[发明专利]一种基于剩余带宽的毫米波网络多路径回传路由方法

权利要求书

1.一种基于剩余带宽的毫米波网络多路径回传路由方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤1.创建用于存储邻居节点信息和路由信息的邻居节点表和路由表，其中邻居节点表如下表所示：

其中，NbrID为邻居节点表节点序列号，Nbr_Addr为邻居节点地址号，BH_BW_LEFT为邻居节点回传链路剩余总带宽，NBR_LINK_BW_LEFT(Neighborhood Link Bandwidth Left)为与该邻居节点所有回传链路上的剩余带宽，Self_Sector_Links为与该邻居节点在某扇区中相连的所有回传链路数；

路由表如下表所示：

PathID	Destination_Pathno	Valid	BW	Lefttime	Stamps/Path	Realloc
1
2

其中，PathID为路径ID号，Destination_Pathno为路径目的端指定的序列号，设置为RREP包中的PATHNO，Valid表示该路径目前是否有效可用的标示位，BW为该路径的带宽，该值设置为RREP包中的BH_BW_REQ，Lefttime为该路径的有效生存时间，初始化为T，Stamps/Path为该路径上所有节点的ID/地址，realloc为扩展路由表信息预留字段；

设置邻居节点发现计时器Nbr_Timer之后转入步骤2，否则继续停留在步骤1建立节点的邻居节点表和路由表；

步骤2.判断邻居节点发现计时器Nbr_Timer是否超时，如果Nbr_Timer超时则转步骤3，否则转步骤4；

步骤3.创建用于邻居节点间带宽信息交互的信令包HELLO，具体的包格式及字段划分如下：

TYPE	SEQNO	SA	DA	BH_BW_left	NBR_LINK_BW_left

其中，TYPE表示HELLO包的类型标志位，本发明设为0；SEQNO(Sequence Number)表示此HELLO信令包的序列号，SA(Source Address)表示此HELLO信令包的源地址，DA(Destination Address)表示此HELLO信令包的目的端地址，即邻居节点地址，BH_BW_LEFT(Backhaul Bandwidth)表示本节点所有回传路径总的剩余带宽，当节点无回传路径路由时，该值设为0，NBR_LINK_BW_LEFT表示与该邻居节点的所有回传链路上的剩余带宽；

向所有邻居节点发送HELLO包，并重置邻居节点发现计时器Nbr_Timer，之后转入步骤2，否则继续停留在步骤3建立HELLO信令包并向邻居节点发送；

步骤4.路由表检查与维护

通过步骤4.1的计算检查是否需要建立新的路径，通过步骤4.2计算检查是否需要拆除某条路径，通过步骤4.3检查路由表中是否有超过有效时间失效的路径；

步骤4.1：判断节点当前所有路径的带宽之和与回传负载BW_LOAD的关系，如则确定回传请求带宽其中α为权重因子，取值范围为[0,1]，S为扇区个数，B为波束个数，S和B均取非负整数，转入步骤6开启路由发现，否则时转步骤4.2；

步骤4.2：如果则从路由表中随机选择一条带宽小于α×BW_LOAD的路径，产生路径删除信令包RDEL，具体包格式及字段划分如下：

TYPE	PATHNO	SA	DA	BH_BW_REQ	STAMP_NUM	STAMP1	…	STAMPn

其中TYPE表示RDEL包类型标志位，本发明中设为3，PATHNO表示根据路由的目的节点所确定的路径序列号，SA表示发送端地址，DA表示接收端地址，BH_BW_REQ表示待删除路径上的带宽，即原RREQ中的剩余带宽请求值，STAMP_NUM表示待删除路径中的所有节点数，STAMP₁到STAMP_n分别表示待删除路径上第1到第n个中间节点的地址；节点找出自己路由表中Destination_Pathno为PATHNO所包含的Stamps/Path，复制在删除信令包RDEL的STAMP域内并向下一跳邻居节点发送，更新节点回传链路剩余带宽信息，即找出邻居节点表中Nbr_Addr为RDEL中STAMP2的NBR_LINK_BW_LEFT和BH_BW_LEFT，

