專(zhuān)利名稱(chēng)：一種新型核心樹(shù)自組織動(dòng)態(tài)路由算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，如無(wú)線數(shù)據(jù)通信、無(wú)線局域網(wǎng)、無(wú)線接入等，特別是涉及到無(wú)線互連網(wǎng)的組網(wǎng)與路由技術(shù)。
背景技術(shù)：
在小區(qū)域范圍內(nèi)的無(wú)線多跳組網(wǎng)技術(shù)中，廣泛采用無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)的形式，使用自組織和動(dòng)態(tài)路由算法實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)和通信。無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)是由若干無(wú)線節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線信道構(gòu)成的無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)還可以通過(guò)有線信道接入有線網(wǎng)如Internet。節(jié)點(diǎn)與其無(wú)線覆蓋范圍內(nèi)“直接連通”的節(jié)點(diǎn)間通過(guò)無(wú)線信道直接通信，節(jié)點(diǎn)還能借助于其它節(jié)點(diǎn)提供的尋徑和中繼功能，實(shí)現(xiàn)與“間接連通”節(jié)點(diǎn)間的間接通信。網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)間的無(wú)線信道構(gòu)成了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如圖1a所示。節(jié)點(diǎn)位置移動(dòng)所帶來(lái)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化會(huì)造成通信轉(zhuǎn)發(fā)的路徑發(fā)生變化，因此，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需要通過(guò)自組織和動(dòng)態(tài)路由算法來(lái)適應(yīng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，調(diào)整路由，實(shí)現(xiàn)任意節(jié)點(diǎn)間的通信。無(wú)線節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織算法掌握無(wú)線信道構(gòu)成的動(dòng)態(tài)變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，形成無(wú)線節(jié)點(diǎn)間及無(wú)線節(jié)點(diǎn)與有線網(wǎng)絡(luò)間的通信路由。采用自組織算法的優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的聯(lián)絡(luò)和溝通，自動(dòng)形成和掌握網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，自動(dòng)形成和維護(hù)通信路由，實(shí)現(xiàn)多跳環(huán)境的自動(dòng)組網(wǎng)和通信。
現(xiàn)有的自組織和動(dòng)態(tài)路由技術(shù)主要有(1)先應(yīng)式自組織動(dòng)態(tài)平面路由技術(shù)。在此類(lèi)技術(shù)中，不管有無(wú)通信需求，都要通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播路由更新消息來(lái)掌握網(wǎng)絡(luò)自然拓樸結(jié)構(gòu)及其發(fā)生的變化，交換并更新路由信息。只要去往目的節(jié)點(diǎn)的路由存在，尋路所需延時(shí)很小，較適合有實(shí)時(shí)和QoS要求的網(wǎng)絡(luò)通信；但為了使路由更新能緊隨當(dāng)前拓樸結(jié)構(gòu)的變化，需花費(fèi)較大開(kāi)銷(xiāo)，而且動(dòng)態(tài)變化的拓樸結(jié)構(gòu)可能使路由信息過(guò)時(shí)，不易收斂。比較典型的先應(yīng)式自組織動(dòng)態(tài)路由技術(shù)有OLSR(Optimized Link State Routing)(見(jiàn)文獻(xiàn)T.Clausen，P.Jacquet，“Optimized Link State RoutingProtocol(OLSR)，”RFC 3626，October2003)、TBRPF(Topology Broadcast based on Reverse PathForwarding)(見(jiàn)文獻(xiàn)R.G.Ogier et al.，“Topology Broadcast based on Reverse-Path Forwarding(TBRPF)，”draft-ietf-manet-tbrpf-05.txt，INTERNET-DRAFT，MANET Working Group，Mar.2002)等。
