專(zhuān)利名稱(chēng)：自組織網(wǎng)絡(luò)中基于最少信道切換的多信道路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特別用于自組織網(wǎng)絡(luò)中基于最少信道切換的多信道用戶尋找 路由的實(shí)現(xiàn)方案，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，它是由無(wú)線移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成，其
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂腥我庑院团R時(shí)性。自組織網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)有獨(dú)立組網(wǎng)，無(wú)需依賴(lài) 于任何預(yù)先假設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以快速、自動(dòng)地組成一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)； 無(wú)中心自組織，所有的節(jié)點(diǎn)地位平等，任何節(jié)點(diǎn)的意外情況不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的 存在與運(yùn)行，各節(jié)點(diǎn)根據(jù)約定的準(zhǔn)則調(diào)節(jié)自己的行為；多跳路由，當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要同 覆蓋范圍之外的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)，就需要借助其他節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)接來(lái)完成；動(dòng)態(tài)拓?fù)洌?這是由網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)移動(dòng)，以及可以隨時(shí)加入或離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)所決定的；安 全性差，由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以作為終端或轉(zhuǎn)接節(jié)點(diǎn)，因此更加容易收到入侵或竊聽(tīng) 等惡意破壞行為。在有線網(wǎng)絡(luò)無(wú)法使用時(shí)，使用Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)快速組建起的自組織 網(wǎng)能提供通信和信息的接入，從而保證了該環(huán)境下的通信。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)廣泛地應(yīng) 用于軍事通信、應(yīng)急通信等領(lǐng)域。
Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的路由方式與傳統(tǒng)的移動(dòng)通信系統(tǒng)和無(wú)線局域網(wǎng)的路由方式都有 所不同。傳統(tǒng)的移動(dòng)通信系統(tǒng)中有基站負(fù)責(zé)終端之間的轉(zhuǎn)接，無(wú)線局域網(wǎng)是一個(gè) 單跳的網(wǎng)絡(luò)，而AdHoc是一個(gè)無(wú)線自組織的多跳網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)終端是對(duì)等 的。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)終端除了可以作為發(fā)送或接收終端，運(yùn)行面向用戶的應(yīng) 用程序外，還可以作為路由器使用，運(yùn)行相應(yīng)的路由協(xié)議，根據(jù)路由策略和路由 表參與分組轉(zhuǎn)發(fā)工作和路由維護(hù)工作。而且由于無(wú)線節(jié)點(diǎn)隨時(shí)都可能運(yùn)動(dòng)，移動(dòng) 速度和方向也是未知的，因此網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時(shí)都可能變化，網(wǎng)絡(luò)中的路由信 息則具有一定的時(shí)效性。
基于以上對(duì)分析，其路由協(xié)議需要具備以下特點(diǎn)能夠進(jìn)行分布式的操作， 其路由算法應(yīng)該是分布式的，每個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠獨(dú)立地處理自己加入或離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)的操 作；動(dòng)態(tài)自適應(yīng)性，由于AdHoc網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時(shí)可能發(fā)生變化，因此要求路 由算法和協(xié)議必須對(duì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有快速反應(yīng)能力，計(jì)算方法能快速收斂， 從而避免出現(xiàn)路由環(huán)路，或者在出現(xiàn)路由環(huán)路時(shí)能及時(shí)消除其不利影響；支持單 向路由，實(shí)際無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的影響，加上每個(gè)終端擁有的資源有限且不盡相同， 因此很可能出現(xiàn)單向信道的情況，因此在設(shè)計(jì)路由協(xié)議的時(shí)候，除了要考慮建立正向的路由，同時(shí)還要重新發(fā)現(xiàn)和建立反向路由，避免通信的中斷以及系統(tǒng)資源 的浪費(fèi)。
