一种多跳无线自组织网络的拥塞自适应路由方法

专利名称：：一种多跳无线自组织网络的拥塞自适应路由方法
技术领域：
：本发明属于无线通信网络
技术领域：
，具体来说涉及一种多跳无线自组织网络的拥塞自适应路由方法。
背景技术：
：多跳无线自组织网络，又称多跳无线AdHoc网络(Multi-HopWirelessAdhocNetworks),是由多个移动节点组成的多跳无线网络。这种网络不依赖于任何特定的网络基础设施，具有无中心、自组织、自修复、组网灵活且低成本、覆盖范围广、节点可移动等特点，能实现快速自动组网，另外，多跳和中间节点的转发特性可以在不降低网络覆盖范围的条件下减少每个终端的发射功率，从而降低了天线和相关发射/接收部件的设计难度和成本。这些特点使多跳无线自组织网络可以广泛地应用于战场通信指挥与控制、警察与医疗部门的抢险救灾、传感器网络、教育培训等众多领域，其战略意义非常重要。由于节点的通信范围有限，相距较远的节点需要通过其它节点的中继(Relay)才能通信，因此，在多跳无线自组织网络中每个节点不仅能移动，而且都兼有路由器和主机两种功能，能完成发现和维持到其他节点的路由，以多跳路由的方式动态地保持与其他节点的联系。多跳路由面临的挑战主要来自于动态变化的网络拓扑结构、有限的带宽、不断变化的链路容量、能量受限和有限的物理安全性。为了支持多跳路由，在目前的多跳无线自组织网络研究中，已提出了许多路由协议，按照发现路由的策略可以将这些路由协议分为两大类先应式(Proactive)路由协议和按需(On-demand)路由协议。在先应式路由协议中，网络节点通过周期性交互路由信息得到所有其它节点的路由，如DSDV、OLSR、TBRPF等。按需路由协议中，节点只查找和维护自己需要使用的路由，而不是到所有其它节点的路由，如DSR、AODV、CBRP等。对比两类路由协议，先应式路由中节点之间要不断地交互路由信息，会占用大量的网络带宽，而且交换的这些路由中有许多路由信息可能并不需要，这些无用信息浪费了有限的网络资源。因此，先应式路由方法不太适合多跳无线自组织网络的特性。按需路由较好地解决了这些问题，节点之间不需要周期性地交互路由信息，节点只在需要某个路由时才进行查找和维护。所以，一般认为按需路由方式比较适合于多跳无线自组织网络。在多跳无线自组网络中，节点的移动、信道差错和网络拥塞都有可能引起分组的丢失，但是网络拥塞是造成分组丢失的主要原因之一，会对网络的性能和业务的质量造成严重影响。但现有的多跳无线自组织网络路由协议，如上述的按需(On-demand)路由协议，都没有考虑如何避免拥塞，即不是拥塞自适应的(Auto-Adaptive)，它们只能在拥塞发生以后通过拥塞控制机制侦测到拥塞的发生，以反应式(Reactive)的方式被动地对拥塞进行处理，带来的不利影响造成(1)更长的时延，因为拥塞控制机制检测到拥塞的发生需要时间，如果拥塞严重，需要重新建立路由时就会花费更长的时间；(2)更多的分组丢失，因为拥塞发生以后，已经造成了分组的丢失，拥塞控制机制起作用以后就会试图减轻网络的流量负载，有可能引起更多的分组丢失；(3)更多的开销，一方面分组丢失后需要重传，另一方面，重新路由时需要发现和选择路由；(4)如果拥塞发生以后，处理不及时或者不恰当，有可能严重影响无线自组织网络的寿命或造成网络崩溃，如拥塞节点的能量很快耗尽。特别是对一些具有高业务量传输的无线自组织网络更容易出现拥塞而导致上述问题的出现，如支持视频业务的无线超宽带网络，因此，对于多跳无线自组织网络，其多跳路由协议不仅应该感知到拥塞的发生，而且需要对可能发生的拥塞自适应地进行处理，通过监测网络的状态，以主动的方式实现业务的分流，从而避免拥塞的发生、减少拥塞带来的不利影响。
