CN101409905A - 一种基于任播方式的移动多跳分组无线网络路由方法 - Google Patents

一种基于任播方式的移动多跳分组无线网络路由方法 Download PDF

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纪红
李屹
李亭
司鹏博
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梅敬青
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Abstract

本发明实施例提供了一种基于任播方式的移动多跳分组无线网络路由方法，包括：源节点发送一个包含业务值和源节点所在任播组地址的路由请求包；接收到所述路由请求包的转发节点在该转发节点所在的任播组中查找目的节点，如果未查找到，则采用函数算法根据任播组地址信息确定与该转发节点所在任播组最近的任播组，并将所述路由请求包发送至所述最近的任播组，以在所述最近的任播组中继续查找所述目的节点；以此类推，直到查找到目的节点；建立源节点与目的节点的通信连接。通过该方法实现了快速查找目的节点，提高了资源检索查询效率。

Description

一种基于任播方式的移动多跳分组无线网络路由方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于任播方式的移动多跳分组无线网络路由方法。
背景技术
随着无线通信技术的发展，Ad Hoc(移动多跳分组无线)网络技术与Peer-to-Peer(对等计算网络技术)的融合技术已经越来越被人们重视。Ad Hoc网络是不依赖于任何基础设施，无中心自组织分布式的多跳无线网络，该网络中的节点均为移动主机。Ad Hoc网络中，若两个移动主机在彼此的通信覆盖范围内时，可以直接通信；但是由于移动主机的通信覆盖范围有限，若两个相距较远的移动主机需要通信时，就须借助这两个移动主机之间的其它移动主机转发数据，以实现通信。因此在Ad Hoc网络中，每个移动主机都担负着寻找路由、转发数据的工作，路由一般都需经过多跳，数据经过多个移动主机转发才能到达目的地。
目前，基于任播的AODV(无线自组网按需距离矢量路由协议，Ad HocOn-Demand Distance Vector)协议，简称AAODV(Anycast AODV)，被应用于Ad Hoc网络。
任播技术是一种新的网络应用，它能够支持把一个地址分配给多个节点以提供特定服务，而带有任播目的地址的数据报文能够使用相同的任播地址并被传给上述众多节点中的任意一个。因此，在给定路由区域中，一个任播地址可以对应多个节点。任播协议必须建立和维护任播地址向节点转发数据时所必须的报文信息。
AAODV协议的工作过程如下：当移动节点需要发送数据，却在路由表中找不到合适路径时，该移动节点就广播路由请求信息。如果该路由请求信息能够到达目的节点，则目的节点就向上述移动节点返回回复请求信息；否则就返回错误报告。移动节点还可以在局部范围内周期性的广播一些相关信息，以便能够获得下一跳节点的位置，并及时更新路由表，同时检测是否有新的移动节点加入网络。为了减少额外的通信开销，根据AAODV协议，可以通过控制信令将任播地址映射到单播地址中。
但是，现有的AAODV协议没有考虑到Peer-to-Peer业务的特殊性，尤其当Ad Hoc网络中的移动节点很多时，通过大量节点转发数据来寻找目的节点会消耗大量网络资源和时间，且AAODV协议也没有采用适合Peer-to-Peer的业务检索方法，缺乏对检索业务的支持。因此，AAODV协议并不适用于Peer-to-Peer业务。
发明内容
鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明实施例提供一种基于任播方式的适用于Peer-to-Peer业务的Ad Hoc网络路由方法(Anycast based AODV routingprotocol for peer to peer services in MANET)，简称AAPP。该方法适用于peer topeer业务的“以资源为中心”的路由。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于任播方式的移动多跳分组无线网络路由方法，包括：源节点发送一个包含业务值和源节点所在任播组地址的路由请求包；接收到所述路由请求包的转发节点在该转发节点所在的任播组中查找目的节点，如果未查找到，则采用函数算法根据任播组地址信息确定与该转发节点所在任播组最近的任播组，并将所述路由请求包发送至所述最近的任播组，以在所述最近的任播组中继续查找所述目的节点；以此类推，直到查找到目的节点；建立源节点与目的节点的通信连接。
