一种分簇QoS路由设计方法
阅读：266发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种分簇QoS路由设计方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 实施例 提供的一种分簇QoS路由设计方法，包括：S1：将网络分成多个不同的簇，并设定处于每个簇的核心 位置 的固定 浮空器 作为簇首 节点 ；S2：通过所述簇首节点收集簇内成员节点的状态信息构建簇内节点信息表；S3：利用所述簇首节点作为簇间网关连接不同的簇，以完成所述簇内节点信息表的交换，构建簇间路由表。本发明实施例提供的分簇QoS路由设计方法，通过 选定 处于核心位置的浮空器节点作为簇首节点，路由计算交给浮空器节点负责，节省簇内成员节点的 能量 ；同时由于浮空器节点具有 高性能计算 资源和充足能量，使得路由计算更快速，时间开销更少；同时实现了将集中式与分布式路由相结合，同时满足了带宽要求和延时要求。，下面是一种分簇QoS路由设计方法专利的具体信息内容。
1.一种分簇QoS路由设计方法，其特征在于，包括：
S1：将网络分成多个不同的簇，并设定处于每个簇的核心位置的固定浮空器节点作为簇首节点；
S2：通过所述簇首节点收集簇内成员节点的状态信息构建簇内节点信息表；
S3：利用所述簇首节点作为簇间网关连接不同的簇，以完成所述簇内节点信息表的交换，构建簇间路由表。
2.根据权利要求1所述的分簇QoS路由设计方法，其特征在于，步骤S2包括：
S21：所述簇首节点和所述簇内成员节点利用通信hello包，分别建立相邻节点表；
S22：所述簇首节点根据与自身对应的所述相邻节点表，向相邻节点集组播根节点声明分组；
S23：所述相邻节点接收到所述根节点声明分组后，加入所述簇首节点所在的簇，并根据与自身对应的相邻节点表，向下一级相邻节点继续洪泛所述根节点声明分组；
S24：迭代执行上述步骤，直至洪泛过程收敛，获取由多棵互不相交的树构成的簇内节点信息表。
3.根据权利要求2所述的分簇QoS路由设计方法，其特征在于，在所述相邻节点接收到所述根节点声明分组后，加入所述簇首节点所在的簇之后，还包括：所述簇首节点更新簇内节点信息表。
4.根据权利要求3所述的分簇QoS路由设计方法，其特征在于，所述簇首节点更新簇内节点信息表为所述簇首节点定期更新所述簇内节点信息表，包括：
所述簇内成员节点将与自身对应的相邻节点表、可用带宽以及跳数信息打包成周期性回复分组，并将所述周期性回复分组发送至所在簇的簇首节点；
所述簇首节点根据所述周期性回复分组对所述簇内节点信息表进行更新。
5.根据权利要求4所述的分簇QoS路由设计方法，其特征在于，所述簇首节点更新簇内节点信息表，还包括：
确定所述簇内成员节点的相邻节点发生变化或所述簇内成员节点的的可用带宽超过设定阈值，则所述簇首节点立即更新所述簇内节点信息表。
6.根据权利要求1所述的分簇QoS路由设计方法，其特征在于，步骤S3，包括：
S31：每个簇首节点定期的向与自身一跳范围相邻的簇首节点发送簇内节点信息表；
S32：所述相邻的簇首节点接收所述簇内节点信息表，并更新自身的簇内节点信息表，以完成簇内节点信息表的交换；
S33：迭代执行S31-S32直至过程收敛则停止所述步骤S31，获取所述簇间路由表。
7.根据权利要求6所述的分簇QoS路由设计方法，其特征在于，在执行步骤S33之后，还包括：
确定所述相邻的簇首节点所在的簇内节点发生改变，则所述相邻的簇首节点更新自身的簇间路由表后，并再次执行步骤S31-S32。
8.根据权利要求1所述的分簇QoS路由设计方法，其特征在于，在执行步骤S3之后，还包括：
确定业务流的源节点与目的节点位于同一簇，则执行以下步骤：
判断与所述源节点对应的相邻节点表中是否有到达所述目的节点的路由；
若有，则建立所述源节点与所述目的节点之间的数据传输；
若没有，则通过所述源节点发送路由请求分组至所述簇首节点；
所述簇首节点根据所述路由请求分组，生成最优簇内路由，并将所述最优簇内路由的节点序列写入路由通知分组，一跳发送至所述目的节点；
所述目的节点按反向路径向所述源节点发送路由回复分组，所述路由回复分组包含所述节点序列；
所述源节点根据所述节点序列，建立与所述目的节点之间的数据传输。
