專利名稱：一種基于dtn深空傳感器網(wǎng)絡(luò)多徑路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在深空傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間備份多路徑中下一條節(jié)點(diǎn)的選擇問題，具體地講，涉及一種基于DTN深空傳感器網(wǎng)絡(luò)多徑路由方法。
背景技術(shù)：
對未知的求索驅(qū)使人類一步步“邁向”太空，人類探索宇宙演化過程、揭示生命起源、尋找生命存在的腳步一刻也沒有停止。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是21世紀(jì)重要的技術(shù)之一，其在環(huán)境探測中擔(dān)任著重要的角色，在人類探索深空的過程中也越來越發(fā)揮重要的作用。然而，處于深空的傳感器網(wǎng)絡(luò)由于環(huán)境因素影響，與傳統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)存在很大不同，這使得深空傳感器網(wǎng)絡(luò)成為一種受限網(wǎng)絡(luò)。如何有效改善這種情況呢？ 2003年，Kevin Fall提出了一種全新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)——DTN0它是一種運(yùn)行在區(qū)域網(wǎng)絡(luò)之上的網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，并且它的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)包含了許多能夠解決受限網(wǎng)絡(luò)問題的特性。對于網(wǎng)絡(luò)而言，路由研究是一個(gè)重要的研究內(nèi)容。深空傳感器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行在惡劣甚至是未知的遠(yuǎn)程環(huán)境中，由于太陽電磁輻射干擾、節(jié)點(diǎn)移動、節(jié)點(diǎn)自身缺乏資源等，建立的路由可能很容易斷開，因此設(shè)計(jì)有效的策略延長網(wǎng)絡(luò)的生存壽命是深空傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心問題。這使得為其設(shè)計(jì)路由協(xié)議成為一個(gè)富有挑戰(zhàn)的問題。實(shí)際上，為了緩解這些問題，可以采用多徑路由的方式。多徑路由為主路徑尋找替代路徑，以替代方式增加路由過程的效率。它利用資源冗余和多樣性支持錯(cuò)誤容忍，負(fù)載平衡，端到端傳遞時(shí)延最小化和降低能量消耗等需求。同時(shí)，有文獻(xiàn)已經(jīng)證明選擇多條路徑時(shí)，維護(hù)比最短路徑長很多的替代路徑和多于兩條或三條的替代路徑都是`無益處的。此外，多徑路由應(yīng)該是按需的(on-demand)和備份多路徑方式，這樣可以有效減少開銷和對存儲資源的利用。由此，本文對深空傳感器網(wǎng)絡(luò)提出一種基于DTN的多徑路由，使能有效緩解數(shù)據(jù)分組在傳輸中遇到的上述問題。同時(shí)，結(jié)合對鏈路連接概率的研究，加入對節(jié)點(diǎn)剩余能量的考慮，建立效用函數(shù)。在選擇多條路徑時(shí)，有文獻(xiàn)已經(jīng)證明維護(hù)比最短路徑長很多的替代路徑和多于兩條或三條的替代路徑都是無益處的。因此，在選擇備用路徑時(shí)，利用得到的效用函數(shù)選擇最佳路徑，能夠有效減少開銷和利用資源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于DTN深空傳感器網(wǎng)絡(luò)多徑路由方法，更好的均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。本發(fā)明采用如下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的一種基于DTN深空傳感器網(wǎng)絡(luò)多徑路由方法，其特征在于，包括如下步驟(I)路由發(fā)現(xiàn)，包括請求query過程和回復(fù)r印Iy過程，找出數(shù)據(jù)分組發(fā)送的主路徑和備用路徑；
