本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種移動ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中的路由方法。

背景技術(shù)：

Ad-hoc網(wǎng)是一種多跳的、無中心的、自組織無線網(wǎng)絡(luò)，是移動通信和計算機網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)，是移動計算機網(wǎng)絡(luò)的一種，用戶終端可以在網(wǎng)內(nèi)隨意移動而保持通信。它是一種多跳的臨時性自治系統(tǒng)，并且是一種分布式網(wǎng)絡(luò)，在傳感器網(wǎng)絡(luò)、軍用自組織網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等方面應(yīng)用越來越廣。

為保證在移動環(huán)境下，網(wǎng)線通信的可靠性和組網(wǎng)快速，移動ad-hoc網(wǎng)絡(luò)（MANETs）中的路由一直是通信領(lǐng)域中的熱點問題，但現(xiàn)存路由方法不能保證未直連兩節(jié)點間的通信，并且通信開銷比較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提出一種移動ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中的路由方法。本發(fā)明的基本思想是：先根據(jù)節(jié)點的地址前綴對節(jié)點進行分級，再根據(jù)節(jié)點級別對信息進行分級路由，由此保證未直連兩節(jié)點間的通信并降低通信開銷。

為實現(xiàn)上述目的，本方案的技術(shù)方案如下：

一種移動ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中的路由方法，包括分配節(jié)點的地址前綴、建立節(jié)點與鄰居節(jié)點的連接、建立節(jié)點a的i級路由表、確定節(jié)點a的i級路由表中必須包含的路徑、建立節(jié)點間的通信路由。

進一步根據(jù)本發(fā)明所述一種移動ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中的路由方法，分配節(jié)點的地址前綴：

（1）、在每個節(jié)點接入網(wǎng)絡(luò)前隨機為該節(jié)點分配唯一不變的n比特地址前綴，，n為正整數(shù)，地址前綴附在節(jié)點IP地址之前；

（2）、比較網(wǎng)絡(luò)中兩個節(jié)點的地址前綴，從第一位起連續(xù)相同的前綴稱為兩節(jié)點的共用前綴，從第一位起連續(xù)相同的所有前綴稱為兩節(jié)點的最大共用前綴，用p、q表示網(wǎng)絡(luò)中任意兩個節(jié)點，p和q的地址前綴長度為n比特，用len(p, q)表示p和q地址前綴的最大共用前綴長度，p和q的地址前綴分別是01100和01000，則len(01100,01000) = 2，因為最大共用前綴是01；

（3）、，i為正整數(shù)，表示p和q地址前綴的共用前綴長度，則網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點q組成關(guān)于p的i級網(wǎng)絡(luò)，同時稱p的i級網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點為p的i級節(jié)點，每個節(jié)點的地址前綴唯一不變，當(dāng)len (p，q) =n時，p和q為同一個節(jié)點，因此p最多有n-1級節(jié)點；

（4）、根據(jù)節(jié)點地址前綴將節(jié)點分為黑白兩色的方式描述網(wǎng)絡(luò)，具體方法是，i級節(jié)點的第i+1位地址前綴為0，則將此節(jié)點標(biāo)為白節(jié)點，i級節(jié)點的第i+1位地址前綴為1，則將此節(jié)點標(biāo)為黑節(jié)點。

