CN113613307B - 一种基于局部主动路由辅助的按需路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于局部主动路由辅助的按需路由方法，属于无线通信技术领域。该方法针对大规模无人蜂群类异构蜂窝立体空间组网架构，具体如下：通过微蜂窝间周期性信令构建局部主动路由；按需路由的发起：当簇首收到成员节点的簇间通信数据包，发现目的节点不在本地维护的路由表中时，需发起按需路由建立过程，寻找目的节点所在的簇首；宏蜂窝路由维护：宏微双层网络拓扑形成以后，拓扑变化需要微蜂窝及时上报宏蜂窝网络；当簇首组成的宏蜂窝网络发生簇首间链路断裂，而此时宏蜂窝路由处在有效状态并有数据传输时，启动宏蜂窝路由维护。本发明提高了网络数据的传输速率，降低了跨区域蜂群节点之间的通信时延，有效保障了无人蜂群的通信质量。

Description

一种基于局部主动路由辅助的按需路由方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于局部主动路由辅助的按需路由方法。

背景技术

无人蜂群在某一目标区域内执行特定任务是常见的应用场景，因此无人蜂群的自组网能够覆盖目标区域是任务执行最基本的要求。为了有效实现目标区域覆盖，无人机自组网场景应满足通信范围能够完全覆盖目标区域且任意两个蜂群节点之间存在通信路径。而无人蜂群通常又具有节点规模大、分布密度大、高动态性以及执行任务场景频谱高度受限等特点，我们曾提出的一种基于类异构蜂窝网络的立体空间蜂群组网架构可以有效解决无人机蜂群的快速组网和频谱受限等问题。但是这种基于类异构蜂窝的蜂群组网架构本质上是一种分级的两层网络结构，下层微蜂窝网络结构可以实现本簇内的业务交互，无需路由协议，但是跨微蜂窝之间的业务数据依然需要上层的宏蜂窝网络通过合适的路由策略转发完成。

上层的宏蜂窝网络可以看成简单的分布式移动自组织网络，目前已有许多成熟的路由协议可以应用。主动式路由协议又称为表驱动路由协议，使用这种路由协议的节点在本地维护一张包含所有目的节点的路由表，并且根据网络拓扑的变化实时更新路由表，所以本地维护的路由表信息可以实时准确的反应当前网络拓扑的情况，任一节点一旦要发送数据，即可以从本地路由表中获得到达目的节点的最优路由，如经典的DSDV、WRP等路由协议。被动式路由协议又称为按需路由协议，是一种在需要发送数据时才去发起路由获取过程的协议，常用的有AODV，DSR等，它不需要实时的维护全网的路由信息。

主动式路由协议虽然可以实时的获取最新的路由信息，时延较小，但是实时信息的获取需要耗费大量的路由控制报文，协议开销较大。对于频谱高度受限场景下的大规模无人蜂群并不适用，而被动路由虽然开销较小，但其实时性能较差，对于一些及时业务无法满足。无论是主动路由还是被动路由，或者两者结合的混合路由，他们都没有充分考虑特定的组网场景，未能充分将组网以及网络拓扑维护过程中的一些信令信息重复利用，在一定程度上增大了网络开销和实时性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于局部主动路由辅助的按需路由方法，从而提高网络数据的传输速率，降低跨区域蜂群节点之间的通信时延，有效保障无人蜂群的通信质量。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于局部主动路由辅助的按需路由方法，该方法针对大规模无人蜂群类异构蜂窝立体空间组网架构，具体如下：

步骤1、通过微蜂窝间周期性信令构建局部主动路由；

步骤2、按需路由的发起：当簇首收到成员节点的簇间通信数据包，发现目的节点不在本地维护的路由表中时，发起按需路由建立过程，寻找目的节点所在的簇首；

步骤3、宏蜂窝路由维护：宏微双层网络拓扑形成以后，拓扑变化需要微蜂窝及时上报宏蜂窝网络；当簇首组成的宏蜂窝网络发生簇首间链路断裂，而宏蜂窝路由处在有效状态并有数据传输时，启动宏蜂窝路由维护。