(2)路由維護(hù)，當(dāng)主路徑正常時(shí)，數(shù)據(jù)分組在主路徑上正常傳輸，當(dāng)主路徑斷開時(shí)，主路徑斷開處的傳感器節(jié)點(diǎn)a執(zhí)行一跳數(shù)據(jù)廣播到它的鄰居節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)a在數(shù)據(jù)分組頭部指出鏈路斷開，鄰居節(jié)點(diǎn)接收到該數(shù)據(jù)分組時(shí)，鄰居節(jié)點(diǎn)在其備用路由表中查找手否有到目的節(jié)點(diǎn)的下一跳節(jié)點(diǎn)的表項(xiàng)，若存在，鄰居節(jié)點(diǎn)緩存該數(shù)據(jù)分組，并向節(jié)點(diǎn)a回復(fù)收到數(shù)據(jù)分組的確認(rèn)分組REQ，向節(jié)點(diǎn)a確認(rèn)是否可以傳輸該數(shù)據(jù)分組，判斷節(jié)點(diǎn)a收到的確認(rèn)分組REQ的數(shù)量,如果節(jié)點(diǎn)a收到一個(gè)確認(rèn)分組REQ,節(jié)點(diǎn)a向此相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送回復(fù)分組REP,允許數(shù)據(jù)分組經(jīng)過此相鄰節(jié)點(diǎn)傳遞，如果節(jié)點(diǎn)a收到多個(gè)確認(rèn)分組REQ，轉(zhuǎn)步驟(3)；(3)計(jì)算節(jié)點(diǎn)a與每個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的效用值,選擇效用值最大的相鄰節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)a向效用值最大的相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送回復(fù)分組REP，允許數(shù)據(jù)分組經(jīng)過此相鄰節(jié)點(diǎn)傳遞，同時(shí)節(jié)點(diǎn)a向其它相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送回復(fù)分組ERR，收到回復(fù)分組ERR的相鄰節(jié)點(diǎn)將緩存中的數(shù)據(jù)刪除，同時(shí)根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果更新自身的備用路由表；(4)數(shù)據(jù)分組在備份路徑上傳遞，節(jié)點(diǎn)a發(fā)送RERR分組到源節(jié)點(diǎn)，開始路由重新發(fā)現(xiàn)過程，更新網(wǎng)絡(luò)情況和拓?fù)?，使路由保持最新和最佳。作為對本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述步驟(I)包括如下步驟(1.1)請求query過程當(dāng)一個(gè)源節(jié)點(diǎn)需要發(fā)起一個(gè)到目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)會話,它先查找自己的路由表，如果自己的路由表中存在到目的節(jié)點(diǎn)的理由信息，直接發(fā)送RREQ分組到目的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)路由表中沒有任何到目的節(jié)點(diǎn)的路由信息時(shí)，轉(zhuǎn)步驟(1. 2)；(1. 2)源節(jié)點(diǎn)通過洪泛RREQ請求分組的方式搜索路由，每個(gè)RREQ分組擁有一個(gè)唯一的標(biāo)識符，這樣節(jié)點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)和丟棄復(fù)制分組，以避免回路的出現(xiàn)，當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)非復(fù)制RREQ分組時(shí)，它在其路由表中記錄先前的跳和源節(jié)點(diǎn)信息，然后，中間節(jié)點(diǎn)廣播分組，或者如果它的路由表中存在到目的節(jié)點(diǎn)的路由就發(fā)送RREP分組給源節(jié)點(diǎn)；(1. 3)當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)接收到RREQ分組時(shí)，它按照已經(jīng)選擇的路由向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送RREP分組；(1. 4)回復(fù)re ply過程當(dāng)不是主路徑上的節(jié)點(diǎn)雜亂地監(jiān)聽到由其相鄰節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)姆轻槍ψ陨淼腞REP分組時(shí)，它在其備用路由表中記錄下這個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)，使其成為該節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的下一跳節(jié)點(diǎn)，如果監(jiān)聽節(jié)點(diǎn)在主路徑的多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)的射頻范圍內(nèi)，該監(jiān)聽節(jié)點(diǎn)可能接收到來自相同路由的許多RREP分組，在這種情況下，監(jiān)聽節(jié)點(diǎn)選擇最佳的路由插入到它的備用路由表中，當(dāng)RREP分組到達(dá)路由的源節(jié)點(diǎn)時(shí)，源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的主路徑被建立，同時(shí)，在備用路由表中擁有到目的節(jié)點(diǎn)表項(xiàng)的節(jié)點(diǎn)成為網(wǎng)狀網(wǎng)的一部分，主路徑和備份路徑一起構(gòu)成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)魚骨狀。