9.根据权利要求8所述的分簇QoS路由设计方法，其特征在于，在所述目的节点按反向路径向所述源节点发送路由回复分组之后，还包括：
所述反向路径中的每一个簇内成员节点进行带宽预留和时延累计，并更新所述路由回复分组中的当前时延累计值；
若任一簇内成员节点的当前带宽不满足业务最小带宽要求或任一所述簇内成员节点的时延累计值超过业务的最大延时要求，则丢弃所述路由回复分组，并发送路由重新计算分组至所述簇首节点；
所述簇首节点发送释放资源分组至所述任一簇内成员节点的下游节点，通知释放预约保留的带宽资源后，重新进行路由计算以获取所述最优簇内路由。
10.根据权利要求1所述的分簇QoS路由设计方法，其特征在于，在执行步骤S3之后，还包括：
确定业务流的源节点与目的节点位于不同簇，则执行以下步骤：
所述簇首节点接收到所述源节点的第一路由请求分组，生成源节点簇内路由的节点序列，并写入所述第一路由请求分组，获取第二路由请求分组；
将所述第二路由请求分组逐跳发送至所述目的节点所在簇的簇首节点，并依次将每个经过的簇首节点的节点序号添加至所述第二路由请求分组，生成第三路由请求分组；
所述目的节点所在簇的簇首节点根据目的节点簇内路由生成路由通知分组；
提取所述第三路由请求分组中的节点序列和所述目的节点簇内路由的节点序列，并写入至所述路由通知分组后，一跳发送至所述目的节点；
所述目的节点按反向路径向所述源节点发送路由回复分组；
所述源节点根据所述路由回复分组，建立与所述目的节点之间的数据传输。
一种分簇QoS路由设计方法
技术领域
[0001] 本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种分簇QoS路由设计方法。
背景技术
[0002] 临近空间浮空器具有滞空时间长、载重大、生存能力强、覆盖范围广、性价比高等特点，这些特点使得临近空间浮空器在通信、遥感、导航等方面能发挥巨大作用。针对具体的任务，快速构建以临近空间浮空器节点为核心，包括卫星、多个无人机、列车、地面节点等的天临空地车一体化网络，是实现基于空天车地信息协同的任务目标的关键。其中，设计出一种有效可靠的适用天临空地车一体化网络的路由方案成为了重中之重。
[0003] 目前浮空器的应用实例比较少，谷歌公司的Project Loon是一个比较成功的具有代表性的案例。这个浮空器运行在平流层，目的是将网络覆盖范围拓宽至偏远地区，同时可以在自然灾害破坏通信基础设施发生后提供应急通信。项目的设计方案为：将数百个浮空器升空到平流层，组成一个大型Mesh网络。谷歌浮空器采用IEEE802.11j协议和Mesh方式组网。2017年2月，Project Loon项目组发布消息，可利用机器学习与大数据技术来控制浮空器的移动与停留，让浮空器部署在网络需要的地区。2012年，瑞士伯尔尼大学的Simon Morgenthaler提出使用空中无人机组建Mesh网络(UAVNet)，无人机之间采用IEEE 802.11s标准。
[0004] 类似于相关研究还在进行中，但可以获知，现有的浮空器组网拓扑不够灵活，任务类型简单，在采用传统微波通信进行组网的前提下，浮空器的作用还有待进一步提高。
[0005] 目前，对于无线Mesh网络(Wireless Mesh Network，简称WMN)的QoS路由技术，研究人员提出了一些提供QoS保证的路由协议，如被动式路由协议QoS-AODV、主动式路由协议QoS-OLSR、WMR(Wireless Mesh Routing)等，但是这些协议均存在一些不足之处。WMN和MANET(Mobile Ad Hoc Network)很相似，且多数QoS协议均是通过MANET中的QoS路由改进而来的。由于WMN与MANET在移动性、能量约束和业务模式等方面存在区别，使得这些QoS协议并不能充分体现WMN的特点，因此，协议性能有待于提高。
[0007] 综上所述，有必要提供一种新的分簇QoS路由设计方法，以满足天临空地车一体化网络的构建以信息交互的需要。
发明内容
[0009] 本发明实施例提供一种分簇QoS路由设计方法，包括以下步骤：S1：将网络分成多个不同的簇，并设定处于每个簇的核心位置的固定浮空器节点作为簇首节点；S2：通过簇首节点收集簇内成员节点的状态信息构建簇内节点信息表；S3：利用簇首节点作为簇间网关连接不同的簇，以完成簇内节点信息表的交换，构建簇间路由表。