在多信道的無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)中，有效地使用多信道，允許多個(gè)傳輸同時(shí)發(fā)生， 不僅可以提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量，還可以減少傳輸數(shù)據(jù)過(guò)程中為競(jìng)爭(zhēng)信道而增加的等 待時(shí)延，降低網(wǎng)絡(luò)擁塞和沖突碰撞。由于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)有的路由協(xié)議基本都是 基于最短距離路由，在單信道網(wǎng)絡(luò)中可以有效的選擇路由，但是由于沒(méi)有考慮網(wǎng) 絡(luò)中可用信道的多樣性，因此這類(lèi)協(xié)議在多信道無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的性能就無(wú)法得到保障。
目前對(duì)AdHoc網(wǎng)絡(luò)的多信道擴(kuò)展主要有以下幾種方式改變?cè)械腗AC處理 機(jī)制、使用改進(jìn)的路由算法以及兩種方式的集合。DCA (Dynamic Channel Assignment) 、 MMAC (Multi-cha匿l Media Access Control)禾口 TA-腿C都是通 過(guò)改進(jìn)現(xiàn)有的MAC層處理機(jī)制，通過(guò)多接口或者特定的時(shí)間處理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò) 中多個(gè)傳輸?shù)耐瑫r(shí)發(fā)生。CA-AODV (Channel Assignment- Ad hoc On Demand Distance Vector Algorithm)和ECA-AODV (Enhanced CA-AODV)兩種算法都是基于 AODV路由協(xié)議的改進(jìn)，在選路的同時(shí)進(jìn)行信道分配，將路由選擇和信道分配結(jié)合 進(jìn)行。許多研究成果也都表明在每一跳上建立路由的同時(shí)考慮工作頻段的選擇， 要比路由選擇和頻譜分配獨(dú)立進(jìn)行的改進(jìn)MAC (Media Access Control)層處理機(jī) 制的方式性能好很多。因?yàn)楹笳咴谶x擇信道的時(shí)候并沒(méi)有考慮信道的分配，在路 由選擇完成后，該路由可能因?yàn)槠淠骋惶溌芬驗(yàn)闊o(wú)可用信道而無(wú)法使用。 DSDV-MC ( Destination Sequenced Distance Vector-Multi-channel )、 OSPF-MCDS-MC (Open Shortest Path First-Minimal Connected Dominating Set with Multiple Channels)禾口 J-CAR (Joint Channel Assignment)也都是不改 變?cè)械腗C協(xié)議，在現(xiàn)有路由機(jī)制的基礎(chǔ)上，選擇路由的同時(shí)采取"K跳獨(dú)立" 的原則，進(jìn)行信道分配，也就是，每一跳鏈路所使用的信道與其相鄰K跳之內(nèi)的 鏈路所使用的信道均不同oJ-CAR/widest (joint channel assignment and routing with widest path)協(xié)議是對(duì)J-CAR的改進(jìn)，使J-CAR中的路由接口選擇具有雙向 性，而且更準(zhǔn)確，更靈活。
但是上述的路由改進(jìn)算法都沒(méi)有充分考慮頻繁的信道切換所帶來(lái)的時(shí)延問(wèn) 題。在20MHz-3GHz的頻譜范圍內(nèi)，收發(fā)器的工作頻段每改變10MHz通常會(huì)帶來(lái)10ms
的時(shí)延，因此在信道切換較多的情況下，由此帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延也是很可觀的。
