[发明专利]一种无线移动网络路由选择的优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线移动网络，尤其涉及高动态的无线移动网络中，路由选择的优化方法。

背景技术

随着无线移动网络的发展，各种无线移动网络在人们生活中被广泛应用，如车载自组织网络，车载自组织网络作为一种高动态的无线移动网络，具备以下几个方面的显著特点：

（1）节点密度分布不均匀，不同位置区域，不同时段内，节点的密度分布不同，例如在城市繁华区、上下班高峰期节点密度很大，而在高速公路、郊区等区域节点密度很小；

（2）网络拓扑变化频繁，各节点的位置变化速率取决于其所处区域的节点密度，如节点高速移动，位置变化很快；

（3）各节点能实时获取其所在位置信息，如通过节点（如车辆）上所配备的GPS设备；

（4）由于通信障碍物（如高楼建筑等）的存在，会导致节点虽然在彼此间的通信范围内，但是不能通信的情况；

针对上述特点的高动态无线移动网络，一般很难建立比较稳定的端到端的通信，所以如何能够快速而准确的进行路由选择成为该类无线网络（如车载自组织网络）的一个至关重要的任务，它直接决定了从源节点到目的节点的路由跳数、数据投递率、时延等重要性能指标。当前，针对高动态的无线移动网络的路由协议主要有基于拓扑的路由协议和基于地理位置的路由协议。

在基于拓扑的路由协议中，当两个节点的距离小于无线信号通信范围时，互为邻居节点，所有的路由学习完全依靠邻居节点之间交换路由项，节点通过链路状态协议向邻居节点通告链路状态。基于拓扑的路由方法主要分成两大类：主动路由和被动路由。主动路由基本思想是主动地定期进行路由表的广播和更新，在主动路由中，可以实时更新路由表，信息转发时延小，投递成功率高，但是频繁更新路由表会占用大量网络资源，利用率低，特别在节点密度很大时很容易造成网络拥塞。被动路由是只有源节点在有通信需求时才创建路由，通信结束后不维护路由，直到收到下一次需求，被动路由模式下总的路由开销较小，但是实时性不好而导致时延较大，成功率低的缺点。

在基于拓扑的路由协议中，需要知道全网的链路信息，目前MOPR（MOvement Prediction based Routing，运动预测算法）算法是使用较多的一种，它通过节点的位置、速度和方向等信息来改善路由算法。该算法通过节点现在的位置来预测节点未来可能出现的位置，从而估计一条链路的生存时间。源点可以根据生存时间估计报文的传输时间从而选出一条最稳定的链路。

由此可见，基于拓扑的路由协议存在以下两个不容克服的缺陷：

（1）虽然处理过程快速收敛，找出的路径也是源点到目的点的比较短的路径，但是在应用于高动态的无线移动网络时，由于其网络拓扑变化非常频繁，特别是节点密度不是很大的情况下，节点移动速度很快，往往在报文还没有从源点转发到目的点时，链路节点已经移动，链路频繁断裂，在转发报文时找不到节点，造成丢包；

（2）在网络拓扑结构较大或者节点密度很大时，想要实时知道整个网络的拓扑是不现实的，也将造成相当大的网络负载，导致网络拥塞严重影响网络性能。

在基于地理位置的路由协议中，只需要知道本节点、邻居节点和目的节点的位置信息就可以进行路由转发，大大降低了路由开销。基于地理位置的路由投递策略思想几乎都遵循贪婪算法，即每一次总是选择距离目的点更近的邻居节点，因为基于位置的路由只知道本地的位置信息，并不知道全网的位置信息，所以很容易陷入局部最优，即在发送节点的通信范围内的所有节点中，发送节点距离目的节点最近，而陷入死循环中，一般来说基于位置的路由都有针对于局部最优的修复策略。

目前使用比较广泛的就是GPSR（Greedy Perimeter Stateless Routing，贪婪周边无状态路由）算法，GPSR算法的核心思想是贪婪路由和修复策略。所谓的贪婪路由就是永远朝着离目的节点更近的下一个节点投递报文，如图1所示，D为目的节点，当节点S有报文要向节点D发送时，节点S会在自己的所有邻居节点中选择一个距离节点D最近的节点作为下一跳节点，此时是节点B；修正策略，就是指当节点要向目的节点发送数据时，节点在其邻居节点中找不到比本节点距离目的节点更近的节点时，则采用修复策略——右手定则，如图2所示，当节点F从邻居节点E收到一个报文时，根据右手定则把报文转发给节点F的第一个逆时针反向上的邻居节点H。