(2)反應(yīng)式自組織動(dòng)態(tài)平面路由技術(shù)。在此類(lèi)技術(shù)中，由源節(jié)點(diǎn)按需在網(wǎng)絡(luò)自然拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中創(chuàng)建路由，通常包括三個(gè)過(guò)程路由發(fā)現(xiàn)、路由維護(hù)和路由消除。當(dāng)源節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有去往目的節(jié)點(diǎn)的路由時(shí)，觸發(fā)路由發(fā)現(xiàn)過(guò)程；找到路由后，在通信過(guò)程中進(jìn)行路由維護(hù)；通信完畢后，路由消除過(guò)程將路由取消。比較典型的反應(yīng)式自組織動(dòng)態(tài)路由技術(shù)有AODV(Adhoc On-Demand Distance Vector)(見(jiàn)文獻(xiàn)C.Perkins，E.Belding-Royer，“Ad hoc On-Dernand DistanceVector(AODV)Routing”，RFC 3561，July2003)、DSR(Dynamic Source Routing)(見(jiàn)文獻(xiàn)D.B.Johnsonand D.A.Maltz，“Dynamic Source Routing in Ad Hoc Wireless Networks，”Mobile Computing，T.Imielinski and H.Korth，Eds.，Ch.5，Kluwer，1996，153-81)等。此類(lèi)技術(shù)可以節(jié)省路由開(kāi)銷(xiāo)，但創(chuàng)建路由時(shí)會(huì)有一定的延時(shí)。
(3)自組織動(dòng)態(tài)分級(jí)路由技術(shù)。當(dāng)無(wú)線多跳網(wǎng)規(guī)模增加，平面路由技術(shù)就會(huì)因鏈接和處理開(kāi)銷(xiāo)的增大而變得不適用，此時(shí)可采用分級(jí)路由技術(shù)以獲得可擴(kuò)展的有效路由。無(wú)線分級(jí)路由的基本思想是把節(jié)點(diǎn)劃分為不同的集群并對(duì)群內(nèi)外的節(jié)點(diǎn)指定不同的功能，從而降低開(kāi)銷(xiāo)和減少拓樸結(jié)構(gòu)變化對(duì)路由帶來(lái)的影響。分級(jí)路由技術(shù)可擴(kuò)展性好，適合大規(guī)模的無(wú)線多跳網(wǎng)環(huán)境；但是存在功能相對(duì)集中的薄弱環(huán)節(jié)，為支持節(jié)點(diǎn)在不同集群之間漫游所進(jìn)行的移動(dòng)管理將帶來(lái)一定的協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)。比較典型的自組織動(dòng)態(tài)分級(jí)路由技術(shù)有LANMAR(Landmark Ad Hoc Routing Protocol)(見(jiàn)文獻(xiàn)M.Gerla，X.Hong，and G.Pei，.“Landmark Routingfor Large Ad Hoc Wireless Networks，”P(pán)roc.IEEE GLOBECOM 2000，San Francisco，CA，Nov.2000)、ZRP(ZoneRouting Protocol)(見(jiàn)文獻(xiàn)Z.J.Haas and M.R.Pearlman，“The Performance of Query Control Schemes for theZone Routing Protocol，”ACM/IEEE Trans.Net，vol.9，no.4，Aug.2001，427-38)等。
(4)地理定位輔助自組織動(dòng)態(tài)路由技術(shù)。此類(lèi)技術(shù)在路由中使用了GPS(GlobalPosition System)系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)發(fā)展到今天，提供精確到幾米范圍內(nèi)的定位信息已成為可能，它也能提供統(tǒng)一的定時(shí)機(jī)制。在無(wú)線多跳網(wǎng)中，定位信息可用于定向路由，統(tǒng)一的時(shí)鐘可以實(shí)現(xiàn)全局同步。相關(guān)研究業(yè)已表明地理定位信息能夠提高路由性能。但由于存在時(shí)延，當(dāng)使用定位信息時(shí)，它可能已不再精確。比較典型的自組織動(dòng)態(tài)分級(jí)路由技術(shù)有GeoCast(Geographic Addressing and Routing)(見(jiàn)文獻(xiàn)J.C.Navas and T.Imielinski，“GeographicAddressing and Routing，”P(pán)roc.3rd ACM/IEEE Intn’l.Conf.Mobile Comp.Net.，Budapest，Hungary，Sept.26-30，1997)、GPSR(Greedy Perimeter Stateless Routing)(見(jiàn)文獻(xiàn)B.Karp and H.T.Kung，“GPSRGreedy PerimeterStateless Routing for Wireless Networks，”P(pán)roc.6th Annual Int’l.Conf.Mobile Computing and Networking(MobiCom 2000)，Boston，MA，USA，2000，pp.243-54)等。
(5)核心樹(shù)組播路由技術(shù)。此類(lèi)技術(shù)適用于有線計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(如Internet)中的組播路由，它通過(guò)為網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)計(jì)算機(jī)群體創(chuàng)建一棵共享組播分發(fā)樹(shù)來(lái)完成組播路由的任務(wù)，可用于計(jì)算機(jī)域內(nèi)或者域間的組播路由。與其它的組播路由算法相比，它提供了一種更加有利于擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的特性。比較典型的核心樹(shù)組播路由技術(shù)有CBT(Core BasedTrees)Multicast Routing(見(jiàn)文獻(xiàn)A.Ballardie，“Core Based Trees(CBT version 2)Multicast Routing-Protocol Specification”，RFC 2189，September 1997)。