專利名稱：移動網(wǎng)關的重路由方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在無線移動網(wǎng)絡中移動網(wǎng)關重新建立路由的方法和 裝置。特別是，涉及在無線移動網(wǎng)絡中實現(xiàn)移動網(wǎng)關快速重新路由的方法 和裝置，能夠減少新路由建立的延遲，減少移動網(wǎng)關在移動過程中由于重 新建立路由而引起的數(shù)據(jù)包丟失。
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背景技術：
在未來的無線環(huán)境中，本地網(wǎng)絡中的節(jié)點通過移動網(wǎng)關來訪問主干 網(wǎng)。由于網(wǎng)關的移動特性，需要解決如何保持無線網(wǎng)絡中的移動鏈路的問題。
15 在無線本地網(wǎng)絡中，為了節(jié)省能量并提高傳輸速率，所有的移動終端
可以以多跳方式通過移動網(wǎng)關連接到因特網(wǎng)。在這種情況下，移動網(wǎng)關是 整個無線本地網(wǎng)絡的出口。即，網(wǎng)絡中所有設備的數(shù)據(jù)均要通過移動網(wǎng)關 傳輸?shù)酵饩W(wǎng)。因此，整個網(wǎng)絡的拓撲結構為樹形結構。移動網(wǎng)關就是樹的 根節(jié)點。與無線本地網(wǎng)中的普通設備相比，移動網(wǎng)關具有更強的處理能力
20 與綜合性能，但同時也具有較高的移動性。因此，當移動網(wǎng)關在無線本地 網(wǎng)絡中的位置發(fā)生變化時，整個網(wǎng)絡的結構會隨之發(fā)生變化。如果不能快 速重新建立到移動網(wǎng)關的新路由，會導致大量的數(shù)據(jù)丟失。
當移動網(wǎng)關在無線本地網(wǎng)絡中的位置發(fā)生改變時，傳統(tǒng)的重新路由建
立方案大致可以分為以下兩種方式。第一種方式是采用動態(tài)路由建立
25 (Dynamic Route Establishment, DRE)方式。按照動態(tài)路由建立方式，當 由于移動網(wǎng)關的位置發(fā)生變化而引起原路由失效時，由源節(jié)點重新發(fā)起路 由建立過程，以便建立一條可以到移動網(wǎng)關的新路由來保持無線網(wǎng)絡中的 移動鏈路。動態(tài)路由建立的優(yōu)點是新建立的路由可以保證最優(yōu)性，即具有 最少的跳數(shù)。然而，其缺點是新路由建立的延遲時間較長。這樣會導致大
30量的數(shù)據(jù)包丟失，而且建立新路由的信令開銷也很高。
另一種方式是采用路徑延長(Path Extension, PE)方案。按照該方案， 當由于移動網(wǎng)關的位置發(fā)生變化而引起原路由失效時，從原來路由的最后 一跳節(jié)點建立一條到該移動網(wǎng)關新位置的延長路徑，以保持無線網(wǎng)絡中的 移動鏈路。路徑延長方法的優(yōu)點是可以在一定程度上加快新通信路由的建 5 立，并且具有很低的信令開銷。但是，由于路徑延長方法要不斷地延伸原 有的路由，這樣會導致新路由的不合理，甚至出現(xiàn)環(huán)路的情況。此外，在 這種情況下，新路由建立的時間延遲也無法忽略，當傳輸多媒體高速數(shù)據(jù) 流時，還是有大量的數(shù)據(jù)包丟失。因此，傳統(tǒng)的重新建立到移動網(wǎng)關路由 的方案的性能并不理想。
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發(fā)明內容
鑒于上述問題，提出了一種具有更高性能的移動網(wǎng)關快速重新建立路 由的方法和裝置。
本發(fā)明的目的是提供一種移動網(wǎng)關重新建立路由的方法和裝置，能夠
15使移動網(wǎng)關快速地重建路由，減少新路由建立造成的延遲，從而減少移動 網(wǎng)關在移動過程中由于重新建立路由而引起的數(shù)據(jù)包丟失。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種移動網(wǎng)關的路由重建方法，包括步 驟當網(wǎng)關鄰接節(jié)點開始向移動網(wǎng)關傳輸數(shù)據(jù)時，所述網(wǎng)關鄰接節(jié)點變成 頭節(jié)點，并向其所有鄰居節(jié)點廣播頭激發(fā)消息；收到頭激發(fā)消息的所有鄰
20居向頭節(jié)點返回頭鄰接更新消息，以便將各自的當前狀態(tài)通知給所述頭節(jié)
點；要向移動網(wǎng)關轉發(fā)數(shù)據(jù)的網(wǎng)關非鄰接節(jié)點通過所述頭節(jié)點重建到所述
移動網(wǎng)關的路由。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種移動網(wǎng)關的路由重建方法，包括
步驟要向移動網(wǎng)關轉發(fā)數(shù)據(jù)的網(wǎng)關非鄰接節(jié)點通過當前頭節(jié)點建立到移 25動網(wǎng)關的路由；當處在網(wǎng)關非鄰接狀態(tài)的頭前節(jié)點接收到移動網(wǎng)關廣播的 消息時，將其自身設定為新的頭節(jié)點；所述新的頭節(jié)點向其鄰居節(jié)點廣播 頭激發(fā)消息；向移動網(wǎng)關轉發(fā)數(shù)據(jù)的網(wǎng)關非鄰接節(jié)點通過所述新的頭節(jié)點 重建到所述移動網(wǎng)關的路由；所述當前頭節(jié)點的狀態(tài)返回到網(wǎng)關鄰接狀 態(tài)。