发明内容本发明的目的在于克服现有技术中多跳无线自组织网络路由协议所存在的上述不足，提供的一种多跳无线自组织网络的拥塞自适应路由方法，不仅可以通过监测网络，发现有可能发生的拥塞，而且以主动的方式对拥塞进行处理，通过建立辅助路由，对发往拥塞节点的业务进行分流，避免拥塞的发生。本发明通过如下技术方案实现一种多跳无线自组织网络的拥塞自适应路由方法，包括网络监测过程、基本路由建立过程，所述的网络监测过程通过监测节点的衡量参数对基本路由的中间节点的拥塞状态进行监测，并通过预先设定的不同衡量参数的阈值来区分不同的拥塞级别，所述的基本路由的建立过程，采用按需路由方式，源节点通过向目的节点广播基本路由请求消息BRREQ发起建立到达目的节点的路由，目的节点收到BRREQ后，比较收到的所有BRREQ消息，选取一条最优路由作为基本路由，对于其他经过所述基本路由中间节点的路由，目的节点将予以保留，所述最优路由是指跳数最少、时延最小、能量消耗最小或稳定度最高的路由，所述BRREQ包括消息类型、目的节点ID、目的节点序列号、源节点ID、源节点序列号和所经过的节点序列；当基本路由的某个中间节点的拥塞程度达到设定的所述拥塞级别时，触发辅助路由建立过程，该过程包括(1)发生拥塞的基本路由节点向目的节点发送拥塞状态指示消息CSI，所述CSI消息的内容包括消息类型、接收节点ID、发送节点ID和拥塞状态；(2)收到发往目的节点的CSI消息的节点，沿基本路由转发该消息；(3)目的节点收到CSI消息后，首先在自己保留的路由信息中查找是否有到拥塞节点的上游相邻节点的路由，如果有，选择一条所述最优路由，沿此路由向该上游相邻节点发送辅助路由应答消息ARREP，所述ARREP的内容包括消息类型、目的节点ID、目的节点序列号、源节点ID和路由经过的节点序列；(4)接收到ARREP消息的节点建立到基本路由目的节点的路由；(5)所述的拥塞节点的上游相邻节点收到ARREP消息后，将建立自己到目的节点的辅助路由。上述拥塞自适应路由方法中，所述网络监测过程中，判断一个节点是否拥塞以及拥塞的程度有一个或多个所述衡量参数，所述衡量参数包括链路带宽、丢包率、平均队列长度、MAC层延迟值、存储空间、缓冲区溢出量、重传分组的数量、分组的平均时延或分组时延的标准差，给用来判断一个节点的拥塞程度的衡量参数规定N个阈值Li，当所述衡量参数达到Li时，节点处于第i级拥塞状态，i越大表示拥塞越严重，所述1=1，2，...N，N为自然数。上述拥塞自适应路由方法中，所述基本路由的建立过程中还包括收到BRREQ的非拥塞中间节点根据BRREQ中的信息，建立到源节点的路由，并将自己的ID加入到BRREQ经过的节点序列中;如果是拥塞节点收到BRREQ，则将丢弃该消息；如果非拥塞中间节点有到达目的节点的路由，则通过该路由传送BRREQ，不再进行广播，否则继续广播该BRREQ消息；所述目的节点沿最优路由的反向路由向源节点回复基本路由应答消息BRREP，所述BRREP中的信息包括消息类型、目的节点ID、目的节点序列号和源节点ID;收到BRREP的中间节点建立到目的节点的路由；收到BRREP的源节点建立到目的节点的路由。所述的拥塞自适应路由方法，当基本路由的某个中间节点的拥塞程度达到第I(ie[l，N])级时，触发辅助路由建立过程，其具体步骤包括(1)发生拥塞的基本路由节点向目的节点发送拥塞状态指示消息CSI(CongestionStatusIndication),CSI消息的内容包括消息类型、接收节点ID、发送节点ID、拥塞状态等，其格式如图4所示；(2)收到发往目的节点的CSI消息的节点，沿基本路由转发该消息；(3)目的节点收到CSI消息后，首先在自己保留的路由信息中查找是否有到拥塞节点的上游相邻节点的路由，如果有，选择一条最优的路由，沿此路由向该上游相邻节点发送辅助路由应答消息ARREP(AidedRouteReply),ARREP的内容包括消息类型、目的节点ID、目的节点序列号、源节点ID、路由经过的节点序列等，其格式如图5所示；(4)接收到ARREP消息的节