NBR_LINK_BW_LEFT＝NBR_LINK_BW_LEFT+BH_BW_REQ，BH_BW_LEFT＝BH_BW_LEFT+BH_BW_REQ，同时删除路由表中该条路径信息，否则转入步骤4.3；

步骤4.3：查找邻居节点表中NbrAddr和路由表STAMP域中相同的条目，对比邻居节点表中的NBR_LINK_BW_LEFT和路由表中的BW，若NBR_LINK_BW_LEFT>BW，则找出路由表中Valid＝0的路由条目，当路由路径剩余生存时间大于门限值时，设置Valid＝1激活该路由；否则查找路由表中路径valid＝0且路由路径剩余生存时间小于门限值的条目，产生该路径的路径删除信令包RDEL并发送，删除路由表中该条路径信息，更新链路剩余带宽信息，以释放该条路径，否则转入步骤5；

步骤5.如果节点接收到数据包则判断接收到的数据包的类型，则做出如下处理：

首先判断该包是否是来自本节点上层，如果是则转步骤5.1，否则数据包是下层提交至路由层的，进而判断如果接收到的是HELLO信令包则转步骤5.2，如果接收到的是路由信息请求信令包RREQ，则转入步骤5.3；数据包处理结束后，转步骤2；

信令包RREQ具体包格式及字段划分如下：

TYPE	SEQNO	SA	DA	TTL	BH_BW_REQ	STAMP_NUM	STAMP1	…	STAMPn

其中，TYPE表示RREQ包的类型标志位，本发明中设为1，SEQNO表示该RREQ包序列号，SA表示产生此RREQ源节点地址，DA表示此RREQ包要到达的目的节点地址；TTL(Time To Live)为包生存周期，表示该RREQ剩余可转发跳数，初始值设为15，BH_BW_REQ表示该RREQ所寻找路径要满足的请求带宽，STAMP_NUM表示该RREQ包已寻找到的路径节点数，表示该域后面还有相应地到达目的节点时已经过的STAMP_NUM个中间节点的地址，源节点设置该域值为0，最大值设置为15，超过15则表示为路径不可达，STAMP_n表示该RREQ包已寻找到的路径上第n个中间节点的地址；

如果接收到路由信息应答信令包RREP，则转入步骤5.4，信令包RREP具体包格式及字段划分如下：

TYPE	PATHNO	SA	DA	BH_BW_REQ	STAMP_NUM	STAMP1	…	STAMPn

其中，TYPE表示RREP包类型标志位，本发明中设为2，PATHNO表示根据路由的目的节点所确定的路径序列号，SA表示发送端地址，即原路径请求的目的节点地址，也即网关节点地址，DA表示接收端地址，即原路径请求的源节点地址，也即相应RREQ的源地址，BH_BW_REQ表示该RREP包应答的路径带宽，即原RREQ中的剩余带宽请求值，STAMP_NUM表示该RREP包路径中的所有节点数，表示该域后面还有STAMP_NUM个中间节点的地址，源节点设置STAMP_NUM为0，STAMP_n表示该RREP包已寻找到的路径上第n个中间节点的地址；

如果收到的是链路删除信令包RDEL，则转入步骤5.5，之后转入步骤2，否则继续停留在步骤5进行包处理；

步骤5.1：根据回传数据速率要求，从路由表中满足带宽需求的路由路径中随机选择一条，在包头中加上相应的路径组成路由数据包RDAT进行数据发送，如果不存在这样的路径，则缓存数据等待路由表更新，缓存超时则丢弃该数据包，数据包RDAT具体包格式及字段划分如下：

TYPE	SEQNO	SA	DA	BH_BW_REQ	STAMP_NUM	STAMP1	…	STAMPn	DATALOAD

其中，TYPE表示路由包类型标志位，本发明设为4，SEQNO表示路由数据包的序列号，SA表示发送端地址，DA表示接收端地址，BH_BW_REQ表示数据传输带宽，STAMP_NUM表示待删除路径中的所有节点数，STAMP_n表示待删除路径上第n个中间节点的地址，DATALOAD表示回传数据负载；