在多信道AdHoc網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前狀況，動(dòng)態(tài)地選 擇合適的信道和路由，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)性能。傳統(tǒng)的路由指標(biāo)如跳數(shù)、擁塞等作 為路由選擇的依據(jù)已不夠充分，所以需要引入新的路由指標(biāo)，如信道切換次數(shù)、 信道切換頻率等。因此在多信道Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中，路由技術(shù)是非常關(guān)鍵的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種自組織網(wǎng)絡(luò)中基于最少信道切換的多信 道路由方法，該方法要求源節(jié)點(diǎn)通過(guò)自身維護(hù)的路由和信道使用信息，選擇到達(dá) 目的節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)路徑，即最少信道切換的路徑。該方法以盡量減少路由中信道切 換為目的，采用最小切換時(shí)延的信道分配策略，盡量減少信道切換產(chǎn)生的時(shí)延， 從而降低了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，提高了吞吐量。
技術(shù)方案本發(fā)明以盡量減少路由中信道切換為目的，基于目的序列距離矢 量路由協(xié)議，將路由選擇同信道分配結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了自組織多信道網(wǎng)絡(luò)中的 路由發(fā)現(xiàn)。
該方法包括
a. 路由更新和維護(hù)要求網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)除了必要的路由信息外，還需要 維護(hù)以下兩種信道信息，該節(jié)點(diǎn)周?chē)目捎眯诺佬畔⒑偷侥康墓?jié)點(diǎn)的路由中每一
跳的可用信道集合，{C4S,， C4&，…，C4&}，其中C4&表示距源節(jié)點(diǎn)K跳
鏈路上的可用信道集合，N為源節(jié)點(diǎn)距離目的節(jié)點(diǎn)的跳數(shù);在進(jìn)行全局路由更新時(shí)， 節(jié)點(diǎn)除了廣播路由信息，還要廣播每條路由對(duì)應(yīng)的可用信道集合信息；節(jié)點(diǎn)的可 用信道列表發(fā)生改變或者傳輸信道需要切換時(shí)，都會(huì)觸發(fā)局部更新信息的廣播， 收到鄰居節(jié)點(diǎn)的路由更新信息分組后，如果該節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)無(wú)共同可用信道， 則放棄該分組，與該鄰居節(jié)點(diǎn)有關(guān)的路由也都會(huì)失效，而對(duì)于新加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn) 需等到全局更新時(shí)獲取鄰居節(jié)點(diǎn)的路由和信道使用情況，更新自身維護(hù)的路由表 信息，并通知周?chē)泥従庸?jié)點(diǎn)自己的存在，然后才可以有發(fā)送或接收要求；節(jié)點(diǎn) 的控制接口一直綁定在控制信道上，偵聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)使用數(shù)據(jù)信道的情況， 隨時(shí)更新自己的可用信道集合；
b. 建立連接源節(jié)點(diǎn)有業(yè)務(wù)發(fā)送時(shí)，首先偵聽(tīng)控制信道是否空閑，如果空閑， 則根據(jù)路由表中每一跳的可用信道集合選擇到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的最佳路由，在本算法 中是指需要最小切換時(shí)延的路由，并將分配給每一跳的信道信息記錄在請(qǐng)求發(fā)送 控制分組中，然后通過(guò)控制信道發(fā)送給目的節(jié)點(diǎn)；請(qǐng)求發(fā)送分組包括幀控制字段 FC、幀間隔的時(shí)間DU、傳送的目的地址RA、傳送的源地址TA、可用信道列表CL 和幀校驗(yàn)序列FCS，路由上的節(jié)點(diǎn)收到該請(qǐng)求發(fā)送分組后，記錄下分配給自己的信 道信息，并將數(shù)據(jù)信道接口切換到相應(yīng)的信道上，等待接收目的節(jié)點(diǎn)回復(fù)的允許 發(fā)送控制分組；目的節(jié)點(diǎn)接收到請(qǐng)求發(fā)送分組后，以源節(jié)點(diǎn)為目的節(jié)點(diǎn)，查找路 由表進(jìn)行同樣的信道分配，并將分配的信道序列記錄在允許發(fā)送分組中回復(fù)給源節(jié)點(diǎn)，允許發(fā)送分組分組包括幀控制字段FC、幀間隔的時(shí)間DU、傳送的目的地址
RA、可用信道列表CL和幀校驗(yàn)序列FCS，路徑上的節(jié)點(diǎn)接收到該允許發(fā)送分組后
提取相應(yīng)的信道分配信息，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)該分組；握手成功后，源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)
點(diǎn)通過(guò)事先分配的信道交換數(shù)據(jù)。
