路徑，目的 節(jié)點在向源節(jié)點回復(fù)的應(yīng)答消息SFMR(Speed Field Message Reply)中要求源節(jié)點替換或 丟棄該備用路由(若備用路由全部失效源節(jié)點將重新建立備用路由)，以確保備用路徑的 有效性。由于在設(shè)置QoS約束條件時考慮了優(yōu)先級，中間節(jié)點在接收到不滿足QoS條件的 RREQ消息時，將其放入緩存隊列中而不是直接丟棄。當(dāng)不滿足條件的RREQ消息被放入隊列 中并等待了一個等待時長以后，再次判斷，滿足QoS約束條件則發(fā)送，否則再次進(jìn)入隊列等待，如此循環(huán)。為了保證實時性，在每一個報文隊列中設(shè)置一個最大重復(fù)操作次數(shù)，限定從 隊列中取出數(shù)據(jù)重復(fù)比較QoS約束條件的次數(shù)，經(jīng)過最大重復(fù)操作次數(shù)次比較后，若仍不 滿足，丟棄RREQ消息，以保證所有報文都能在允許的處理次數(shù)內(nèi)被處理。為了達(dá)到實時更新備用路徑的目的，源節(jié)點周期性向每一條路由發(fā)送路由更新信 息數(shù)據(jù)包速度域消息SFM(Speed Field Message)，該消息中包含有節(jié)點停留時間值標(biāo)識、 移動速度域標(biāo)識，QoS字段標(biāo)識、主備用路徑標(biāo)識等字段信息。本發(fā)明可將移動速度域分為慢速移動區(qū)域、中速移動區(qū)域和高速區(qū)域三個場景， 為了接近現(xiàn)實的運(yùn)動情況，設(shè)定節(jié)點移動速度大小的取值范圍為[5m/s，35m/s]，低速、中速 和高速三個場景的移動速率分別定義為[5m/s，10m/s]，(10m/s，20m/s]和20m/s以上。源 節(jié)點發(fā)送SFM消息的過程為首先根據(jù)源節(jié)點的路由表信息，找出所有路徑中中間節(jié)點數(shù) 目最多的一條路徑，并記錄該路徑中節(jié)點數(shù)目；然后根據(jù)節(jié)點數(shù)目值確定SFM消息中節(jié)點 停留時間值和移動速度域，并在主備用路徑標(biāo)識字段中填入是否備用路徑后發(fā)送給中間節(jié) 點。中間節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)SFM過程為中間節(jié)點完成向下一個相鄰節(jié)點的SFM信息轉(zhuǎn)發(fā)，在轉(zhuǎn)發(fā)發(fā) 送路由更新信息數(shù)據(jù)包之前需要在SFM更新消息包中加入自己的速度域和節(jié)點停留時間 值，填入SFM的相應(yīng)標(biāo)識字段中。目的節(jié)點處理SFM的過程為首先將SFM消息先暫存在一 個緩存隊列中，然后一條一條的取出SFM進(jìn)行處理，處理過程可以分為兩個步驟進(jìn)行，步驟一目的節(jié)點根據(jù)SFM消息中的主備用路徑標(biāo)識字段值判斷當(dāng)前接受的SFM 來自于哪一條路徑。若為主用路徑則放棄對該條路徑的分析；若為備用路徑再根據(jù)停留時 間值和移動速度域值進(jìn)行步驟二的分析；步驟二 根據(jù)停留時間值和移動速度域值的組合 狀態(tài)來判斷路徑中的移動速度屬于快速區(qū)域的節(jié)點個數(shù)，通過指針指向停留時間值和移動 速度域的數(shù)據(jù)列表來獲取這兩個字段值。目的節(jié)點發(fā)送SFMR，根據(jù)停留時間值和移動速度域的組合狀態(tài)來綜合判斷鏈路中 屬于高速區(qū)域的個數(shù)，若屬于高速區(qū)域的節(jié)點個數(shù)較少，目的節(jié)點便向源節(jié)點回復(fù)帶有備 用路由可用的SFMR消息。若屬于高速區(qū)域的節(jié)點個數(shù)較多，說明該路徑的中間節(jié)點有多個 節(jié)點移動速度屬于高速移動狀態(tài)，則該路徑不可靠并需要替換。此時，只有在首備用路徑和次備用路徑都不可靠的情況下才會發(fā)起備用路徑的 重新建立連接；只要首備用路徑有效，不管次備用路徑是否有效，目的節(jié)點都會在回送的 SFMR消息中通知源節(jié)點重新建立備用路由，而不用替換和重新發(fā)起路由建立；只有在首備 用路徑失效，次備用路徑可靠有效的情況下，目的節(jié)點才會在發(fā)送給源節(jié)點的SFMR消息中 請求替換備用路由。