一種基于地理位置信息的aanet聯合路由算法
【專利摘要】本發明公開了一種簡單有效的基于地理位置信息的聯合路由算法，將地理路由中的貪婪轉發策略和反應式路由相結合。本發明針對航空自組網高動態，節點密度低的特點，首先對地理路由中的貪婪轉發策略做出改進，新的路由度量不僅考慮了節點的地理位置，還考慮了節點間的相對速度，排除了不穩定的下一跳轉發節點。其次，本發明結合傳統反應式路由的良好特性，利用RREQ/RREP機制替代地理路由中的周邊轉發機制，能更加有效處理路由空洞情況。與其它方法相比，本發明有效地結合了兩類算法的優點，使其更加適用于航空自組網的網絡環境。
【專利說明】—種基于地理位置信息的AANET聯合路由算法
[0001]【技術領域】:路由算法
[0002]本發明涉及一種AANET(航空自組網)中基于地理位置信息的聯合路由算法，更具體地，涉及一種將地理位置路由和反應式路由相結合的路由算法，并通過優化地理路由中貪婪轉發模式的路由度量來提高網絡的性能。
【背景技術】
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[0003]路由技術是航空自組網關鍵技術之一，而路由算法在很大程度上決定了整個網絡的性能。典型的路由協議可以分為兩大類:基于拓撲結構的路由協議和基于地理位置信息的路由協議。基于拓撲結構的路由協議通過路由探測獲知網絡中節點之間的連接關系和鏈路特性，由此來確定網絡路由。其進一步又可劃分為主動型、按需型和混合型路由。主動路由采用周期性的路由廣播來交換路由信息，給定節點維護全網所有節點的路由，有效路由始終存在，發送時延小，但其開銷較大且占用資源。按需路由根據發送節點的需要，按需進行路由發現，占用資源少，但時延較大。混合路由則結合了主動路由和被動路由的優點，可擴展性較好。由于現代航空飛行器基本都已配備GPS全球定位系統，節點可以方便地獲取地理位置信息，基于地理位置信息的路由協議備受矚目，在航空領域具有廣闊的應用前景。該類協議需要預先獲得自己的位置，一跳鄰節點的位置以及目的節點的位置。它不需要在發送數據包之前維護路由表或建立路徑。因此，即使在網絡拓撲劇烈變化的情況下，地理路由也可以保持較好的簡單性和可擴展性。
[0004]在眾多地理路由中，貪婪周邊無狀態路由協議(GPSR)是其中最經典的應用最為廣泛的一種路由協議。GPSR協議有兩種工作模式，其首先工作在貪婪模式，選擇距離目的節點最近且比自己到目的點近的一跳鄰節點作為下一跳轉發節點。當出現路由空洞時就自動切換到周邊轉發模式，先將網絡拓撲描述為平面圖，再根據右手法則進行轉發。然而GPSR應用于高動態拓撲、低節點密度的航空網絡時面臨著許多問題。首先GPSR的貪婪轉發策略未考慮節點的移動性，其次采取周邊遍歷來解決路由空洞問題被證明是低效的，在高動態環境下導致數據包大量丟失且時延急劇增加。
[0005]盡管目前已經提出大量的移動自組網路由協議，但其中很少是針對航空自組網的特定目標進行研究的。直到近幾年，多跳無線網絡在航空領域的研究得到越來越多的重視，這些研究也是針對航空自組網的不同方面的需求所開展的。在澳大利亞的AANET項目中提出了一種多徑多普勒路由協議(MUDOR)，利用多普勒頻移估計節點間的相對速度來判斷節點間是相互靠近還是遠離，并選擇多普勒頻移值最小的路徑來構建路由。該算法有效減少了實時流量傳輸中的網絡流量負載和傳播時延。ARPAM是一個基于AODV的應用于商業航空網絡的混合型路由協議，該協議利用位置信息發現最短路徑并在源節點和目的節點之間建立完整的端到端路徑。在歐盟的NEWSKY項目中使用了一種稱作地理負載共享(GLSR)的路由算法，它利用前進速度，也就是速度與隊列時延的比值作為下一跳選擇的度量，同時滿足離目標節點最近和加入最短隊列的原則，有效的緩解了 GPSR協議中的擁塞問題。
【發明內容】