進一步根據(jù)本發(fā)明所述一種移動ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中的路由方法，建立節(jié)點與鄰居節(jié)點的連接。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的地址前綴長度為n比特，在未對節(jié)點進行具體分級前，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點性質(zhì)相同，針對一個節(jié)點討論所得結(jié)果可應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點，用a代表當(dāng)前節(jié)點，用b表示a的任一鄰居節(jié)點，a加入網(wǎng)絡(luò)后，a將a的地址前綴發(fā)給網(wǎng)絡(luò)中與a相鄰的所有節(jié)點，a的鄰居節(jié)點 b收到a的地址前綴后向a回復(fù)b的地址前綴，a收到b的地址前綴后根據(jù)len(a,b)將b分級，若，i為正整數(shù)，則b為a的i級節(jié)點，當(dāng)a將a所有的鄰居節(jié)點分級后，a與a的1級節(jié)點建立1級連接，并向上順延與a的第2級、第3級、……、第n-1級節(jié)點建立相應(yīng)級別的連接，即a與a的i級節(jié)點建立的連接的級別為I；若a向b發(fā)送a所有i級鄰居節(jié)點的信息，同時b向a發(fā)送b所有i級鄰居節(jié)點的信息，i級鄰居節(jié)點的信息包括i級鄰居節(jié)點的地址前綴以及通過這些i級鄰居節(jié)點到達網(wǎng)絡(luò)中其它節(jié)點的路徑，則a與其i級節(jié)點b連接。

進一步根據(jù)本發(fā)明所述一種移動ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中的路由方法，建立節(jié)點a的i級路由表，當(dāng)a和a的i級鄰居節(jié)點連接后，a將從與a連接的所有i級鄰居節(jié)點處收到節(jié)點的信息，生成新表G，即a的i級路由表，由上述得a的i級路由表中包括a的i級鄰居節(jié)點的信息，具體是a的i級鄰居節(jié)點的地址前綴和通過這些i級鄰居節(jié)點到達網(wǎng)絡(luò)中其它節(jié)點的路徑，確定a的i級路由表，按如下步驟進行：

（1）、在a的鄰居節(jié)點中確定必須與a連接的節(jié)點，若b為黑節(jié)點，則將b添加為a的i+1級鄰居；若b為白節(jié)點，則建立b的黑色鄰居節(jié)點間的各級連接，連接級別從1開始，最大到n-1，但未必每一級連接都存在，建立b黑色鄰居節(jié)點間的各級連接：

（1-1）、用集合S表示節(jié)點b的所有黑色鄰居節(jié)點，在S中確定每個節(jié)點的1級鄰居節(jié)點，并建立節(jié)點與此節(jié)點的1級鄰居節(jié)點間的連接，由S中每個節(jié)點與其i級節(jié)點建立連接的級別為i得，此時建立的是1級連接，用表示已建連接的級別，則此時m為1；

（1-2）、將S中的節(jié)點分為black和white兩個集合，如果節(jié)點的第m+1位地址前綴為0，則此節(jié)點屬于white，如果節(jié)點的第m+1位地址前綴為1，則此節(jié)點屬于black；

（1-3）、如果white或者black中沒有節(jié)點，說明節(jié)點集合S中沒有節(jié)點在m+1級連接，則執(zhí)行步驟（2），否則執(zhí)行（1-4）；

（1-4）、取white中的節(jié)點和black中的節(jié)點兩個一組按位對地址前綴進行異或運算，異或運算值為n位二進制比特串，比較得到的所有異或運算值得到異或運算值最小的一組節(jié)點，異或運算值最小的節(jié)點可能不止一組，對所有使得異或運算值最小的節(jié)點組都按后文敘述的方法操作，用w表示兩節(jié)點中屬于white的節(jié)點，用y表示兩節(jié)點中屬于black的節(jié)點，異或運算的算法是：0和0異或為0，1和1異或為0，1和0異或為1，0和1異或為1，對兩節(jié)點地址前綴按位進行異或運算，異或運算值越小說明兩節(jié)點地址的最大共用前綴越長；

（1-5）、若a的第m+1位地址為0，則先判斷： w是a，則將y添加為a的m+1級鄰居節(jié)點，w不是a，則不將y添加為a的m+1級鄰居，然后將S中的節(jié)點更新為white中的節(jié)點，m更新為m+1，重新進行步驟（1-2）；

（1-6）、如果a的第m+1位地址為1，則先判斷：如果y是a，則將w添加為a的m+1級鄰居節(jié)點；如果y不是a，則不將w添加為a的m+1級鄰居，然后將S中的節(jié)點更新為black中的節(jié)點，m更新為m+1，重新進行步驟（3-1-2）。