以上技術(shù)中，(1)、(2)是基于無(wú)線網(wǎng)自然形成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行路由查找的方法；(3)是一種動(dòng)態(tài)或靜態(tài)分級(jí)、同級(jí)內(nèi)利用節(jié)點(diǎn)間自然形成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的路由算法；(4)是一種利用地理位置組織網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的路由算法；(5)則是一種有線網(wǎng)中的組播路由算法。這些已有算法在復(fù)雜性、有效性、可靠性和可行性等方面都不能很好的滿(mǎn)足無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是為無(wú)線多跳網(wǎng)提供一種新型核心樹(shù)自組織動(dòng)態(tài)路由算法。采用本發(fā)明的算法，可以在無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中為移動(dòng)用戶(hù)通信提供快速的路由建立、維持和能跟隨用戶(hù)移動(dòng)的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，使得網(wǎng)絡(luò)中的用戶(hù)能方便地通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與其它用戶(hù)通信和訪問(wèn)Internet。
為方便地描述本發(fā)明方案，首先將相關(guān)概念定義如下●(無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中的)核心樹(shù)采用本發(fā)明的算法，利用無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)自然拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的部分無(wú)線信道重構(gòu)而成的一種樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是本自組織動(dòng)態(tài)路由算法的基礎(chǔ)。在核心樹(shù)結(jié)構(gòu)上可以實(shí)現(xiàn)路由選擇和通信。
●樹(shù)節(jié)點(diǎn)加入到核心樹(shù)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(不包括移動(dòng)主機(jī))。
●孤立節(jié)點(diǎn)未加入到核心樹(shù)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(不包括移動(dòng)主機(jī))。
●根節(jié)點(diǎn)核心樹(shù)最頂級(jí)的節(jié)點(diǎn)，只有子節(jié)點(diǎn)，沒(méi)有父節(jié)點(diǎn)。
●鄰居節(jié)點(diǎn)一個(gè)樹(shù)節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)。
●上行樹(shù)枝從子節(jié)點(diǎn)指向父節(jié)點(diǎn)的鏈路。
●下行樹(shù)枝從父節(jié)點(diǎn)指向子節(jié)點(diǎn)的鏈路。
●級(jí)別一個(gè)樹(shù)節(jié)點(diǎn)在核心樹(shù)中與根節(jié)點(diǎn)的相對(duì)“距離”，用ID表示。根節(jié)點(diǎn)定義為第1級(jí)節(jié)點(diǎn)，從根節(jié)點(diǎn)出發(fā)，沿下行樹(shù)枝方向其它樹(shù)節(jié)點(diǎn)依次定義為第二級(jí)節(jié)點(diǎn)、第三級(jí)節(jié)點(diǎn)，……，ID＝1，2，…，N，N為正整數(shù)。
●定級(jí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)初始或重新成為樹(shù)節(jié)點(diǎn)時(shí)確定或重新確定級(jí)別的過(guò)程。
本發(fā)明提供的一種新型核心樹(shù)自組織動(dòng)態(tài)路由算法，其特征是它包括核心樹(shù)的生成過(guò)程、核心樹(shù)的動(dòng)態(tài)維護(hù)過(guò)程和基于核心樹(shù)的路由選擇過(guò)程，所述的核心樹(shù)的生成過(guò)程、核心樹(shù)的動(dòng)態(tài)維護(hù)過(guò)程和基于核心樹(shù)的路由選擇過(guò)程分別采用下面的步驟實(shí)現(xiàn)核心樹(shù)的生成過(guò)程采用以下步驟步驟1確定根節(jié)點(diǎn)根節(jié)點(diǎn)可以由手動(dòng)指定或自動(dòng)選擇，將根節(jié)點(diǎn)選擇為與有線網(wǎng)絡(luò)連接的節(jié)點(diǎn)，在沒(méi)有有線網(wǎng)絡(luò)連接的情況下，可以選擇為接近網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中心的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)，如圖1b中的節(jié)點(diǎn)3；步驟2樹(shù)節(jié)點(diǎn)周期地在無(wú)線信道上廣播樹(shù)的維護(hù)消息。收到樹(shù)的維護(hù)消息的試圖加入核心樹(shù)的孤立節(jié)點(diǎn)依據(jù)樹(shù)的生成策略(“最高級(jí)別策略”或“最近最快策略”)，選擇自己的候選父節(jié)點(diǎn)，并通過(guò)“三次握手”的加入交互機(jī)制與其中一個(gè)候選父節(jié)點(diǎn)建立父子鄰居關(guān)系；步驟3孤立節(jié)點(diǎn)成為樹(shù)節(jié)點(diǎn)后，將自己定級(jí)為N+1，其中，N是父節(jié)點(diǎn)的級(jí)別。父節(jié)點(diǎn)將新節(jié)點(diǎn)的加入情況通告給更上一級(jí)的父節(jié)點(diǎn)，同時(shí)，新加入的樹(shù)節(jié)點(diǎn)開(kāi)始在無(wú)線信道上廣播樹(shù)的維護(hù)消息；步驟4重復(fù)步驟2、3，直到所有收到樹(shù)的維護(hù)消息的孤立節(jié)點(diǎn)都加入到核心樹(shù)中。通過(guò)以上的加入過(guò)程，最終形成樹(shù)狀的通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