30 根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供一種移動網(wǎng)關的路由重建方法，包括
步驟要向移動網(wǎng)關轉發(fā)數(shù)據(jù)的網(wǎng)關非鄰接節(jié)點通過當前頭節(jié)點建立到移 動網(wǎng)關的路由；在當前頭節(jié)點發(fā)現(xiàn)到移動網(wǎng)關的無線鏈路不再可靠時，當 前頭節(jié)點向最后變?yōu)榫W(wǎng)關鄰接狀態(tài)的鄰居節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)；收到來自當前頭 節(jié)點轉發(fā)的數(shù)據(jù)的鄰居節(jié)點向其鄰居節(jié)點廣播頭激發(fā)消息，通知其自身變 5為新的頭節(jié)點；向移動網(wǎng)關轉發(fā)數(shù)據(jù)的網(wǎng)關非鄰接節(jié)點通過所述新的頭節(jié) 點重建到所述移動網(wǎng)關的路由；所述當前頭節(jié)點回到網(wǎng)關非鄰接狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供一種移動網(wǎng)關的路由重建裝置，包括: 狀態(tài)維護單元，用于維護該節(jié)點本身及其鄰居節(jié)點的狀態(tài)變化；頭節(jié)點單 元，用于向網(wǎng)絡中的鄰居節(jié)點廣播節(jié)點本身是否是頭節(jié)點的消息；無縫路 10由重建單元，用于在頭前節(jié)點從網(wǎng)關非鄰接狀態(tài)變?yōu)榫W(wǎng)關鄰接狀態(tài)，建立 頭前節(jié)點到移動網(wǎng)關的路由；平滑數(shù)據(jù)轉發(fā)單元，用于在當前的無線鏈路 不可靠的情況下，選擇最后變?yōu)榫W(wǎng)關鄰接狀態(tài)的鄰居節(jié)點作為新的頭節(jié) 點，建立到移動網(wǎng)關的路由。
本發(fā)明的方法和裝置能夠保證新建立路由的近似最優(yōu)性。此外，本發(fā) 15明的方法和裝置還具有較低的開銷，性能高于傳統(tǒng)的重路由機制。
另外，本發(fā)明有效地利用了無線節(jié)點的狀態(tài)來預測由移動網(wǎng)關的運動 而引起的原路由失效，從而可以提前或快速做出新路由建立的操作。
此外，本發(fā)明有效地利用了網(wǎng)絡中節(jié)點的狀態(tài)信息，在保證合理信令
開銷與新路由近似最優(yōu)的前提下，大大減少了新路由建立的時延以及數(shù)據(jù) 20 包丟失。


通過下面結合

本發(fā)明的優(yōu)選實施例，將使本發(fā)明的上述及其
它目的、特征和優(yōu)點更加清楚，其中 25 圖1是說明根據(jù)本發(fā)明的節(jié)點狀態(tài)轉移的示意圖2是說明根據(jù)發(fā)明定義的節(jié)點狀態(tài)的一個實例的示意圖3A至3C是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的信令傳輸過程的流程圖4A至4E是說明根據(jù)本發(fā)明實施例的移動網(wǎng)關的移動過程的一個示 例的示意30 圖5是表示根據(jù)本發(fā)明實施例的移動終端的方框圖6是表示現(xiàn)有技術和根據(jù)本發(fā)明的新路由建立方法的延遲比較示意
圖7是表示現(xiàn)有技術和根據(jù)本發(fā)明的新路由建立方法的端到端傳輸延 遲的比較示意5 圖8是表示現(xiàn)有技術和根據(jù)本發(fā)明的新路由建立方法的數(shù)據(jù)包丟失的
比較示意圖；和
圖9是表示現(xiàn)有技術和根據(jù)本發(fā)明的新路由建立方法的信令開銷的比 較示意圖。
io
具體實施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，在描述過程中省略了 對于本發(fā)明來說是不必要的細節(jié)和功能，以防止對本發(fā)明的理解造成混淆。
為了解釋本發(fā)明的技術方案，需要對移動網(wǎng)關在無線本地網(wǎng)中的狀態(tài) 15做出描述。
在無線本地網(wǎng)絡中，可以根據(jù)節(jié)點與移動網(wǎng)關之間的關系將節(jié)點分成 三種狀態(tài)。作為例子，節(jié)點可以是諸如移動電話，個人數(shù)字助理，便攜式 計算機之類的移動終端。而移動網(wǎng)關是在無線本地網(wǎng)絡中起網(wǎng)關作用的移 動設備，這些移動設備具有更強的處理能力與綜合性能。
20 根據(jù)本發(fā)明，基于網(wǎng)絡中的節(jié)點與移動網(wǎng)關的關系，對節(jié)點的狀態(tài)進
行了劃分。當節(jié)點可以直接接收到移動網(wǎng)關廣播的消息從而能夠與移動網(wǎng) 關進行通信時，該節(jié)點與移動網(wǎng)關處在網(wǎng)關鄰接狀態(tài)。處在網(wǎng)關鄰接狀態(tài) 下的節(jié)點被稱為網(wǎng)關鄰接節(jié)點。當網(wǎng)絡中的節(jié)點因無法接收到移動網(wǎng)關廣 播的消息因而不能直接與移動網(wǎng)關通信，而必須通過其他節(jié)點的轉發(fā)才能
25向移動網(wǎng)關發(fā)送數(shù)據(jù)時，該節(jié)點與移動網(wǎng)關處在網(wǎng)關非鄰接狀態(tài)。處在網(wǎng) 關非鄰接狀態(tài)下的節(jié)點被稱為網(wǎng)關非鄰接節(jié)點。在網(wǎng)關鄰接節(jié)點中，有一 種特殊的網(wǎng)關鄰接節(jié)點，即正在與移動網(wǎng)關進行通信的網(wǎng)關鄰接節(jié)點。在 本發(fā)明中，將網(wǎng)關鄰接節(jié)點正在與移動網(wǎng)關通信的狀態(tài)稱為"頭狀態(tài)"， 處在這種狀態(tài)中的網(wǎng)關鄰接節(jié)點被稱為"頭節(jié)點"。