（2）、G中的所有路徑g=a-b-c₁-c₂-…-c_k-d，k為正整數(shù)，G為a的i級路由表，c_j為a的i級節(jié)點，，j為整數(shù)，d為網(wǎng)絡(luò)中a、b、c以外的其他節(jié)點，路徑g表示G中確定的從a開始經(jīng)由鄰居節(jié)點b到達網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點d的路徑，若同時滿足d為黑節(jié)點、b和c_j為白節(jié)點、c_j無黑色鄰居節(jié)點，將d添加為a的i+1級節(jié)點，用f表示G中任意一個節(jié)點，對于任意c_j，不存在f使得f到c_j的距離小于g中c_j到d的距離或c_j到a的距離。

（3）、任意選擇b的一個黑色鄰居節(jié)點e₁和c_k的一個黑色鄰居節(jié)點e₂，對e₁和e₂的地址前綴按位進行異或運算，如果異或運算值最小，則e₁為a。

進一步根據(jù)本發(fā)明所述一種移動ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中的路由方法，確定節(jié)點a的i級路由表中必須包含的路徑，按如下步驟進行：

（1）、規(guī)劃源路徑，源路徑是節(jié)點根據(jù)物理網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的路徑，路徑根據(jù)節(jié)點到其它節(jié)點的物理距離從近到遠確定，源路徑包括從本節(jié)點到與本節(jié)點最大共用前綴最長的節(jié)點的路徑和從本節(jié)點到其它與本節(jié)點同級的節(jié)點的路徑；

（2）、規(guī)劃其他路徑，節(jié)點a生成表G_b，對于a的每一個已連鄰居b，設(shè)節(jié)點c為節(jié)點a除b外的任一鄰居節(jié)點，表G_b 為節(jié)點a通過融合從所有的c處收到的關(guān)于c的鄰居節(jié)點信息而生成的表，節(jié)點a生成G_b的一個子集G_outb，G_b中所有的路徑p=b-a-c₁-c₂-...-c_k-d，k為正整數(shù)，c_j為a的i級節(jié)點，，j為整數(shù)，d為網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點，p表示從b開始經(jīng)由a到達網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點d的路徑，若d為白節(jié)點，c_j為黑節(jié)點，用f表示G_b中任意白節(jié)點，對任意c_j，不存在f使f到c_j的距離小于p中c_j到d的距離或c_j到b的距離，p添加到G_outb中；

（3）、當(dāng)a的i級路由表中有任何變化時，a生成一個新的包含a的i級鄰居節(jié)點信息的表發(fā)送給與a連接的a的所有i級鄰居節(jié)點。

進一步根據(jù)本發(fā)明所述一種移動ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中的路由方法，建立節(jié)點間的通信路由，用S表示源節(jié)點，用D表示目的節(jié)點，用O表示網(wǎng)絡(luò)中其它任意節(jié)點，當(dāng)節(jié)點S發(fā)送消息給節(jié)點D時，節(jié)點S利用建立的各級路由表選擇滿足len(O,D)>len(S,D)的最近下一跳O，O以同樣的方式選擇最近下一跳，以此類推直到網(wǎng)絡(luò)中沒有與D有更大共用地址前綴的節(jié)點，路徑中每一個新節(jié)點和D都有更長的共用前綴，由此可避免回環(huán)，網(wǎng)絡(luò)中沒有滿足len(O,D)>len(S,D)的下一跳O，S直接通過源路徑將消息發(fā)送給D；S向D發(fā)送消息的方式是，首先 S在S的i級路由表中找到O，S確認(rèn)S的i級路由表中規(guī)劃好的路徑t₁-t₂-...-t_k-D（t_j為S的i級節(jié)點，，k為正整數(shù)，j為整數(shù)）并發(fā)送消息給t₁，t₁收到消息后按照路徑t₁-t₂-...-t_k-b將消息發(fā)送給D，S向t₁發(fā)消息采用的路徑和同級節(jié)點t_j之間的通信路徑都是源路徑。