[0010] 进一步地，步骤S2具体包括以下步骤：S21：簇首节点和簇内成员节点利用通信hello包，分别建立相邻节点表；S22：簇首节点根据与自身对应的相邻节点表，向相邻节点集组播根节点声明分组；S23：相邻节点接收到根节点声明分组后，加入簇首节点所在的簇，并根据与自身对应的相邻节点表，向下一级相邻节点继续洪泛根节点声明分组；S24：迭代执行上述步骤，直至洪泛过程收敛，获取由多棵互不相交的树构成的簇内节点信息表。
[0011] 进一步地，在所述相邻节点接收到所述根节点声明分组后，加入簇首节点所在的簇之后，还包括：簇首节点更新簇内节点信息表。
[0012] 进一步地，上述簇首节点更新簇内节点信息表为所述簇首节点定期更新所述簇内节点信息表，包括：簇内成员节点将与自身对应的相邻节点表、可用带宽以及跳数信息打包成周期性回复分组，并将周期性回复分组发送至所在簇的簇首节点；簇首节点根据所述周期性回复分组对所述簇内节点信息表进行更新。
[0013] 进一步地，上述簇首节点更新簇内节点信息表，还包括：确定簇内成员节点的相邻节点发生变化或簇内成员节点的的可用带宽超过设定阈值，则簇首节点立即更新所述簇内节点信息表。
[0014] 进一步地，上述步骤S3，具体包括以下步骤：S31：每个簇首节点定期的向与自身一跳范围相邻的簇首节点发送簇内节点信息表；S32：相邻的簇首节点接收簇间路由表，并更新自身的簇内节点信息表，以完成簇内节点信息表的交换；S33：迭代执行S31-S32直至过程收敛则停止步骤S31。
[0015] 进一步地，上述在执行步骤S33之后，还包括：确定相邻的簇首节点所在的簇内节点发生改变，则相邻的簇首节点更新自身的簇间路由表后，并再次执行步骤S31-S32，获取所述簇间路由表。
[0016] 进一步地，上述在执行步骤S3之后，还包括：确定业务流的源节点与目的节点位于同一簇，则执行以下步骤：判断与所述源节点对应的相邻节点表中是否有到达目的节点的路由；若有，则建立所述源节点与所述目的节点之间的数据传输；若没有，则通过源节点发送路由请求分组至所述簇首节点；簇首节点根据路由请求分组，生成最优簇内路由，并将最优簇内路由的节点序列写入路由通知分组，一跳发送至目的节点；目的节点按反向路径向源节点发送路由回复分组，路由回复分组包含节点序列；源节点根据节点序列，建立与目的节点之间的数据传输。
[0017] 进一步地，上述在目的节点按反向路径向所述源节点发送路由回复分组之后，还包括：反向路径中的每一个簇内成员节点进行带宽预留和时延累计，并更新路由回复分组中的当前时延累计值；若任一簇内成员节点的当前带宽不满足业务最小带宽要求或任一簇内成员节点的时延累计值超过业务的最大延时要求，则丢弃路由回复分组，并发送路由重新计算分组至簇首节点；簇首节点发送释放资源分组至任一簇内成员节点的下游节点，通知释放预约保留的带宽资源后，重新进行路由计算以获取最优簇内路由。
[0018] 进一步地，上述在执行步骤S3之后，还包括：确定业务流的源节点与目的节点位于不同簇，则执行以下步骤：簇首节点接收到源节点的第一路由请求分组，生成源节点簇内路由的节点序列，并写入第一路由请求分组，获取第二路由请求分组；将第二路由请求分组逐跳发送至目的节点所在簇的簇首节点，并依次将每个经过的簇首节点的节点序号添加至第二路由请求分组，生成第三路由请求分组；目的节点所在簇的簇首节点根据目的节点簇内路由生成路由通知分组；提取第三路由请求分组中的节点序列和目的节点簇内路由的节点序列，并写入至路由通知分组后，一跳发送至目的节点；目的节点按反向路径向源节点发送路由回复分组；源节点根据路由回复分组，建立与目的节点之间的数据传输。
[0019] 本发明实施例提供的分簇QoS路由设计方法，通过选定处于核心位置的浮空器节点作为簇首节点，服务与管理簇内成员节点，路由计算全部交给浮空器节点负责，可以节省无人机等簇内成员节点的能量，增加其续航时间；同时由于浮空器节点具有高性能计算资源和充足能量，使得路由计算更快速，时间开销更少；同时为适应天临空地车一体化网络应用场景的特点，建立基于分簇的QoS路由协议实现了将集中式与分布式路由相结合，同时满足了带宽要求和延时要求。附图说明
[0020] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021] 图1为本发明实施例提供的一种分簇QoS路由设计方法的流程示意图；