有益效果本發(fā)明提供一種多信道Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中基于目的序列距離矢量的多 信道路由方法，該方法要求源節(jié)點(diǎn)通過(guò)自身維護(hù)的路由和信道使用信息，選擇到 達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)路徑，即最少信道切換的路徑。該方法以盡量減少路由中信道 切換為目的，采用最小切換時(shí)延的信道分配策略，減少信道切換產(chǎn)生的時(shí)延，從 而降低了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，提高了吞吐量。該路由算法是一種典型的先應(yīng)式路由協(xié)議， 適用于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化較慢，對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的網(wǎng)絡(luò)。


圖1 0LCH-DSDV算法中的RTS幀結(jié)構(gòu)。 圖2 0LCH-DSDV算法中的CTS幀結(jié)構(gòu)。 圖3網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。 圖4節(jié)點(diǎn)A的部分路由信息。
具體實(shí)施例方式
DSDV (Destination-Sequenced Distance-Vector)是一種表驅(qū)動(dòng)的路由算法， 每個(gè)節(jié)點(diǎn)都維護(hù)著一張路由表，該路由表記錄著節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中所有可能到達(dá)的目 的節(jié)點(diǎn)，以及所需要的跳數(shù)。每個(gè)表項(xiàng)都有一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)分配的序列號(hào)，用來(lái)區(qū) 別新路由和舊路由，每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須周期性地與鄰節(jié)點(diǎn)交換路由信息，當(dāng)然也可以 根據(jù)路由表的改變來(lái)觸發(fā)路由更新。
DSDV只能在給定的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間提供單跳路徑，協(xié)議需要選擇以下 參數(shù)定時(shí)更新的周期、最大的"沉淀時(shí)間"(settling time)和路由失效間隔 時(shí)間。雖然這些參數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響難以衡量，因?yàn)槠浔举|(zhì)是要在路由的有效性和 網(wǎng)絡(luò)通信開(kāi)銷(xiāo)之間進(jìn)行折衷平衡，但是這些網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的選擇至關(guān)重要。
本發(fā)明的0LCH-DSDV (On-Least Channel Handoff-DSDV )路由算法中，各通信 節(jié)點(diǎn)通過(guò)周期性或者間隔性的廣播路由信息包，使得各節(jié)點(diǎn)即時(shí)維護(hù)更新整個(gè)網(wǎng) 絡(luò)或部分網(wǎng)絡(luò)的路由信息表，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的正常通信。在發(fā)送路由信息 包中，除包括目的節(jié)點(diǎn)地址、到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)所需的跳數(shù)和從該目的節(jié)點(diǎn)收到的序 列號(hào)，還增加了信道分配所需的信道信息，以選擇最小切換時(shí)延的信道。
OLCH-DSDV路由算法在確定信道之后，需要借助于MAC層的RTS/CTS分組來(lái)完 成信道分配，信道分配工作主要由源、目的節(jié)點(diǎn)完成，并通過(guò)MAC層的握手機(jī)制
6將分配的信道信息通知給路由上的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)。由于控制信道在通信建立的過(guò)程中 不需要被用來(lái)廣播路由發(fā)現(xiàn)分組，僅僅用于傳輸已經(jīng)分配好的信道信息，因此大 大減少了控制信道的占用時(shí)間，避免了控制信道中的"瓶頸問(wèn)題"。
0LCH-DSDV路由協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)維護(hù)著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的路由信息，這樣在有數(shù)據(jù)分 組需要發(fā)送時(shí)，可以立即進(jìn)行傳送，因而適用于一些對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的業(yè)務(wù)和 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。但是在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化頻繁的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，節(jié)點(diǎn)維護(hù)準(zhǔn)確路由信息 的代價(jià)較高，要頻繁地交換拓?fù)涓滦畔ⅰａ槍?duì)網(wǎng)絡(luò)的特性，本發(fā)明采用兩種不 同的路由表更新方法對(duì)于網(wǎng)絡(luò)變化較快的情況，采用周期性的全局更新方法， 更新信息包括整個(gè)路由表，這樣的更新方式可以讓新加入的節(jié)點(diǎn)及時(shí)了解網(wǎng)絡(luò)拓 撲；網(wǎng)絡(luò)變化緩慢的情況，采用事件驅(qū)動(dòng)的局部更新(逐步更新)方法，只有當(dāng)路 由發(fā)生改變時(shí)才觸發(fā)更新，僅包含上次對(duì)整個(gè)路由表進(jìn)行廣播后又更新的內(nèi)容。