30 圖1示出了節(jié)點在無線本地網(wǎng)絡中的狀態(tài)轉移。移動網(wǎng)關周期性地廣
播消息以示其存在。無線節(jié)點根據(jù)是否能直接收到移動網(wǎng)關廣播的消息來 判定自己的狀態(tài)。如果無線節(jié)點能夠接收到移動網(wǎng)關廣播的消息，該節(jié)點 則處于網(wǎng)關鄰接狀態(tài)。隨著移動網(wǎng)關的移動，如果該節(jié)點無法收到移動網(wǎng) 關廣播的消息，該節(jié)點則從網(wǎng)關鄰接狀態(tài)轉變成網(wǎng)關非鄰接狀態(tài)。對于處 5在網(wǎng)關鄰接狀態(tài)中的節(jié)點，當節(jié)點開始傳輸數(shù)據(jù)到移動網(wǎng)關時，該節(jié)點既 成為頭節(jié)點。隨著移動網(wǎng)關的移動，當頭節(jié)點無法收到移動網(wǎng)關廣播的消 息時，頭節(jié)點轉變成網(wǎng)關非鄰接節(jié)點，該節(jié)點也就處于網(wǎng)關非鄰接狀態(tài)。
在本實施例中，移動網(wǎng)關周期性地向外廣播UbG—Claim消息以表示 其在無線本地網(wǎng)絡中的存在。無線本地網(wǎng)絡中任何能收到移動網(wǎng)關廣播的
io該UbG—Claim消息的節(jié)點即認為自己所處狀態(tài)為移動網(wǎng)關鄰接狀態(tài)，并 且所有能接收到該UbG—Claim消息的節(jié)點均不轉發(fā)該消息。當移動網(wǎng)關 鄰接節(jié)點要向移動網(wǎng)關傳輸數(shù)據(jù)時，該節(jié)點立刻成為頭節(jié)點。當頭節(jié)點無 數(shù)據(jù)傳輸給移動網(wǎng)關時，其狀態(tài)返回到網(wǎng)關鄰接狀態(tài)。在數(shù)據(jù)傳輸過程中， 如果頭節(jié)點無法收到來自移動網(wǎng)關的UbG_Claim廣播消息，其狀態(tài)變?yōu)?br> 15移動網(wǎng)關非鄰接狀態(tài)。在無線本地網(wǎng)絡中，無法收到移動網(wǎng)關廣播的消息 的節(jié)點將其狀態(tài)設置為網(wǎng)關非鄰接狀態(tài)。應該指出，由于移動網(wǎng)關周期性 地廣播UbG—Claim消息，因此當節(jié)點在預定時間內沒有接收到UbG一Claim 消息時，即可將其自身設置為網(wǎng)關非鄰接狀態(tài)。
另外，當某個節(jié)點變成頭節(jié)點時，其需要向其所有鄰居廣播一個頭激
20 發(fā)(Head—Activate)消息，以通知周圍的節(jié)點其變?yōu)轭^節(jié)點。同樣，當頭 節(jié)點的狀態(tài)發(fā)生變化時，例如，從網(wǎng)關鄰接狀態(tài)轉變?yōu)榫W(wǎng)關非鄰接狀態(tài)時， 該頭節(jié)點需要向其所有鄰居廣播一個頭去除(HeacLDeactivate)消息。周 圍的節(jié)點收到Head—Activate消息時，任何節(jié)點都需要向發(fā)送該 Head—Activate消息的頭節(jié)點返回一個頭鄰接更新(HeadNeighbor—Update)
25消息，以向網(wǎng)絡中的其它節(jié)點告知其當前的狀態(tài)。當非頭節(jié)點的狀態(tài)改變 時，如果其鄰居節(jié)點中有頭節(jié)點，該非頭節(jié)點也需要向這個頭節(jié)點發(fā)送 HeadNeighbor—Update消息，以通知其新的狀態(tài)。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明定義的節(jié)點狀態(tài)的一個實例的示意圖。圖中的 虛線表示相應的節(jié)點所覆蓋的通信范圍。如圖2所示，移動網(wǎng)關位于節(jié)點
30 C， D和E的通信范圍之內，即節(jié)點C， D和E能夠收到移動網(wǎng)關廣播的 UbGj^laim消息。此時，節(jié)點C， D和E處于網(wǎng)關鄰接狀態(tài)。另一方面， 節(jié)點A和B無法直接訪問移動網(wǎng)關，它們必須經(jīng)過其他節(jié)點的轉發(fā)才能 與移動網(wǎng)關進行通信。因此，節(jié)點A和B此時處于網(wǎng)關非鄰接狀態(tài)。這 種情況下，如果源節(jié)點A要發(fā)送數(shù)據(jù)，需要將數(shù)據(jù)發(fā)送到其周圍的節(jié)點B， 5由于節(jié)點B處在網(wǎng)關非鄰接狀態(tài)，還需要由節(jié)點B將該數(shù)據(jù)轉發(fā)到其周圍 的節(jié)點C。由于節(jié)點C與移動網(wǎng)關處在網(wǎng)關鄰接狀態(tài)，因此建立的路由為 A-B-C。由于節(jié)點C需要幫助節(jié)點A轉發(fā)數(shù)據(jù)給移動網(wǎng)關，此時節(jié)點C變 成頭節(jié)點，并向其周圍的節(jié)點廣播Head—Activate消息，以通知周圍節(jié)點 其已經(jīng)成為頭節(jié)點。
io 根據(jù)本發(fā)明的實施例，只有頭節(jié)點及其鄰居節(jié)點維護其狀態(tài)變化，即