进一步地，所述大规模无人蜂群类异构蜂窝立体空间组网架构，是基于移动通信网络宏蜂窝、微蜂窝的多层级网络架构和技术特性构建的，该架构基于中大型和小型无人机平台尺寸、载荷重量和功率这些性能方面的异构性，以多中大型无人机构建上层宏蜂窝网络作为簇间通信网络；以中大、小型无人机构建下层微蜂窝网络作为簇内通信网；簇间通信网络和多个簇内通信网联合构建双层立体网络体系架构；

中大型无人机指空机起飞重量大于15千克的无人机，且最大载荷重量大于10千克的无人机节点，支持多种通信链路同时工作，能够作为无人蜂群子网内各节点时间同步基准，提供接入服务和远程数据传输中继；也能够与其他通信接入节点组成自组网；至少配有两发两收信道；小型无人机指空机起飞重量不大于15千克，且最大载荷重量不大于10千克的无人机节点，配有一发一收信道，仅作为簇内子网节点；

以各个簇首为基础组成的自组网作为无人蜂群的宏蜂窝，簇首通过簇内成员的协商选举得到，由簇首完成簇内/簇间频谱资源的协调、簇内所有成员的资源规划、维护网络拓扑变换的管理；簇成员节点受控于簇首节点，完成蜂群间信息的扭转和交互，实现与远端节点之间的控制链路；

对于整个蜂窝网络的业务数据传输分为两类，一是簇内通信，二是簇间通信；簇内节点之间的通信无需路由，由本地簇首直接转发完成即可；而簇间通信则需要通过簇首之间的宏蜂窝网络完成。

进一步地，步骤1中通过微蜂窝间周期性信令构建局部主动路由，具体如下：

步骤101、针对微蜂窝网络，簇首在本地维护一张路由表，该路由表包括本微蜂窝内成员节点及邻居微蜂窝的成员节点：

步骤102、针对微蜂窝网络以及簇首，成员节点向簇首节点周期性上报状态信息，簇首维护一张包含本微蜂窝内的节点信息的路由表；同时，簇首通过宏蜂窝网络周期性的广播本微蜂窝的状态信息，包括微蜂窝ID、成员ID；邻居微蜂窝簇首收到其他微蜂窝发送的状态信息Macro_hello后，将邻居微蜂窝成员信息添加到本地路由表中，形成一跳邻居微蜂窝内的局部路由信息；

步骤103、通过成员节点及簇首周期性上报的状态信息，维护簇首节点一跳范围内的簇首及其成员节点信息，提供本微蜂窝及邻居微蜂窝之间通信时的路由查询。

进一步地，步骤2中按需路由的发起，具体如下：

步骤201、路由请求RouteReq发送

到微蜂窝外目的节点的路由请求由所在微蜂窝簇首完成，簇首广播路由请求RouteReq后，只有同为簇首的节点具有该路由请求的处理权，除簇首外的其他普通节点接收到路由请求消息后均丢弃；

RouteReq的信息格式如下：8bit的消息类型字段、8bit的跳数字段，两个16bit的保留字段，以及32bit的路由请求广播ID字段、32bit的目的节点地址字段、32bit的目的节点序列号字段、32bit的源节点地址字段和32bit的源节点序列号字段；其中序列号是一个单调递增的整数，表明路由请求的新旧程度，节点每发送一个路由请求就把序列号加1；跳数也是一个单调递增的整数，用于表明路由请求所走过的距离；当源簇首节点产生一个新的路由请求报文的时候，路由请求广播ID加1；源簇首节点、目的节点和广播ID一起唯一确定了一个路由请求报文RouteReq；源簇首节点在宏蜂窝网络上向其通信范围内的所有邻微蜂窝簇首节点广播该报文，邻簇首节点以相同的方式继续转发直到找到目的节点所在的微蜂窝为止；该路由请求报文在所有簇首节点所在的宏蜂窝网络上转发，中间簇首节点收到多个相同的路由请求报文时，中间节点检查是否已经收到过相同的报文，如果收到过则丢弃该报文；