例如，在圖1b中，從節(jié)點(diǎn)3作為根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，子節(jié)點(diǎn)2、5、7、9先后加入核心樹(shù)，成為2級(jí)節(jié)點(diǎn)。然后，1號(hào)節(jié)點(diǎn)將2號(hào)節(jié)點(diǎn)作為父節(jié)點(diǎn)、4號(hào)節(jié)點(diǎn)將5號(hào)節(jié)點(diǎn)作為父節(jié)點(diǎn)、6號(hào)和8號(hào)節(jié)點(diǎn)將7號(hào)節(jié)點(diǎn)作為父節(jié)點(diǎn)，分別加入核心樹(shù)，形成了如圖1b的核心樹(shù)結(jié)構(gòu)。
該過(guò)程的算法流程如圖2所示；需要說(shuō)明的是在樹(shù)的生成過(guò)程中，如果沒(méi)有鏈路層不連通的節(jié)點(diǎn)存在，則最終將能形成一個(gè)包含所有節(jié)點(diǎn)的核心樹(shù)。鏈路層不連通的節(jié)點(diǎn)不能加入核心樹(shù)中成為樹(shù)節(jié)點(diǎn)。本算法不考慮在一個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)生成多于一個(gè)核心樹(shù)結(jié)構(gòu)情況，因?yàn)檫@種情況不能構(gòu)成一個(gè)完整、獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
核心樹(shù)的動(dòng)態(tài)維護(hù)過(guò)程采用以下步驟步驟1 樹(shù)節(jié)點(diǎn)定期檢查與父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)的關(guān)系存續(xù)狀態(tài)(可以通過(guò)定期的消息交換或這些節(jié)點(diǎn)發(fā)生通信的情況來(lái)進(jìn)行)；步驟2根據(jù)步驟1的檢查結(jié)果，
a)如果樹(shù)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到與某個(gè)子節(jié)點(diǎn)的通信關(guān)系不存在了(如子節(jié)點(diǎn)移動(dòng)出無(wú)線覆蓋范圍)，就將該鄰居從自己的鄰居記錄中刪除，并向父節(jié)點(diǎn)報(bào)告；b)當(dāng)樹(shù)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)與父節(jié)點(diǎn)的通信關(guān)系不存在了，則將這一情況通告其所有的子節(jié)點(diǎn)，促使這些子節(jié)點(diǎn)重新開(kāi)始一次加入過(guò)程。父節(jié)點(diǎn)的丟失將觸發(fā)本節(jié)點(diǎn)及所有子孫節(jié)點(diǎn)的重加入過(guò)程；圖3所示的是節(jié)點(diǎn)5移動(dòng)前后的核心樹(shù)結(jié)構(gòu)變化的一個(gè)示例。節(jié)點(diǎn)5移動(dòng)前，父節(jié)點(diǎn)為3，它還有一個(gè)子節(jié)點(diǎn)4。當(dāng)節(jié)點(diǎn)5發(fā)生移動(dòng)后，通過(guò)核心樹(shù)的動(dòng)態(tài)維護(hù)過(guò)程，形成了新的核心樹(shù)結(jié)構(gòu)，它的父節(jié)點(diǎn)現(xiàn)在為6號(hào)節(jié)點(diǎn)，原來(lái)的4號(hào)子節(jié)點(diǎn)現(xiàn)在轉(zhuǎn)而以1號(hào)節(jié)點(diǎn)作為父節(jié)點(diǎn)。我們可以看到，5號(hào)節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)時(shí)，只影響到與它相關(guān)的節(jié)點(diǎn)，其它節(jié)點(diǎn)不受影響，這為選路帶來(lái)較為穩(wěn)定的算法，不會(huì)出現(xiàn)較大的路由調(diào)整過(guò)程。
核心樹(shù)動(dòng)態(tài)維護(hù)過(guò)程的實(shí)質(zhì)是適應(yīng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)等情況引起的通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化，局部重構(gòu)核心樹(shù)。
基于核心樹(shù)的路由選擇過(guò)程采用以下步驟對(duì)于一次從源節(jié)點(diǎn)經(jīng)由若干中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的通信，樹(shù)節(jié)點(diǎn)的路由選擇方法如下。
