一种无线自组织网络抗毁路由发现方法及系统

1.本发明涉及无线自组织网络路由发现领域，尤其涉及一种无线自组织网络抗毁路由发现方法及系统。


背景技术：

2.无线自组织网络，尤其是飞行无线自组织网络能够不受地形的影响，通过灵活的部署采集环境数据，解决了某些特定地形和环境下，无法部署基站的问题，具有灵活组建网络的特点，并具有广阔的应用前景。飞行无线自组织网络中的节点处于动态运动中，其网络拓扑结构也在不断的变化，采集到的数据能够从网络前端传输到网络后端，即数据监测中心。网络生存时间的保证能够给路由的选择提供稳定的网络拓扑，以保障大容量数据的稳定传输。然而，当网络的通信环境比较恶劣，有可能造成节点的突然故障，从而引起传输中断，因此，修复中断的路由，恢复业务传输则成了飞行无线自组织网络需要面对的主要问题。
3.动态变化的飞行无线自组织网络具有大量的节点，这些节点之间有着复杂的连接关系，共同构成具有一定抗毁能力的移动无线自组织通信网络。该网络可能会受到来自外界环境的影响或网络攻击导致节点故障。一些处于网络拓扑关键位置的节点具有较高的连通度，常常作为传输链路的主要选择，一旦出现故障，将会影响网络数据传输的稳定性。这就要求数据传输所选择的路由要具备一定的抗毁能力，在网络遭受损毁时也能够及时恢复业务，保障通信业务的正常维持。
4.当网络节点毁伤发生时，节点的故障会使原有网络拓扑发生无法预料的变化，因此并不适合采用静态路由，在网络运行过程中，要不断的监测网络状态，如果出现节点故障导致的链路无法使用，能够进行动态的路由更新，并降低节点故障所带来的重路由代价，这需要良好的构建抗毁路由的方法来应对网络节点故障所带来的路由失效。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提供一种无线自组织网络抗毁路由发现方法及系统。
6.第一方面，本发明提供一种无线自组织网络抗毁路由发现方法，包括：在无线自组织网络运行过程中，每个无线节点定期向相连的邻居节点发送请求数据包，获取邻居节点的节点连接信息，包括邻居节点所相连的节点信息、状态信息，所述请求数据包可以到达有限跳数范围内的临近节点，从而使无线节点能够维护其向外有限跳数范围内的局部网络拓扑信息，并根据抗毁代价模型获得无线节点在此局部网络中的抗毁可选指数，即所述无线节点在所述局域网络拓扑中是否存在其他节点或节点组合，可以建立新的链路而替代所述无线节点所建立的链路，并且所需替换节点的个数增多会引起抗毁代价增大，则相应抗毁可选指数越低，这些信息将被量化为抗毁可选指数信息，并储存于本地，当源节点发起抗毁路由发现过程时，所述信息将会添加到抗毁路由发现时的确认消息数据包中返回到源节点。
7.所述方法中，当需要抗毁路由发现时，源节点发起一个抗毁路由发现请求到目的节点，并广播抗毁路由发现请求消息，目的节点收到源节点发送的抗毁路由发现请求消息后，回复抗毁路由确认消息，路由确认消息经过中间节点时，中间节点将其本地所存储的抗毁可选指数等信息添加到抗毁路由确认消息中返回源节点。
8.所述方法中，源节点将根据获得的多条备选路径，通过计算源节点到目的节点之间的可能的路径集合，对所有路径进行抗毁代价分析，即当节点故障发生时，源目的节点间的传输路径是否能够以较低的代价进行切换，以达到网络抗毁代价的最优化，最终选择抗毁代价较低的路径进行数据传输。
9.第二方面，本发明提供一种无线自组织网络抗毁路由发现系统，包括：拓扑发现模块，用于无线节点向邻居节点或邻近节点广播发送节点连接信息请求数据包，并接收其他节点的连接信息数据包，通过这些信息构建以所述无线节点为中心的局部网络拓扑；节点抗毁计算模块，用于计算所述无线节点的抗毁可选指数，并存储于本地节点；抗毁路由发现模块，用于发送抗毁路由发现请求消息，所述请求消息在经过中间节点时，会触发中间节点中节点抗毁计算模块对抗毁可选指数的更新，接收抗毁路由确认消息，所述确认消息在经过中间节点时，会添加中间节点的抗毁可选指数；抗毁路由计算模块，用于计算所述无线节点作为源节点发起的路由发现过程中，所获得的所有路由中抗毁代价最低的路由，即所有节点的抗毁可选指数的平均值最高的路由。
附图说明
10.图1是本发明的一种无线自组织网络抗毁路由发现方法整体流程图。
11.图2是本发明的一种无线自组织网络抗毁路由发现系统的模块图。
具体实施方式
12.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
13.一种无线自组织网络抗毁路由发现方法的整体流程如图1所示，主要包括流程101抗毁可选指数计算，流程102抗毁路由发现以及流程103最优抗毁路由计算。其中涉及到一种无线自组织网络抗毁路由发现系统中的各个模块，如图2所示，主要包括模块201拓扑发现模块，模块202节点抗毁计算模块，模块203抗毁路由发现模块以及模块204抗毁路由计算模块。
14.第一步，流程101抗毁可选指数计算。