簇首节点发送RouteReq后把发送过的请求存储在路由请求列表中并设置一个定时器，如果请求列表中的定时器超时而仍未收到路由回复，则重新发送路由请求，并把序列号加1；如果重发次数超过一个预设的值，则丢弃缓存中到该目的节点的数据包；

步骤202、路由请求RouteReq接收

RouteReq消息经广播后，接收到该消息的簇首节点首先比较<原地址，广播ID>判断自己是否接收过该消息，如果已经接收过，则丢弃该消息，否则将该RouteReq消息中的目的节点与自身及本簇内信息表和局部路由表中的成员节点信息进行比对，如果目的节点位于本簇内，则直接回复RouteRep，如果目的节点位于局部路由表中，则将局部路由表中的目的节点路径信息和跳数添加到RouteRep中进行回复；否则，在本簇节点路由记录表中记录相应信息，形成反向路由，路由表中包含32bit的上游节点地址字段、32bit的目的节点地址字段、32bit的目的序列号字段、32bit的源节点地址字段、32bit的源序列号字段、32bit的广播ID字段与32bit的反向路由超时时长字段；

完成反向路由记录后，将RouteReq中的跳数加1，然后向下游转发该路由请求消息；

记录源序列号和目的序列号，这些序列号单调递增，其中源序列号用在路由请求广播过程中保证反向路由的有效性，目的序列号则用来维护前向路由的有效性；

RouteReq到达目的节点所在的簇首，由目的节点的簇首生成RouteRep并沿着中间节点存储的反向路由路径发送到源节点；RouteReq还未到达目的节点所在的簇首就通过中间簇首的局部路由表获得目的节点的路径，则将中间簇首节点存储的目的节点的路径信息和跳数放到RouteRep中进行反向回复，收到RouteRep的节点在各自路由表中增加一条到目的节点的正向路由，用于后续数据包的发送；

当发送RouteReq的源簇首节点收到该RouteRep时，表示路由发现过程已完成，簇首将存储在缓冲区的数据按照正向路由路径进行发送，RouteReq中包含8bit的消息类型字段、8bit的跳数字段，两个16bit的保留字段，32bit的目的节点地址字段、32bit的目的节点序列号字段、32bit的源节点地址字段和32bit的生存时间字段。

进一步地，步骤3中宏蜂窝路由维护，具体如下：

步骤301、宏微双层网络拓扑出现节点入网、节点退网、移动性切换以及微蜂窝的***和合并引起的拓扑变化时，微蜂窝上报所述拓扑变化至宏蜂窝网络；当簇首组成的宏蜂窝网络出现簇首间链路断裂，形成断链簇首节点，且宏蜂窝路由处在有效状态并有数据传输时，启动宏蜂窝路由维护进程；

步骤302、假设网络层能够利用MAC层的反馈机制来发现邻居节点的链路状态，当位于断链节点的上游节点通过MAC层的反馈机制发现断链节点不在自己的通信范围之内，该上游节点创建路由出错报文RouteErr，并按照路由表中记录的反向路由信息向源节点传送，接收到RouteErr消息的簇首节点将原有路由删除，源簇首节点收到路由出错报文RouteErr后重新发起路由建立过程，出错报文RouterErr包含8bit的消息类型字段，三个16bit的保留字段，32bit的源节点地址字段、32bit的源节点序列号字段、32bit的断链节点地址字段、32bit的目的节点地址字段、32bit的目的节点序列号字段。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：（1）基于局部主动路由辅助的按需路由策略可以在不增加信令开销的前提下确保局部区域内路由路径的完备性和准确性，提高了网络数据的传输速率，降低了跨区域蜂群节点之间的通信时延，有效保障了无人蜂群的通信质量；（2）减少了被动路由带来的额外时延，同时又可确保远距离节点间的通信连通性，削弱了上层分布式网络带来的容量瓶颈，对于蜂群***以蜂窝结构的形式覆盖目标区域这种网络场景具有更好的适配性和稳定性。

