[发明专利]基于地理位置的大规模无线分布式网络自适应协作路由方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体的说是一种基于地理位置的自适应协作路由方法，可用于大规模无线分布式网络。

背景技术

在无线分布式网络中，要解决路由的问题，通常有主动式，被动式和地理位置信息辅助式等几种路由策略。然而当网络的规模显著增长时，路由信息的交互或者广播寻址的方法将会很快耗尽网络资源。

随着无线网络规模的不断增大，设计路由协议的限制因素越来越多，网络的各项路由指标越来越难以达到，而随着卫星定位技术的发展，节点要想获得自己或网内其它节点的地理位置信息已经越来越容易。在这样一种背景下，适当的利用网络中节点的地理位置信息来寻找路由，可以在很大程度上避免寻路的盲目性及由此带来的网络风暴等不利影响，从而极大地提高路由寻找的效率。

要解决大规模网络寻路难和路由跳数多的问题，文献“Contact-based architecture for resource discovery in large scale MANets”中提出了一种基于小世界现象的寻路策略。据研究大规模网络中存在着六度分隔现象，即任何两个人平均都可以通过不超过六个朋友相互认识。这样只需对网络中每个节点选择一个或多个远端的朋友节点，即可大大缩小全网中路由的平均跳数，使整个大规模网络成为一个具有小世界特性的网络。

但由于小世界现象毕竟只是理想抽象，它适用于关系网络，而在空间无线网络中由于缺乏对于长程连接的有效支持，到朋友节点的长程连接在一跳内是无法直接实现的。因此本路由算法引入了协作通信技术来解决这一问题，并以接续协作的方式使小世界网络的长程连接变得实际可行。同时协作通信技术的引入也有助于改善在网络规模增大时容易造成的路径环绕和冗长、路径上节点过多、路由失效概率增加导致鲁棒性差等问题。

发明内容

本发明的目的是针对传统大规模无线分布式网络路由方法的不足，提出一种基于地理位置的大规模无线分布式网络自适应协作路由方法，在该路由方法中通过引入协作通信技术实现了小世界网络中的长程连接，有效减小了大规模网络中路由的平均跳数和端到端时延，降低了路由失败概率，在网络性能和路由开销之间更好地进行了折衷，同时在协作过程中加入了对节点的剩余能量和协作距离D的自适应技术，避免负载过重的节点过快耗尽自身能量，并使节点能根据周围邻居节点的数目多少和忙闲状态选择合适的协作距离D，从而更好地适应大规模无线分布式网络的需求。

实现本发明目的的技术方案包括如下步骤：

(1)初始化步骤，即网络中的每个节点分别建立自己的邻居节点表、朋友节点表和朋友路径表；

(2)当前节点u有数据包需要发送，当前节点u直接根据地理位置信息，从自己的邻居节点表和朋友节点表中找出距离目的节点最近的节点作为下一跳节点，若找出的下一跳节点是当前节点u的邻居节点，将转发深度减1，执行步骤(3)，若找出的节点为当前节点的朋友节点t，将转发深度减1，执行步骤(4)，其中转发深度为该数据包还允许被转发的次数；

(3)当前节点u将数据包直接发送给该邻居节点，该邻居节点收到数据包后判断自己是不是本次路由的目的节点，若是，整个路由过程结束，否则，该邻居节点成为当前节点u，返回步骤(2)；

(4)当前节点u进行第一次协作传输：

(4a)当前节点u从自己的朋友路径表里找到以节点t为朋友节点的朋友路径，从该路径中找出当前节点u的协作距离D内的所有节点，并将这些节点中离当前节点u最远的节点作为第一次协作的目的节点d1，执行步骤(4b)，其中D的值是当前节点u经过协作后能传输的最远距离的估计值；

(4b)当前节点u通过协作传输将数据包传到协作目的节点d1，该过程分为两个阶段：

第一阶段，当前节点u向协作目的节点d1发送数据包，当前节点u的邻居节点根据自身剩余能量与初始时总能量的比值决定是否向协作目的节点d1发送请求参与协作包，若该比值小于1/5，不发送，若该比值大于等于1/5且小于1/3，则发送带有能量标签的请求参与协作包，表明该邻居节点能量不充裕，若该比值大于等于1/3，则发送不带能量标签的请求参与协作包，表明该邻居节点能量充裕；

第二阶段，协作目的节点d1优先允许能量充裕的当前节点u的邻居节点参与协作，回发请求协作应答包，请求协作应答包中指明的允许参与协作的节点将协作传输u的数据包，之后执行(4c)；

(4c)协作目的节点d1判断第一次协作是否成功，并将判断结果回传给当前节点u，由当前节点u对判断结果进行处理，之后执行(5)；