相互通知其狀態(tài)變化。就是說，如果頭節(jié)點的狀態(tài)發(fā)生改變，其需要將狀 態(tài)改變廣播給所有鄰居節(jié)點。另外，如果頭節(jié)點的某個鄰居節(jié)點的狀態(tài)改 變，該鄰居節(jié)點也要把其狀態(tài)改變通知給頭節(jié)點。如果該鄰居節(jié)點變?yōu)轭^ 節(jié)點，則需要將Head—Activate消息廣播給其所有鄰居節(jié)點。從針對圖2
15中的描述可以看到，如果頭節(jié)點的上一跳節(jié)點(下文中稱為頭前節(jié)點)， 即圖2中的節(jié)點B的狀態(tài)變?yōu)榫W(wǎng)關鄰接狀態(tài)，則該節(jié)點B可以直接將數(shù)據(jù) 發(fā)送到移動網(wǎng)關，并宣布自己為新的頭節(jié)點，由此實現(xiàn)建立新的路由A-B， 形成無縫路由重建。
如果當前頭節(jié)點發(fā)現(xiàn)其到移動網(wǎng)關的鏈路不可靠，則立即停止向移動
20網(wǎng)關發(fā)送數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)轉發(fā)給其鄰居節(jié)點中最后變成網(wǎng)絡鄰接狀態(tài)的節(jié) 點，該節(jié)點即為新的頭節(jié)點。當網(wǎng)絡中的節(jié)點收到新的頭節(jié)點廣播的狀態(tài) 變化通知時，原先路由上的節(jié)點選擇新頭節(jié)點作為其新的下一跳節(jié)點，并 停止向原來的下一跳節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。以這種方式，實現(xiàn)了路由重建過程中 的局部優(yōu)化，達到平滑數(shù)據(jù)轉發(fā)的結果。
25 作為例子，當前頭節(jié)點可以采用下面的方式來判定鏈路是否可靠。在
當前頭節(jié)點收到移動網(wǎng)關廣播消息的信號強度低于某個預定門限T超過 預定時間t時，可以判斷當前無線鏈路的路由不可靠。另外，當連續(xù)K次 無法收到移動網(wǎng)關廣播消息時，也可以判斷當前無線鏈路的路由不可靠。 本發(fā)明有效地利用了無線節(jié)點的狀態(tài)來預測由于移動網(wǎng)關的移動而
30引起的原路由失效，從而可以提前或快速做出新路由建立的操作。在無縫
切換中，新路由建立時的當前頭節(jié)點仍然可以直接發(fā)送數(shù)據(jù)到移動網(wǎng)關，
因此，此時的新路由建立時延為0。在平滑數(shù)據(jù)轉發(fā)中，當前頭節(jié)點一旦
發(fā)現(xiàn)鏈路不可靠，直接把數(shù)據(jù)發(fā)送給新的頭節(jié)點(最后變成網(wǎng)關鄰接狀態(tài) 的那個鄰居節(jié)點)，這樣可以避免路徑延長方法中選擇下一跳節(jié)點的決定
5 過程。因此，可以減少延遲，實現(xiàn)極快的新路由建立。
圖3A至3C示出根據(jù)本發(fā)明實施例的信令傳輸過程的流程圖。圖3A 是根據(jù)本發(fā)明實施例的信令傳輸過程的主流程；圖3B是根據(jù)本發(fā)明實施 例的無縫路由重建信令過程的流程圖。圖3C是根據(jù)本發(fā)明實施例的平滑 數(shù)據(jù)轉發(fā)信令過程的流程圖。
io 首先，在步驟S311，當網(wǎng)關鄰接節(jié)點開始向移動網(wǎng)關傳輸數(shù)據(jù)時，該
網(wǎng)關鄰接節(jié)點變成頭節(jié)點，并向其所有鄰居廣播Head—Activate消息。在 S312 ，收至lj Head—Activate消息的所有鄰居向頭節(jié)點返回 HeadNeighborJJpdate消息，以便將各自的當前狀態(tài)通知給頭節(jié)點。此后， 在步驟S313，如果該頭節(jié)點的某個鄰居節(jié)點的狀態(tài)發(fā)生改變，該鄰居節(jié)點
15 也要向該頭節(jié)點發(fā)送HeadNeighbor—Update,以向該頭節(jié)點告知該鄰居節(jié) 點自身的狀態(tài)改變。另外，在步驟S314，當頭節(jié)點的狀態(tài)發(fā)生改變時，頭 節(jié)點向所有的鄰居節(jié)點廣播Head—Deactivate消息。在下面三種情況的描 述中，不在重復提及頭節(jié)點的狀態(tài)發(fā)生變化從而廣播Head—Deactivate消 息的過程。
20 有三種情況可以引起當前頭節(jié)點的狀態(tài)發(fā)生變化。第一種情況是在數(shù)
據(jù)傳輸正常結束時，頭節(jié)點返回到網(wǎng)關鄰接狀態(tài)。這種情況下，不影響網(wǎng) 絡中各節(jié)點建立路由的狀態(tài)。
另一種情況是當前頭節(jié)點的上一跳節(jié)點(頭前節(jié)點)因移動網(wǎng)關的移 動而可以收到來自移動網(wǎng)關的UbG一Claim廣播消息。就是說，頭前節(jié)點
25 從網(wǎng)關非鄰接狀態(tài)變?yōu)榫W(wǎng)關鄰接狀態(tài)。此時，頭前節(jié)點可以直接發(fā)送數(shù)據(jù) 到移動網(wǎng)關，而不需要當前頭節(jié)點的轉發(fā)。圖3B示出了這種情況下的路 由重建過程。在步驟S321，當頭前節(jié)點接收到移動網(wǎng)關廣播的UbG_Claim 消息時，將其自身設定為新的頭節(jié)點。在步驟S322，頭前節(jié)點變成了新的 頭節(jié)點并向其鄰居節(jié)點廣播Head—Activate消息。此后，在步驟S323，收
30到該消息的所有鄰居節(jié)點向該新頭節(jié)點返回HeadNeighbor—Update消息，