附图说明

图1是无人蜂群类异构蜂窝立体空间组网架构的立体示意图。

图2是无人蜂群类异构蜂窝立体空间组网架构的俯视图。

图3是中间节点处理RouteReq流程图。

图4是中间节点处理RouteRep流程图。

图5是微蜂窝及宏蜂窝均完成建立后的网络结构图。

图6是宏蜂窝路由建立流程图。

图7是路由维护流程图。

具体实施方式

针对大规模无人蜂群形成立体异构分层网络架构后，蜂群节点跨区域业务传输效率低下的问题，提出了一种基于局部主动路由辅助的按需路由方法。所述类异构蜂窝立体空间组网架构，是基于移动通信网络宏蜂窝、微蜂窝的多层级网络架构和技术特性提出的，它以中大型和小型无人机平台尺寸、载荷重量和功率等性能方面异构性为基础，建立以多中大型无人机构建上层“宏”蜂窝网络，即簇间通信网络；以中、小型无人机构建下层“微”蜂窝网络，即簇内通信网；簇间通信网络和多个簇内通信网联合构建的双层立体网络体系架构，如图1~图2所示。

以各个簇首为基础组成的自组网作为无人蜂群的宏蜂窝，簇首通过簇内成员的协商选举得到，由簇首完成簇内/簇间频谱资源的协调、簇内所有成员的资源规划、维护节点的入网退网管理以及拓扑变换的管理。簇成员节点受控于簇首节点，完成蜂群间信息的扭转和交互，实现与远端节点之间的控制链路。

对于整个蜂群网络的业务数据传输分为两类，一是簇内通信，二是簇间通信。簇内节点之间的通信无需路由，由本地簇首直接转发完成即可。而簇间通信则需要通过簇首之间的宏蜂窝网络完成。宏蜂窝网络是一个分布式自组网，路由协议的选用影响着簇间通信的质量。如图2，由俯视架构图可以看出，对于一个覆盖特定目标区域的蜂群，当使用蜂窝立体空间组网架构时，其在空间地理分布上微蜂窝存在邻居微蜂窝，那么在网络架构形成及维护的过程中，邻居微蜂窝之间必然需要周期***互信令，因此，我们可以重复利用已有信令信息携带成员信息，以此在本地形成一跳邻居微蜂窝范围内成员的路由信息，即在邻居微蜂窝这个局部范围内我们使用主动路由形成本地路由表信息，但是并不消耗额外的信令开销。举例来说，如图2俯视架构图，当微蜂窝A中的成员a要向微蜂窝B中的成员b发送数据时，由于微蜂窝A的簇首本地存有微蜂窝B的成员信息，因此成员a到成员b的路由信息可直接获取；当微蜂窝A中的成员a要向微蜂窝C中的成员c发送数据时，由于微蜂窝A的簇首本地没有微蜂窝C的成员信息，因此成员a到成员c的路由信息无法直接获取，此时需要由簇首A发起被动路由寻找成员c的路径。以下是本发明基于局部主动路由辅助的按需路由方法的详细步骤：

步骤1：通过微蜂窝间周期性信令构建局部主动路由

微蜂窝网络形成后，簇首会在本地维护一张路由表，该路由表包括本微蜂窝内成员节点及邻居微蜂窝的成员节点组成。

由于成员节点会向簇首节点周期性上报状态信息，因此本簇内的节点会在路由表中周期性维护。而在微蜂窝网络形成后即簇首确定后，成员节点会向簇首节点周期性上报状态信息，因此簇首会维护一张包含本微蜂窝内的节点信息的路由表；同时，簇首通过宏蜂窝网络周期性的广播本微蜂窝的状态信息，包括微蜂窝ID、成员ID；邻居微蜂窝簇首收到其他微蜂窝发送的状态信息Macro_hello后，将邻居微蜂窝成员信息添加到本地路由表中，至此，一跳邻居微蜂窝内的局部路由信息形成；