[0022] 图2为本发明实施例提供的一种网络场景示意图；
[0023] 图3为本发明实施例提供的一种构建簇内路由表的流程示意图；
[0024] 图4为本发明实施例提供的另一种网络场景示意图；
[0025] 图5为本发明实施例提供的一种簇内节点信息表更新流程示意图；
[0026] 图6为本发明实施例提供的簇间路由表的更新流程示意图；
[0027] 图7为本发明实施例提供的簇内路由计算的示意图；
[0028] 图8为本发明实施例提供的簇间路由计算的示意图。
具体实施方式
[0029] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030] 本发明实施例提供一种分簇QoS路由设计方法，如图1所示，包括但不限于以下步骤：
[0031] S1：将网络分成多个不同的簇，并设定处于每个簇的核心位置的固定浮空器节点作为簇首节点；
[0032] S2：通过所述簇首节点收集簇内成员节点的状态信息构建簇内节点信息表；
[0033] S3：利用所述簇首节点作为簇间网关连接不同的簇，以完成所述簇内节点信息表的交换，构建簇间路由表。
[0034] 在本发明实施例的步骤S1中，首先按照网络中个节点的分布情况，将整个网络分成多个簇，且每个簇的网络覆盖范围相交。进一步地，确定出每个簇的核心位置，并在该核心位置处设置一个固定的浮空器节点作为整个簇的簇首节点。
[0035] 具体地，图2提供了一种天临空地车一体化网络场景示意图，如图2所示的网络中，共设置有4个固定的浮空器节点分别为R1-R4，其中浮空器位于邻近空间距离地面的高度可以根据实际需要进行调整，但以其处于平流程为准，例如可以设置为20KM。每个浮空器节点的一跳通信距离为图2中虚线圆圈的范围。簇内成员节点A1-A16为上述浮空器节点的一跳节点、簇内成员节点B1-B16为上述浮空器节点的二跳节点、簇内成员节点C1-C8为上述浮空器节点的三跳节点，其中一跳节点、二跳节点以及三跳节点可以用于表示无人机、列车或者地面传感器等可移动节点。其中每个簇用于至少一个浮空器节点(例如R1)、多个簇内成员节点(包括一跳节点、二跳节点以、三跳节点或n跳节点)。需要说明的是，由于簇内成员节点具有移动性，从而导致网络拓扑是具有时变性的，比如某一簇内成员节点在当前时刻为R1的成员节点，但在下一时刻可能会成为R2的成员节点，因此，上述图2仅为本发明实施例用于说明天临空地车一体化网络场景的一种示意图，不作为对发明本实施例保护范围的限定。
[0036] 由于浮空器节点和簇内成员节点具有不同的通信距离(一般来说浮空器节点的通信距离要远大于簇内成员节点的通信距离)，并且不同的簇内成员节点之间的通信距离也是不同的，所以会出现簇内成员节点可以接收到浮空器节点的发送消息，但是簇内成员节点的发送消息无法直接到达浮空器节点的情况，因此，在本发明实施例中仅把能够直接互相收发的两个节点称为一跳相邻节点。
[0037] 在本发明实施例中，通过在整个网络中选取多个簇首，以将网络分成多个不同的簇，并将每个簇内的所有节点形成一个树，从而使得整个网络形成多棵树。路由计算则分为簇内路由计算与簇间路由计算，均由簇首节点负责。
[0038] 在计算机网络中，簇间路由表(routing table)又称路由择域信息库(RIB,Routing Information Base)，是一个存储在路由器或者联网计算机中的电子表格(文件)或类数据库。路由表路由表中含有网络周边的拓扑信息，存储着指向特定网络地址的路径(可以包含路径的路由度量值)。簇内路由表建立的主要目标是为了生成一个小型指向表，这个指向表包含由路由算法选择的数据包传输优先路径，从而实现路由协议和静态路由选择。
[0039] 每个簇首节点收集簇内各成员节点的状态信息，计算簇内路由；簇首为簇间网关，连接不同的簇，彼此周期性交换路由表，使得每个簇首节点知道其它簇包含的节点，此过程类似路由信息协议RIP的更新。在天临空地车一体化网络中，由于浮空器节点具有充足的通信带宽、计算、能量等资源且处于核心位置，直接指定每个浮空器节点为每个簇的簇首。
[0040] 在步骤S2中，簇首节点主要是通过簇内路由计算，收集其控制的簇内成员节点的状态信息，并将每个状态信息进行统一，以生成簇内节点信息表。其中状态信息包括：每个簇内成员节点的一跳相邻节点、可用带宽和跳数等信息等等状态信息。