点建立到基本路由目的节点的路由；(5)所述的拥塞节点的上游相邻节点收到ARREP消息后，将建立自己到目的节点的辅助路由；上述方法中，所述辅助路由建立过程还包括如下步骤(6)如果ARREP由于所选择的路由失效或节点拥塞无法传递到所述的上游相邻节点，发现路由失效的节点或拥塞节点将向目的节点发送辅助路由出错消息ARERR(AidedRouteError),通知目的节点路由不可用，目的节点将选取另一条次优的路由发送ARREP;ARERR的内容包括消息类型、接收节点ID、发送节点ID、不可达的节点ID、不可达的节点个数等；(7)如果目的节点找不到除基本路由之外的路由到达所述的上游相邻节点，将通过基本路由向所述的上游相邻节点发送辅助路由建立通知消息ARCN(AidedRouteCreateNotification),通知其建立辅助路由；ARCN的内容包括消息类型、接收节点ID、发送节点ID、发生拥塞的节点ID、非拥塞节点序列等，其格式如图6所示；(8)收到ARCN的节点，首先判断自己是否处于拥塞状态，如果没有处于拥塞状态，将自己的ID加入到ARCN的非拥塞节点序列中，并转发该消息；如果处于拥塞状态，则只转发该消息；(9)所述的上游相邻节点收到ARCN消息后，将向下游第一个非拥塞节点广播辅助路由请求消息ARREQ(AidedRouteRequest),要求根据网络情况设置ARREQ的TTL(生存时间，即Time-to-Live)，如果基本路由节点(辅助路由起点、终点除外)或拥塞节点收到ARREQ消息，将丢弃此消息；其他收到ARREQ消息的节点将建立到发送节点的路由并转发此消息；如果到下游第一个非拥塞节点路由在规定的时间内无法找到，将发起建立到下游第二个非拥塞节点的路由，如果仍然找不到，则继续查找，直到发起建立到基本路由目的节点的路由；ARREQ的内容包括消息类型、辅助路由目的节点ID、辅助路由目的节点序列号、辅助路由源节点ID、辅助路由源节点序列号和TTL等；上述方法中，所述辅助路由建立过程还包括如下步骤-(10)如果ARREQ的接收节点收到了第一个ARREQ，将沿ARREQ的反向路径回复ARREP消息，以后收到的ARREQ将丢弃，所述ARREQ的接收节点为所述辅助路由目的节点ID指定的节点；收到ARREP消息的节点将建立到辅助路由目的节点的路由；(11)如果所述的上游相邻节点己经建立辅助路由或者在收到ARCN后无法建立辅助路由或辅助路由被删除，都将向下游相邻节点(即拥塞节点)发送辅助路由状态通知消息ARSN(AidedRouteStatusNotification)通知其辅助路由的状态；ARSN消息的内容包括消息类型、接收节点ID、发送节点ID、辅助路由状态(状态包括建立、无法建立、被删除)等，其格式如图7所示；(12)下游相邻节点(即拥塞节点)根据收到的ARSN消息决定下一步操作，如果辅助路由己经建立，它将周期性向上游相邻节点发送拥塞状态指示消息CSI，告知自己当前的拥塞状态；如果辅助路由无法建立，它将不会再向上游相邻节点和基本路由目的节点发送CSI消息，而是继续使用基本路由；如果原来的辅助路由被删除，它将等待上游相邻节点重新建立辅助路由。所述的拥塞自适应路由方法，还包括业务分流过程，即在辅助路由建立好以后，拥塞节点的上游相邻节点对发给拥塞节点的业务流量进行分流，一部分流量经过基本路由传递，另一部分流量经过辅助路由传递。所述业务分流是一个动态的过程，因为基本路由节点和辅助路由节点的拥塞状态是动态变化的。一方面，拥塞节点会周期性地向其上游相邻节点发送拥塞状态指示消息CSI，报告自己的拥塞状态；另一方面，辅助路由节点也会通过CSI消息向辅助路由的源节点通告自己的拥塞状态，辅助路由节点中拥塞程度最严重的节点代表了辅助路由的拥塞状态。也就是说，执行分流的节点要根据基本路由拥塞节点和辅助路由的拥塞状态综合考虑业务分流的策略。