通过成员节点及簇首周期性上报的状态信息只能维护簇首节点一跳范围内的簇首及其成员节点信息，可以提供本微蜂窝及邻居微蜂窝之间通信时的路由查询；

表1 本微蜂窝及邻居微蜂窝之间通信时的路由查询

步骤2：按需路由的发起

当簇首收到成员节点的簇间通信数据包，发现目的节点不在本地维护的路由表中时，需发起按需路由建立过程，寻找目的节点所在的簇首。本步采用经典的AODV协议。

（1）路由请求RouteReq发送

到微蜂窝外目的节点的路由请求由所在微蜂窝簇首完成，簇首广播路由请求RouteReq后，只有同为簇首的节点具有该路由请求的处理权，除簇首外的其他普通节点接收到路由请求消息后均丢弃。RouteReq的信息格式如下表2：

表2 RouteReq的信息格式

其中，序列号是一个单调递增的整数,表明路由请求的新旧程度。节点每发送一个路由请求就把序列号加1。跳数也是一个单调递增的整数，用于表明路由请求所走过的距离。当源簇首节点产生一个新的路由请求报文的时候，广播ID加1，源簇首节点、目的节点和广播ID一起唯一确定了一个路由请求报文RouteReq。源簇首节点在宏蜂窝网络上向其通信范围内的所有邻微蜂窝簇首节点广播该报文，邻簇首节点会以相同的方式继续转发直到找到目的节点所在的微蜂窝为止。由于该路由请求报文是在所有簇首节点所在的宏蜂窝网络上转发的，中间簇首节点可能收到若干个相同的路由请求报文，这时中间节点会检查是否已经收到过相同的报文，如果收到过则丢弃该报文。

簇首节点发送RouteReq后会把发送过的请求存储在请求列表中并设置一个定时器。如果请求列表中的定时器超时而仍未收到路由回复,则重新发送路由请求,并把序列号加1。如果重发次数超过一个预设的值,则丢弃缓存中到该目的节点的数据包。

表3路由请求列表

（2）路由请求RouteReq接收

图3是中间节点处理RouteReq流程图，RouteReq消息经广播后，接收到该消息的簇首节点首先比较<原地址，广播ID>判断自己是否接收过该消息，如果已经接收过，则丢弃该消息，否则将该RouteReq消息中的目的节点与自身及本簇内信息表和局部路由表中的成员节点信息进行比对，如果目的节点位于本簇内，则直接回复RouteRep，如果目的节点位于局部路由表中，则将局部路由表中的目的节点路径信息和跳数添加到RouteRep中进行回复；否则，在本簇节点路由记录表中记录相应信息，形成反向路由，记录信息如下表4：

表4 记录信息

完成反向路由记录后，将RouteReq中的跳数加1，然后向下游转发该路由请求消息。

此处记录源序列号和目的序列号，这些序列号都是单调递增的，它们主要用于避免过失的缓冲路由对***带来的负面影响。其中源序列号用在路由请求广播过程中保证反向路由的有效性，而目的序列号则用来维护前向路由的有效性。

图4是中间节点处理RouteRep流程图，当发送RouteReq的源簇首节点收到该RouteRep时，表示路由发现过程已完成，簇首将存储在缓冲区的数据按照正向路由路径进行发送。若中间节点存在有效反向路由，路由回复RouteRep会在两种情况下进行：