[0041] 在步骤S3中，则是通过将每个簇首作为通信网关，建立每个簇之间的信息交互，包括簇内节点信息表的交换，使得被分开的各簇之间连接成一个整体，以方便统一调配。
[0042] 本发明实施例提供的分簇QoS路由设计方法，通过选定处于核心位置的浮空器节点作为簇首节点，服务与管理簇内成员节点，路由计算全部交给浮空器节点负责，可以节省无人机等簇内成员节点的能量，增加其续航时间；同时由于浮空器节点具有高性能计算资源和充足能量，使得路由计算更快速，时间开销更少；同时为适应天临空地车一体化网络应用场景的特点，建立基于分簇的QoS路由协议实现了将集中式与分布式路由相结合，同时满足了带宽要求和延时要求。
[0043] 基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，如图3所示，上述步骤2包括但不限于以下步骤：
[0044] S21：簇首节点和簇内成员节点利用通信hello包，分别建立相邻节点表；
[0045] S22：簇首节点根据与自身对应的相邻节点表，向相邻节点集组播报根节点声明分组；
[0046] S23：相邻节点接收到根节点声明分组后，加入簇首节点所在的簇，并根据与自身对应的相邻节点表，向下一级相邻节点继续洪泛根节点声明分组；
[0047] S24：迭代执行上述步骤，直至洪泛过程收敛，获取由多棵互不相交的树构成的簇内节点信息表。
[0048] 具体地，在步骤S21中，以图4所述的网络场景示意图为例进行说明，在本发明实施例提供的分簇QoS路由设计初始化阶段，每个节点(包括簇首节点和所有簇内成员节点)向自己周围节点广播hello分组，接收到hello分组的节点则回复hello_ack分组至发送所述hello分组的节点，应彼此确定对方为自身的相邻节点，当完成每个节点的相邻节点的确认工作后，可以生成该簇内的相邻节点表。
[0049] 例如：图4中的所有节点均向自己周围节点广播hello分组，其中D的hello分组信号被C接收，C则回复hello_ack分组至D，并建立C和D之间互为相邻节点，同理D和R1之间也可以建立互为相邻节点的关系。
[0050] 进一步地，在步骤S22-S24中，簇首节点通过上述方法获取到自身的一跳相邻节点集，则向这些一跳相邻节点组播一个包含该一跳相邻节点集的根节点声明分组(Head Announcement，简称HANN)；该簇首的一跳相邻节点继续分别洪泛该HANN分组，并且不转发给其它的一跳相邻节点。
[0051] 例如：簇首节点R1向一跳相邻节点A、B和D，组播一个包含该一跳相邻节点集的HANN，而A、B和D继续洪泛该HANN分组，并选择第一次接收到HANN的一跳上游节点作为自己的父节点。迭代执行上述步骤，直至洪泛过程收敛，即所有的节点具属于一个不同的簇，并在此过程完成后，在整个网络内生成多棵互不相交的树，每棵树即为对应簇的结构。
[0052] 本发明实施例通过由簇首开始广播，逐跳进行簇结构树的构建，有效了的控制了广播开销。
[0053] 基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，在上述相邻节点接收到所述根节点声明分组后，加入簇首节点所在的簇之后，还包括：簇首节点更新簇内节点信息表。
[0054] 每个簇内成员节点通过自己的父节点，将包含自己的一跳相邻节点、可用带宽和跳数等信息的周期性回复分组(Periodic Reply，简称PREP)发送到所在簇的簇首。簇首根据PREP分组，将有关信息记录在簇内节点信息表中。
[0055] 例如，以图4所述的网络场景示意图为例(其中所有的源节点均被设为R1)构建的表1，如表1所示：
[0056] 表1-簇首R1的簇内节点信息表
[0057]
[0058] 例如，其中的第5行的内容包括：源节点设为R1，目的节点为C；那么，下一跳地址表示从源节点至目的节点的下一跳的地址，跳数表示从源节点至目的节点的总跳数，一条相邻节点表示目的节点的一条相邻节点；其中每个簇内节点信息表还可以包括每个目的节点的总带宽(单位：Mbps)、可用带宽(单位：Mbps)、时间戳等等信息，在本实施例中不作一一赘述。
[0059] 基于上述实施例所述的内容，进一步地，簇首节点更新簇内节点信息表可以是簇首节点定期更新所述簇内节点信息表，主要包括下列步骤：