为了进行业务分流操作，关键是首先必须确定一个业务流量的分流原则，即根据基本路由拥塞节点和辅助路由的拥塞状态决定两条路由分别承担的流量比例。当基本路由拥塞节点处于第I(ie[i，n])级拥塞、辅助路由处于第j(je[l，n])级拥塞时，基本路由承担的流量比例为k(kE[O，l])，则辅助路由承担的流量比例为l-k。然后，拥塞节点的上游相邻节点根据拥塞节点的拥塞状态、辅助路由的拥塞状态和业务流量分流原则，对业务流量进行分流操作，实现业务流量的分流。所述的拥塞自适应路由方法，还包括路由维护过程，路由维护过程是指对已经建立的基本路由和辅助路由进行动态维护，当路由出现失效链路或失效节点、或严重拥塞节点时采取相应的维护措施如果基本路由的某条链路失效，失效链路的上游节点将向沿基本路由向源节点方向发送基本路由出错消息BRERR(BasicRouteError),BRERR的内容包括消息类型、不可达的目的节点ID、不可达的目的节点序列号、经过的节点序列等。当一个节点收到BRERR，首先判断自己是否有辅助路由，且辅助路由的目的节点不在BRERR所经过的节点序列中。如果辅助路由满足条件，则将辅助路由升级成为基本路由，删除原来的基本路由。如果没有满足条件的辅助路由，则继续转发BRERR。如果源节点收到了BRERR，则重新发起基本路由建立过程。如果辅助路由的某条链路或某个节点失效，失效链路或失效节点的上游节点将沿辅助路由向辅助路由源节点发送辅助路由出错消息ARERR，辅助路由源节点收到此消息后，将辅助路由删除，重新建立新的辅助路由。如果基本路由的某个节点失效，有两种情况(1)失效节点不是辅助路由的目的节点，或者即使是辅助路由的目的节点也不会影响选择其他的辅助路由作为基本路由，此种情况的处理与基本路由某链路失效时的处理相同；(2)如果失效节点是某条辅助路由的目的节点，且该辅助路由的源节点有可能选择此条辅助路由作为基本路由，如果辅助路由源节点先收到ARERR，则它会删除该条辅助路由，对后来收到的BRERR进行转发；如果辅助路由的源节点先收到BRERR，则会将辅助路由升级为基本路由，但它很快就会收到ARERR，说明升级的路由出现节点失效，于是它继续转发BRERR。结果是某条辅助路由升级成为基本路由或源节点收到了BRERR，重新发起基本路由建立过程。在基本路由拥塞节点处于第N级拥塞状态(最严重拥塞)情况下，如果对应的辅助路由在规定的期限内也一直处于第N级拥塞状态，那么该条辅助路由将由其源节点删除，重新发起建立新的辅助路由。本发明与现有技术相比，具有如下显著效果(1)现有的拥塞控制方法一般是在拥塞发生以后，以被动的方式对拥塞进行处理，有可能导致更多的数据包丢失、更大的时延和更大的网络开销。本发明所提出的一种多跳无线自组织网络的拥塞自适应路由方法，与现有的多跳无线自组织网络路由协议相比，具有拥塞自适应功能，以主动的方式对拥塞进行处理。通过实时监测节点的拥塞状态，采取建立辅助路由的方法对发送给节点的业务流量进行分流，主动避免拥塞的发生。本发明所提供的拥塞自适应路由方法，克服了以被动方式对拥塞进行处理所带来的不利影响。(2)在辅助路由的建立过程中，首先是利用已有的路由信息，只有在没有可用路由信息的情况下才发起新的辅助路由的建立。在新的辅助路由建立过程中，也是尽量建立到离拥塞节点近的下游非拥塞节点的辅助路由。这些方法都有利于减少网络开销。图1为本发明中BRREQ消息格式示意图。图2为本发明中BRREP消息格式示意图。图3为本发明中基本路由建立的流程图。图4为本发明中CSI消息格式示意图。图5为本发明中ARREP消息格式示意图。图6为本发明中ARCN消息格式示意图。图7为本发明中ARSN消息格式示意图。图8为本发明实施方式中辅助路由建立流程示意图。图9为本发明中本发明实施例初始网络图。图10本发明实施方式中基本路由和辅助路由示意图。图ll本发明实施方式中节点E失效时的路由维护示意图。