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1、基于Qo S 的多路径路由协议研 47 一技= 术l l 交 流一 囡 困 囡 园 技 术 交 流 得到节点不相交路径；该协议的缺陷是随着网络规模的增 加，RR E Q n R RE P ； 息将变大，消耗较多的网络资源。 又如文献【 7 9 】 中提 出的基 于A OD V的Qo S 路 由协 议，通过 对可用带宽和端到端时延的估计，选择能够满足带宽要求 的具有最小 时延 的路径。 上述的Qo S 路由协议均没有在考虑满足基本Qo S要 求的同时，考虑路径的稳定性，而选择具有较长生命期的 路径 ，在数 据传输 期 间减少路 径断 裂的可 能性 ，对提 供 Qo S 保障是非常重要的。 因此，
2、本文主要针对路径稳定 以 及路由可靠性进行分析和研究，提 出一种多路径路由协议 MQRS A OD V；该协议能够通过一次路 由发现，获得源节 点与 目的节点之前的所有节点不相交路径，实现减少路由 发现频率，最小化路由开销，提高网络的可靠性。 2 基于路径稳定性的Q o S 路由算法研究 2 1影响路径稳定性 的因素 移 动Ad H o c 网络 因拓 扑动 态 变化 ，使 路径 易于 断 裂，且节点之间的能量 、距离 、拥塞程度等 因素对路径的 生命期都产生重要的影响。在本文的提出的算法中，路径 稳定性从以下两个方面来考虑： ( 1 ) 路径 的通信能 力水平， 反映路径上 节点和链 路的
3、通信能力；链路的通信能力利用链路上节点之间的链路距 离度量；节点的通信能力，使用节点队列长度来衡量，队 列越短，节 点拥塞程度越小 。 ( 2 ) 路径的能量水平，反 映路径持续传输数据 的能力。 2 2路径的通信能力水平 基于构成链路的节点i 、j 之间的距离 ， 和节点的队列 长度Q ， 两个参数，对链路l i n k ( i ，j ) 的通信能力进行计算，如 公式1 所 示： cm l in k ( i, ) =)警 (1 ) 其 中，0 3 0 E 说明路径的能量水平 比较高，路径的通信能力水平是选择路径的主要考虑因 素，使 0值变大 。 该 算 法能根 据 当前 网络 的状况 白适应
4、 调节 各个 度量 值所 占的比重 ，避 开具有拥塞和能量瓶 颈节点的路径，具 有定的 自适应性 。 3 MQ R S A OD V 多路径路由协议 由于单 路径 失效 时需 要重 构路 由且可 靠性 差， 不能 满足大流量数据业务可靠传输的需求。因此，本文采用多 路径的方式来克服单路径路由中的缺陷，本节将第节中 所提 出的算法应用到 现有 ,3 A OD V 路 由协议 中，对AODV 协 议进行改进，得到一 种基 于路径稳定性 的节点 不相 交多 路径 路由协议 MQRS - AOD V。 3 1 控制包格式 每 个 收到 R REQ包 的 中间节 点需要 利 用应 用程序 要 求的最 小
5、带宽B 和最 大时延D 进 行准入 控制，对 通过 准入控制的RR EQ包进行转发。收到RRE Q包的每个 中 间节点i 更新这 条路径 的CL ( S ，d)和E 因此 ，在 MQRS - A OD V 协 议 中，将 B D 。 、E 和CL p a t h 四个参 数加入到 R RE Q包中，如图1 所示： 图1 R RE Q包格式 MQRS A OD V 协议在 R RE P 包 中添 加了R RE Ql D 标 识，主要用在 目的节点路 由应答 时， 标识 对某个RR E Q的 应答，如图2 所示： 图2 RR E P 包格式 3 2准入控制 为确 保寻找 的路径能满足 最B 和最D