步驟1節(jié)點(diǎn)查找自己的子孫節(jié)點(diǎn)記錄；步驟2根據(jù)步驟1的查找結(jié)果，a)如果有目的節(jié)點(diǎn)，就直接沿相應(yīng)的下行樹(shù)枝送到該節(jié)點(diǎn)；b)如果目的節(jié)點(diǎn)不在子孫節(jié)點(diǎn)記錄中，則把數(shù)據(jù)沿上行樹(shù)枝遞交給父節(jié)點(diǎn)，由父節(jié)點(diǎn)重復(fù)以上過(guò)程向目的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)交；c)如果目的地址位于有線網(wǎng)絡(luò)中，那么，不管源節(jié)點(diǎn)位于核心樹(shù)中的任何位置，數(shù)據(jù)最終都將通過(guò)上行樹(shù)枝匯聚到根節(jié)點(diǎn)，再由根節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)交到有線網(wǎng)絡(luò)。
需要說(shuō)明的是，在樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，一個(gè)樹(shù)節(jié)點(diǎn)向任意其它樹(shù)節(jié)點(diǎn)的信息傳遞路徑分成了兩個(gè)方向一個(gè)是通過(guò)下行樹(shù)枝(子節(jié)點(diǎn)方向)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的方向，另一個(gè)是通過(guò)上行樹(shù)枝(父節(jié)點(diǎn)方向)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的方向。
該過(guò)程的流程如圖4所示。
圖5表示了當(dāng)1號(hào)節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)要送到6號(hào)節(jié)點(diǎn)時(shí)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程。
1號(hào)節(jié)點(diǎn)不知道6號(hào)節(jié)點(diǎn)的路由，因此將數(shù)據(jù)送交給其父節(jié)點(diǎn)——2號(hào)節(jié)點(diǎn)，由于2號(hào)節(jié)點(diǎn)也不知道到6號(hào)節(jié)點(diǎn)的路由，于是該數(shù)據(jù)被繼續(xù)轉(zhuǎn)交給它的父節(jié)點(diǎn)——3號(hào)節(jié)點(diǎn)。由于6號(hào)節(jié)點(diǎn)是3號(hào)節(jié)點(diǎn)的一個(gè)子孫節(jié)點(diǎn)，3號(hào)節(jié)點(diǎn)保存了6號(hào)節(jié)點(diǎn)的位置和路由信息，于是沿下行樹(shù)枝“3-7-6”的方向，通過(guò)7號(hào)節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)送到6號(hào)節(jié)點(diǎn)。
基于核心樹(shù)的路由選擇的實(shí)質(zhì)是根據(jù)源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)的相對(duì)級(jí)別關(guān)系，把傳輸路徑分成兩個(gè)方向——下行的已知目的地址方向和上行的未知目的地址方向。
路由選擇算法的原理樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的不重復(fù)路徑是唯一的?；诤诵臉?shù)的路由選擇算法把路徑分為兩個(gè)方向父節(jié)點(diǎn)方向和子孫節(jié)點(diǎn)方向。父節(jié)點(diǎn)方向是單一的方向，通向網(wǎng)絡(luò)的其余部分，子孫節(jié)點(diǎn)方向是多路徑方向。
路由選擇算法與核心樹(shù)的生成和維護(hù)過(guò)程有機(jī)的結(jié)合起來(lái)。在核心樹(shù)的生成和維護(hù)過(guò)程中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都掌握了所有子孫節(jié)點(diǎn)的情況，而在父節(jié)點(diǎn)方向上，節(jié)點(diǎn)只知道父節(jié)點(diǎn)的情況，并不知道父節(jié)點(diǎn)之外的其它節(jié)點(diǎn)路由情況。
網(wǎng)絡(luò)中的路由是由部分已知路由和部分未知路由組成的。每一級(jí)的節(jié)點(diǎn)，都知道自己下行樹(shù)枝上所有節(jié)點(diǎn)的路由情況，越靠近根的節(jié)點(diǎn)，對(duì)路由的情況了解越全面，根節(jié)點(diǎn)了解所有其它節(jié)點(diǎn)的路由情況。樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個(gè)連通域，樹(shù)上任意位置的節(jié)點(diǎn)都能找到唯一的一條到達(dá)任意位置節(jié)點(diǎn)的路由，所有節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中路由知識(shí)的集合構(gòu)成了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)完備的選路信息。任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)在未知路由的情況下，不需要額外的尋路過(guò)程，只要直接將數(shù)據(jù)送到父節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)交，最終數(shù)據(jù)就能送到目的節(jié)點(diǎn)。盡管節(jié)點(diǎn)只知道部分路由，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程也不會(huì)形成環(huán)型路由。
當(dāng)采用IP協(xié)議組網(wǎng)時(shí)，該路由方法的已知路由部分可利用IP的主機(jī)路由方法實(shí)現(xiàn)，未知路由可利用IP的默認(rèn)路由實(shí)現(xiàn)。因此，該路由算法與IP協(xié)議的選路算法能很好配合使用。
