[发明专利]一种物联网表面自适应定向路由算法

说明书

技术领域

本发明是一种用于信息网络，特别是适用于物联网发现路径的基于位置的路由新算法，属于物联网路由应用技术领域。

背景技术

近年来，无线通信和定位技术有着突飞猛进的发展，GPS和Galileo等全球定位系统的成本越来越低，在物联网中的应用也越来越广泛。利用这些定位系统提供的定位服务，物联网中的节点均能获悉自身位置。根据这些位置信息，基于位置的物联网路由算法仅依据当前节点所缓存的邻居节点位置以及消息报文中的控制信息便做出转发决策，无须建立和维护全局的路由状态表，大大缩减了节点的存储、通信和计算开销，已成为物联网研究的热点。

另一方面，目前物联网正朝着大规模方向发展，网络中的节点个数可能增加到几百甚至上千。为了处理这么大规模的网络，目前提出的诸多适用于小规模网络的路由协议，包括基于表驱动方式的、基于按需方式的、采用平面结构的、采用分层结构的等等，都不能很好地适应大规模的网络环境。

最早能确保到达目标的位置物联网路由算法是第二代指南针路由算法，但它的时间复杂度为O（n）（n是网络节点数目），这可通过泛洪获得同样的复杂度且操作更为简单。随后出现AFR是一种纯表面路由选择，但它缺少贪婪转发，在现代的大型密集网络中缺乏实用价值。B. Karp和H. Kung提出了一种结合了贪婪和表面路由转发的GPSR算法，其花费很小且在平均情况下有着很好的性能，但它由于过早地切换回贪婪路由算法，失去了在最坏情况下的最优性。F. Kunth等在AFR的基础上引入GOAFR保证了路由的最坏情况的最优性，不足的地方是每轮转发失败后都要重新调用算法回到源点并且下一轮开始时又要全部重新搜索，多次的重复计算增加了物联网节点通信和计算的开销。

发明内容

本发明的目的就是针对物联网中基于位置的路由算法中存在的重复搜索和冗余计算问题，提出了一种适用于发现路径的基于位置的物联网表面自适应定向路由算法DAFR （Directed Adaptive Face-Based Routing），该算法充分发挥表面路由转发和定向选路的优势，依据局部区域节点的状态信息进行整个网络的路由选择。DAFR是局部状态路由算法，它在节点的存储容量和计算通信量之间获取折中，通过在每个节点缓存中加入一些字段避免了重复搜索，只需局部节点的状态信息便可进行全局的路由，因此其开销相比于传统路由大为降低，同时保证了算法在最坏情况下的最优性。

本发明的技术方案是这样实现的：一种物联网表面自适应定向路由算法，其特点是：发挥表面路由转发和定向选路的优势，依据局部区域节点的状态信息进行整个网络的路由选择；

a)                            算法通过在节点缓存中加入上一跳节点标识（L），下一跳节点标识（N）和算法重搜索（R）字段使得节点“记忆”了有效搜索的状态；

b)                            算法发挥表面路由转发和定向选路的优势，依据局部区域节点的状态信息进行整个网络的路由选择，算法具备渐近最优性；

c)                            算法通过在每个节点缓存中加入一些字段避免了重复搜索，只需局部节点的状态信息便可进行全局的路由；

d)                            当在一轮遍历失败后，它避免了重复的反向查找，直接定向回到源点，且在下一轮遍历时继续利用这些有效字段来简化搜索，大大降低了路由通信量和计算量，获得平均情况下的高性能；

e)                            算法在最坏情况下的路由代价仅需O（c2（p*）），满足了最坏情况下的最优性条件。

本发明设定物联网节点具有相同的传输半径，并支持多跳路由；节点通过已有的定位服务获得自身位置；节点通过交换hello报文获悉其所有邻居节点的标识和位置；消息源节点知道目标节点的位置；消息报文所包含的控制字段在O（1）阶数内，除本身和邻居节点相关信息以及临时存储报文消息外，节点不存储任何其他信息。本发明的算法完全本地化，节点无须维护全局的拓扑信息和链路状态，大大降低了对节点存储量和计算能力的要求，同时也增强了对网络拓扑变化的适应能力。

附图说明

图1是HELLO报文格式。

图2是节点存储内容。

图3是DAFR消息报文格式。

图4是DAFR算法顶层结构图。

图5是DAFR算法结构图。

图6是模块b结构图。