本發(fā)明與現(xiàn)存協(xié)議相比具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明中相連節(jié)點會主動互相發(fā)送本節(jié)點路由表更新消息，使得當(dāng)某節(jié)點路由表變化時，路由表中儲存的過時路徑（即不再使用的路徑）會被及時消除，可降低網(wǎng)絡(luò)中通信開銷；

2、本發(fā)明中節(jié)點和必要的鄰居節(jié)點相連，可實現(xiàn)任意兩節(jié)點的通信；

3、本發(fā)明中節(jié)點只融合必要鄰居節(jié)點的路由信息，減小了路由表的大小。

附圖說明

圖1 為本發(fā)明所述的一種移動ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中的路由方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明中連接必要節(jié)點的流程圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的描述，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更加清楚的理解本發(fā)明的方案，但并不因此限制本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明所述一種移動ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中的路由方法，包括以下步驟：

步驟（1）、分配節(jié)點的地址前綴。

在每個節(jié)點接入網(wǎng)絡(luò)前隨機為該節(jié)點分配唯一不變的n比特地址前綴，，n為正整數(shù)，地址前綴附在節(jié)點IP地址之前。

比較網(wǎng)絡(luò)中兩個節(jié)點的地址前綴，從第一位起連續(xù)相同的前綴稱為兩節(jié)點的共用前綴，如果是從第一位起連續(xù)相同的所有前綴，則稱為兩節(jié)點的最大共用前綴。用p、q表示網(wǎng)絡(luò)中任意兩個節(jié)點，p和q的地址前綴長度為n（n為正整數(shù)）比特，用len(p, q)表示p和q地址前綴的最大共用前綴長度。假設(shè)p和q的地址前綴分別是01100和01000，則len(01100, 01000) = 2，因為最大共用前綴是01。

如果，i為正整數(shù)，則網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點q組成關(guān)于p的i級網(wǎng)絡(luò)，同時稱p的i級網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點為p的i級節(jié)點。由于每個節(jié)點的地址前綴唯一不變，所以當(dāng)len (p,q) =n時，p和q為同一個節(jié)點，因此p最多有n-1級節(jié)點。

為便于描述和理解，本發(fā)明引入根據(jù)節(jié)點地址前綴將節(jié)點分為黑白兩色的方式描述網(wǎng)絡(luò)，具體方法是，如果i級節(jié)點的第i+1位地址前綴為0，則將此節(jié)點標(biāo)為白節(jié)點；如果i級節(jié)點的第i+1位地址前綴為1，則將此節(jié)點標(biāo)為黑節(jié)點。

步驟（2）、建立節(jié)點與鄰居節(jié)點的連接。

設(shè)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的地址前綴長度為n比特，在未對節(jié)點進行具體分級前，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點性質(zhì)相同，針對一個節(jié)點討論所得結(jié)果可應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點。

為方便討論，用a代表當(dāng)前節(jié)點，用b表示a的任一鄰居節(jié)點。當(dāng)a加入網(wǎng)絡(luò)后，a將a的地址前綴發(fā)給網(wǎng)絡(luò)中與a相鄰的所有節(jié)點。a的鄰居節(jié)點 b收到a的地址前綴后向a回復(fù)b的地址前綴。a收到b的地址前綴后根據(jù)len(a, b)將b分級，如果，i為正整數(shù)，則b為a的i級節(jié)點。當(dāng)a將a所有的鄰居節(jié)點分級后，a與a的1級節(jié)點建立1級連接，并向上順延與a的第2級、第3級……第n-1級節(jié)點建立相應(yīng)級別的連接，即a與a的i級節(jié)點建立的連接的級別為i。