0LCH-DSDV路由建立過(guò)程如下源節(jié)點(diǎn)有發(fā)送業(yè)務(wù)時(shí)，首先偵聽(tīng)控制信道是 否空閑，如果空閑，則根據(jù)路由表中每一跳的可用信道集合選擇到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的 最佳路由，在本算法中是指需要最小切換時(shí)延的路由，并將分配給每一跳的信道 信息記錄在RTS (Request To Send)控制分組中，然后通過(guò)控制信道發(fā)送給目的 節(jié)點(diǎn)。路由上的節(jié)點(diǎn)收到該RTS分組后，記錄下分配給自己的信道信息，并將數(shù) 據(jù)信道接口切換到相應(yīng)的信道上，等待接收目的節(jié)點(diǎn)回復(fù)的CTS (ClearToSend) 控制分組。目的節(jié)點(diǎn)接收到RTS請(qǐng)求分組后，以源節(jié)點(diǎn)為目的節(jié)點(diǎn)，查找路由表 進(jìn)行同樣的信道分配，并將分配的信道序列記錄在CTS控制分組中，回復(fù)給源節(jié) 點(diǎn)，路徑上的節(jié)點(diǎn)接收到該CTS分組后提取相應(yīng)的信道分配信息，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā) 該分組。握手成功后，源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)通過(guò)事先分配的信道交換數(shù)據(jù)。
本發(fā)明0LCH-DSDV路由算法以減少路由中信道切換為目的，主要是針對(duì)先應(yīng) 式路由協(xié)議。
傳統(tǒng)的路由協(xié)議選擇路由的原則是最短路由，而由于0LCH-DSDV算法的目標(biāo) 是減少路由中的信道切換時(shí)延，因此它們首先考慮的是信道切換次數(shù)，在具有相 同切換次數(shù)的情況下，再考慮最短路由。 一條路徑上的傳輸時(shí)延可以用以下方式 進(jìn)行計(jì)算
其中，d和S分別代表路由的跳數(shù)以及信道切換次數(shù)，^。p表示每一跳的傳輸時(shí)延， f^表示信道切換所需要的時(shí)間。因此，為了減少時(shí)延，在選擇路由的時(shí)候應(yīng)首先 考慮信道切換次數(shù)，盡量選擇需要較少切換次數(shù)的路由。
假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中存在一個(gè)公共控制信道，用于傳輸控制信息；每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都配 置兩個(gè)接口， 一個(gè)綁定在控制信道上，另一個(gè)可以在數(shù)據(jù)信道之間進(jìn)行切換。
0LCH-DSDV路由協(xié)議在發(fā)送路由信息包時(shí)，增加信道分配所需的信道信息，以選擇最小切換時(shí)延的信道。
OLCH-DSDV路由算法在確定信道之后，需要借助于MAC層的RTS/CTS分組來(lái)完 成信道分配。下面將分別從路由維護(hù)和建立連接兩方面給出OLCH-DSDV算法的路 由和信道選擇機(jī)制。
路由更新和維護(hù)作為DSDV協(xié)議的擴(kuò)展，OLCH-DSDV算法要求網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè) 節(jié)點(diǎn)除了同樣需要必要的路由信息以維護(hù)更新路由表，還需要維護(hù)以下兩種信道 信息該節(jié)點(diǎn)周?chē)目捎眯诺佬畔⒑偷侥康墓?jié)點(diǎn)的路由中每一跳的可用信道集合， (G45;, C4&，…，G4SJ，其中G4&表示距源節(jié)點(diǎn)K跳鏈路上的可用信道集 合，N為源節(jié)點(diǎn)距離目的節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)。在進(jìn)行全局路由更新時(shí)，節(jié)點(diǎn)除了廣播路由 信息，還要廣播每條路由對(duì)應(yīng)的可用信道集合信息；節(jié)點(diǎn)的可用信道列表發(fā)生改 變，或者傳輸信道需要切換時(shí)，都會(huì)觸發(fā)局部更新信息的廣播。收到鄰居節(jié)點(diǎn)的 路由更新消息后，如果該節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)無(wú)共同可用信道，則放棄該分組，與該 鄰居節(jié)點(diǎn)有關(guān)的路由也都會(huì)失效。而對(duì)于新加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)需等到全局更新時(shí)獲 取鄰居節(jié)點(diǎn)的路由和信道使用情況，更新自身維護(hù)的路由表信息，并通知周?chē)?鄰居節(jié)點(diǎn)自己的存在，然后才可以有發(fā)送或接收要求。節(jié)點(diǎn)的控制接口一直綁定 在控制信道上，偵聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)使用數(shù)據(jù)信道的情況，隨時(shí)更新自己的可用 信道集合。