6、 。 约束 ，每一 跳 节点都执行准入控制 。即每个节点 需维 护一个带宽预 留 表B R T 记录带宽的消耗情况，当节点收到RRE Q包时，估 计可用带宽是否满足带宽请求，使用h e l lo j 息与其邻居节 点定期交换信息。为计算每一跳转发时延，节点将当前时 钟 减去R RE Q包 中的时间戳，得到 R RE Q包到达该 节点所 经 过的时 间， 当该 值小于或等于 D 。 ， J RR E Q包 通过时 延准入 控制，允许 向前转发；对于端到端 时延或带宽不能 满足 I) , RR E Q包则丢弃 。 3 3路由发现过程 3 3 1 R RE Q 包 的处 理 源节点S 向 目的节点d
7、 发送数据时，首先查看路由 表，如果存在到达 目的节点的可用路径，则开始数据传 输 ；否则 ，源节点S 产 生一个 改进后 的R RE Q包，并初 始 化CL h( S ，d )= 1 ，E = E 转发RR E Q 0 其邻居节 点 。 中间节点i 收到RRE Q包，首先执行准入控制；如果 RRE Q通过了准入控制，节点i 计算链路的通信能力CA ( i ， j )和最小能量E 更新RRE Q包 中的CL 。 a l n 和E 域，转 发前将R RE Q中的信息存入路 由转发表 R F T ，并 记 录发送RRE Q给节点i 的前一跳节点j 。当中间节点收到重 复的RRE Q，也同样执行准入
8、控制，对于通过准入控制的 重复RRE Q，如果具有不同的前一跳节点，则存储在路 由转发列 表 中，保 证 中间节 点在路 由应 答 时根据 收到 的 RR E Q信息，计算路径稳定性值，选择相对稳定的路径进 2 0 1 3 1 2广东通信技术 囡 困 囡 园 49 囡 困 囡 国 50 技 术 交 流 行路 由应答 。 MQRSAOD V对AODV 协议的路 由转发列表进行 了修改， 除了原有 的Or i g i n a t o r l P Ad d r e s s l： R RE Q I D 字 段 ， 需 要在 RF T中加入 标 记 字段 F l a g 、 前一 跳 节 点 P r e
9、 Ho p l D以及R RE Q中的信息值，如图3 所示： l O r i g i n a t o r I P A d d r e s s R R E Q I D P r e l I o p l D F l a g l l l 图3路由转发表 其 中 用来标识 网 络 中唯一 的RRE Q消息 ，直接 从收 到 的RRE Q中复 制而 来；P r e H o p l D用来存储 发送RRE Q息 的前一跳节 点； 而F l a g 字段标识收到RR E Q的中间节点在路由应答阶段是 否第一次收到路 由应答包 R RE P ，用来获得节点 不相 交路 径 。因此，中间节点第一次收到RR E Q
10、息 以及从不 同的 前一跳节点收到的重复的RR E Q息，除了执行前面所述 的处理 RRE Q包 的过 程之 外，需 在路 由转发 列表 中创 建 RR E Q记录 ，初始化 F l a g 为F L A S E。RR E Q处理过程 如图 4 所示 。 目的节点d 收到RRE Q， 同样计算 所得路径 集合 中路 径稳定性值，选择稳定性值相对较大的反向路径，创建 路由应答包RR EP ，将对应的路由请求包RRE Q的RRE Q l D 域 复 制到 RREP中的 RRE QI D域，沿反向路径发送 RREP ， 并把 这条路 径 作为 主路径 ，其 他 的作 为备 份路 径 。 3 3 2
11、RR E P 包的处理 当中间节点i 收到R RE P 包，从R F T中查看储存相应的 RR E Q数 目N，若N= = 1 ，说 明转发R RE Q给节点i 的前 一跳 节点只 有一个 ，节点 I直 接转发R RE P 给RF T 中的前一 跳节 点 ；若 N I ，那 么中间节 点 艮 据RF T u 储存 的E 计 算出 E 。 ，按照1 4 节所提 的算 法选 择相 对稳定 的路径 进行 路由 应答 。 在MQRS AOD V 协议 中，节点在处理R RE P 包时，还 需查看 路由应答标识表 中的F I a g 的值，若F I a g = F AL S E ， 说明节点第一次收到相