15.在飞行无线自组织网络运行过程中，首先进行流程101抗毁可选指数计算，包括：无线节点的拓扑发现模块201，定期向相连的邻居节点的拓扑发现模块201发送请求数据包，获取邻居节点的节点连接信息，包括邻居节点所相连的节点信息、状态信息，所述请求数据包可以到达有限跳数范围内的临近节点，有限跳数范围可以设置为3跳，邻居节点或收到所述请求数据包的临近节点返回节点连接信息到所述无线节点的拓扑发现模块201，从而使无线节点能够维护其向外3跳范围内的局部网络拓扑信息；上述局部网络拓扑信息将会发送到无线节点的节点抗毁计算模块202根据抗毁代价模型获得所述无线节点在此局部网络中的抗毁可选指数，即所述无线节点在所述局域网络拓扑中是否存在其他节点或节点
组合，所述抗毁代价模型详细描述信息如下。
16.本发明实施例令整个网络表示为g＝(v,e)，其中v表示节点集合，e表示网络链路集合。假设网络中共n个节点，节点间通信距离为r，则处于通信距离范围内的两个节点可以建立链路进行通信。假设网络中相邻节点为节点i和节点j，则它们之间的链路表示为e(i,j)，相应的链路构建成本表示为c(i,j)，本发明实施例假设链路构建成本值等于节点间的跳数，即相邻节点间跳数为1，相应的链路构建成本为1。由于飞行无线自组织网络拓扑处于动态变化中，源目的节点间的可用路由集合也是有时效性的，因此需要采用按需路由的方式为业务分配即时路由，当已选路由中出现故障节点时，则重新进行路由构建。
17.当现有路由中出现故障节点i时，所述故障节点i可能存在多个备选节点或节点组合的替换方案。每个替换方案在路径恢复过程中所产生的路由重构代价是不同的，因此需要对每个方案进行代价评估。假设第j个替换方案中备选节点或节点组合所承载的链路为相应的路由恢复代价表示为表示构建备选链路所需的数据转移代价可以通过对比恢复后的链路与原链路的不同节点个数来描述，即p0表示节点i所承载的原有链路。
18.由于路由的基础元素是节点，因此对节点i进行抗毁代价建模。基于上述抗毁代价的设定，构建提出基于抗毁代价的节点抗毁可选指数βi，如公式所示。
[0019][0020]
其中，r
i-1,i 1
表示所选替换方案中故障节点i的前一个节点i-1到后一个节点i 1的可替换方案集合。n(r
i-1,i 1
)表示可选链路方案个数。表示节点i故障时，第j个链路恢复方案的代价因子，λ是代价控制系数，可以对代价因子的取值范围进行调整，默认为1，当控制系数越大，可选指数越大，即一些代价较高的方案也有可能被选择。而βi为所有可选链路方案r
i-1,i 1
所产生的代价因子的总和。
[0021]
节点抗毁计算模块202通过抗毁代价模型选出的节点或节点组合，可以建立新的链路而替代原有所述无线节点所建立的链路，并且所需替换节点的个数增多会引起抗毁代价增大，则相应抗毁可选指数降低，这些信息将被量化为抗毁可选指数信息，并储存于本地，当源节点发起抗毁路由发现过程时，所述信息将会添加到抗毁路由发现时的确认消息数据包中返回到源节点。
[0022]
第二步，流程102抗毁路由发现。
[0023]
当需要抗毁路由发现时，源节点的抗毁路由发现模块203，发起一个抗毁路由发现请求到目的节点，并广播抗毁路由发现请求消息，目的节点收到源节点发送的抗毁路由发现请求消息后，回复抗毁路由确认消息，路由确认消息经过中间节点时，中间节点的节点抗毁计算模块202将其本地所存储的抗毁可选指数等信息添加到抗毁路由确认消息中返回源节点。
[0024]
第三步，流程103最优抗毁路由计算。
[0025]
源节点的抗毁路由计算模块204，将根据获得的多条备选路径，通过计算源节点到
目的节点之间的可能的路径集合，对所有路径进行抗毁代价分析，即当节点故障发生时，源目的节点间的传输路径是否能够以较低的代价进行切换，以达到网络抗毁代价的最优化，最终选择抗毁代价较低的路径进行数据传输。
[0026]
网络通信的抗毁性表示指定源节点和目的节点间的业务在中断后是否能够恢复。通常情况下，只要相应通信节点间的网络拓扑结构上依然连通则表示中断的业务可以恢复。但是在提供业务恢复的备选路径选择问题上，本发明实施例会以最小化业务恢复代价为目标进行选路优化，以下为具体抗毁代价优化相关的路径评估建模。
[0027]
βi表示可选路径的中间节点的基于抗毁代价的抗毁可选指数，因此，根据βi可以进一步评估路径恢复方案所产生的抗毁代价是否在可接受代价范围内，可以计算出所有路径的抗毁可选指数并进行排序，得出抗毁代价最低的路径作为备选路径的首选。
[0028]
本发明实施例定义路径的可选指数是该路径中包含的所有中间节点可选指数的平均值。从源节点s到目的节点d的第j条抗毁路径的可选指数可以表示为以下公式，其中表示第j条抗毁路径所包含的节点集合，表示第j条抗毁路径所包含的节点个数。
[0029][0030]
由上述定义可知，当路由选择需要综合考虑抗毁代价、时延(qos)以及其他影响选路的网络状态参数时，混合路径选择指数的计算方法如以下公式所示，
[0031][0032]
其中表示链路时延指数，当仅考虑时延作为qos参数时，可以通过节点跳数计算相应的时延指数，节点跳数越多，表示可能的时延指数就越大，则可以表示为以下公式
[0033][0034]
表示其他状态因素指数，在本发明实施例中表示为随机网络状态矩阵。u、v、ω表示三种路径指数的权重，3种权重的总和为1。不同的权重比例可以描述路由选择时对相应网络参数的不同侧重程度。
[0035]
以上所述仅为本发明的一个实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。