判定a和a的i級節(jié)點b連接的依據(jù)是：a向b發(fā)送a所有i級鄰居節(jié)點的信息，同時b向a發(fā)送b所有i級鄰居節(jié)點的信息。i級鄰居節(jié)點的信息包括i級鄰居節(jié)點的地址前綴以及通過這些i級鄰居節(jié)點到達網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點的路徑。

步驟（3）、建立節(jié)點a的i級路由表。當(dāng)a和a的i級鄰居節(jié)點連接后，a將從與a連接的所有i級鄰居節(jié)點處收到節(jié)點的信息，生成新表G，即a的i級路由表。由上述得a的i級路由表中包括a的i級鄰居節(jié)點的信息，具體是a的i級鄰居節(jié)點的地址前綴和通過這些i級鄰居節(jié)點到達網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點的路徑。所述確定a的i級路由表，按如下步驟進行：

（3-1）、在a的鄰居節(jié)點中確定必須與a連接的節(jié)點。若b為黑節(jié)點，則將b添加為a的i+1級鄰居；若b為白節(jié)點，則建立b的黑色鄰居節(jié)點間的各級連接，連接級別從1開始，最大到n-1，但未必每一級連接都存在。

結(jié)合附圖2，建立b黑色鄰居節(jié)點間的各級連接，按如下步驟：

（3-1-1）、用集合S表示節(jié)點b的所有黑色鄰居節(jié)點，確定S中每個節(jié)點的1級鄰居節(jié)點，并建立節(jié)點與該節(jié)點的1級鄰居節(jié)點間的連接。由S中每個節(jié)點與其i級節(jié)點建立連接的級別為i得，此時建立的是1級連接，用表示已建連接的級別，則此時m為1。

（3-1-2）、將S中的節(jié)點分為black和white兩個集合，如果節(jié)點的第m+1位地址前綴為0，則此節(jié)點屬于white，如果節(jié)點的第m+1位地址前綴為1，則此節(jié)點屬于black。

（3-1-3）、如果white或者black中沒有節(jié)點，說明節(jié)點集合S中沒有節(jié)點在m+1級連接，則執(zhí)行步驟（3-2），否則執(zhí)行（3-1-4）。

（3-1-4）、取white中的節(jié)點和black中的節(jié)點兩個一組按位對地址前綴進行異或運算，異或運算值為n位二進制比特串，比較得到的所有異或運算值得到異或運算值最小的一組節(jié)點（異或運算值最小的節(jié)點可能不止一組，對所有使得異或運算值最小的節(jié)點組都按后文敘述的方法操作）。用w表示兩節(jié)點中屬于white的節(jié)點，用y表示兩節(jié)點中屬于black的節(jié)點。

異或運算的算法是：0和0異或為0，1和1異或為0，1和0異或為1，0和1異或為1。對兩節(jié)點地址前綴按位進行異或運算，異或運算值越小說明兩節(jié)點地址的最大共用前綴越長。

（3-1-5）、如果a的第m+1位地址為0，則先判斷：如果w是a，則將y添加為a的m+1級鄰居節(jié)點；如果w不是a，則不將y添加為a的m+1級鄰居。然后將S中的節(jié)點更新為white中的節(jié)點，m更新為m+1，重新進行步驟（3-1-2）；

如果a的第m+1位地址為1，則先判斷：如果y是a，則將w添加為a的m+1級鄰居節(jié)點；如果y不是a，則不將w添加為a的m+1級鄰居。然后將S中的節(jié)點更新為black中的節(jié)點，m更新為m+1，重新進行步驟（3-1-2）。

（3-2）、考慮G中的所有路徑g=a-b-c₁-c₂-…-c_k-d（k為正整數(shù)），G為a的i級路由表，c_j為a的i級節(jié)點，，j為正整數(shù)，d為網(wǎng)絡(luò)中a、b、c以外的其他節(jié)點,路徑g表示G中確定的從a開始經(jīng)由鄰居節(jié)點b到達網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點d的路徑。當(dāng)滿足下列條件時將d添加為a的i+1級節(jié)點，即：d為黑節(jié)點、b和c_j為白節(jié)點、c_j無黑色鄰居節(jié)點。用f表示G中任意一個節(jié)點，對于任意c_j，不存在f使得f到c_j的距離小于g中c_j到d的距離或c_j到a的距離。