图12本发明实施方式中节点A的辅助路由升级成为基本路由的示意图。具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。本发明具体实施方式中所提供的一种多跳无线自组织网络拥塞自适应路由方法，用到了如下一些控制消息，列举如下-BRREQ:基本路由请求消息，由基本路由源节点向目的节点广播，发起基本路由建立过程。BRREP:基本路由应答消息，由基本路由目的节点沿BRREQ的反向路径向源节点发送。ARREQ:辅助路由请求消息，由拥塞节点的上游相邻节点向下游的非拥塞节点发送，发起辅助路由的建立。ARREP:辅助路由应答消息，目的节点通过此消息利用已有的路由信息建立辅助路由，或是ARREQ的目的节点的应答消息。CSI:拥塞状态指示消息，发生拥塞的节点通过此消息向基本路由目的节点或上游相邻节点通告自己的拥塞状态。ARCN:辅助路由建立通知消息，基本路由目的节点在不能利用已有路由信息建立辅助路由的情况下，通知拥塞节点上游相邻节点建立辅助路由。ARSN:辅助路由状态通知消息，所述的上游相邻节点向拥塞节点通告辅助路由状态。BRERR:基本路由出错消息，基本路由失效链路或失效节点的上游节点通过此消息通告基本路由出错情况。ARERR:辅助路由出错消息，发现辅助路由失效的节点通告辅助路由出错情况。下面将结合具体的网络实例说明本发明所提供方法的具体实现，本实施例的初始网络如图9所示，由16个节点组成，节点之间的连线表示两个节点之间可以直接通信。一、网络监测本实施例取节点的平均队列长度作为衡量拥塞程度的参数，且N取3，即规定三个阈值分别为Ll=25%、L2=50%、L3=75%。于是，当节点的平均队列长度达到最大队列长度的25%时，称节点处于第1级拥塞状态；当节点的平均队列长度达到最大队列长度的50%时，称节点处于第2级拥塞状态；当节点的平均队列长度达到最大队列长度的75%时，称节点处于第3级拥塞状态。二、基本路由建立过程基本路由建立的总流程如图3所示。本实施例要将数据从节点S发送到节点R,即S为发送节点(源节点)，R为接收节点(目的节点)。基本路由建立步骤如下(1)源节点S向目的节点R广播发送基本路由请求消息BRREQ;(2)收到BRREQ的非拥塞中间节点如A、B.....F、J等，根据BRREQ中的信息，建立到源节点的路由，并将自己的ID加入到BRREQ经过的节点序列中；如果是拥塞节点收到，将丢弃该消息；(3)如果非拥塞中间节点有到达目的节点的路由，则通过该路由传送BRREQ，不再进行广播，否则继续广播该BRREQ消息；(4)本实施例中，目的节点R将先后分别从F和J收到BRREQ，即有两条路由SABCDEFR和SABGHIJR。进行比较后，选取SABCDEFR作为最优路由(本实施例中选择最先到达的BRREQ作为最优路由)，亦即基本路由。对于另一条路由SABGHIJR，因其经过基本路由节点，目的节点R将予以保留；(5)目的节点R沿SABCDEFR的反向路由向源节点S回复基本路由应答消息BRREP;(6)收到BRREP的中间节点F、E、D、C、B、A建立到目的节点R的路由；(7)收到BRREP的源节点S建立到目的节点R的路由，基本路由建立完成。三、辅助路由建立过程辅助路由建立过程的总流程如图8所示。本实施例中，当节点C的拥塞程度达到第2级时，触发辅助路由建立过程(1)发生拥塞的节点C向目的节点R发送拥塞状态指示消息CSI;(2)收到发往R的CSI消息的节点D、E、F，沿基本路由转发该消息；(3)R收到CSI消息后，首先在自己保留的路由信息中查找是否有到拥塞节点的上游相邻节点B的路由，发现保留的路由SABGHIJR可以到达节点B，于是，沿此路由向节点B发送辅助路由应答消息ARREP，其中包含路由经过的节点序列JIHGB;(4)接收到ARREP消息的节点如J、I，建立到R的路由；(5)节点B收到ARREP消息后，将建立自己到R的辅助