作為對本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述步驟(3)的計(jì)算規(guī)則如下(3.1)相鄰節(jié)點(diǎn)能量更新,根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)自身特性，已知傳感器節(jié)點(diǎn)的剩余能量值，利用本次剩余能量與前一次的剩余能量，對下一次能量的剩余情況進(jìn)行預(yù)測，估計(jì)相鄰節(jié)點(diǎn)目前的剩余能量是否還滿足一次數(shù)據(jù)傳輸所需能量
權(quán)利要求
1.一種基于DTN深空傳感器網(wǎng)絡(luò)多徑路由方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)路由發(fā)現(xiàn)，包括請求query過程和回復(fù)reply過程，找出數(shù)據(jù)分組發(fā)送的主路徑和備用路徑； (2)路由維護(hù)，當(dāng)主路徑正常時(shí)，數(shù)據(jù)分組在主路徑上正常傳輸，當(dāng)主路徑斷開時(shí)，主路徑斷開處的傳感器節(jié)點(diǎn)a執(zhí)行一跳數(shù)據(jù)廣播到它的鄰居節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)a在數(shù)據(jù)分組頭部指出鏈路斷開，鄰居節(jié)點(diǎn)接收到該數(shù)據(jù)分組時(shí)，鄰居節(jié)點(diǎn)在其備用路由表中查找手否有到目的節(jié)點(diǎn)的下一跳節(jié)點(diǎn)的表項(xiàng)，若存在，鄰居節(jié)點(diǎn)緩存該數(shù)據(jù)分組，并向節(jié)點(diǎn)a回復(fù)收到數(shù)據(jù)分組的確認(rèn)分組REQ，向節(jié)點(diǎn)a確認(rèn)是否可以傳輸該數(shù)據(jù)分組，判斷節(jié)點(diǎn)a收到的確認(rèn)分組REQ的數(shù)量，如果節(jié)點(diǎn)a收到一個(gè)確認(rèn)分組REQ，節(jié)點(diǎn)a向此相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送回復(fù)分組REP，允許數(shù)據(jù)分組經(jīng)過此相鄰節(jié)點(diǎn)傳遞，如果節(jié)點(diǎn)a收到多個(gè)確認(rèn)分組REQ，轉(zhuǎn)步驟(3)； (3)計(jì)算節(jié)點(diǎn)a與每個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的效用值，選擇效用值最大的相鄰節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)a向效用值最大的相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送回復(fù)分組REP，允許數(shù)據(jù)分組經(jīng)過此相鄰節(jié)點(diǎn)傳遞，同時(shí)節(jié)點(diǎn)a向其它相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送回復(fù)分組ERR，收到回復(fù)分組ERR的相鄰節(jié)點(diǎn)將緩存中的數(shù)據(jù)刪除，同時(shí)根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果更新自身的備用路由表； (4)數(shù)據(jù)分組在備份路徑上傳遞，節(jié)點(diǎn)a發(fā)送RERR分組到源節(jié)點(diǎn)，開始路由重新發(fā)現(xiàn)過程，更新網(wǎng)絡(luò)情況和拓?fù)?，使路由保持最新和最佳?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于DTN深空傳感器網(wǎng)絡(luò)多徑路由方法，其特征在于，所述步驟(I)包括如下步驟 (1.1)請求query過程當(dāng)一個(gè)源節(jié)點(diǎn)需要發(fā)起一個(gè)到目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)會話,它先查找自己的路由表，如果自己的路由表中存在到目的節(jié)點(diǎn)的理由信息，直接發(fā)送RREQ分組到目的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)路由表中沒有任何到目的節(jié)點(diǎn)的路由信息時(shí)，轉(zhuǎn)步驟(1. 