建立連接源節(jié)點(diǎn)有業(yè)務(wù)發(fā)送時(shí)，首先偵聽(tīng)控制信道是否空閑，如果空閑， 則根據(jù)路由表中每一跳的可用信道集合選擇到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的最佳路由，在本算法 中是指需要最小切換時(shí)延的路由，并將分配給每一跳的信道信息記錄在RTS控制 分組中，然后通過(guò)控制信道發(fā)送給目的節(jié)點(diǎn)。RTS幀結(jié)構(gòu)如圖1所示FC是幀控 制字段、DU是幀間隔的時(shí)間、RA是傳送的目的地址、TA是傳送的源地址、CL是 可用信道列表、FCS是幀校驗(yàn)序列。路由上的節(jié)點(diǎn)收到該RTS分組后，記錄下分配 給自己的信道信息，并將數(shù)據(jù)信道接口切換到相應(yīng)的信道上，等待接收目的節(jié)點(diǎn) 回復(fù)的CTS控制分組。目的節(jié)點(diǎn)接收到RTS請(qǐng)求分組后，以源節(jié)點(diǎn)為目的節(jié)點(diǎn)， 查找路由表進(jìn)行同樣的信道分配，并將分配的信道序列記錄在CTS控制分組中回 復(fù)給源節(jié)點(diǎn)，幀結(jié)構(gòu)如圖2所示(相關(guān)定義見(jiàn)上RTS幀)，路徑上的節(jié)點(diǎn)接收到該 CTS分組后提取相應(yīng)的信道分配信息，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)該分組。握手成功后，源節(jié)點(diǎn) 和目的節(jié)點(diǎn)通過(guò)事先分配的信道交互數(shù)據(jù)。通信結(jié)束后，通過(guò)控制信道發(fā)送局部 更新信息，釋放占用的信道。
圖3為某一小型網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)A維護(hù)的部分路由信息如圖4所示， 節(jié)點(diǎn)A到節(jié)點(diǎn)D的通信建立過(guò)程如下
1) 源節(jié)點(diǎn)A查找路由表，如表1所示，選擇最佳路由從表中可以看出，有 B和E，其中前一條路由所需的跳數(shù)較少。
2) 源節(jié)點(diǎn)A為每一跳分配信道對(duì)于下一跳節(jié)點(diǎn)為B的路由，由于C4S,門(mén)C4S2 = {ch3}， C45;門(mén)n C4& = 0， C4S2門(mén)C4& = {ch2}，因此 該路由所需要的信道序列為ch3-ch3-ch2;下一跳為E的路由，所需
3) 要的信道序列為ch3-ch3-ch2-ch2。兩條路由所需要的信道切換次數(shù)相 同，但前一條路由擁有較小的跳數(shù)，因此選擇下一跳節(jié)點(diǎn)為B的路由。將 分配給每一跳的信道序列寫(xiě)入到RTS控制分組后，將該分組通過(guò)控制信道 發(fā)送給目的節(jié)點(diǎn)D。
4) 節(jié)點(diǎn)B收到帶有分配信道序列的RTS控制分組后，提取分配給自己與源節(jié) 點(diǎn)A之間的通信信道ch3，然后根據(jù)其路由表中維護(hù)的信道以及路由信息， 選擇下一跳節(jié)點(diǎn)。
5) 目的節(jié)點(diǎn)D收到A發(fā)送的RTS分組后，提取分配給自己的信道信息，然后 以節(jié)點(diǎn)A為目的節(jié)點(diǎn)查找路由，分配信道，并將分配的信道序列寫(xiě)入相應(yīng) 的CTS分組中。
本發(fā)明的0LCH-DSDV路由算法的信道分配工作主要由源、目的節(jié)點(diǎn)完成，并 通過(guò)MAC層的握手機(jī)制將分配的信道信息通知給路由上的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)。由于控制信 道在通信建立的過(guò)程中不需要被用來(lái)廣播路由發(fā)現(xiàn)分組，僅僅用于傳輸己經(jīng)分配 好的信道信息，因此大大減少了控制信道的占用時(shí)間，避免了控制信道中的"瓶 頸問(wèn)題"。
由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要隨時(shí)維護(hù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的路由表，OLCH-DSDV路由算法主要用于 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不是很大，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓鄬?duì)不是很頻繁的網(wǎng)絡(luò)，適用于一些對(duì)實(shí)時(shí)性 要求較高的業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
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權(quán)利要求