（3-3）、任意選擇b的一個黑色鄰居節(jié)點e₁和c_k的一個黑色鄰居節(jié)點e₂，對e₁和e₂的地址前綴按位進行異或運算，如果異或運算值最小，則e₁為a。

步驟（4）、確定節(jié)點a的i級路由表中必須包含的路徑，具體包括以下步驟：

（4-1）、規(guī)劃源路徑，源路徑是節(jié)點根據(jù)物理網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的路徑，路徑根據(jù)節(jié)點到其它節(jié)點的物理距離從近到遠確定。源路徑包括從本節(jié)點到與本節(jié)點最大共用前綴最長的節(jié)點的路徑和從本節(jié)點到其它與本節(jié)點同級的節(jié)點的路徑。

（4-2）、規(guī)劃其他路徑，節(jié)點a生成表G_b。對于a的每一個已連鄰居b，設(shè)節(jié)點c為節(jié)點a除b外的任一鄰居節(jié)點，表G_b為節(jié)點a通過融合從所有的c處收到的關(guān)于c的鄰居節(jié)點信息的表生成的表；節(jié)點a生成G_b的一個子集G_outb?？紤]G_b中所有的路徑p=b-a-c₁-c₂-...-c_k-d（k為正整數(shù)），c_j為a的i級節(jié)點，，j為整數(shù),d為網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點，p表示從b開始經(jīng)由a到達網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點d的路徑。當(dāng)下列條件成立時將p添加到G_outb中：d為白節(jié)點；c_j為黑節(jié)點；用f表示G_b中任意白節(jié)點，對任意c_j，不存在f使f到c_j的距離小于p中c_j到d的距離或c_j到b的距離。

（4-3）、當(dāng)a的i級路由表中有任何變化時，a生成一個新的包含a的i級鄰居節(jié)點信息的表發(fā)送給與a連接的a的所有i級鄰居節(jié)點。

步驟（5）、建立節(jié)點間的通信路由。

用S表示源節(jié)點，用D表示目的節(jié)點，用O表示網(wǎng)絡(luò)中其它任意節(jié)點。當(dāng)節(jié)點S發(fā)送消息給節(jié)點D時，節(jié)點S利用步驟（3）建立的各級路由表選擇滿足len(O,D)> len(S,D)的最近下一跳O，O以同樣的方式選擇最近下一跳，以此類推直到網(wǎng)絡(luò)中沒有與D有更大共用地址前綴的節(jié)點。路徑中每一個新節(jié)點和D都有更長的共用前綴，由此可避免回環(huán)。如果網(wǎng)絡(luò)中沒有滿足len(O,D)>len(S,D)的下一跳O，S直接通過源路徑將消息發(fā)送給D。

S向D發(fā)送消息的方式是：首先 S在S的i級路由表中找到O，S確認(rèn)S的i級路由表中規(guī)劃好的路徑t₁-t₂-...-t_k-D（t_j為S的i級節(jié)點，，k為正整數(shù)，j為整數(shù)）并發(fā)送消息給t₁，t₁收到消息后按照路徑t₁-t₂-...-t_k-b將消息發(fā)送給D。S向t₁發(fā)消息采用的路徑和同級節(jié)點t_j之間的通信路徑都是源路徑。

以上僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行了描述，并不將本發(fā)明的技術(shù)方案限制于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的主要技術(shù)構(gòu)思的基礎(chǔ)上所作的任何變化都屬于本發(fā)明所要保護的技術(shù)范疇，本發(fā)明具體的保護范圍以權(quán)利要求書的記載為準(zhǔn)。