步骤5.2：根据HELLO包中SA，用HELLO包中的BH_BW_LEFT和NBR_LINK_BW_LEFT替换邻居节点表NbrAddr和HELLO包中SA相同的条目对应的BH_BW_LEFT和NBR_LINK_BW_LEFT，随后销毁该HELLO包；

步骤5.3：将RREQ转发至收到此RREQ包的节点的邻居节点称为inNbr，将RREQ由收到此RREQ包的节点转发至下一跳的邻居节点称为outNbr，当收到RREQ的节点收到RREQ之后，判断RREQ中的目的地址域DA是否为本节点的地址，

如果本节点为RREQ的目的节点，则执行以下步骤：

1)TTL检查：判断如果TTL≥0则继续执行步骤2)，否则丢弃该包；

2)路由环路检查：判断该节点是否已经在此RREQ包的STAMP域中，如果不存在则继续执行步骤3)，否则丢弃该包；

3)产生RREP包：产生一个空RREP包后，将产生空RREP包的节点的自身地址填入RREP的SA，将RREQ中的SA填写为RREP的DA，将TYPE填写为2，此处TYPE为区别包类型的数字，可设置其他数字，但不能与其他包类型的数字重叠，将RREQ的STAMP域反向后写入RREP中的STAMP域，将RREQ中的BH_BW_REQ值写入RREP中的BH_BW_REQ域；

4)向STAMP域中的下一跳节点发送RREP包；

如果本节点不是RREQ的目的节点，则依次执行以下内容：

1)判断包中TTL值，如果TTL＝0，丢弃该包，否则执行2)；

2)检查STAMP_n域是否包含本节点ID，如果包含则丢弃该包，否则，执行3)；

3)如果路由表不为空，比较路由表中BW和RREQ中的BH_BW_REQ，若BW>BH_BW_REQ，则按照路由表中有效valid＝1且Lefttime最大的原则选择一条满足带宽的路径，将该路径组成RREP并向RREQ源节点发送，更新邻居节点表中NbrAddr为inNbr条目的BH_BW_LEFT＝BH_BW_LEFT-BH_BW_REQ、NBR_LINK_BW_LEFT＝NBR_LINK_BW_LEFT-BH_BW_REQ，否则，执行4)；

4)确定可转发RREQ包的邻居节点集合：NBRS＝{邻居节点表中Nbr_LinkBw_Left>BH_BW_REQ的所有邻居节点}–{STAMP域中本节点的邻居节点inNbr}，如果NBRS为空，则丢弃该RREQ包，转入步骤2；如果NBRS不为空，则更新邻居节点表中NbrAddr为inNbr的条目的剩余带宽信息：

NBR_LINK_BW_LEFT＝NBR_LINK_BW_LEFT-BH_BW_REQ，同时设置计时器timer(RREQ.SEQNO,inNbr_LinkBw_Left,BH_BW_REQ,T)的有效时间为T，超时则重置邻居节点表中NbrAddr为inNbr的路由条目的剩余带宽信息：

NBR_LINK_BW_LEFT＝NBR_LINK_BW_LEFT+BH_BW_REQ)，其中计时器timer(RREQ.SEQNO,inNbr_LinkBw_Left,BH_BW_REQ,T)为收到RREQ序列号为SEQNO、请求带宽为BH_BW_REQ且发送此包的节点链路剩余带宽为inNbr_LinkBw_Left时设置的有效时长为T定时器，即该定时器有四个属性：标记RREQ序列号、标记发送该包的剩余带宽、标记请求带宽、标记该计时器的有效时间T；随后更新TTL＝TTL-1，并向节点集NBRS中的每一个邻居节点outNbr发送RREQ，同时更新邻居节点表中NbrAddr为outNbr的条目的回传链路剩余带宽信息：

NBR_LINK_BW_LEFT＝NBR_LINK_BW_LEFT-BH_BW_REQ，并设置计时器timer(RREQ.SEQNO,outNbr_LinkBw_Left,BH_BW_REQ,T)的有效时间为T(计时器timer(RREQ.SEQNO,outNbr_LinkBw_Left,BH_BW_REQ,T)超时则重置邻居节点表中NbrAddr为outNbr的剩余带宽信息，即：