為使本發(fā)明的目的、實現(xiàn)方案和優(yōu)點更為清晰，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步 的詳細(xì)描述，但該實施例不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。本發(fā)明在AOMDV協(xié)議基礎(chǔ)之上，結(jié)合QoS技術(shù)和自適應(yīng)路由維護(hù)技術(shù)，提出了一種 具備QoS保障路由、能夠自適應(yīng)節(jié)點移動速度實時更新路由信息的改進(jìn)型多路徑路由方法 ANS-A0MDVQ,目的是為了在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)快速變化情況下及時發(fā)現(xiàn)具有QoS保障的多條路 徑，并能夠根據(jù)節(jié)點移動速度實時對備用路徑進(jìn)行更新。根據(jù)QoS約束路由條件和基于節(jié) 點移動速度自適應(yīng)維護(hù)備用路由。根據(jù)QoS約束路由條件順序(優(yōu)先級一帶寬一時延一開 銷)，在源節(jié)點和目的節(jié)點之間找到一條滿足QoS約束的主、備用路由。首先，擴(kuò)展Ad hoc網(wǎng)絡(luò)路由表，在Ad hoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的路由表中添加用于判斷當(dāng)前路由和備用路由的鏈路最大時延，鏈路最小可用帶寬，鏈路最大開銷，節(jié)點和業(yè)務(wù)等級 W ft E i ^ ^ S (Nodei_Max_Delay, Link_Max_Delay, Link一Min一Bandwidth， Link_Max_ Consume, rai_ID)，擴(kuò)展后的路由表如表1所示表1 擴(kuò)展后的路由表信息
目的IP地址目的序列號接口跳數(shù)計數(shù)上一次跳數(shù)下一跳前去列表生存時間路由標(biāo)記Link_Max_DelayLink_Min_BandwidthLi nk_Max_Con sumePRI_IDNodei_Max_Delay表1中，新增的5個字段分別定義為N0dei_MaX_Delay為節(jié)點處理數(shù)據(jù)分組的時 延；Link_Max_Delay為鏈路最大時延；Link_Min_Bandwidth為鏈路最小可用帶寬；Link_ Max_C0nsUme為鏈路最大開銷；PRI_ID為節(jié)點和業(yè)務(wù)的優(yōu)先級標(biāo)識符。其中，節(jié)點和數(shù)據(jù)業(yè) 務(wù)優(yōu)先級的劃分可通過在CANS_AOMDVQMeg類(消息類)頭域的保留字段中添加3bit“xxx” 來實現(xiàn)，如圖1所示為優(yōu)先級劃分與字段取值示意圖?？紤]到時延、節(jié)點緩存隊列 容量等條件的限制，優(yōu)先級的劃分不易過于復(fù)雜，本實施例中將用戶劃分為2個等級，并將 每一類用戶產(chǎn)生的業(yè)務(wù)流再劃分為3個等級，共6個等級，為了今后的進(jìn)一步擴(kuò)展，預(yù)留了 2個未用等級(000和100)。為了適應(yīng)路由表的擴(kuò)展，在ANS-A0MDVQ路由協(xié)議消息數(shù)據(jù)包RREQ中相應(yīng)增加 Link_Max_Delay, Link_Min_Bandwidth， Link_Max_Consume、PRI_ID 禾口 Sum_Delay 等五個 QoS字段，如表2所示表2RREQ消息的QoS字段
Link Max DelayLink Min BandwidthLink Max ConsumePRI IDSum Delay(8bit)(8bit)(8bit)Obit)(8b it)如表2所示，Link_Min_Bandwidth和Link_Max_Delay字段分別表示帶寬和端到 端時延；Sum_Delay表示累加時延，用于估算端到端的累加時延，其初始值為0。Sum_Delay 與每個節(jié)點的分組處理時延關(guān)系如下Sum—De 1 ay= X Nodei - Max_ Delay (i，1，2......)