以上三個(gè)過(guò)程構(gòu)成了核心樹(shù)自組織動(dòng)態(tài)路由算法。算法適用網(wǎng)絡(luò)為小型區(qū)域范圍內(nèi)、節(jié)點(diǎn)可移動(dòng)的無(wú)線多跳自組織網(wǎng)。
將無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造成一個(gè)樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并在該樹(shù)形結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)路由選擇和通信，是本發(fā)明實(shí)質(zhì)性的創(chuàng)新內(nèi)容。
本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)相對(duì)于AODV等利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自然形成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上的自組織路由算法，本發(fā)明的核心思想是將網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)成一種稱(chēng)為“核心樹(shù)”的樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，和在該樹(shù)形結(jié)構(gòu)上的路由算法。自組織算法和路由算法簡(jiǎn)單有效，構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠，方法切實(shí)可行。
本發(fā)明的核心樹(shù)自組織路由算法有如下的特點(diǎn)1)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自然拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上重構(gòu)成樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，路由算法與樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有機(jī)結(jié)合，降低了無(wú)線組網(wǎng)和路由算法的難度，提高了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。
2)能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)的組網(wǎng)方式。而且，部分節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)只產(chǎn)生局部的調(diào)整，不會(huì)造成全網(wǎng)的自組織和路由的振蕩。
3)具有先應(yīng)式路由和反應(yīng)式路由的特性，路由尋址的額外開(kāi)銷(xiāo)小。節(jié)點(diǎn)掌握了下級(jí)子樹(shù)的路由知識(shí)，形成預(yù)先設(shè)定好轉(zhuǎn)發(fā)路徑的先應(yīng)式路由。而指定由父節(jié)點(diǎn)對(duì)未知節(jié)點(diǎn)的尋路，是一種反應(yīng)式路由。反應(yīng)式路由按照樹(shù)的結(jié)構(gòu)向目的節(jié)點(diǎn)的方向轉(zhuǎn)發(fā)，避免了在全網(wǎng)范圍內(nèi)搜尋目的節(jié)點(diǎn)的開(kāi)銷(xiāo)。反應(yīng)式路由在數(shù)據(jù)傳輸中到達(dá)某個(gè)節(jié)點(diǎn)后，又轉(zhuǎn)變成為先應(yīng)式路由。
4)核心樹(shù)上，將網(wǎng)絡(luò)路由分成已知路由和未知路由兩部分。任何情況下，數(shù)據(jù)都能直接定向的傳輸，不需要額外的尋找路由的過(guò)程，因此網(wǎng)絡(luò)上的通信快捷，時(shí)延小。
5)能與IP網(wǎng)絡(luò)的選路算法很好地配合使用，構(gòu)成無(wú)線多跳IP網(wǎng)絡(luò)。
6)自組織算法和路由算法能快速收斂。
7)算法所生成的路由到根節(jié)點(diǎn)的距離最短。當(dāng)在根節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)與有線網(wǎng)絡(luò)互連時(shí)，其它節(jié)點(diǎn)與有線網(wǎng)絡(luò)的通信可獲得很好的通信性能。因此，核心樹(shù)自組織動(dòng)態(tài)路由算法可很好地適應(yīng)無(wú)線多跳接入網(wǎng)系統(tǒng)的組網(wǎng)。
綜上所述，與傳統(tǒng)的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式相比，本發(fā)明的組網(wǎng)技術(shù)更簡(jiǎn)單有效，網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)變化引起的自組織算法和路由調(diào)整的動(dòng)蕩小，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行更加穩(wěn)定，具有較高的通信能力，網(wǎng)絡(luò)算法的實(shí)現(xiàn)難度低，具有較高的實(shí)用價(jià)值等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是自組織網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