通过上述技术方案的描述可知，本发明实施例通过在Ad Hoc网络中建立任播组、在路由请求包中增加业务值和任播组地址，同时利用函数算法查找目的任播组，实现了快速查找相应目的节点，提高了资源检索查询效率、平衡了网络流量、降低了传输时延、提高了链路利用效率，改善了网络性能，能够更好的支持peer to peer业务。通过该方法实现了peer to peer的资源发现和定位方法与Ad Hoc网络的路由方法融合，并结合了任播路由的特点，尤其适用于peer to peer业务的“以资源为中心”的路由。
附图说明
图1是本发明实施例提供的RREQ包格式的示意图；
图2是本发明实施例提供的RREP包格式的示意图；
图3是本发明实施例提供的RREQ包产生、发送流程图；
图4是本发明实施例提供的转发节点处理并转发RREQ包的流程图；
图5是本发明实施例提供的利用Chord算法处理任播组ID的模型图；
图6是本发明实施例提供的业务定位与发现模型图；
图7是本发明实施例提供的实现业务发现和定位流程图。
具体实施方式
本发明实施例通过在Ad Hoc网络中建立任播组，在路由请求包中增加业务值和任播组地址(即任播组ID)，通过函数算法可以迅速找到路由请求包的目的任播组地址，并在任播组内快速确定目的节点，建立源节点与目的节点之间的通信连接，极大地提高了网络资源检索效率。
在本发明实施例中，将若干节点组成一个任播组，每个任播组有一个唯一的任播组ID，且各组内的节点共享一个任播组ID。源节点发送一个包含业务值和所在任播组地址的路由请求包，该业务值是对源节点请求的业务的关键字进行哈希函数运算后得到的，即该路由请求包中包含源节点请求的业务信息，接收到所述路由请求包的转发节点在该转发节点所在的任播组中查找目的节点，如果未查找到，则采用函数算法根据任播组地址信息确定与该转发节点所在任播组最近的任播组，并将所述路由请求包发送至所述最近的任播组，以在所述最近的任播组中继续查找所述目的节点；以此类推，直到查找到目的节点；建立源节点与目的节点的通信连接。
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
在现有技术中，RREQ(路由请求包)格式中没有业务值和任播组ID字段。本发明实施例提供的AAPP中，在RREQ包中增加了业务值和任播组ID字段。增加上述字段的RREQ包格式如图1所示。图1是本发明实施例提供的RREQ包格式的示意图，图中新增加的Service Key代表业务值，Anycase groupID代表任播组地址，可以看出RREQ包其它原有格式没有改变。
同样的，本发明实施例提供的AAPP中，在RREP(路由应答包)中增加了任播组ID字段，增加任播组ID字段的RREP包格式如图2所示。图2是本发明实施例提供的RREP包格式的示意图，图中新增加的Anycase groupID代表任播组地址，可以看出RREP包其它原有格式没有改变。
本发明实施例中，RREQ包由源节点产生并发送。在一个任播组内，当一个节点(源节点)需要路由至同组内另一个节点(目的节点)时，源节点首先会查看所有和源节点有相同任播组地址的新加入节点，判断在源节点和目的节点之间是否存在多条链路；如果存在多条链路，源节点就会选择一条跳数最小的链路，同时将目的节点作为服务器节点，存储相关信息；若不存在链路，则源节点任播一个RREQ包，寻找至目的节点路由，该RREQ包中的跳数计数字段清零，且该RREQ包中存储该任播组内每一个节点的IP地址和序列号，其它字段的配置和单播方式类似。当目的节点收到源节点的请求包后，以单播方式回复源节点时发送的路由应答包中包括：目的节点的IP地址和目的节点所在任播组的任播组地址。图3是RREQ包产生、发送过程的流程图，下面结合图3对该流程进行详细描述，步骤如下：
步骤30：源节点需要建立至目的节点的链路时，查看路由表，判断在源节点和目的节点之间是否存在至少一条链路。若不存在这样的链路，则进行步骤310，若存在这样的链路则进行步骤31。
步骤31：源节点和目的节点之间存在至少一条链路，则源节点选择跳数最少的一条链路。
步骤32：源节点选择跳数最少的链路后，判断是否存在跳数相同的链路，即判断是否有与最少跳数的链路有相同跳数的链路；若存在，则进行步骤33，若不存在，则进行步骤34。
步骤33：源节点选择生存周期最长的那条链路，作为与目的节点连接的链路。
步骤34：根据选择的链路，建立源节点与目的节点的连接，并将目的节点作为服务器节点存储相关信息。
步骤310：由于源节点没有找到至目的节点的路径，于是源节点创建一个RREQ包，并初始化该RREQ包，即将包中的跳数计数字段清零，且该包中存储与源节点同在一个任播组的其它节点的IP地址和序列号，其它字段的配置和单播的方式类似。
