[发明专利]一种混合式无线网络路由方法

权利要求书

1.一种混合式无线网络路由方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：中心节点建立初始路由关系；

S2：站点建立路由关系；

S3：中心节点和站点更新路由关系；

S4：节点发送报文；

S5：节点进行路由修复请求；

S6：节点进行拥塞检测；

S7：节点进行业务分流；

所述S1具体为：

S11：中心节点上电以后，获取MAC地址，配置白名单，广播信标帧，并开始接收站点的入网请求；

S12：中心节点接收到站点的入网请求报文后，验证站点的MAC地址，为站点分配唯一ID号，解析出初始路由关系并存储，向站点发送入网确认报文，并为节点安排信标时隙；

S13：在有节点入网以后，中心节点开始组织网络维护帧，并向周围节点广播该帧；

所述S2具体为：

S21：站点上电以后，获取MAC地址，监听附近信号，在寻找到网络以后发送入网请求帧，并等待确认；

S22：站点接收到中心节点的入网确认报文后，解析出中心节点分配唯一ID号和初始路由关系并存储，并在安排的信标时隙中发送信标；

S23：站点入网以后，向附近节点发送路由建立请求报文并接收应答，处理结束以后组织网络维护帧，并向周围节点广播该帧；

所述S3具体为：

S31：节点接收附近节点的网络维护帧，解析其中包含的路由关系，将其中的每一条路由关系中的目的节点依次在本节点的路由表中查询，若不存在此项路由关系，则转到S2；若已存在则转到S3；

S32：检查新的路由关系中的跳数和质量，若跳数小于15跳且通信质量达到门限值，则存储此条路由关系；

S33：对比已经存在表中的到达节点的下一跳ID，若一样，则更新跳数和通信质量；若不一样，则与已经存储的路由关系进行比较，并将跳数少且质量好的N条路由排序存储；

S34：节点周期性检查路由表是否发生过变化，若发生变化则组织网络维护报文，并只填写发送变化的路由关系，向附近节点进行广播告知；

所述网络维护报文的字段包括：12bit的站点ID、4bit的站点到中心节点的跳数、8bit的广播周期、16bit的本报文中所含路由关系数N、N*12bit的目的节点ID、N*4bit的到目的节点的跳数和N*8bit的路由关系的质量；

中心节点ID默认为1，其余站点ID由中心节点统一分配且本网络唯一，广播周期默认为2个路由周期，字段能够配置，跳数表示经由节点转发到目的节点的报文需要经由其他节点个数，路由关系质量有下式定义：

link_quality＝1/(hm+1)*snr+(hm-1)/(hm+1)*quality_in_beacon

其中link_quality表示本节点计算的链路质量，hm表示报文中携带的跳数，snr表示接收到的本条报文的信噪比，quality_in_beacon表示报文中携带的链路质量；

节点维护路由表，结构如下：

每个节点占据存储空间为3*N+2字节，每个条目存储N条路由，第1条为主路由，其余为备用路由，N的大小能够配置，根据存储条件调整；

所述S4具体为：

S41：业务报文发送或者转发提供目的站点ID，向路由服务请求路由关系；

S42：路由服务根据业务报文提供的原始目的节点ID查询路由表，若在表中查询到此目的节点，则转到S44，若表中无法查询到此目的节点，则转到S43，

S43：进行路由链路请求流程，若获得可靠路由关系，则转到S44，若失败则放弃此条报文转发，并上报业务服务；

S44：向目的节点发送此报文，并开启定时器，等待目的节点的报文确认帧，若在定时器结束前收到报文确认帧，则向业务服务告知报文发送成功，若发送失败则依次尝试路由中其它符合跳数要求的节点发送报文，直至接收到确认报文或者所有节点都发送失败，并向业务服务报告发送失败；

所述业务报文都存在一条相应的确认报文与之对应，用于向发送节点告知报文已经送到，在报文中应包含12bit的发送节点ID、12bit的目的节点ID以及16bit的报文序列号，接收节点接收到业务报文后应立即回复确认报文，发送业务报文节点若在规定时间内没有接收到确认报文则认为此次报文发送失败，需要重新选择转发站点进行转发；

所述S5具体为：当业务报文有服务请求路由关系时，路由表中不存在所要求的原始目的节点的表项，进行路由修复流程来获取链路，流程如下：

S51：业务服务请求路由关系，在路由表中无法查询到该目的节点ID路由表项，则触发路由修复请求流程，并告知业务服务此报文需要等待发送；

S52：节点广播路由修复报文，此报文中携带12bit的发起节点ID、12bit的目的节点ID、4bit的限制跳数和16bit的链路请求序列号，并开启路由修复定时器；路由修复报文为广播报文不需要回应确认报文；

S53：附近的节点接收到此路由修复报文，首先判断此链路请求序列号的链路请求是否已经处理过，若已经处理则丢弃此报文，若是第一次接收到此报文，根据目的节点ID查询路由表，若已在表中则向发起节点回复路由修复确认报文，若未查询到，则继续广播路由修复报文，并在报文中添加本节点ID作为链路中的一跳；

S54：附近节点收到路由修复报文，重复S53步骤，直至查询到路由、跳数耗尽或者送达目的节点；

S55：目的节点接收到链路修复报文，开启定时器，等待来自不同链路的路由修复报文，在定时器结束超时后，从收集到的多条链路中选择跳数最少的作为传送链路，并将链路组装到路由修复确认报文中，并按照所选链路反向发送给发起路由修复请求节点，链路确认回复报文发送需要确认报文进行确认；

S56：链路中节点接收到路由修复确认报文，首先对报文进行转发，再对报文进行解析，提取报文中所含的路由关系，填写到本节点的路由表中；

S57：发起路由修复请求节点接收到路由修复确认报文，对报文进行解析，提取报文中所含的路由关系，填写到本节点的路由表中，并且重启业务报文发送流程，关闭路由修复等待定时器；

当所述节点有业务需求时，检测到转发节点业务繁忙，自适应的选择其他路径作为转发站点，来实现业务分流，节点进行拥塞检测包括以下步骤：

S61：每个站点维护一个发送、转发任务队列，队列的容量为N，节点检测当前队列任务数量，每需要发送或者转发报文时，向此队列尾部添加任务，同时任务队列数量加一，当一个发送任务处理完毕，从队列头部取出下一任务进行执行，同时任务队列数量减一；

S62：如果队列中的任务数量达到总数量的3/4，则判定本节点处于拥塞状态，向附近节点发送拥塞通知报文，并开启拥塞检测定时器；

S63：定时器超时，再次检测当前队列数量，若任务队列中占有数量仍然达到3/4，则再次发送拥塞通知报文，重启拥塞检测定时器，依次循环直至拥塞状态消除；

所述节点进行业务分流流程如下：

S71：站点接收到附近站点拥塞通知报文，在路由表中标记此节点为拥塞节点，并将该项的数据分流量值Y降为原来的75％；

S72：当有业务报文需要经由带有拥塞标记的站点作为进行转发时，则查找此条路由的备用路由，若备用路由也有拥塞标志，则顺延到下一备用路由，若无，则提取路由表中的报文分流量值Y数据并将本该由此站点转发的(100-Y)％的报文交由备用路由转发；

S73：等待一段时间，若没有再接收到新的拥塞消息，则表示负载已经均衡；若仍收到拥塞消息，则判断是否是主路由上的拥塞消息，若是，则转到S71，若是备用路由上的阻塞消息，则转到S74；

S74：将备用路由上被分配过来的Y＝(100-Y)％的报文量的1/2Y的报文量返还给主路径，并跳转到S73。