路由；(6)如果ARREP由于所选择的路由失效或节点拥塞(本实施例中假设节点H失效)而无法传递到节点B，发现路由失效的节点I将向R发送辅助路由出错消息ARERR，通知R辅助路由不可用，R将试图选取另一条路由发送ARREP,但已没有可到达B的预留路由；(7)由于R找不到除基本路由之外的路由到达B，R就通过基本路由向B发送辅助路由建立通知消息ARCN，通知其建立辅助路由；(8)收到ARCN的节点如F、E、D、C，首先判断自己是否处于拥塞状态，如果没有处于拥塞状态，将自己的ID加入到ARCN的非拥塞节点序列中，并转发该消息；如果处于拥塞状态，则只转发该消息；本实施例中F、E、D都处于非拥塞状态，C处于拥塞状态;(9)B收到ARCN消息后，将向下游第一个非拥塞节点D广播辅助路由请求消息ARREQ，本实施例根据网络情况设置ARREQ的TTL=2*2(距离的两倍)，如果基本路由节点如A(辅助路由起点B、终点D除外)或拥塞节点收到ARREQ消息，将丢弃此消息；其他收到ARREQ消息的节点将建立到B的路由并转发此消息；由于到下游第一个非拥塞节点D的路由在规定的时间内无法找到，于是B将发起建立到下游第二个非拥塞节点E的路由；(10)E收到了第一个ARREQ，路由为BPQE，将沿ARREQ的反向路径EQPB回复ARREP消息，以后收到的ARREQ将丢弃；收到ARREP消息的节点Q、P、B将建立到E的辅助路由；(11)B已经建立辅助路由BPQE后，将向下游相邻节点C(即拥塞节点)发送辅助路由状态通知消息ARSN，通知其辅助路由的状态，即辅助路由已经建立；本实施例中基本路由和辅助路由的建立如图IO所示；(12)C得知辅助路由已经建立，它将周期性向上游相邻节点B发送拥塞状态指示消息CSI，告知自己当前的拥塞状态。四、业务分流首先确定本实施例的业务流量分流原则。基本路由拥塞节点和辅助路由均有四种状态:非拥塞状态、第1级拥塞状态、第2级拥塞状态和第3级拥塞状态。分流原则如表1所示表l<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>其中k表示基本路由承担的流量比例，l-k为辅助路由承担的流量比例。k随着拥塞节点状态和辅助路由状态的变化而动态调整，平衡两条路由承担的流量比例。当然，这只是本实施例的一种分流原则，完全可以根据实际需求制定出其它不同的分流原则。分流原则确定以后，拥塞节点的相邻上游节点即可根据拥塞节点的状态、辅助路由的状态和分流原则，将比例为k的流量通过基本路由传送，比例为l-k的流量通过辅助路由传送，实现业务流量的动态分流。五、路由维护如果基本路由的链路DE失效，失效链路的上游节点D将向沿基本路由向源节点S方向发送基本路由出错消息BRERR。当一个节点收到BRERR，首先判断自己是否有辅助路由，且辅助路由的目的节点不在BRERR所经过的节点序列中。节点B的辅助路由满足上述条件，于是将辅助路由BPQE升级成为基本路由，删除原来的基本路由BCDE，这时从S到R的基本路由就变成了SABPQEFR。如果基本路由失效的链路是EF，而不是DE,那么B的辅助路由是不满足条件的，因为辅助路由目的节点E在BRERR经过的节点序列中，所以B将继续转发BRERR，最后源节点S会收到了BRERR，于是S发起建立新的基本路由。如果辅助路由的链路PQ或节点Q失效，上游节点P将沿辅助路由向辅助路由源节点B发送辅助路由出错消息ARERR，辅助路由源节点B收到此消息后，会将辅助路由BPQE删除，发起建立新的辅助路由。