步骤311：源节点任播该RREQ包。
当一个转发节点收到RREQ包时，首先判断RREQ包的标示flagA的值；若A为零，则说明该RREQ包是单播数据包，该转发节点就按照单播的方式来处理该RREQ包；若A为1，则说明该RREQ包是任播数据包，该转发节点就需要根据该RREQ包中的任播组ID和初始IP地址判断在同一时刻是否接收了相同的RREQ，如果接收到了相同的RREQ包，就丢掉最新收到的相同的RREQ包。若转发节点判断得知此前没有收到相同的RREQ包，则首先查看路由表中节点地址和RREQ包源地址相同的节点，判断该源节点的IP地址是否有变化(因为网络中各节点位置、地址随时可能变化)，若有变化则将RREQ包中的源节点地址更新为源节点新的IP地址，该更新操作与单播的更新操作类似。然后，若该转发节点与目的节点在同一个任播组内或至少存在一条从该转发节点至目的节点所在的任播组的路径，该转发节点就创建一个RREP包并以单播的方式发送给该源节点，通知源节点到达目的节点的路径；若该转发节点与目的节点不在同一个任播组内，且不存在从该转发节点至目的节点所在的任播组的路径，则该转发节点更新上述RREQ包，然后将其广播，寻找至目的节点的路由。图4是转发节点处理并转发RREQ包的流程图，转发节点处理并转发RREQ包的步骤如下：
步骤401：转发节点收到RREQ包后，判断RREQ包的flagA标示，如果A等于零，则进行步骤403，若A等于1，则进行步骤402。
步骤402：转发节点根据该RREQ包中的任播组ID和初始IP地址判断在同一时刻是否接收了相同的RREQ，若接收到了相同的RREQ包，则进行步骤404，若没有接收到，则进行步骤405。
步骤403：转发节点以单播方式处理该RREQ包。
步骤404：转发节点将新收到的与上述RREQ包相同的RREQ包丢弃。
步骤405：转发节点查看路由表中与RREQ包源节点IP地址相同的节点，判断该源节点IP地址是否有变化，若有，则将RREQ包中的源节点IP地址更新为源节点新的IP地址。
步骤406：转发节点判断本节点与RREQ包的目的节点间是否存在路径，若存在，进行步骤407，若不存在，进行步骤408。
步骤407：转发节点初始化RREP包，该RREP包中携带目的节点的IP地址和目的节点所在任播组地址。进行步骤409。
步骤408：因为不存在转发节点至目的节点的路径，转发节点更新RREQ包后，将其广播。
步骤409：转发节点将RREP包以单播的方式发给源节点。
本发明实施例中，根据函数算法快速查找目的节点所在的任播组，确定目的节点所在任播组后确定目的节点的原理如下：在AAPP中，在建立任播组后，每个节点维护一个路由表，路由表入口(即路由表中第一个节点)包括：任播组ID、目的IP地址、目的序列号码、接口、跳数、最后一跳数、下一跳、生命周期和路由标示。本发明实施例中提供的AAPP是基于AODV协议的路由改进协议，在发起路由节点的路由表中增加了任播组ID字段，在任播组中的各节点的路由表中存储多个相邻任播组地址，形成任播组地址ID列表。通过查询该任播组ID列表，节点就可以快速查找相关任播组。当源节点发出RREQ包后，该包中的业务值表明源节点需要的业务，转发节点收到该RREQ包后可以利用函数算法进行运算，并结合任播组地址信息得出与当前节点所在的任播组最近的任播组地址。在本发明实施例中，用于查找目的节点的函数算法是Chord算法，换句话说就是可以用Chord算法来定位提供业务的任播组。源节点发送一个包含业务值和源节点所在任播组地址的路由请求包，转发节点收到该路由请求包后，在该转发节点所在的任播组中查找目的节点，如果未查找到，则采用函数算法根据任播组地址信息确定与该转发节点所在任播组最近的任播组，并将所述路由请求包发送至所述最近的任播组，以在所述最近的任播组中继续查找所述目的节点；以此类推，直到通过任播路由技术在任播组中查找到目的节点后，建立源节点与目的节点的通信连接。当网络中每个任播组内的节点提供相似的业务，且提供不同业务的各任播组以一定规律分布在网络中时，本发明实施例可以更快的找到目的节点。
在同一个任播组中，各节点的ID是区别于其它节点的标识，节点ID与该节点IP地址是一一对应的。
下面结合图5对利用Chord算法来处理任播组ID的方法进行介绍。图5是利用Chord算法处理任播组ID的模型图。图5中，G1、G2、Gt、Gk是Chord环上众多任播组中的几个任播组。假设在网络中有232个节点，它们分别在Chord环上的各个任播组内。当路由请求包寻找目的节点时，通过利用Chord算法确定与源节点所在的任播组地址最近的任播组地址，沿着NRI(Next RingInterval，环中下一跳)方向进入相邻的任播组寻找，以此类推，可以快速找到目的任播组。