i=0中間節(jié)點可以通過Sum_Delay值判斷端到端時延要求是否能夠滿足。中間節(jié)點處 理帶有QoS字段的RREQ消息過程如圖2所示，當(dāng)源節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)且路由表中沒有到目 的節(jié)點的路由時，源節(jié)點便會向相鄰節(jié)點廣播RREQ消息。當(dāng)中間節(jié)點接收到帶有QoS擴(kuò)展 的RREQ消息時，綜合考慮四個QoS約束條件，分別嵌套調(diào)用優(yōu)先級、帶寬、時延和開銷四個 判斷函數(shù)進(jìn)行路徑過濾，即將四個QoS約束條件按優(yōu)先級一帶寬一時延一開銷進(jìn)行排列， 首先基于第一個條件尋找可行路徑，然后再基于第二個條件在尋找到的可行路徑集合中再 次篩選，直到滿足所有的QoS約束條件，才向下游節(jié)點繼續(xù)廣播RREQ或單播RREQ消息，否則回送消息告訴上游節(jié)點該路由請求不滿足QoS約束并將其存儲在緩存隊列或丟棄，直到 RREQ消息到達(dá)目的節(jié)點并向源節(jié)點回送RREP消息為止。即收到RREQ消息后查看本地資源， 是否滿足最高優(yōu)先級，如滿足依次按照上述排列的QoS約束條件順序判斷帶寬是否大于鏈 路最小帶寬，累加時延是否小于鏈路最大時延，如果均滿足上述條件，累加時延加上該節(jié)點 的時延，送入目的IP地址。當(dāng)不滿足QoS約束條件的RREQ消息被放入隊列中并在waiting_ time_X時間(等待時間)后再次判斷，滿足QoS約束則發(fā)送，否則再次進(jìn)入隊列等待，如此 循環(huán)。由于本發(fā)明在設(shè)置QoS約束條件時引入了優(yōu)先級，當(dāng)中間節(jié)點在接收到不滿足QoS 約束的路由請求RREQ消息時，便將其放入緩存隊列中，而不是直接丟棄。此處理方式的優(yōu) 點在于可以進(jìn)一步反映節(jié)點和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級。為了保證實時性，每一個RREQ消息在隊 列中都有一個最大threSh_X(重復(fù)操作次數(shù)，從隊列中取出數(shù)據(jù)重復(fù)比較QoS約束條件的 次數(shù))，經(jīng)過thresh_X次比較后，若仍不滿足QoS約束條件，則丟棄該RREQ消息。保證了所 有RREQ消息能在允許范圍內(nèi)得到最大限度的處理?；诠?jié)點移動速度的自適應(yīng)維護(hù)備用路由。通過周期性更新備用路徑，使網(wǎng)絡(luò)能 夠隨著拓?fù)渥兓詣油瓿蓪β酚傻木S護(hù)過程。根據(jù)備用路徑中節(jié)點處于高速移動的個數(shù)判 斷備用路徑是否失效?？梢杂行Ы鉀Q基于信號發(fā)射強(qiáng)度的路由更新方式中所出現(xiàn)的備用路 徑失效，以及由此帶來的傳輸數(shù)據(jù)丟失、延時增大、鏈路擁塞等諸多問題。為了達(dá)到實時更新備用路徑的目的，源節(jié)點、中間節(jié)點和目的節(jié)點之間需要周期 性發(fā)送路由更新信息數(shù)據(jù)包，即速度域信息SFM(Speed Field Message)，其報文格式如表3 所示。表3路由更新消息包SFM的格式
權(quán)利要求
一種基于鏈路品質(zhì)QoS的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)節(jié)點速度多路徑路由方法，其特征在于，包括步驟(1)擴(kuò)展多路徑路由協(xié)議規(guī)范中的路由表信息，在路由表中添加處理數(shù)據(jù)分組的時延、鏈路最大時延、最小可用帶寬、最大開銷、節(jié)點和數(shù)據(jù)流業(yè)務(wù)的優(yōu)先級標(biāo)識符五個字段，在路由協(xié)議消息報文RREQ消息中對上述字段按QoS約束條件排序；(2)根據(jù)QoS約束條件依次順序選擇滿足QoS約束條件的主備用路徑，直到到達(dá)目的節(jié)點并回送路由協(xié)議消息報文RREP消息為止；(3)源節(jié)點、中間節(jié)點和目的節(jié)點之間通過周期性發(fā)送探測消息SFM，獲取備用路徑中節(jié)點的移動速度，如備用路徑中高速移動節(jié)點數(shù)目超過閾值，備用路徑失效，替換或丟棄該備用路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)節(jié)點速度多路徑路由方法，其特征在于，所述依次順 序選擇滿足QoS約束條件的路徑具體包括，當(dāng)源節(jié)點需要發(fā)送數(shù)據(jù)且路由表中沒有到目的 