[0060] 簇内成员节点将与自身对应的相邻节点表、可用带宽以及跳数信息打包成周期性回复分组，并将周期性回复分组发送至所在簇的簇首节点；簇首节点根据周期性回复分组对簇内节点信息表进行更新。
[0061] 进一步地，簇首节点更新簇内节点信息表，还可以是通过下列步骤实施的，包括：确定簇内成员节点的相邻节点发生变化或簇内成员节点的的可用带宽超过设定阈值，则簇首节点立即更新簇内节点信息表。
[0062] 簇内成员节点的信息回复分组分为两种，一种为周期性回复PREP分组，另一种为立即性回复(Immediate Reply，简称IREP)分组。PREP分组主要是针对于簇首的周期性HANN分组的回复，而IREP则主要是针对于紧急信息，如节点的一跳相邻节点发生变化和可用带宽的改变超过设定阈值，此处设定阈值定可以设置为总带宽的25％。
[0063] 具体地，如图5所示，当簇首节点对簇内节点信息表进行定期更新的步骤包括：簇首周期性的对相邻簇内节点集组播HANN分组，相邻簇内节点集中的每个簇内节点记载接收到HANN分组后加入该簇，并继续洪泛HANN分组，同时沿树的反方向回复PREP分组。若任一簇内节点的相邻节点发生了改变，或者其可用带宽的变化超过设定阈值时(图中设置为25％)，簇首则对簇内节点信息表进行立即更新，并沿树的反方向回复IREP分组，最终完成对簇内节点信息表的更新。
[0064] 本发明实施例提供的分簇QoS路由设计方法，通过对簇内节点信息表设计定期更新以及立即更新两者不同的方式，能够在保证及时更新的同时，节约了路由开销。
[0065] 基于上述实施例的内容，如图6所示作为一种可选实施例，上述步骤S3包括但不限于以下步骤：
[0066] S31：每个簇首节点定期的向与自身一跳范围相邻的簇首节点发送簇间路由表；S32：相邻的簇首节点接收所述簇间路由表，并更新自身的簇内节点信息表，以完成簇内节点信息表的交换；S33：迭代执行S31-S32直至过程收敛则停止步骤S31，获取所述簇间路由表。
[0067] 表2-簇首R1的簇间路由表
[0068]
[0069] 初始化阶段，各簇首只知道自己所在簇的成员节点，为了计算簇间路由，簇首需要知道其簇的成员节点。每个簇首定期向自己的一跳相邻的簇首发送自己的簇间路由表，相邻簇首收到簇间路由表后，根据里面内容更新自己的簇间路由表。具体地，每个簇首节点定期的向与自身一跳范围相邻的簇首节点发送簇间路由表，相邻的簇首节点接收所述簇间路由表，并更新自身的簇间路由表，以完成簇间路由表的交换。直至此过程收敛之后，即所有的簇之间完成了簇间路由表之后，每个簇首会收集到其它簇所包含的成员节点状态信息，因此，可以获取到到达任何一个簇的路由。收敛过程类似RIP协议的更新过程。结合图4所示，以R1所在的簇中任一簇内成员节点作为源目标建立的簇间路由表，见上述表2所示。
[0070] 基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，在执行步骤S33之后，还可以包括：确定相邻的簇首节点所在的簇内节点发生改变，则相邻的簇首节点更新自身的簇间路由表后，并再次执行步骤S31-S32。
[0071] 簇间路由表的生成是在网络初始化时期，相邻簇首之间周期性地交换簇间路由表。过程收敛之后，簇首不再定期交换簇间路由表，而是仅在簇内节点发生改变的时候，才交换自己的簇间路由表使其它簇首获知变化以进行及时更新，有利于控制路由开销。
[0072] 基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，在执行步骤S3之后，还包括：确定业务流的源节点与目的节点位于同一簇，则执行以下步骤：
[0073] 判断与源节点对应的相邻节点表中是否有到达目的节点的路由；
[0074] 若有，则建立源节点与所述目的节点之间的数据传输；
[0075] 若没有，则通过源节点发送路由请求分组至簇首节点；簇首节点根据路由请求分组，生成最优簇内路由，并将最优簇内路由的节点序列写入路由通知分组，一跳发送至目的节点；目的节点按反向路径向源节点发送路由回复分组，路由回复分组包含节点序源节点根据所述节点序列，建立与所述目的节点之间的数据传输。
[0076] 具体地，本发明实施例提供的一种分簇QoS路由设计方法，在完成所述簇间路由表的交换之后，若判断确定了业务流的源节点与目的节点位于同一簇，则执行簇内路由计算，包括但不限于以下步骤：