第一种是RouteReq到达目的节点所在的簇首，存在本节点到源节点的有效反向路由，由目的节点的簇首生成并沿上游节点存储的反向路由路径发送到源节点；

第二种是RouteReq还未到达目的节点所在的簇首时就已经通过中间簇首的局部路由表获得目的节点的路径，此时将中间簇首节点存储的目的节点的路径信息和跳数放到RouteRep中进行反向回复，收到RouteRep的节点在各自路由表中增加一条到目的节点的正向路由，用于后续数据包的发送。

否则，中间节点丢弃RouteRep消息。

当发送RouteReq的源簇首节点收到该RouteRep时，表示路由发现过程已完成，簇首将存储在缓冲区的数据按照正向路由路径进行发送。

RouteReq的格式如下：

表5 RouteReq的格式

至此，簇首间的路由建立（即宏蜂窝网络建立）完成，整张网络形成上下两层宏微网络结构，图5是微蜂窝及宏蜂窝均完成建立后的网络结构图，图6是宏蜂窝路由建立流程图，簇首节点收到成员节点数据包后查询路由表，若路由表中存在目的节点路径，则簇首节点按路由表中下一跳地址发送数据；否则将数据包缓存至本地并发送RouteReq，若簇首节点收到RouteRep回复，则按照RouteRep中信息将数据按照得到的下一跳地址发送数据；若簇首节点收到RouteErr回复，或路由请求定时器超时，簇首节点重新发送RouteReq，否则继续等待RouteRep回复。

步骤3：宏蜂窝路由维护

宏微双层网络拓扑形成以后，会存在节点入网、节点退网、移动性切换以及微蜂窝的***和合并等引起的拓扑变化，这些拓扑变化需要微蜂窝及时上报宏蜂窝网络，以保持宏蜂窝路由的实效性。不仅如此，当簇首组成的宏蜂窝网络由于移动或者被击毁以及频率不可用等紧急情况造成簇首间链路断裂，而此时宏蜂窝路由处在有效状态并有数据传输时，就会启动宏蜂窝路由维护进程。

结合图7，当某一条宏蜂窝路由已经超时，簇首节点直接删除该条路由；否则，该条路由未超时，仍处于生命周期中，并且有数据要发送，此时该条路由上某个簇首节点因故障等原因而导致断链，位于该断链节点的上游节点可以通过MAC层的反馈机制发现断链节点已经不在自己的通信范围之内，那么该上游节点创建路由出错报文RouteErr，并按照路由表中记录的反向路由信息向上游节点传送，接收到RouteErr消息的簇首节点将原有路由删除，源簇首节点收到路由出错报文RouteErr后重新发起路由建立过程。路由出错报文RouteErr格式如表6所示：

表6 路由出错报文RouteErr格式

综上可知，本发明面向无人蜂群形成分层网络架构后的上层宏蜂窝网络，聚焦高效利用其在网络建立及维护过程中的已有信令，将局部本地路由信息扩充到一跳邻居微蜂窝范围。相比于已有的主动路由或者被动路由策略，本发明提出的基于局部主动路由辅助的按需路由策略可以在不增加信令开销的前提下扩充了本地主动路由存储路径，确保局部区域内路由路径的完备性和准确性，减少了被动路由带来的额外时延，同时又可确保远距离节点间的通信连通性，削弱了上层分布式网络带来的容量瓶颈，对于蜂群***以蜂窝结构的形式覆盖目标区域这种网络场景具有更好的适配性和稳定性。

Claims (3)

1.一种基于局部主动路由辅助的按需路由方法，其特征在于，该方法针对大规模无人蜂群类异构蜂窝立体空间组网架构，具体如下：

步骤1、通过微蜂窝间周期性信令构建局部主动路由；

步骤2、按需路由的发起：当簇首收到成员节点的簇间通信数据包，发现目的节点不在本地维护的路由表中时，发起按需路由建立过程，寻找目的节点所在的簇首；

步骤3、宏蜂窝路由维护：宏微双层网络拓扑形成以后，拓扑变化需要微蜂窝及时上报宏蜂窝网络；当簇首组成的宏蜂窝网络发生簇首间链路断裂，而宏蜂窝路由处在有效状态并有数据传输时，启动宏蜂窝路由维护；