以便將各自的當前狀態(tài)告知新的頭節(jié)點，并且舊的頭節(jié)點的狀態(tài)返回到網(wǎng) 關鄰接狀態(tài)。在這種情況下，在舊路由沒有拆除之前新的路由就已經(jīng)建立， 因此實現(xiàn)無縫路由重建。
再一種情況是在當前頭節(jié)點發(fā)現(xiàn)到移動網(wǎng)關的鏈路不再可靠時，該頭 5節(jié)點立刻把數(shù)據(jù)轉發(fā)給某個鄰居節(jié)點作為新的頭節(jié)點。當前頭節(jié)點選擇新 頭節(jié)點的條件可以是最后一個將狀態(tài)變?yōu)榫W(wǎng)關鄰接狀態(tài)的鄰居節(jié)點。例
如，假設當前頭節(jié)點的鄰居中有3個節(jié)點A， B和C的狀態(tài)為網(wǎng)關鄰接狀 態(tài)。A向頭節(jié)點報告狀態(tài)變?yōu)榫W(wǎng)關鄰接的時刻為tO， B向頭節(jié)點報告狀態(tài) 變?yōu)榫W(wǎng)關鄰接的時刻為tl，C向頭節(jié)點報告狀態(tài)變?yōu)榫W(wǎng)關鄰接的時刻為t2， io 且t(KtKt2。此時，當前頭節(jié)點會選擇節(jié)點C為轉發(fā)節(jié)點，即節(jié)點C成為 新的頭節(jié)點。這樣選擇的原因是基于這樣的假設最后變成網(wǎng)關鄰接狀態(tài) 的節(jié)點表明移動網(wǎng)關正在朝其方向移動，即它目前離移動網(wǎng)關最近而且會 越來越近。
圖3C示出了鏈路不再可靠情況下的路由重建過程。首先，在步驟
15S331，當前頭節(jié)點向選擇的最后變?yōu)榫W(wǎng)關鄰接狀態(tài)的鄰居節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)。 在步驟S332，收到來自當前頭節(jié)點轉發(fā)的數(shù)據(jù)的鄰居節(jié)點向其鄰居節(jié)點廣 播Head—Activate消息，通知其成為新頭節(jié)點。在步驟S333，收到該消息 的所有鄰居向新頭節(jié)點返回HeadNeighbor—Update消息告知各自的當前狀 態(tài)，并且舊的頭節(jié)點狀態(tài)回到網(wǎng)關非鄰接狀態(tài)。在這種情況下，當前頭節(jié)
20點需要判斷到移動網(wǎng)關的鏈路是否可靠，只有發(fā)現(xiàn)鏈路不可靠時才開始新 路由的建立，新路由建立的時間延遲很短，實現(xiàn)了平滑的數(shù)據(jù)轉發(fā)。
如上所述，當前頭節(jié)點可以采用通過確定當前頭節(jié)點收到移動網(wǎng)關廣 播消息的信號強度是否低于某個預定門限T超過預定時間t來判斷當前無 線鏈路的路由不可靠。另外，當連續(xù)K次無法收到移動網(wǎng)關廣播消息時，
25當前頭節(jié)點也可以判斷當前無線鏈路的路由不可靠。
圖4a至4e是說明根據(jù)發(fā)明實施例的移動網(wǎng)關的移動過程實例的示意 圖。在初始階段，如圖4a所示，可以假設節(jié)點A是頭節(jié)點，節(jié)點D是頭 前節(jié)點(節(jié)點A的上一跳)，節(jié)點B, C和D都是節(jié)點A的鄰居節(jié)點，并 且節(jié)點B是網(wǎng)關鄰接節(jié)點，節(jié)點C和D是網(wǎng)關非鄰接節(jié)點。此后，如圖
30 4b所示，移動網(wǎng)關向節(jié)點C的方向移動，進入節(jié)點C的通信范圍，即節(jié)
點c進入了網(wǎng)關鄰接狀態(tài)。此時，頭節(jié)點沒有變化。接下來，根據(jù)移動網(wǎng)
關的移動方向，可以引發(fā)無縫路由重建與平滑數(shù)據(jù)轉發(fā)兩種處理流程。
圖4c是無縫路由重建的示意圖。移動網(wǎng)關朝靠近節(jié)點D的方向移動， 進入節(jié)點D的通信范圍，根據(jù)本發(fā)明，節(jié)點D直接將數(shù)據(jù)發(fā)送給移動網(wǎng) 5關并停止把數(shù)據(jù)轉發(fā)給節(jié)點A。此時，頭節(jié)點變成了節(jié)點D。
在平滑數(shù)據(jù)轉發(fā)的情況下，如圖4d所示，移動網(wǎng)關朝遠離節(jié)點A和 D的方向移動，并離開了頭節(jié)點A的通信范圍。此時，根據(jù)如上所述的平 滑數(shù)據(jù)轉發(fā)規(guī)則。在頭節(jié)點A的鄰居節(jié)點中，節(jié)點B和C處于網(wǎng)關鄰接 狀態(tài)，并且節(jié)點C比B晚進入網(wǎng)關鄰接狀態(tài)。因此，A把數(shù)據(jù)轉發(fā)給節(jié)點 10 C，即選擇節(jié)點C成為新的頭節(jié)點，這一瞬間的通信路由為D-A-C。然后， 節(jié)點C向其鄰居節(jié)點廣播頭節(jié)點通知消息。節(jié)點D作為新頭節(jié)點C的鄰 居節(jié)點收到該消息。根據(jù)本發(fā)明的局部路由優(yōu)化方法，節(jié)點D會選擇新頭 節(jié)點C為其下一跳并停止發(fā)送數(shù)據(jù)給節(jié)點A。因此，經(jīng)過優(yōu)化后的最終通 信路由為D-C。
15 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的無線設備的方框圖。根據(jù)本發(fā)明的實
施例，為了實現(xiàn)移動網(wǎng)關路由重建，本發(fā)明的無線設備包括通信部分51, 路由部分52，數(shù)據(jù)處理部分53和路由重建部分54。通信部分51包括用 于向網(wǎng)絡中發(fā)送信號的發(fā)送機511，和從網(wǎng)絡接收信號的接收機512。路 由部分52，其中存儲有在無線本地網(wǎng)絡中所要執(zhí)行路由協(xié)議，以及與路由