如果基本路由的某个节点失效，有两种情况(1)失效节点不是辅助路由的目的节点，如D，或者即使是辅助路由的目的节点如E，也不会影响选择其他的辅助路由(假设A有辅助路由AOPQTF)作为基本路由，此时与基本路由某链路如DE失效时的处理相同；节点E失效时的路由维护过程如图ll所示，节点D发送BRERR，节点Q发送ARERR，B收到ARERR后将删除其辅助路由BPQE，A收到BRERR后将其辅助路由AOPQTF将升级成为基本路由，如图12所示；(2)如果失效节点是节点A辅助路由的目的节点F，显然A有可能选择它的辅助路由AOPQTF作为基本路由，如果A先收到节点T发送的ARERR，则它会删除该条辅助路由，对后来收到的由E发送的BRERR进行转发；如果A先收到由E发送的BRERR，则会将辅助路由AOPQTF升级为基本路由，但它很快就会收到由T发送的ARERR，说明升级的路由出现了节点失效，于是它继续转发BRERR。当基本路由的源节点S收到了BRERR后，重新发起建立新的基本路由。在本实施例中，当基本路由拥塞节点C处于第3级拥塞状态(最严重的拥塞状态)的情况下，如果对应的辅助路由BPQE在规定的期限T(T>0)内也一直处于第3级拥塞状态，那么该条辅助路由BPQE将由其源节点B删除，B重新发起建立新的辅助路由。权利要求1.一种多跳无线自组织网络的拥塞自适应路由方法，包括网络监测过程、基本路由建立过程，所述的网络监测过程通过监测节点的衡量参数对基本路由的中间节点的拥塞状态进行监测，并通过预先设定的不同衡量参数的阈值来区分不同的拥塞级别，其特征在于所述的基本路由的建立过程，采用按需路由方式，源节点通过向目的节点广播基本路由请求消息BRREQ发起建立到达目的节点的路由，目的节点收到BRREQ后，比较收到的所有BRREQ消息，选取一条最优路由作为基本路由，对于其他经过所述基本路由中间节点的路由，目的节点将予以保留，所述最优路由是指跳数最少、时延最小、能量消耗最小或稳定度最高的路由，所述BRREQ包括消息类型、目的节点ID、目的节点序列号、源节点ID、源节点序列号和所经过的节点序列；当基本路由的某个中间节点的拥塞程度达到设定的所述拥塞级别时，触发辅助路由建立过程，该过程包括(1)发生拥塞的基本路由节点向目的节点发送拥塞状态指示消息CSI，所述CSI消息的内容包括消息类型、接收节点ID、发送节点ID和拥塞状态；(2)收到发往目的节点的CSI消息的节点，沿基本路由转发该消息；(3)目的节点收到CSI消息后，首先在自己保留的路由信息中查找是否有到拥塞节点的上游相邻节点的路由，如果有，选择一条所述最优路由，沿此路由向该上游相邻节点发送辅助路由应答消息ARREP，所述ARREP的内容包括消息类型、目的节点ID、目的节点序列号、源节点ID和路由经过的节点序列；(4)接收到ARREP消息的节点建立到基本路由目的节点的路由；(5)所述的拥塞节点的上游相邻节点收到ARREP消息后，将建立自己到目的节点的辅助路由。2、根据权利要求l所述的拥塞自适应路由方法，其特征在于所述网络监测过程中，判断一个节点是否拥塞以及拥塞的程度有一个或多个所述衡量参数，所述衡量参数包括链路带宽、丢包率、平均队列长度、MAC层延迟值、存储空间、缓冲区溢出量、重传分组的数量、分组的平均时延或分组时延的标准差，给用来判断一个节点的拥塞程度的衡量参数规定N个阈值Li，当所述衡量参数达到Li时，节点处于第i级拥塞状态，i越大表示拥塞越严重，所述1=1，2...N，N为自然数。3、根据权利要求l所述的拥塞自适应路由方法，其特征在于所述基本路由的建立过程中还包括收到BRREQ的非拥塞中间节点根据BRREQ中的信息，建立到源节点的路由，并将自己的ID加入到BRREQ经过的节点序列中；如果是拥塞节点收到BRREQ，则将丢弃该消息；如果非拥塞中间节点有到达目的节点的路由，则通过该路由传送BRREQ，不再进行广播，否则继续广播该BRREQ消息；所述目的节点沿最优路由的反向路由向源节点回复基本路由应答消息BRREP，所述BRREP中的信息包括消息类型、目的节点ID、目的节点序列号和源节点ID;收到BRREP的中间节点建立到目的节点的路由；收到BRREP的源节点建立到目的节点的路由。