1、一種自組織網(wǎng)絡(luò)中基于最少信道切換的多信道路由方法，其特征在于該方法包括a.路由更新和維護(hù)要求網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)除了必要的路由信息外，還需要維護(hù)以下兩種信道信息，該節(jié)點(diǎn)周?chē)目捎眯诺佬畔⒑偷侥康墓?jié)點(diǎn)的路由中每一跳的可用信道集合，{CAS1，CAS2，…，CASN}，其中CASk表示距源節(jié)點(diǎn)K跳鏈路上的可用信道集合，N為源節(jié)點(diǎn)距離目的節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)；在進(jìn)行全局路由更新時(shí)，節(jié)點(diǎn)除了廣播路由信息，還要廣播每條路由對(duì)應(yīng)的可用信道集合信息；節(jié)點(diǎn)的可用信道列表發(fā)生改變或者傳輸信道需要切換時(shí)，都會(huì)觸發(fā)局部更新信息的廣播，收到鄰居節(jié)點(diǎn)的路由更新信息分組后，如果該節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)無(wú)共同可用信道，則放棄該分組，與該鄰居節(jié)點(diǎn)有關(guān)的路由也都會(huì)失效，而對(duì)于新加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)需等到全局更新時(shí)獲取鄰居節(jié)點(diǎn)的路由和信道使用情況，更新自身維護(hù)的路由表信息，并通知周?chē)泥従庸?jié)點(diǎn)自己的存在，然后才可以有發(fā)送或接收要求；節(jié)點(diǎn)的控制接口一直綁定在控制信道上，偵聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)使用數(shù)據(jù)信道的情況，隨時(shí)更新自己的可用信道集合；b.建立連接源節(jié)點(diǎn)有業(yè)務(wù)發(fā)送時(shí)，首先偵聽(tīng)控制信道是否空閑，如果空閑，則根據(jù)路由表中每一跳的可用信道集合選擇到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的最佳路由，在本算法中是指需要最小切換時(shí)延的路由，并將分配給每一跳的信道信息記錄在請(qǐng)求發(fā)送控制分組中，然后通過(guò)控制信道發(fā)送給目的節(jié)點(diǎn)；請(qǐng)求發(fā)送分組包括幀控制字段FC、幀間隔的時(shí)間DU、傳送的目的地址RA、傳送的源地址TA、可用信道列表CL和幀校驗(yàn)序列FCS，路由上的節(jié)點(diǎn)收到該請(qǐng)求發(fā)送分組后，記錄下分配給自己的信道信息，并將數(shù)據(jù)信道接口切換到相應(yīng)的信道上，等待接收目的節(jié)點(diǎn)回復(fù)的允許發(fā)送控制分組；目的節(jié)點(diǎn)接收到請(qǐng)求發(fā)送分組后，以源節(jié)點(diǎn)為目的節(jié)點(diǎn)，查找路由表進(jìn)行同樣的信道分配，并將分配的信道序列記錄在允許發(fā)送分組中回復(fù)給源節(jié)點(diǎn)，允許發(fā)送分組分組包括幀控制字段FC、幀間隔的時(shí)間DU、傳送的目的地址RA、可用信道列表CL和幀校驗(yàn)序列FCS，路徑上的節(jié)點(diǎn)接收到該允許發(fā)送分組后提取相應(yīng)的信道分配信息，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)該分組；握手成功后，源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)通過(guò)事先分配的信道交換數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明是一種自組織網(wǎng)絡(luò)中基于最少信道切換的多信道路由方法，該方法要求源節(jié)點(diǎn)通過(guò)自身維護(hù)的路由和信道使用信息，在路由更新和維護(hù)中，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)除了必要的路由信息外，還需要維護(hù)該節(jié)點(diǎn)周?chē)目捎眯诺佬畔⒑偷竭_(dá)目的節(jié)點(diǎn)的路由中每一跳的可用信道集合這兩種信道信息，采用周期性全局路由更新和事件觸發(fā)性局部路由更新的方法。在建立連接時(shí)，源節(jié)點(diǎn)根據(jù)路由表中每一跳的可用信道集合選擇到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的最佳路由，最佳路由即是指需要最小切換時(shí)延的路由，并借助于媒體訪問(wèn)控制層的RTS/CTS來(lái)完成信道的分配。本發(fā)明以盡量減少路由中信道切換為目的，盡量減少信道切換產(chǎn)生的時(shí)延，從而降低了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，提高了吞吐量。
文檔編號(hào)H04W40/02GK101674631SQ20091003619
公開(kāi)日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者琦 朱, 晉 謝 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)