其中，圖1(a)表示節(jié)點(diǎn)間的通信關(guān)系。圖中，①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨是無(wú)線節(jié)點(diǎn)， 表示無(wú)線節(jié)點(diǎn)間的無(wú)線鏈路，表示無(wú)線節(jié)點(diǎn)與有線網(wǎng)絡(luò)間的有線鏈路。圖1(b)表示在圖1(a)的基礎(chǔ)上由核心樹(shù)算法構(gòu)成的樹(shù)形結(jié)構(gòu)。圖中，③是根節(jié)點(diǎn)，②、⑤、⑦、⑨二級(jí)節(jié)點(diǎn)，①、④、⑥、⑧是三級(jí)節(jié)點(diǎn)。 表示根據(jù)核心樹(shù)自組織算法形成的樹(shù)節(jié)點(diǎn)間的父子關(guān)系。
圖2是節(jié)點(diǎn)加入核心樹(shù)的流程圖。
圖3是核心樹(shù)的動(dòng)態(tài)更新和維護(hù)圖。
其中，圖3(a)表示節(jié)點(diǎn)移動(dòng)前核心樹(shù)的原有結(jié)構(gòu)。圖中，③是根節(jié)點(diǎn)，⑤是根節(jié)點(diǎn)的一個(gè)子節(jié)點(diǎn)。圖3(b)表示節(jié)點(diǎn)移動(dòng)后核心樹(shù)的新結(jié)構(gòu)。圖中，⑤由于移動(dòng)改變了原來(lái)在核心樹(shù)中的位置，由③的子節(jié)點(diǎn)變成⑥的子節(jié)點(diǎn)，級(jí)別由原來(lái)的二級(jí)變?yōu)樗募?jí)(⑥的級(jí)別為三)。
圖4是基于核心樹(shù)的路由選擇流程圖。
圖5是樹(shù)形結(jié)構(gòu)中路由選擇算法示意圖。圖中，虛線單向箭頭表示了從①到⑥的一次通信過(guò)程，數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)①出發(fā)，經(jīng)過(guò)中繼節(jié)點(diǎn)②、③、⑦的轉(zhuǎn)發(fā)，最終到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)⑥。
具體實(shí)施例方式
在目前廣泛應(yīng)用的無(wú)線局域網(wǎng)系統(tǒng)(Wireless LAN，IEEE802.11b)的Ad Hoc工作模式中，無(wú)線節(jié)點(diǎn)可采用本發(fā)明的自組織動(dòng)態(tài)路由算法，與TCP/IP結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)多跳的自組織無(wú)線IP網(wǎng)；在采用IEEE802.11b技術(shù)的無(wú)線接入系統(tǒng)中，多個(gè)無(wú)線接入點(diǎn)間通過(guò)無(wú)線信道相互溝通，采用本發(fā)明的自組織動(dòng)態(tài)路由算法構(gòu)成無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠容納更多無(wú)線用戶(hù)，適應(yīng)更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境，擴(kuò)展無(wú)線接入點(diǎn)的覆蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種新型核心樹(shù)自組織動(dòng)態(tài)路由算法，其特征是它包括核心樹(shù)的生成過(guò)程、核心樹(shù)的動(dòng)態(tài)維護(hù)過(guò)程和基于核心樹(shù)的路由選擇過(guò)程，所述的核心樹(shù)的生成過(guò)程、核心樹(shù)的動(dòng)態(tài)維護(hù)過(guò)程和基于核心樹(shù)的路由選擇過(guò)程分別采用下面的步驟實(shí)現(xiàn)核心樹(shù)的生成過(guò)程采用以下步驟步驟1確定根節(jié)點(diǎn)根節(jié)點(diǎn)可以由手動(dòng)指定或自動(dòng)選擇，將根節(jié)點(diǎn)選擇為與有線網(wǎng)絡(luò)連接的節(jié)點(diǎn)，在沒(méi)有有線網(wǎng)絡(luò)連接的情況下，可以選擇為接近有線網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中心的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)；步驟2樹(shù)節(jié)點(diǎn)周期地在無(wú)線信道上廣播樹(shù)的維護(hù)消息，收到樹(shù)的維護(hù)消息的試圖加入核心樹(shù)的孤立節(jié)點(diǎn)依據(jù)樹(shù)的生成策略(“最高級(jí)別策略”或“最近最快策略”)，選擇自己的候選父節(jié)點(diǎn)，并通過(guò)“三次握手”的加入交互機(jī)制與其中一個(gè)候選父節(jié)點(diǎn)建立父子鄰居關(guān)系；步驟3孤立節(jié)點(diǎn)成為樹(shù)節(jié)點(diǎn)后，將自己定級(jí)為N+1，其中，N是父節(jié)點(diǎn)的級(jí)別；父節(jié)點(diǎn)將新節(jié)點(diǎn)的加入情況通告給更上一級(jí)的父節(jié)點(diǎn)，同時(shí)，新加入的樹(shù)節(jié)點(diǎn)開(kāi)始在無(wú)線信道上廣播樹(shù)的維護(hù)消息；步驟4重復(fù)步驟2、3，直到所有收到樹(shù)的維護(hù)消息的孤立節(jié)點(diǎn)都加入到核心樹(shù)中；通過(guò)以上的加入過(guò)程，最終形成樹(shù)狀的通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；核心樹(shù)的動(dòng)態(tài)維護(hù)過(guò)程采用以下步驟步驟1樹(shù)節(jié)點(diǎn)定期檢查與父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)的關(guān)系存續(xù)狀態(tài)(可以通過(guò)定期的消息交換或這些節(jié)點(diǎn)發(