2)； (1. 2)源節(jié)點(diǎn)通過洪泛RREQ請求分組的方式搜索路由，每個(gè)RREQ分組擁有一個(gè)唯一的標(biāo)識符，這樣節(jié)點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)和丟棄復(fù)制分組，以避免回路的出現(xiàn)，當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)非復(fù)制RREQ分組時(shí)，它在其路由表中記錄先前的跳和源節(jié)點(diǎn)信息，然后，中間節(jié)點(diǎn)廣播分組，或者如果它的路由表中存在到目的節(jié)點(diǎn)的路由就發(fā)送RREP分組給源節(jié)點(diǎn)； (1. 3 )當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)接收到RREQ分組時(shí)，它按照已經(jīng)選擇的路由向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送RREP分組； (1.4)回復(fù)reply過程當(dāng)不是主路徑上的節(jié)點(diǎn)雜亂地監(jiān)聽到由其相鄰節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)姆轻槍ψ陨淼腞REP分組時(shí)，它在其備用路由表中記錄下這個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)，使其成為該節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的下一跳節(jié)點(diǎn)，如果監(jiān)聽節(jié)點(diǎn)在主路徑的多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)的射頻范圍內(nèi)，該監(jiān)聽節(jié)點(diǎn)可能接收到來自相同路由的許多RREP分組，在這種情況下，監(jiān)聽節(jié)點(diǎn)選擇最佳的路由插入到它的備用路由表中，當(dāng)RREP分組到達(dá)路由的源節(jié)點(diǎn)時(shí)，源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的主路徑被建立，同時(shí)，在備用路由表中擁有到目的節(jié)點(diǎn)表項(xiàng)的節(jié)點(diǎn)成為網(wǎng)狀網(wǎng)的一部分，主路徑和備份路徑一起構(gòu)成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)魚骨狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于DTN深空傳感器網(wǎng)絡(luò)多徑路由方法，其特征在于，所述步驟(3)的計(jì)算規(guī)則如下 (3.1)相鄰節(jié)點(diǎn)能量更新,根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)自身特性，已知傳感器節(jié)點(diǎn)的剩余能量值，利用本次剩余能量與前一次的剩余能量，對下一次能量的剩余情況進(jìn)行預(yù)測，估計(jì)相鄰節(jié)點(diǎn)目前的剩余能量是否還滿足一次數(shù)據(jù)傳輸所需能量
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于DTN深空傳感器網(wǎng)絡(luò)多徑路由方法，其特征在于，包括如下步驟(1)路由發(fā)現(xiàn)，包括請求query過程和回復(fù)reply過程，找出數(shù)據(jù)分組發(fā)送的主路徑和備用路徑；(2)路由維護(hù)；(3)計(jì)算節(jié)點(diǎn)a與每個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的效用值；(4)數(shù)據(jù)分組在備份路徑上傳遞，節(jié)點(diǎn)a發(fā)送RERR分組到源節(jié)點(diǎn)，開始路由重新發(fā)現(xiàn)過程，更新網(wǎng)絡(luò)情況和拓?fù)?，使路由保持最新和最佳。本發(fā)明給出了基于最大效用值的多徑路由方法，在鏈路連接概率一個(gè)影響因子決定的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)剩余能量因子，如果沒有考慮能量問題，即使節(jié)點(diǎn)間連接概率為1，剩余能量很低時(shí)，也無法完成數(shù)據(jù)分組的正確轉(zhuǎn)發(fā)。
文檔編號H04L12/707GK103036783SQ20121056045
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者傅學(xué)生, 周賢偉, 李菲 申請人:山東黃金集團(tuán)有限公司