下面介绍Chord算法中的几个表达式：
Entry[j].start：代表第j个节点所在的任播组在Chord环上的的初始位置，
Entry[j].start＝(n+2j-1)mod232，1≤j≤32(1)(其中n表示第j个节点的偏移量，即在Chord环中所处的位置，这个值在初始化的时候已经设定)
表达式(1)表示了第j个节点所在的任播组在Chord环上所处的位置的算法。
NRI[j]＝[Entry[j].start，Entry[j+1].start]，1≤j≤32    (2)
表达式(2)表示了j节点所在的任播组与下一跳节点所在的任播组的环间隔，即第j个节点覆盖的环的范围。
Entry[j].start→GID(G)，1≤j≤32(3)(G表示第j个节点所处的任播组)
表达式(3)表示当j节点所在的任播组内没有目的节点时，根据Chord算法确定与当前节点所在的任播组最近的任播组地址，沿着NRI方向进入该任播组寻找目的节点。
下面对利用Chord算法查找目的任播组进行详细描述。当一个源节点A需要特定的业务时，源节点A首先产生一个业务值，该值由对上述业务的业务关键字进行哈希运算得到，然后源节点发送携带有业务值的RREQ包。
当路由请求包的目的节点与源节点不在同一个任播组时，若一个转发节点收到该RREQ，且该转发节点是单播节点，则它不提供任何业务，因此它只广播带有业务值的RREQ包，或者将缺省任播组ID的RREQ包单播给邻近的节点。
当一个任播节点作为转发节点收到该RREQ包后，若该任播节点恰好提供该业务值对应的业务，它就向源节点发送一个包含目的节点IP地址和目的节点所在任播组ID的RREP包；若该任播节点不是目的节点，且与目的节点不在同一任播组，则该任播节点查看所在任播组的finger表(finger表是Chord算法中用来维持Chord环设计的表，从这个表中可以查找到Chord环中的邻居节点，也就是下一跳节点)，并且利用Chord算法选择一个与当前节点所在任播组最近的任播组S。然后，该任播节点查看路由表中所有与任播组S的ID相同的节点，判断是否存在一条通信链路。如果有很多条链路，则选择跳数最少的那条，并把目的节点作为服务器节点。如果任播组S中不存在这样的链路，它将向它的邻居节点重新广播RREQ包，查找至目的节点的路由。
图6是本发明实施例提供的业务定位与发现模型图。下面结合图6对利用Chord算法查找目的任播组进行详细描述。图6中，E、F、G节点在任播组G(S1)中，G(S1)提供与业务值k1对应的业务；I、J、K节点在任播组G(Si)中，G(Si)提供与业务值ki对应的业务；L、M、N节点在任播组G(St)中，G(St)提供与业务值kt对应的业务。当单播节点A需要特定的与业务值kt对应的业务时，单播给邻近节点缺省任播组ID、携带有业务值kt的RREQ(kt，Default)包。RREQ(kt，Default)包经D节点单播至任播节点E，E节点经查找发现所在的任播组内没有目的节点时，根据Chord算法，确定最近的任播组是S2，并通过G节点将RREQ(kt，S2)包发送至任播组G(S2)。依次类推，RREQ(kt，St)包很快到达目的任播组G(St)，并路由至目的节点。目的节点收到该RREQ包后，向源节点以单播方式发送携带有目的节点IP地址、目的节点所在任播组地址的RREP包。
图7是本发明实施例提供的实现业务发现和定位流程图，该流程步骤如下：
步骤701：一个单播节点需要与业务值kt对应的业务，于是广播RREQ(kt)包，寻找至目的节点的路由。转发节点收到该RREQ包后，判断本节点是否是源节点，若是源节点，进行步骤702，若不是源节点，进行步骤703。
步骤702：该节点广播缺省任播组地址的RREQ(kt，Default)包。
步骤703：节点(转发节点)接收RREQ(kt，Default)包，查找后发现本节点与目的节点之间不存在链路。
步骤704：上述转发节点更新RREQ(kt，Default)包后，将其广播，寻找至目的节点的路由。
步骤705：当又一个转发节点接收到RREQ(kt，Default)包后，若该节点是单播节点，则进行步骤703，若是该节点是任播节点，则进行步骤706。
步骤706：判断该任播节点是否在任播组内，若在任播组内，则进行步骤707，若不在任播组内，则进行步骤708。
步骤707：该在任播组内的任播节点接收RREQ(kt，Default)包后，在所在任播组内通过任播查找是否存在与目的节点之间的路径，发现不存在，进行步骤708。
步骤708：用Chord算法定位业务值为kt的节点所在的任播组。即该节点根据任播组的finger表，通过Chord算法确定当前节点所在的任播组最近的任播组地址。
