CN101478807B - 基于超短波电台的路由算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超短波电台的路由算法，在IP层与MAC层之间添加一内网路由层，由内网路由层来运行链路信息压缩算法，并实现最优路径选择及分配；本发明的有益技术效果是：提供了一种简单的，路由及时性高的，路由开销可控的，并可提供有区别的业务服务的路由算法。

Description

基于超短波电台的路由算法

技术领域

本发明涉及一种无线网络通信技术，尤其涉及一种基于超短波电台的路由算法。

背景技术

Ad hoc网络是一种无线，多跳的自组织网络。Ad hoc网络下的节点移动性高，链路状态不稳定，导致网络拓扑相对于其他网络来说变化要剧烈，同时在网络链路状态不稳定的情况下，针对业务类型提供有区别的路由服务；另外，无线链路的高时延和低带宽同样也限制着路由信息的扩撒以及路由拓扑的有效性。这样就需要设计一种基于超短波电台，并适应Ad hoc网络的路由算法，在满足路由信息的实时性的前提下减少路由开销，并且针对超短波电台的特点对业务提供有区别的服务。

发明内容

本发明提出了一种基于超短波电台的路由算法，它包括：在IP层与MAC层之间创建内网路由层，由步骤1)实现；通过路由算法建立路由拓扑(包括一跳路由信息和全网路由信息)，由步骤2)、3)、4)、5)实现；根据路由拓扑对内网数据包进行路由，由步骤6)、7)实现。

其具体方案通过如下步骤实现：

1)在各个站点的IP层与MAC层之间添加内网路由层(软件层次)，内网路由层获取站点号(从其它模块获取)，并在内网路由层内建立站点号与IP地址的映射关系，采用站点号代替IP地址作为站点标识，用于寻址；同时，在IP层路由表中添加一条默认路由，将未找到目的地的IP数据包在指定接口输出；

内网路由层以进程或任务的方式创建，且相对IP层独立；IP层采用消息队列方式与内网路由层进行通信，MAC层采用信号量方式与内网路由层进行通信。

2)各个站点同步后，各个站点的内网路由层从底层的同步信息中提取邻居站点信息，并建立一维本地邻居链表；各个内网路由层开始向其邻居站点周期性广播一跳路由信息；

一维本地邻居链表，包括：一维本地邻居链表中的每个单元都包含一个邻居站点信息，邻居站点信息包括邻居状态，超时时间，邻居链路信息；

3)各个站点收到其邻居站点发送的一跳路由信息后，从一跳路由信息中提取路由拓扑信息，建立本地全网链路信息的二维链表，并开始向其邻居站点周期性广播全网路由信息；

二维链表，包括：横向链表为各个拓扑入口的站点信息单元，站点信息单元记录有站点号、该拓扑的更新序列号、拓扑状态、超时时间；纵向链表为各个拓扑入口的邻居链表，邻居链表中的每个单元都包含一个邻居站点信息，邻居站点信息包括邻居状态，超时时间，邻居链路信息；