步骤2中按需路由的发起，具体如下：

步骤201、路由请求RouteReq发送

到微蜂窝外目的节点的路由请求由所在微蜂窝簇首完成，簇首广播路由请求RouteReq后，只有同为簇首的节点具有该路由请求的处理权，除簇首外的其他普通节点接收到路由请求消息后均丢弃；

RouteReq的信息格式如下：8bit的消息类型字段、8bit的跳数字段，两个16bit的保留字段，以及32bit的路由请求广播ID字段、32bit的目的节点地址字段、32bit的目的节点序列号字段、32bit的源节点地址字段和32bit的源节点序列号字段；其中序列号是一个单调递增的整数，表明路由请求的新旧程度，节点每发送一个路由请求就把序列号加1；跳数也是一个单调递增的整数，用于表明路由请求所走过的距离；当源簇首节点产生一个新的路由请求报文的时候，路由请求广播ID加1；源簇首节点、目的节点和广播ID一起唯一确定了一个路由请求报文RouteReq；源簇首节点在宏蜂窝网络上向其通信范围内的所有邻微蜂窝簇首节点广播该报文，邻簇首节点以相同的方式继续转发直到找到目的节点所在的微蜂窝为止；该路由请求报文在所有簇首节点所在的宏蜂窝网络上转发，中间簇首节点收到多个相同的路由请求报文时，中间节点检查是否已经收到过相同的报文，如果收到过则丢弃该报文；

簇首节点发送RouteReq后把发送过的请求存储在路由请求列表中并设置一个定时器，如果请求列表中的定时器超时而仍未收到路由回复，则重新发送路由请求，并把序列号加1；如果重发次数超过一个预设的值，则丢弃缓存中到该目的节点的数据包；

步骤202、路由请求RouteReq接收

RouteReq消息经广播后，接收到该消息的簇首节点首先比较<原地址，广播ID>判断自己是否接收过该消息，如果已经接收过，则丢弃该消息，否则将该RouteReq消息中的目的节点与自身及本簇内信息表和局部路由表中的成员节点信息进行比对，如果目的节点位于本簇内，则直接回复RouteRep，如果目的节点位于局部路由表中，则将局部路由表中的目的节点路径信息和跳数添加到RouteRep中进行回复；否则，在本簇节点路由记录表中记录相应信息，形成反向路由，路由表中包含32bit的上游节点地址字段、32bit的目的节点地址字段、32bit的目的序列号字段、32bit的源节点地址字段、32bit的源序列号字段、32bit的广播ID字段与32bit的反向路由超时时长字段；

完成反向路由记录后，将RouteReq中的跳数加1，然后向下游转发该路由请求消息；

记录源序列号和目的序列号，这些序列号单调递增，其中源序列号用在路由请求广播过程中保证反向路由的有效性，目的序列号则用来维护前向路由的有效性；

RouteReq到达目的节点所在的簇首，由目的节点的簇首生成RouteRep并沿着中间节点存储的反向路由路径发送到源节点；RouteReq还未到达目的节点所在的簇首就通过中间簇首的局部路由表获得目的节点的路径，则将中间簇首节点存储的目的节点的路径信息和跳数放到RouteRep中进行反向回复，收到RouteRep的节点在各自路由表中增加一条到目的节点的正向路由，用于后续数据包的发送；

当发送RouteReq的源簇首节点收到该RouteRep时，表示路由发现过程已完成，簇首将存储在缓冲区的数据按照正向路由路径进行发送，RouteReq中包含8bit的消息类型字段、8bit的跳数字段，两个16bit的保留字段，32bit的目的节点地址字段、32bit的目的节点序列号字段、32bit的源节点地址字段和32bit的生存时间字段；