fā)生通信的情況來(lái)進(jìn)行)；步驟2根據(jù)步驟1的檢查結(jié)果，a)如果樹(shù)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到與某個(gè)子節(jié)點(diǎn)的通信關(guān)系不存在了(如子節(jié)點(diǎn)移動(dòng)出無(wú)線覆蓋范圍)，就將該鄰居從自己的鄰居記錄中刪除，并向父節(jié)點(diǎn)報(bào)告；b)當(dāng)樹(shù)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)與父節(jié)點(diǎn)的通信關(guān)系不存在了，則將這一情況通告其所有的子節(jié)點(diǎn)，促使這些子節(jié)點(diǎn)重新開(kāi)始一次加入過(guò)程；父節(jié)點(diǎn)的丟失將觸發(fā)本節(jié)點(diǎn)及所有子孫節(jié)點(diǎn)的重加入過(guò)程；基于核心樹(shù)的路由選擇過(guò)程采用以下步驟對(duì)于一次從源節(jié)點(diǎn)經(jīng)由若干中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的通信，樹(shù)節(jié)點(diǎn)的路由選擇方法如下步驟1節(jié)點(diǎn)查找自己的子孫節(jié)點(diǎn)記錄；步驟2根據(jù)步驟1的查找結(jié)果，a)如果有目的節(jié)點(diǎn)，就直接沿相應(yīng)的下行樹(shù)枝送到該節(jié)點(diǎn)；b)如果目的節(jié)點(diǎn)不在子孫節(jié)點(diǎn)記錄中，則把數(shù)據(jù)沿上行樹(shù)枝遞交給父節(jié)點(diǎn)，由父節(jié)點(diǎn)重復(fù)以上過(guò)程向目的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)交；c)如果目的地址位于有線網(wǎng)絡(luò)中，那么，不管源節(jié)點(diǎn)位于核心樹(shù)中的任何位置，數(shù)據(jù)最終都將通過(guò)上行樹(shù)枝匯聚到根節(jié)點(diǎn)，再由根節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)交到有線網(wǎng)絡(luò)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型核心樹(shù)自組織動(dòng)態(tài)路由算法，其特征是在所述的樹(shù)的生成過(guò)程中，鏈路層不連通的節(jié)點(diǎn)不能加入核心樹(shù)中成為樹(shù)節(jié)點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型核心樹(shù)自組織動(dòng)態(tài)路由算法，其特征是在所述的樹(shù)狀的通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，一個(gè)樹(shù)節(jié)點(diǎn)向任意其它樹(shù)節(jié)點(diǎn)的信息傳遞路徑分成了兩個(gè)方向一個(gè)是通過(guò)下行樹(shù)枝(子節(jié)點(diǎn)方向)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的方向，另一個(gè)是通過(guò)上行樹(shù)枝(父節(jié)點(diǎn)方向)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的方向。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種新型核心樹(shù)自組織動(dòng)態(tài)路由算法，它包括核心樹(shù)的生成過(guò)程、核心樹(shù)的動(dòng)態(tài)維護(hù)過(guò)程和基于核心樹(shù)的路由選擇過(guò)程，根據(jù)源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)的相對(duì)級(jí)別關(guān)系，把傳輸路徑分成兩個(gè)方向——下行的已知目的地址方向和上行的未知目的地址方向，從而實(shí)現(xiàn)核心樹(shù)的路由選擇；通過(guò)適應(yīng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)等情況引起的通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化，局部重構(gòu)核心樹(shù)，實(shí)現(xiàn)核心樹(shù)動(dòng)態(tài)維護(hù)。采用本發(fā)明的方法，可以將無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造成一個(gè)樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并在該樹(shù)形結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)路由選擇和通信。本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單有效，構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠，方法切實(shí)可行。
文檔編號(hào)H04L12/54GK1642129SQ20041002166
公開(kāi)日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2004年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月14日
發(fā)明者毛玉明, 郭偉, 段景山, 楊寧, 呂靈, 劉強(qiáng) 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)