4)各个内网路由层在周期性发送路由信息时，各个内网路由层运行链路信息压缩算法，对路由信息进行压缩发送；

链路信息压缩算法，包括：

[1]若内网路由层发送的路由信息为全网路由信息，则该内网路由层从二维链表中提取所有相关的站点信息，写入路由信息的站号信息域中

若内网路由层发送的路由信息为一跳路由信息，则该内网路由层只提取二维链表中与本站点有关的其它站点，写入路由信息的站号信息域中；

[2]内网路由层从二维链表的站点信息单元中提取各个拓扑的更新序列号，写入路由信息的序号域中，每个拓扑的更新序列号用8bit表示；

[3]根据站号信息域中的站点信息，内网路由层提取相关站点的链路信息信息写入路由信息的链路值域中，每个链路信息信息用2bit表示；

5)采用最短路径算法，计算路径，如果计算不出任何路径即认为站点上存在不可达的路由，则采取被动的路由发现方式，发现目的站点；

采取被动的路由发现方式包括：

[1]被动寻路发起时，由源站点发送路由请求报文，此报文全网泛洪，中途转发站点将本地地址加入报文中的地址序列后继续转发，直至抵达目的站点；

[2]目的站点收到路由请求报文后，向源站点发送回复报文：如果默认为双向链路网络，则按路由发现记录的地址序列转发，否则重复步骤[1]，直至抵达源站点。

6)当IP数据包抵达内网路由层时，为其封装内网路由层头部，并在头部中提供内网路由信息；

内网路由层采用最短路径算法，根据二维链表计算出链路权值累加最小的路径作为最优路径，供内网数据包路由。

7)各个内网路由层对内网数据包进行转发，并在到达目的后，还原为IP数据包，将其最终交付协议栈；

供内网数据包路由，包括：向高优先级的内网数据包提供累加权值最小的路径，向其它内网数据包提供相对代价较高的路径。

本发明的有益技术效果是：提供了一种简单的，路由及时性高的，路由开销可控的，并可提供有区别的业务服务的路由算法。

附图说明

图1，内网路由层在软件层中的层次；

图2，一维本地邻居链表存储结构示意图；

图3，二维链表存储结构示意图；

图4，路由信息的内容示意图；

图5，路由信息中站点信息分解示意图；

图6，路由信息中链路信息信息分解示意图；

图7，源站点发送的路由请求报文格式；

图8，目的站点发送的回复报文格式；

具体实施方式

无线路由协议一般有表驱动与按需两种方式，表驱动采用周期性发送路由报文的方式来交互路由信息，建立网络拓扑，而按需采用突发性的方式，只在有寻路需求时交互路由信息，建立网络拓扑。两种方式作为路由信息收集的手段，各有其优劣，主要体现在路由信息的及时性，以及路由开销可控性。作为Ad hoc路由协议，提供了针对业务的区别服务，则更能体现优势。所以，无线路由协议设计的关键在于：提高路由信息的及时性，降低路由开销和提供区别的业务服务。

本发明采用下列手段来实现上述设计目的：

1)参见附图1，在各个站点的IP层与MAC层之间添加内网路由层，内网路由层获取站点号，并在内网路由层内建立站点号与IP地址的映射关系，采用站点号代替IP地址作为站点标识，用于寻址(内网路由层以进程或任务的方式创建，且相对IP层独立；IP层采用消息队列方式与内网路由层进行通信，MAC层采用信号量方式与内网路由层进行通信)。

需要在IP层路由表中添加一条默认路由，将未找到目的地的数据包在指定接口输出，并且在该接口中捕获发往无线网络的IP数据包。该数据包格式为标准IP报文，通过对IP头部的访问，将IP地址(包括源地址和目的地址)从中提取出，根据站点号与IP地址的映射关系，计算出站点的站点号(即采用站点号代替IP地址作为站点标识，用于寻址)，作为站点标识，用于路由建立和转发；

2)各个站点同步后，各个站点的内网路由层从底层(内网路由层的下层都称为底层)的同步信息中提取邻居站点信息，并建立一维本地邻居链表；各个内网路由层开始向其邻居周期性广播一跳路由信息(发送的起始、间隔等由定时器函数控制)；

参见附图2，一维本地邻居链表中的每个单元都包含一个邻居站点信息，邻居站点信息包括邻居状态，超时时间，邻居链路信息；

3)各个站点收到其邻居站点发送的一跳路由信息后，从一跳路由信息中提取路由拓扑信息，建立本地全网链路信息的二维链表，并开始向其邻居周期性广播全网路由信息(发送的起始、间隔等由定时器函数控制)；

参见附图3，二维链表(全网路由信息)，包括：横向链表为各个拓扑入口的站点信息单元，站点信息单元记录有站点号、该拓扑的更新序列号、拓扑状态、超时时间；纵向链表为各个拓扑入口的邻居链表，邻居链表中的每个单元都包含一个邻居站点信息，邻居站点信息包括邻居状态，超时时间，邻居链路信息；

4)各个内网路由层在周期性发送路由信息时，各个内网路由层运行链路信息压缩算法，对路由信息进行压缩发送；

其中，链路信息压缩算法如下：

[1]若内网路由层发送的路由信息为全网路由信息，则该内网路由层从二维链表中提取所有相关的站点信息，写入路由信息的站号信息域中，参见图4；

若内网路由层发送的路由信息为一跳路由信息，则该内网路由层只提取二维链表中与本站点有关的其它站点，写入路由信息的站号信息域中；

[2]内网路由层从二维链表的站点信息单元中提取各个拓扑的更新序列号，写入路由信息的序号域中，每个拓扑的更新序列号用8bit表示，参见图5；

[3]根据站号信息域中的站点信息，内网路由层提取相关站点的链路信息信息写入路由信息的链路值域中，每个链路信息信息用2bit表示，参见图6；

5)如果某个站点上存在不可达的路由，则采取被动的路由发现方式，发现目的站点；

采用最短路径算法，计算路径，如果计算不出任何路径即认为站点上存在不可达的路由，此时启动被动寻路；

采取被动的路由发现方式包括：

[1]被动寻路发起时，由源站点发送路由请求报文(参见图7)，此报文全网泛洪，中途转发站点将本地地址加入报文中的地址序列后继续转发，直至抵达目的站点；

[2]目的站点收到路由请求报文后，向源站点发送回复报文(参见图8)：如果默认为双向链路网络，则按路由发现记录的地址序列转发，否则重复步骤[1]，直至抵达源站点。

6)当IP数据包抵达内网路由层时，为其封装内网路由层头部(内网路由层头部中携带有内网路由信息)，得到内网数据包；

内网路由层采用最短路径算法，根据二维链表计算出链路权值累加最小的路径作为最优路径，供内网数据包路由。

7)各个内网路由层对内网数据包进行转发，并在到达目的后，还原为IP数据包，将其最终交付协议栈；

供内网数据包路由，包括：向高优先级的内网数据包提供累加权值最小的路径，向其它内网数据包提供相对代价较高的路径。

Claims (8)