[0077] (1)当业务流的源节点与目的节点位于同一个簇内时，源节点首先查找自己的路由表中是否有到达目的节点的路由，若有则直接开始业务数据传输，若没有则源节点发送包含业务最小带宽要求(Bmin)以及最大延时要求(Dmax)的路由请求分组(Route Request，简称RREQ)到簇首，簇首负责计算并选取最优簇内路由。此处定义最优簇内路由为满足最小带宽要求的最小跳数的路径。
[0078] (2)簇首将最优簇内路由的节点序列写入路由通知(Route Notification，简称RNOT)分组，直接一跳发送给目的节点。
[0079] (3)目的节点根据RNOT中的路由的节点序列按着反向路径朝着源节点发送路由回复(Route Reply，简称RREP)分组，RREP分组包含最优路由的节点序列。
[0080] (4)若源节点接收到RREP分组，表明所选路由符合当前业务QoS要求，则使用此路由开始传输业务数据。
[0081] 基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，在目的节点按反向路径向所述源节点发送路由回复分组之后，还可以包括：
[0082] 反向路径中的每一个簇内成员节点进行带宽预留和时延累计，并更新路由回复分组中的当前时延累计值；若任一簇内成员节点的当前带宽不满足业务最小带宽要求或任一所述簇内成员节点的时延累计值超过业务的最大延时要求，则丢弃该路由回复分组，并发送路由重新计算(Route Recalculate，简称RREC)分组至簇首节点，发送释放资源(Release Resource，简称RRES)分组至路由的下游节点；簇首节点接收到RREC分组后，重新进行路由计算以获取最优簇内路由；路由的下游节点接收到RRES分组后，释放预约保留的带宽资源。
[0083] 具体地，RREP分组发送过程中，中间的每一个节点需要进行带宽预留和时延累计，并且更新RREP分组中当前时延累计值。若一个节点发现当前带宽不满足Bmin或者时延累计值超过业务的Dmax，则丢弃分组，并发送路由重新计算分组通知簇首重新进行路由计算，并且发送释放资源分组通知路由的下游节点释放预约保留的带宽资源。
[0084] 基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，在执行步骤S3之后，还包括：确定业务流的源节点与目的节点位于不同簇，则执行以下步骤：
[0085] 簇首节点接收到所述源节点的第一路由请求分组，生成源节点簇内路由的节点序列，并写入第一路由请求分组，获取第二路由请求分组；将第二路由请求分组逐跳发送至目的节点所在簇的簇首节点，并依次将每个经过的簇首节点的节点序号添加至第二路由请求分组，生成第三路由请求分组；目的节点所在簇的簇首节点根据目的节点簇内路由生成路由通知分组；提取第三路由请求分组中的节点序列和目的节点簇内路由的节点序列，并写入至路由通知分组后，一跳发送至目的节点；目的节点按反向路径向源节点发送路由回复分组；源节点根据路由回复分组，建立与目的节点之间的数据传输。
[0086] 具体地，如图8所示，本发明实施例提供的一种分簇QoS路由设计方法，在完成所述簇间路由表的交换之后，若判断确定了业务流的源节点与目的节点不是位于同一簇，则执行簇间路由计算，包括但不限于以下步骤：
[0087] 整个路由由三部分组成。第一部分是源节点所在簇的簇内路由，第二部分是簇首之间的静态链路，第三部分是目的节点所在簇的簇内路由。具体流程如下：
[0088] (1)源节点查找自己的路由表，若有到达目的节点的路由，则直接开始传输业务数据，若没有，则发送包含Bmin，Dmax的路由请求RREQ分组到自己的簇首。
[0089] (2)簇首查看簇内节点信息表没有获取到目的节点，得知为簇外节点，于是查找簇间路由表，将第一部分路由的节点序列写入RREQ并转发RREQ分组逐跳到达目的节点所在簇的簇首，中间的簇首添加自己的节点序号到RREQ中
[0090] (3)目的簇的簇首根据簇内节点信息表可以获知自己到达目的节点的簇内路由，即第三部分路由，簇首产生路由通知RNOT分组，将RREQ中的路由节点序列提取出来写到RNOT分组中，并且添加自己的节点序号和第三部分路由的节点序列到RNOT分组，然后一跳转发RNOT到目的节点。