NBR_LINK_BW_LEFT＝NBR_LINK_BW_LEFT+BH_BW_REQ))；

步骤5.4：令转发来RREP包的邻居节点为outNbr，RREP包STAMP域中指定的本节点的下一跳邻居节点为inNbr，当节点收到RREP信令包之后，查看信令包的目的地址，如果目的地址是本节点，则执行1)，否则执行2)；

1)将RREP包中的路径添加到路由表中，查找标识为DA.SEQNO的计时器：如果计时器timer(RREQ.SEQNO,Nbr_LinkBw_Left,BH_BW_REQ,T)尚未超时，则取消计时器timer(RREQ.SEQNO,Nbr_LinkBw_Left,BH_BW_REQ,T)，并设置Valid＝1；如果计时器timer(RREQ.SEQNO,Nbr_LinkBw_Left,BH_BW_REQ,T)超时，并且邻居节点表中NbrAddr为outNbr的NBR_LINK_BW_LEFT满足NBR_LINK_BW_LEFT-BH_BW_REQ≥0，则NBR_LINK_BW_LEFT＝NBR_LINK_BW_LEFT-BH_BW_REQ，并设置Valid＝1，否则，设置Valid＝0；

2)查找计时器timer(RREQ.SEQNO,outNbr_LinkBw_Left,BH_BW_REQ,T)，并取消该计时器；

查找计时器timer(RREQ.SEQNO,inNbr_LinkBw_Left,BH_BW_REQ,T)，如果计时器timer(RREQ.SEQNO,inNbr_LinkBw_Left,BH_BW_REQ,T)未超时，则取消该计时器，根据STAMP域中的指定路径，将RREP包转发给下一跳邻居节点inNbr；否则，将RREP包中的路径添加到本节点的路由表中，更新BH_BW_LEFT＝BH_BW_LEFT+BH_BW_REQ；

步骤5.5：转发来RDEL包的邻居节点为outNbr，RDEL包中指定路径下一跳的邻居节点为inNbr，当节点收到RDEL信令包之后，查看目的地址，如果目的地址是本节点则执行1)，否则执行2)；

1)读取RDEL中的BH_BW_REQ，更新邻居节点表中的链路剩余带宽信息：

BH_BW_LEFT＝BH_BW_LEFT+BH_BW_REQ，在路由表中删除PATHNO的回传路径条目，然后销毁该数据包；

2)更新邻居节点表中NbrAddr为inNbr和outNbr条目的NBR_LINK_BW_LEFT＝NBR_LINK_BW_LEFT+BH_BW_REQ；

根据RDEL包中指定的路径，转发给下一个邻居节点inNbr；

步骤6.节点根据回传请求带宽BH_BW_REQ，进入路由发现流程而依次执行步骤1)和步骤2)，之后转入步骤2，否则继续停留在步骤6进入路由发现，所述的步骤1)和步骤2)如下：

1)确定可发送路由信息请求包RREQ的邻居节点集合NBRS：NBRS＝{邻居节点表中BH_BW_LEFT>BH_BW_REQ且NBR_LINK_BW_LEFT>BH_BW_REQ的所有邻居节点}+{邻居节点表中BH_BW_LEFT＝0且NBR_LINK_BW_LEFT>BH_BW_REQ的所有邻居节点}，之后执行2)；

2)节点向邻居节点集NBRS中的每一个邻居节点发送RREQ，之后更新NBR_LINK_BW_LEFT＝NBR_LINK_BW_LEFT-BH_BW_REQ与邻居节点的回传链路剩余带宽NBR_LINK_BW_LEFT＝NBR_LINK_BW_LEFT-BH_BW_REQ，后续HELLO包中使用更新后的NBR_LINK_BW_LEFT进行发送；设置计时器timer(RREQ.SEQNO,Nbr_LinkBw_Left,BH_BW_REQ,T)，超时时间为T，当计时器timer(RREQ.SEQNO,Nbr_LinkBw_Left,BH_BW_REQ,T)超时时，重置NBR_LINK_BW_LEFT＝NBR_LINK_BW_LEFT+BH_BW_REQ，表示从该邻居节点发送出去的RREQ包被丢弃。