1.一种基于超短波电台的路由方法，其特征在于：在IP层与MAC层之间创建内网路由层，通过路由算法建立路由拓扑，根据路由拓扑对内网数据包进行路由；

在IP层与MAC层之间创建内网路由层的步骤为：

1)在各个站点的IP层与MAC层之间添加内网路由层，内网路由层获取站点号，并在内网路由层内建立站点号与IP地址的映射关系，采用站点号代替IP地址作为站点标识，用于寻址；同时，在IP层路由表中添加一条默认路由，将未找到目的地的IP数据包在指定接口输出；

通过路由算法建立路由拓扑：

2)各个站点同步后，各个站点的内网路由层从底层的同步信息中提取邻居站点信息，并建立一维本地邻居链表；各个内网路由层开始向其邻居站点周期性广播一跳路由信息；

3)各个站点收到其邻居站点发送的一跳路由信息后，从一跳路由信息中提取路由拓扑信息，建立本地全网链路信息的二维链表，并开始向其邻居站点周期性广播全网路由信息；

4)各个内网路由层在周期性发送路由信息时，各个内网路由层运行链路信息压缩算法，对路由信息进行压缩发送；

5)如果某个站点上存在不可达的路由，则采取被动的路由发现方式，发现目的站点；根据路由拓扑对内网数据包进行路由：

6)当IP数据包抵达内网路由层时，为其封装内网路由层头部，并在头部中提供内网路由信息；

7)各个内网路由层对内网数据包进行转发，并在到达目的后，还原为IP数据包，将其最终交付协议栈。

2.根据权利要求1所述的基于超短波电台的路由方法，其特征在于：步骤1)中，内网路由层以进程或任务的方式创建，且相对IP层独立；IP层采用消息队列方式与内网路由层进行通信，MAC层采用信号量方式与内网路由层进行通信。

3.根据权利要求1所述的基于超短波电台的路由方法，其特征在于：步骤2)中的一维本地邻居链表，包括：一维本地邻居链表中的每个单元都包含一个邻居站点信息，邻居站点信息包括邻居状态，超时时间，邻居链路信息。

4.根据权利要求1所述的基于超短波电台的路由方法，其特征在于：步骤3)中二维链表，包括：横向链表为各个拓扑入口的站点信息单元，站点信息单元记录有站点号、该拓扑的更新序列号、拓扑状态、超时时间；纵向链表为各个拓扑入口的邻居链表，邻居链表中的每个单元都包含一个邻居站点信息，邻居站点信息包括邻居状态，超时时间，邻居链路信息。

5.根据权利要求1所述的基于超短波电台的路由方法，其特征在于：步骤4)中，各个内网路由层运行链路信息压缩算法，包括：

[1]若内网路由层发送的路由信息为全网路由信息，则该内网路由层从二维链表中提取所有相关的站点信息，写入路由信息的站号信息域中

若内网路由层发送的路由信息为一跳路由信息，则该内网路由层只提取二维链表中与本站点有关的其它站点，写入路由信息的站号信息域中；

[2]内网路由层从二维链表的站点信息单元中提取各个拓扑的更新序列号，写入路由信息的序号域中，每个拓扑的更新序列号用8bit表示；

[3]根据站号信息域中的站点信息，内网路由层提取相关站点的链路信息写入路由信息的链路值域中，每个链路信息用2bit表示。

6.根据权利要求1所述的基于超短波电台的路由方法，其特征在于：步骤5)中，判断站点上是否存在不可达的路由，包括：采用最短路径算法，计算路径，如果计算不出任何路径即认为站点上存在不可达的路由；

采取被动的路由发现方式，包括：

[1]被动寻路发起时，由源站点发送路由请求报文，此报文全网泛洪，中途转发站点将本地地址加入报文中的地址序列后继续转发，直至抵达目的站点；

[2]目的站点收到路由请求报文后，向源站点发送回复报文：如果默认为双向链路网络，则按路由发现记录的地址序列转发，否则重复步骤[1]，直至抵达源站点。

7.根据权利要求1所述的基于超短波电台的路由方法，其特征在于：步骤6)包括：内网路由层采用最短路径算法，根据二维链表计算出链路权值累加最小的路径作为最优路径，供内网数据包路由。

8.根据权利要求7所述的基于超短波电台的路由方法，其特征在于：供内网数据包路由，包括：向高优先级的内网数据包提供累加权值最小的路径，向其它内网数据包提供相对代价较高的路径。

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