12、应R RE Q的路由应答包R RE P ；通 过RF T中存储的路径信息计算反向路由集合中路径的稳定 性值 ，选择 相对稳定 的反 向路径 转发R RE P，并 黄F l a g 等 于TRUE；若 F l a g TRUE，说 明该 节 点 已经 收 到 过 R RE P，直 接丢弃收到 的R RE P 包 ，确 保这个节点 只能在 一条路径 中存在，可 以得到 节点不相交路径 。丢弃 R RE P 之前，将所 得的路由存储到路由表作为次路 由，当另外一 条路由断开时，可以作为次路 径传输数据，减少中间节点 发送R ER R 息和链路的丢包数 目，增加 网络 的可靠性。 R RE P 包处理
13、过程，如图5 所示。 开 始 I 收 IJ R R E Q 包 结 束 图4 R RE Q处理过程 开 始 收 I R R E P 包 查 看路 由应 答 标识 F l a g N F 1 ld F A L S E? 一 童 Y 插入所得路由作为 执行 中间节点i 处理 该 节 点的 次路 径 R R E P 过 程 j 丢弃R R E Q 重置F l a g = T R u E 选 择相 对稳 定 的路 径 转发 R R E P 结束 - 图5 RR E P 处理 过程 3 3 3路由维护机制 M A N E T s 基于Q o S 的多路径路由协议研究 源 节 点d 需 要 了解 主路 径
14、和 备份 路 径 的相 关信 息 ， 确 保路 径 的可用 性 。 目的节点 每收 到十 个数 据包 ，则 发 送 路 由维 护包RMP 到源 节点 ，收到RMP的中间节点 更新 每条路径的通信能力水平和能量水平；源节点收到R MP 时，更新源节点路径集合中每条路径的信息值，同时，判 断主路径上节点的最小能量值E 是否小于节点初始能量 的1 0 ，若 小于，继 续判断路 径集合 的最小能量均 值E 。 。 是 否也小于 初始能量 的1 0 ，如果，E 。 大 于初始能 量的 1 0 ，说明主路径上的某个节点可能因为能量消耗过多而 退 出，源 节点切换到相对稳定 的备 份路径进行数据传输 ； 否
15、则 ，在 主路径失效之前 ，源 节点不会切换路径 ，避 免频 繁 的路由切换 。源节点收 到RE RR 包，如 果RE RR 来 自于 备份路径 ，则从路由表 中删 除相应 的路 由表项；否则 ，立 即切换到 一条相对稳定 的备份路径 上进行数据传输 ；在这 种情况下 ，如果没有可用 的备份路 由，则重新开始一个新 的路 由发现过程 。路 由维护过程如图6 所示。 V 4 评估 结 菜- 收 tl RERR包 R E R R来自主路径? N Y 备 份路径 集合 为空 ? 七 U 换 到 相 菇稳定 的 删除 垂 份路 备份路径 由表项 结束 图6路由维护 流程 4 1仿真环境 本文使用以下模拟环境：采用N S 一 2 仿真上述方法； 节点采用I E EE 8 0 2 1 1 b 介质访问控制机制和2 Mb i t s 的信道 比特率 ；每个 节点的通信范围设定为2 5 0 m；使 用5 1 2 字节 的数 据包 到达 目的节点；设置节点初始 电池能量 为2 0 0 J ， 一个 节点 的发送和接 收功率分 别为0 6 6 0 w和0 3 9 5 w。所 提的路由协议MQR S A OD V 路由协议需要设置Qo S 参数阀 值 ，本文设置 最小带宽 为4 0 k b i t s ，最大 时延 为1