20重建部分54交換路由信息，并將更新的路由信息提供給發(fā)送機511。此外， 接收機512還將從網(wǎng)絡接收到的鄰居節(jié)點的網(wǎng)關鄰接狀態(tài)通知路由部分 52，以啟動路由重建部分54執(zhí)行相應的操作，以便重建路由。數(shù)據(jù)處理 部分53包括處理器531和存儲器532。處理器531根據(jù)控制程序控制無線 設備中的各個部分的操作。存儲器532存儲無線設備中的各個部分的操作
25所需的程序。
路由重建部分54包括狀態(tài)維護單元541，頭節(jié)點處理單元542，無縫 路由重建單元543，和平滑數(shù)據(jù)轉發(fā)單元544。狀態(tài)維護單元541用于維 護該節(jié)點本身及其鄰居節(jié)點的狀態(tài)變化。如果該節(jié)點是頭節(jié)點，當其狀態(tài) 發(fā)生改變時，需要通過發(fā)送機511將其狀態(tài)廣播給所有鄰居節(jié)點。當其收 30到來自鄰居節(jié)點的狀態(tài)更新消息時，接收機511把更新信息通過路由部分
52傳遞給狀態(tài)維護單元541，狀態(tài)維護單元541根據(jù)收到的消息更新其相 應的條目。如果無線設備作為頭節(jié)點的某個鄰居節(jié)點，當其狀態(tài)發(fā)生改變 時，需要由狀態(tài)維護單元541通過發(fā)送機511把變化通知給頭節(jié)點。另外， 如果節(jié)點本身變?yōu)轭^節(jié)點，則需要廣播給所有鄰居節(jié)點。 5 頭節(jié)點處理單元542在該網(wǎng)關鄰接節(jié)點變成頭節(jié)點時，通過發(fā)送機511 向其所有鄰居節(jié)點廣播Head—Activate消息。當頭節(jié)點的狀態(tài)發(fā)生改變時， 頭節(jié)點處理單元通過發(fā)送機511向所有的鄰居節(jié)點廣播Head—Deactivate 消息。無縫路由重建單元543在頭前節(jié)點從網(wǎng)關非鄰接狀態(tài)變?yōu)榫W(wǎng)關鄰接 狀態(tài)時，建立頭前節(jié)點到移動網(wǎng)關的路由，將數(shù)據(jù)直接發(fā)送到移動網(wǎng)關，
io 而不需要當前頭節(jié)點的轉發(fā)，從而實現(xiàn)無縫路由重建。另一方面，在當前 的無線鏈路不再可靠的情況下，當前頭節(jié)點選擇最后變?yōu)榫W(wǎng)關鄰接狀態(tài)的 鄰居節(jié)點作為新的頭節(jié)點，并向其發(fā)送數(shù)據(jù)。被選擇為新的頭節(jié)點的無線 設備中的平滑數(shù)據(jù)轉發(fā)單元544收到來自當前頭節(jié)點轉發(fā)的數(shù)據(jù)，向其鄰 居節(jié)點廣播HeacLActivate消息，通知其成為新頭節(jié)點。收到該消息的所
15 有鄰居節(jié)點向新頭節(jié)點返回HeadNeighbor—Update消息，以告知各自的當 前狀態(tài)。由此重新建立新的路由，實現(xiàn)了平滑的數(shù)據(jù)轉發(fā)。此外，如果原 路由上節(jié)點的平滑數(shù)據(jù)轉發(fā)單元544收到新頭節(jié)點的Head—Activate消息， 直接把新頭節(jié)點選擇為下一跳節(jié)點并停止向原來的下一跳節(jié)點轉發(fā)數(shù)據(jù)， 即實現(xiàn)局部路由優(yōu)化。
20 應該指出，無線設備中執(zhí)行路由重建的各個功能性部分可以通過硬件
來實現(xiàn)。然而，本發(fā)明不限于此，也可以采用軟件來實現(xiàn)路由重建的各個 功能性部分，這樣更便于設備功能的更新，并節(jié)省成本。
在圖6-9示出了根據(jù)本發(fā)明的方法與現(xiàn)有技術中采用的動態(tài)路由建立 (DRE)和路徑延長(PE)的性能比較結果。
25 圖6是現(xiàn)有技術和本發(fā)明的新路由建立在時延方面的比較示意圖。這
里，本發(fā)明的路由建立時延的定義是從舊路由不可用的時刻到新路由建立 完畢時刻的這一段時間。從圖6中可以看到，隨著數(shù)據(jù)源發(fā)送數(shù)據(jù)的速率 不斷提高，新路由建立時延也隨之增加。這是因為更高的數(shù)據(jù)傳輸速率引 發(fā)更大的網(wǎng)絡流量，從而使得無線設備對數(shù)據(jù)的處理時延以及MAC層的
30 退避時間都變長?？梢园l(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的動態(tài)路由建立方案的新路由建立時延
最長，在70ms左右；路徑延長方案的新路由建立時延比動態(tài)路由建立方 案有較大改善，在30ms左右。本發(fā)明的新路由建立方法所需的時延最短， 只有17ms左右。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的路由重新建立在快速重路由 方面具有很好的性能優(yōu)勢。
5 圖7是現(xiàn)有技術和本發(fā)明的方法在端到端傳輸延遲方面的比較示意
圖。這里，端到端傳輸延遲被定義為數(shù)據(jù)包從源節(jié)點發(fā)出到移動網(wǎng)關收到 該數(shù)據(jù)包的這段時間。同樣，可以看到，隨著數(shù)據(jù)源發(fā)送數(shù)據(jù)的速率不斷 提高，端到端傳輸延遲也隨之增加。很明顯，現(xiàn)有的路徑延長方案的端到 端傳輸延遲最長，這是由該方案延長路徑的本質所決定的。動態(tài)路由建立