節(jié)點的路由時，源節(jié)點向相鄰節(jié)點廣播帶有QoS擴(kuò)展的RREQ報文沖間節(jié)點根據(jù)QoS約束 條件排序結(jié)果，首先基于第一個條件尋找可行路徑，然后在尋找到的可行路徑中再次篩選 滿足第二個條件的路徑，篩選出滿足所有QoS約束條件的可行路徑；中間節(jié)點向下游節(jié)點 繼續(xù)廣播RREQ消息，當(dāng)不滿足QoS約束條件，中間節(jié)點向上游節(jié)點回送該路由不滿足條件 的消息，并將該路由存儲在緩存隊列或丟棄；當(dāng)RREQ消息到達(dá)目的節(jié)點后，目的節(jié)點向源 節(jié)點回送RREP消息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)節(jié)點速度多路徑路由方法，其特征在于，所述獲取備 用路徑中高速移動節(jié)點數(shù)目具體包括，根據(jù)路徑中每個節(jié)點的移動速度域值和停留時間值 的組合狀態(tài)判斷該節(jié)點是否屬于高速區(qū)域節(jié)點，再將路徑中屬于高速區(qū)域的節(jié)點累加得到 高速移動節(jié)點總數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)節(jié)點速度多路徑路由方法，其特征在于，步驟(3)進(jìn)一 步包括，目的節(jié)點發(fā)送應(yīng)答消息SFMR，根據(jù)停留時間值和移動速度域值的組合狀態(tài)綜合判 斷鏈路中屬于高速區(qū)域的節(jié)點數(shù)，若高速區(qū)域的節(jié)點數(shù)少于閾值，目的節(jié)點便向源節(jié)點回 復(fù)帶有備用路徑可用的SFMR消息，若該備用路徑中高速區(qū)域的節(jié)點個數(shù)超過閾值，則替換 該備用路徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)節(jié)點速度多路徑路由方法，其特征在于，確定備用路 徑是否失效具體包括，源節(jié)點向下游節(jié)點周期性發(fā)送路由更新信息數(shù)據(jù)包SFM，根據(jù)路由表 信息，找到所有路徑中節(jié)點數(shù)目最多的路徑，根據(jù)該路徑中節(jié)點數(shù)目確定SFM消息中節(jié)點 停留時間值和移動速度域值數(shù)據(jù)列表的最大行數(shù)；在可用路徑中填上該路徑標(biāo)識符后發(fā)送 給中間節(jié)點沖間節(jié)點在節(jié)點停留時間值和移動速度域值縱向列表中將自身的停留時間值 和移動速率域值添加進(jìn)去，向目的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)SFM消息，目的節(jié)點根據(jù)接收的SFM消息判斷路 徑中高速移動節(jié)點的數(shù)目，確定該路徑的有效性。
全文摘要
本發(fā)明請求保護(hù)基于QoS的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)節(jié)點速度AOMDV路由算法，基于QoS約束的路由選擇算法中增加了帶寬、時延、跳數(shù)和優(yōu)先級等四個約束條件，采用按需過濾法進(jìn)行判斷和選擇多路徑路由，使所選路由具有一定的QoS保障，基于節(jié)點移動速度的自適應(yīng)作為周期性備用路由更新的準(zhǔn)則，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓赃m應(yīng)地對路由進(jìn)行調(diào)整，以解決現(xiàn)有Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)基于信號強(qiáng)度的路由更新方式中路由維護(hù)的失效問題。本發(fā)明新型的基于QoS的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)節(jié)點速度多路徑路由算法實現(xiàn)簡單、靈活，能有效提高選擇路徑的QoS水平和高優(yōu)先級業(yè)務(wù)路由選擇的成功率，提高路由維護(hù)的有效性和網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。
文檔編號H04W40/24GK101980565SQ20101029010
公開日2011年2月23日 申請日期2010年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月25日
發(fā)明者萬曉榆, 嚴(yán)常青, 張洪, 樊自甫 申請人:重慶郵電大學(xué)