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[0006]本發明的目的是針對AANET拓撲結構高動態，節點密度低的特點，提供一種更適合于該網絡的基于地理位置信息的路由方法，該方法有效地結合了地理路由以及反應式路由的優點，并優化了地理路由中的貪婪轉發模式。說明書附圖1示出了該算法的基本流程圖。
[0007]基于地理信息的聯合路由算法是這樣實現的:
[0008]1.首先，網絡中的每個節點都獲取相關地理位置信息，包括自己的位置，一跳鄰節點的位置和目的節點位置信息。可以分別通過GPS全球定位系統，信標機制以及位置服務來獲得。
[0009]2.當節點之間開始進行通信時，首先工作在貪婪轉發模式，每個節點維持一張周期更新的鄰居表來跟蹤一跳鄰節點的位置信息。根據新的路由度量MDT(Minimum durat1ntime)來選擇下一跳轉發節點。該路由度量綜合考慮了節點的位置和相對速度，使得選取的路由更為聞效穩定。
[0010]3.轉發過程中遇到路由空洞(說明書附圖2描述了路由空洞的情況)時，自動切換至反應式路由模式，利用RREQ/RREP機制尋找可用路徑。
[0011]4.一旦節點繞過空洞區域并且在其鄰節點中存在比自己具有更小MDT值的節點，則返回到貪婪轉發模式。
[0012]5.重復以上步驟，直至數據包到達目的節點。
[0013]與其它的技術相比，本發明具有以下的優點:
[0014]1.由于現代航空飛行器基本都已配備GPS全球定位系統，節點可以方便地獲取地理位置信息，本發明有效地利用了地理信息。
[0015]2.改進的路由度量不僅考慮了節點的地理距離，同時也考慮了節點間的相對速度，該策略使下一跳轉發節點更加穩定可靠，從而提高通信質量，更加適應高動態的航空通信環境。
[0016]3.利用反應式路由的RREQ/RREP機制替代GPSR協議中的周邊轉發模式，避免了過長的路由路徑和路由環路，比周邊遍歷轉發策略更加有效和可靠。
[0017]4.本發明結合了地理路由和主動式路由的優點，并優化了其路由度量。
【專利附圖】
【附圖說明】
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[0018]結合附圖閱讀本發明的以下詳細描述，可以更好地理解本發明及其優點和其他特征，其中:
[0019]圖1示出了地理聯合路由算法的基本流程圖；
[0020]圖2示出了路由空洞的情況。
【具體實施方式】
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[0021 ] 為了更好地理解本發明，下面將詳細描述本發明的【具體實施方式】。
[0022]1.網絡中的每個節點都維持一張路由表，表信息包括自己的位置，一跳鄰節點的位置和目的節點位置。可分別通過GPS全球定位系統，信標機制以及位置服務來獲得。
[0023]2.當節點之間開始進行通信時，首先工作在貪婪轉發模式，每個節點維持一張周期更新的鄰居表來跟蹤一跳鄰節點的位置信息，然后根據新的路由度量MDT選擇下一跳轉發節點。
[0024]3.下面確定路由度量MDT，網絡中節點i與j之間的地理距離Si;j可以用下式表示:
[0025]
Sl I (t) 二 ^jixi (t) — Xj (t))_ + ( V, (t) - Vj (t))_ + (z.(t) - Z j (t))-、I )
[0026]其中，(Xi(t), Xj (t)) , (Yi (t), Yj (t)) , (Zi (t), Zj (t))分別代表節點 i, j 在當前時刻t的位置坐標。
[0027]節點間的瞬時相對速度為:
[0028]
RviJ (t) = V j (t) — Vj (t){2 j
[0029]其中W@分別代表節點i，j在當前時刻t的速度。
[0030]4.假設數據包現在到達節點i，節點j是節點i的鄰節點之一，目的節點為d。網絡中每個節點的無線覆蓋范圍是R，則兩節點到目的節點的距離差為:
[0031]ASi；J(t) = Si；d(t)-SJ；d(t) (3)
[0032]5.為了選擇有效的下一跳節點，候選節點首先需要滿足下式，以保證候選節點在當前節點的無線覆蓋范圍以內。
[0033]R> ASi；J(t).Rvi j (t)/c+ASi j (t) (4)
[0034]我們定義度量MDT (minimum durat1n time)如下:
AS, At)
[0035]MDT = m\n{MDTk} = min{ Α ?Λ MDTk >0π)
keNik^Ni Rvk d(t)
[0036]其中Ni是節點i的鄰節點集。改進度量不僅考慮了節點的地理距離，同時也考慮了節點間的相對速度。源節點計算各鄰居節點的MDT值，選擇MDT值最小的鄰節點作為下一跳轉發節點。該策略使選擇的下一跳節點更加穩定和可靠，從而提高通信質量，更加適應高動態的航空通信環境。
[0037]8.當數據轉發過程中遇到路由空洞時，采用如AODV—類的反應式路由算法替代周邊遍歷算法。貪婪轉發失敗的中間節點開啟路由發現過程來尋找一條有效的路由條目到達目標節點，在限定的范圍內廣播RREQ路由請求包。當鄰節點收到RREQ包時，首先檢查RREQ包的目的地址，若目的地址是它本身，則產生并返回一個RREP路由回復包；否則，繼續廣播該RREQ直到到達目的節點。若在限定的時間內未找到到達目的的路徑，則停止廣播并丟棄此包。
[0038]9.一旦節點繞過空洞區域并且在其鄰節點中有比自己具有更小MDT值的節點，則返回貪婪轉發模式。
[0039]10.重復以上步驟，直至完成數據轉發。
[0040]綜上所述，基于地理位置信息的聯合路由算法不僅保留了地理路由中貪婪轉發策略的高效性和簡單性，還與反應式路由相結合，建立更加有效和穩定的路徑。
【權利要求】
1.一種航空自組網AANET中的簡單有效的基于地理位置信息的聯合路由算法，其特征在于采用以下步驟: A、假設所有飛機節點都配備了GPS定位系統，節點首先獲取所需的地理位置信息，包括節點自身的位置，一跳鄰節點的位置以及目的節點的位置信息，以上信息分別通過GPS全球定位系統，信標機制和位置服務算法來獲得； B、該聯合路由算法有兩種工作模式，包括貪婪轉發模式和反應式路由模式； C、算法首先工作在貪婪轉發模式，為了選擇有效的下一跳節點，候選節點首先需要滿足下式，以保證候選節點在當前節點的無線覆蓋范圍以內，其中假設數據包現在到達節點i，節點j是節點i的鄰節點之一，目的節點為d，網絡中每個節點的無線覆蓋范圍是R，ASi；J(t)為i，j到目的節點的距離差，Rvi；j(t)為節點間的瞬時相對速度；
R > ASi；J(t).Rvi； j(t)/c+A Si； j(t) D、然后在候選鄰節點中，根據新定義的路由度量MDT(minimumdurat1n time)來進行數據轉發，由下式給出:
AS, At) MDT =! = min i~MDT, > O
^v, XRvU((t) Λ 其中，Ni是節點i的鄰節點集，該路由度量綜合考慮節點的位置和相對速度，使轉發路徑更高效穩定； E、當在轉發過程中遇到路由空洞時，路由空洞即該節點的鄰節點中不存在比自己具有更小MDT值的節點，此時切換到反應式路由模式，利用RREQ/RREP機制尋找可用路徑并進行數據轉發，在限定時間內若找不到有效路徑，則丟棄此包； F、一旦節點繞過空洞區域，且在其鄰節點中存在比自己具有更小MDT值的節點，則返回到貪婪轉發模式； G、重復以上步驟直至完成數據轉發。
【文檔編號】H04W40/28GK104202724SQ201410460463
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月11日 優先權日:2014年9月11日
【發明者】譚曉衡, 胡小楠, 張顏, 姚超, 王斌, 陳國慶 申請人:重慶大學