io 方案的端到端傳輸延遲最短，這是因為該方法完全重新選擇了一條從源節(jié) 點到移動網(wǎng)關的最佳路由。需要注意的是，本發(fā)明的方法在端到端傳輸延 遲方面很接近動態(tài)路由建立方案，這表明根據(jù)本發(fā)明的方法新建立的路由 是近似最佳的，這是由于本發(fā)明的方法具有局部路由優(yōu)化的特點。
圖8是現(xiàn)有技術和本發(fā)明的方法在數(shù)據(jù)包丟失方面的比較示意圖。這
15里，丟包數(shù)是指每一次路由重建過程中平均的丟包數(shù)碼。從圖中可以看出， 隨著數(shù)據(jù)源發(fā)送數(shù)據(jù)的速率不斷提高，丟包數(shù)也隨之增加。這是因為更高 的數(shù)據(jù)傳輸速率導致更長的新路由建立時延。在現(xiàn)有技術中，動態(tài)路由建 立方案的丟包數(shù)最多；路徑延長方案的丟包數(shù)居中。采用本發(fā)明的方法重 新建立路由所得到的丟包數(shù)最少。因此，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明能夠有
20效地減少了在路由重建過程中的丟包數(shù)目。
圖9是現(xiàn)有技術與本發(fā)明的方法在信令開銷方面的比較示意圖。這里， 信令開銷是指用于建立新路由的控制消息數(shù)目。從圖9中可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有 的動態(tài)路由建立方案的信令開銷最大，并且隨著網(wǎng)絡中節(jié)點的增加而線性 增加。這是因為動態(tài)路由建立方案在建立新路由過程中需要廣播路由建立
25請求消息。此外，路徑延長方案的信令開銷最少。采用本發(fā)明的方法的信 令開銷比路徑延長方案要多30%左右，這是因為本發(fā)明的方法需要控制消 息來維護頭節(jié)點及其鄰居的狀態(tài)。但相對于本發(fā)明所帶來的有益效果，這 些少量的額外信令開銷是值得的。
至此已經(jīng)結合優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述。應該理解，本領域技
術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進行各種其它的改 變、替換和添加。因此，本發(fā)明的范圍不局限于上述特定實施例，而應由 所附權利要求所限定。
權利要求
1.一種移動網(wǎng)關的路由重建方法，包括步驟當網(wǎng)關鄰接節(jié)點開始向移動網(wǎng)關傳輸數(shù)據(jù)時，所述網(wǎng)關鄰接節(jié)點變成頭節(jié)點，并向其所有鄰居節(jié)點廣播頭激發(fā)消息；收到頭激發(fā)消息的所有鄰居向頭節(jié)點返回頭鄰接更新消息，以便將各自的當前狀態(tài)通知給所述頭節(jié)點；要向移動網(wǎng)關轉發(fā)數(shù)據(jù)的網(wǎng)關非鄰接節(jié)點通過所述頭節(jié)點重建到所述移動網(wǎng)關的路由。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括每當所述頭節(jié)點的某個鄰居 節(jié)點的狀態(tài)發(fā)生改變時，所述鄰居節(jié)點向所述頭節(jié)點發(fā)送頭鄰接更新消 息，以向所述頭節(jié)點告知所述鄰居節(jié)點自身的狀態(tài)改變。
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中當所述頭節(jié)點的狀態(tài)發(fā)生改變時， 15所述頭節(jié)點向所有的鄰居節(jié)點廣播頭去除消息。
4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括當處在網(wǎng)關非鄰接狀態(tài)的頭 前節(jié)點接收到移動網(wǎng)關廣播的消息時，將其自身設定為新的頭節(jié)點。
5. 根據(jù)權利要求4所述的方法，進一步包括步驟 所述新的頭節(jié)點向其鄰居節(jié)點廣播頭激發(fā)消息； 向移動網(wǎng)關轉發(fā)數(shù)據(jù)的網(wǎng)關非鄰接節(jié)點通過所述新的頭節(jié)點重建到 所述移動網(wǎng)關的路由；原頭節(jié)點的狀態(tài)返回到網(wǎng)關鄰接狀態(tài)。
6. 根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括在當前頭節(jié)點發(fā)現(xiàn)到移動網(wǎng) 關的無線鏈路不再可靠時，當前頭節(jié)點向最后變?yōu)榫W(wǎng)關鄰接狀態(tài)的鄰居節(jié) 點發(fā)送數(shù)據(jù)。
7. 根據(jù)權利要求6所述的方法，進一步包括步驟-收到來自當前頭節(jié)點轉發(fā)的數(shù)據(jù)的鄰居節(jié)點向其鄰居節(jié)點廣播頭激發(fā)消息，通知其自身變?yōu)樾碌念^節(jié)點；向移動網(wǎng)關轉發(fā)數(shù)據(jù)的網(wǎng)關非鄰接節(jié)點通過所述新的頭節(jié)點重建到 30 所述移動網(wǎng)關的路由； 原頭節(jié)點回到網(wǎng)關非鄰接狀態(tài)。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，進一步包括原先路由上的節(jié)點選擇新頭 節(jié)點作為其新的下一跳節(jié)點，并停止向原來的下一跳節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的步驟。