步骤3中宏蜂窝路由维护，具体如下：

步骤301、宏微双层网络拓扑出现节点入网、节点退网、移动性切换以及微蜂窝的***和合并引起的拓扑变化时，微蜂窝上报所述拓扑变化至宏蜂窝网络；当簇首组成的宏蜂窝网络出现簇首间链路断裂，形成断链簇首节点，且宏蜂窝路由处在有效状态并有数据传输时，启动宏蜂窝路由维护进程；

步骤302、假设网络层能够利用MAC层的反馈机制来发现邻居节点的链路状态，当位于断链节点的上游节点通过MAC层的反馈机制发现断链节点不在自己的通信范围之内，该上游节点创建路由出错报文RouteErr，并按照路由表中记录的反向路由信息向源节点传送，接收到RouteErr消息的簇首节点将原有路由删除，源簇首节点收到路由出错报文RouteErr后重新发起路由建立过程，出错报文RouterErr包含8bit的消息类型字段，三个16bit的保留字段，32bit的源节点地址字段、32bit的源节点序列号字段、32bit的断链节点地址字段、32bit的目的节点地址字段、32bit的目的节点序列号字段。

2.根据权利要求1所述的基于局部主动路由辅助的按需路由方法，其特征在于，所述大规模无人蜂群类异构蜂窝立体空间组网架构，是基于移动通信网络宏蜂窝、微蜂窝的多层级网络架构和技术特性构建的，该架构基于中大型和小型无人机平台尺寸、载荷重量和功率这些性能方面的异构性，以多中大型无人机构建上层宏蜂窝网络作为簇间通信网络；以中大、小型无人机构建下层微蜂窝网络作为簇内通信网；簇间通信网络和多个簇内通信网联合构建双层立体网络体系架构；

中大型无人机指空机起飞重量大于15千克的无人机，且最大载荷重量大于10千克的无人机节点，支持多种通信链路同时工作，能够作为无人蜂群子网内各节点时间同步基准，提供接入服务和远程数据传输中继；也能够与其他通信接入节点组成自组网；至少配有两发两收信道；小型无人机指空机起飞重量不大于15千克，且最大载荷重量不大于10千克的无人机节点，配有一发一收信道，仅作为簇内子网节点；

以各个簇首为基础组成的自组网作为无人蜂群的宏蜂窝，簇首通过簇内成员的协商选举得到，由簇首完成簇内/簇间频谱资源的协调、簇内所有成员的资源规划、维护网络拓扑变换的管理；簇成员节点受控于簇首节点，完成蜂群间信息的扭转和交互，实现与远端节点之间的控制链路；

对于整个蜂窝网络的业务数据传输分为两类，一是簇内通信，二是簇间通信；簇内节点之间的通信无需路由，由本地簇首直接转发完成即可；而簇间通信则需要通过簇首之间的宏蜂窝网络完成。

3.根据权利要求1所述的基于局部主动路由辅助的按需路由方法，其特征在于，步骤1中通过微蜂窝间周期性信令构建局部主动路由，具体如下：

步骤101、针对微蜂窝网络，簇首在本地维护一张路由表，该路由表包括本微蜂窝内成员节点及邻居微蜂窝的成员节点：

步骤102、针对微蜂窝网络以及簇首，成员节点向簇首节点周期性上报状态信息，簇首维护一张包含本微蜂窝内的节点信息的路由表；同时，簇首通过宏蜂窝网络周期性的广播本微蜂窝的状态信息，包括微蜂窝ID、成员ID；邻居微蜂窝簇首收到其他微蜂窝发送的状态信息Macro_hello后，将邻居微蜂窝成员信息添加到本地路由表中，形成一跳邻居微蜂窝内的局部路由信息；

步骤103、通过成员节点及簇首周期性上报的状态信息，维护簇首节点一跳范围内的簇首及其成员节点信息，提供本微蜂窝及邻居微蜂窝之间通信时的路由查询。