[0091] (4)目的节点根据RNOT中的路由的节点序列按着反向路径朝着源节点发送路由回复RREP分组，RREP分组包含最优路由的节点序列。
[0092] (5)源节点收到RREP分组，表明所选路由符合当前业务QoS要求，则使用此路由开始传输业务数据。
[0093] 其中，在RREP分组发送过程中，即目的节点收到RNOT后，按反向路径发送包含整条路由的节点序列的路由回复RREP分组，且中间节点需要检查RREP中QoS约束内容，进行带宽预留和时延统计，更新RREP中的当前时延累计值。若一个中间节点发现带宽预留失败或者当前时延累计值超过最大时延要求，则发送释放资源RRES分组通知路由的下游节点释放预约保留的带宽资源。
[0094] 本发明实施例提供的分簇QoS路由设计方法，通过选定处于核心位置的浮空器节点作为簇首节点，服务与管理簇内成员节点，路由计算全部交给浮空器节点负责，可以节省无人机等簇内成员节点的能量，增加其续航时间；同时由于浮空器节点具有高性能计算资源和充足能量，使得路由计算更快速，时间开销更少；同时为适应天临空地车一体化网络应用场景的特点，建立基于分簇的QoS路由协议实现了将集中式与分布式路由相结合，同时满足了带宽要求和延时要求。
[0095] 综上所述：本发明实施例将提供的分簇QoS路由设计方法提出一种集中式与分布式相结合而且能够同时满足带宽要求和延时要求的基于分簇的QoS路由协议(clustering-based QoS routing，CQR)。
[0096] CQR协议与QoS-AODV协议、QoS-OLSR协议相比，具有以下的特点和优势：
[0097] 1)从网络性能角度，天临空地车一体化网络的结构具有集中式和分布式并存的特点，可以视作一种Mesh网络，CQR协议正是针对Mesh网络而设计的，采用分簇方案，选定处于核心位置的浮空器节点作为簇首，服务与管理簇内成员节点。而QoS-AODV和QoS-OLSR主要面向分布式网络结构，不是很适合Mesh网络结构。主要体现CQR协议具有更高的分组交付率，路由建立时间明显低于QoS-AODV但略高于QoS-OLSR，路由开销比例略高于QoS-AODV但低于QoS-OLSR。
[0098] 2)从能量角度，路由计算交给浮空器节点负责，可以节省无人机等其他节点的能量，增加其续航时间，同时由于浮空器节点具有高性能计算资源和充足能量，路由计算快速，时间开销很少。而QoS-OLSR是节点自身计算路由，同时带来更多路由开销，消耗能量快速；QoS-AODV是被动式的按需路由，消耗能量很少，但是对网络拓扑变化感知不强，不适合动态变化快的网络。
[0099] 综合考虑，CQR路由优于QoS-AODV和QoS-OLSR，更适合天临空地车一体化网络。
[0100] 以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0101] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0102] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种基于无线自组网的分布式计算方法及其系统 | 2020-05-14 | 723 |
| 一种基于云计算的云端信息管理控制系统及控制方法 | 2020-05-15 | 645 |
| 面向高可用物联网计算服务管理技术 | 2020-05-18 | 936 |
| 一种GPU资源使用方法、装置及存储介质 | 2020-05-13 | 810 |
| 一种基于侵入式BCI的人脑意念识别系统 | 2020-05-11 | 570 |
| 一种高性能计算集群动态节点作业方法 | 2020-05-15 | 428 |
| 一种外汇时间序列预测方法 | 2020-05-16 | 499 |
| 人工智能CNN、LSTM神经网络语音识别系统 | 2020-05-16 | 1017 |
| 一种智能型高性能计算中心 | 2020-05-17 | 513 |
| 一种定位系统及定位信号的生成和发送方法 | 2020-05-16 | 937 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
高性能计算热门专利
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