9.根據(jù)權利要求6或7所述的方法，其中在當前頭節(jié)點收到移動網(wǎng)關廣播的消息的信號強度低于預定門限值超過預定時間時，則判斷當前無線鏈 路的路由不可靠。
10.根據(jù)權利要求6或7所述的方法，其中在當前頭節(jié)點連續(xù)預定次數(shù)未 收到移動網(wǎng)關廣播消息時，則判斷當前無線鏈路的路由不可靠。
11. —種移動網(wǎng)關的路由重建方法，包括步驟要向移動網(wǎng)關轉發(fā)數(shù)據(jù)的網(wǎng)關非鄰接節(jié)點通過當前頭節(jié)點建立到移 動網(wǎng)關的路由；當處在網(wǎng)關非鄰接狀態(tài)的頭前節(jié)點接收到移動網(wǎng)關廣播的消息時，將 其自身設定為新的頭節(jié)點； 15 所述新的頭節(jié)點向其鄰居節(jié)點廣播頭激發(fā)消息；向移動網(wǎng)關轉發(fā)數(shù)據(jù)的網(wǎng)關非鄰接節(jié)點通過所述新的頭節(jié)點重建到 所述移動網(wǎng)關的路由；所述當前頭節(jié)點的狀態(tài)返回到網(wǎng)關鄰接狀態(tài)。
12. —種移動網(wǎng)關的路由重建方法，包括步驟 要向移動網(wǎng)關轉發(fā)數(shù)據(jù)的網(wǎng)關非鄰接節(jié)點通過當前頭節(jié)點建立到移 動網(wǎng)關的路由；在當前頭節(jié)點發(fā)現(xiàn)到移動網(wǎng)關的無線鏈路不再可靠時，當前頭節(jié)點向 最后變?yōu)榫W(wǎng)關鄰接狀態(tài)的鄰居節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)；收到來自當前頭節(jié)點轉發(fā)的數(shù)據(jù)的鄰居節(jié)點向其鄰居節(jié)點廣播頭激 25發(fā)消息，通知其自身變?yōu)樾碌念^節(jié)點；向移動網(wǎng)關轉發(fā)數(shù)據(jù)的網(wǎng)關非鄰接節(jié)點通過所述新的頭節(jié)點重建到 所述移動網(wǎng)關的路由；所述當前頭節(jié)點回到網(wǎng)關非鄰接狀態(tài)。
13. 根據(jù)權利要求11或12所述的方法，進一步包括所述新的頭節(jié)點的鄰 30接節(jié)點接收到所述頭激發(fā)消息時，向所述新的頭節(jié)點發(fā)送頭鄰接更新消息 的步驟。
14.根據(jù)權利要求11或12所述的方法，進一步包括當非頭節(jié)點的狀態(tài)改變時，如果其鄰居節(jié)點中有頭節(jié)點，所述非頭節(jié)點向所述頭節(jié)點發(fā)送頭鄰 接更新消息，以便將所述非頭節(jié)點的新狀態(tài)通知給所述鄰居節(jié)點。5
15.根據(jù)權利要求12所述的方法，進一步包括原先路由上的節(jié)點選擇新頭節(jié)點作為其新的下一跳節(jié)點，并停止向原來的下一跳節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)的步驟。
16. —種移動網(wǎng)關的路由重建裝置，包括狀態(tài)維護單元，用于維護該節(jié)點本身及其鄰居節(jié)點的狀態(tài)變化； io 頭節(jié)點單元，用于向網(wǎng)絡中的鄰居節(jié)點廣播節(jié)點本身是否是頭節(jié)點的消息；無縫路由重建單元，用于在頭前節(jié)點從網(wǎng)關非鄰接狀態(tài)變?yōu)榫W(wǎng)關鄰接 狀態(tài)時，建立頭前節(jié)點到移動網(wǎng)關的路由；平滑數(shù)據(jù)轉發(fā)單元，用于在當前的無線鏈路不可靠的情況下，選擇最 15后變?yōu)榫W(wǎng)關鄰接狀態(tài)的鄰居節(jié)點作為新的頭節(jié)點，建立到移動網(wǎng)關的路由。
17. 根據(jù)權利要求16所述的路由重建裝置，進一步包括-狀態(tài)維護單元，用于在收到來自鄰居節(jié)點的狀態(tài)更新消息時，更新鄰居節(jié)點的狀態(tài)信息。 20 18.根據(jù)權利要求16或17所述的路由重建裝置，進一步包括頭節(jié)點處理單元，在本身從網(wǎng)關鄰接節(jié)點變成頭節(jié)點時，向其所有鄰 居節(jié)點廣播頭激發(fā)消息，以及當本身的狀態(tài)發(fā)生改變時，所有的鄰居節(jié)點 廣播頭去除消息。
全文摘要
本發(fā)明提供一種移動網(wǎng)關的路由重建方法，包括步驟當網(wǎng)關鄰接節(jié)點開始向移動網(wǎng)關傳輸數(shù)據(jù)時，所述網(wǎng)關鄰接節(jié)點變成頭節(jié)點，并向其所有鄰居節(jié)點廣播頭激發(fā)消息；收到頭激發(fā)消息的所有鄰居向頭節(jié)點返回頭鄰接更新消息，以便將各自的當前狀態(tài)通知給所述頭節(jié)點；要向移動網(wǎng)關轉發(fā)數(shù)據(jù)的網(wǎng)關非鄰接節(jié)點通過所述頭節(jié)點重建到所述移動網(wǎng)關的路由。根據(jù)本發(fā)明的方法，可以實現(xiàn)無縫路由重建，或者平滑數(shù)據(jù)轉發(fā)的結果。
文檔編號H04W88/16GK101115031SQ20061010744
公開日2008年1月30日 申請日期2006年7月26日 優(yōu)先權日2006年7月26日
發(fā)明者勇 白, 嵐 陳, 卿 黃 申請人:株式會社Ntt都科摩