步骤709：任播节点广播RREQ(kt，Si+1)包，查找至目的节点的路由。
步骤710：当任播组Si内的任播节点收到上述请求包后，若发现任播组Si是目的任播组，即步骤708中的根据Chord算法得到的与当前节点所在的任播组最近的任播组，则进行步骤711，若不是，则在确定Si组内没有目的节点后进行步骤709。
步骤711：通过在组内任播查找目的节点，判断该任播组内是否存在业务值为kt的目的节点，若存在，进行步骤712，若不存在，进行步骤708。
步骤712：该目的节点向源节点发送带有目的节点IP地址和相应任播组ID的RREP包。
步骤713：源节点根据目的节点IP地址，确定一条到达目的节点的最短路径。
步骤714：业务发现与定位过程结束。
综上所述，本发明实施例通过在Ad Hoc网络中建立任播组、在路由请求包中增加业务值和任播组地址，实现了快速确定目的任播组，并通过任播路由查找相应节点，提高了资源检索查询效率、平衡了网络流量、降低了传输时延、提高了链路利用效率，改善了网络性能，能够更好的支持peer to peer业务。因此可以有效避免数据无效重传，节省数据传输资源和时间，从而大大提高数据传输效率。
虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，本发明的申请文件的权利要求包括这些变形和变化。

Claims (9)

1、一种基于任播方式的移动多跳分组无线网络路由方法，其特征在于，所述方法包括：
源节点发送一个包含业务值和源节点所在任播组地址的路由请求包；
接收到所述路由请求包的转发节点在该转发节点所在的任播组中查找目的节点，如果未查找到，则采用函数算法根据任播组地址信息确定与该转发节点所在任播组最近的任播组，并将所述路由请求包发送至所述最近的任播组，以在所述最近的任播组中继续查找所述目的节点；以此类推，直到查找到目的节点；
建立源节点与目的节点的通信连接。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述任播组由若干个节点组成，每个任播组有唯一的任播组地址，每个任播组内的节点共享一个任播组地址。
3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述路由请求包中包括的业务值，是通过对源节点请求的业务的关键字进行函数运算后得到的。
4、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，任播组中各节点的路由表中存储多个相邻任播组地址，形成任播组地址列表。
5、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述目的节点收到源节点的请求包后，以单播方式回复源节点时，在其发送的路由应答包中包括：目的节点的IP地址和目的节点所在任播组的任播组地址。
6、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，当源节点需要与同一任播组内的目的节点通信连接时：
若源节点查找到与目的节点间存在多条链路，则源节点选择一条跳数最少的链路，建立与目的节点的通信连接，同时将目的节点作为服务器节点存储相关信息；
若源节点找不到与目的节点间的链路，源节点任播一个路由请求包，查找至目的节点的路由，该路由请求包中存储源节点所在任播组内每一个节点的地址和序列号。
7、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述当路由请求包的目的节点与源节点不在同一个任播组时，若接收到路由请求包的转发节点是单播节点，则该单播节点广播带有业务值的路由请求包，或单播给邻近节点缺省任播组地址的路由请求包。
8、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述当路由请求包的目的节点与源节点不在同一个任播组时，若接收到路由请求包的转发节点是任播节点，所述任播节点查看包含任播组地址列表信息的finger表，并采用函数运算确定与所述任播节点所在的任播组最近的任播组地址。
9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述任播节点查看路由表中与所述最近的任播组地址相同的任播组中的节点，判断是否存在到目的节点的通信链路；
若存在多条到目的节点的链路，则任播节点选择跳数最少的那条链路，并把目的节点作为服务器节点；
若不存在这样的链路，则所述任播节点向他的邻居节点重新广播路由请求包，查找至目的节点的路由。
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