4、根据权利要求13任一项所述的拥塞自适应路由方法，其特征在于所述辅助路由建立过程还包括如下步骤(4.1)如果ARREP由于所选择的路由失效或节点拥塞无法传递到所述的上游相邻节点，发现路由失效的节点或拥塞节点将向目的节点发送辅助路由出错消息ARERR，通知目的节点路由不可用，目的节点将重新选取一条最优的路由发送ARREP;所述ARERR的内容包括消息类型、接收节点ID、发送节点ID、不可达的节点ID和不可达的节点个数；(4.2)如果目的节点找不到除基本路由之外的路由到达所述的上游相邻节点，将通过基本路由向所述的上游相邻节点发送辅助路由建立通知消息ARCN，通知其建立辅助路由；所述ARCN的内容包括消息类型、接收节点ID、发送节点ID、发生拥塞的节点ID和非拥塞节点序列；(4.3)收到ARCN的节点，首先判断自己是否处于拥塞状态，如果没有处于拥塞状态，将自己的ID加入到ARCN的非拥塞节点序列中，并转发该消息；如果处于拥塞状态，则只转发该消息；(4.4)所述的上游相邻节点收到ARCN消息后，将向下游第一个非拥塞节点广播辅助路由请求消息ARREQ，要求根据网络情况设置ARREQ的TTL，如果除辅助路由起点、终点之外的基本路由节点或拥塞节点收到ARREQ消息，将丢弃此消息；其他收到ARREQ消息的节点将建立到发送节点的路由并转发此消息；如果在规定的时间内无法找到到达下游第一个非拥塞节点的路由，将发起建立到下游第二个非拥塞节点的路由，如果仍然找不到，则继续查找，直到发起建立到基本路由目的节点的路由，所述ARREQ的内容包括消息类型、辅助路由目的节点ID、辅助路由目的节点序列号、辅助路由源节点ID、辅助路由源节点序列号和TTL;(4.5)如果ARREQ的接收节点收到了第一个ARREQ，将沿ARREQ的反向路径回复ARREP消息，以后收到的ARREQ将丢弃，所述ARREQ的接收节点为步骤(4.4)所述辅助路由目的节点ID指定的节点；收到ARREP消息的节点将建立到辅助路由目的节点的路由。5、根据权利要求4所述的拥塞自适应路由方法，其特征在于所述辅助路由建立过程还包括如下步骤(5.1)如果所述的上游相邻节点已经建立辅助路由或者在收到ARCN后无法建立辅助路由或辅助路由被删除，都将向下游相邻节点发送辅助路由状态通知消息ARSN，通知其辅助路由的状态；所述ARSN消息的内容包括消息类型、接收节点ID、发送节点ID和辅助路由状态，所述辅助路由状态包括建立、无法建立或被删除；(5.2)所述下游相邻节点根据收到的ARSN消息决定下一步操作，如果辅助路由已经建立，它将周期性向上游相邻节点发送拥塞状态指示消息CSI，告知自己当前的拥塞状态；如果辅助路由无法建立，它将不会再向上游相邻节点和基本路由目的节点发送CSI消息，而是继续使用基本路由；如果原来的辅助路由被删除，它将等待上游相邻节点重新建立辅助路由。6、根据权利要求5所述的拥塞自适应路由方法，其特征在于所述的拥塞自适应路由方法还包括业务分流过程在辅助路由建立完成后，拥塞节点的上游相邻节点对发给拥塞节点的业务流量进行分流，一部分流量经过基本路由传递，另一部分流量经过辅助路由传递，执行分流的节点根据基本路由拥塞节点和辅助路由的拥塞状态对业务流量进行分流；所述业务分流是一个动态的过程，拥塞节点周期性地向其上游相邻节点发送拥塞状态指示消息CSI，报告自己的拥塞状态；辅助路由节点也通过CSI消息向辅助路由的源节点通告自己的拥塞状态，辅助路由节点中拥塞程度最严重的节点代表了辅助路由的拥塞状态。7、根据权利要求6所述的拥塞自适应路由方法，其特征在于拥塞节点的上游相邻节点还根据业务流量分流原则对业务流量进行分流所述业务流量分流原则为根据基本路由拥塞节点和辅助路由的拥塞状态决定两条路由分别承担的流量比例，当基本路由拥塞节点处于第I级拥塞，辅助路由处于第J级拥塞时，基本路由承担的流量比例为k，则辅助路由承担的流量比例为l-k，所述IE[I，N]，JE[I，N]，kE[O，l]，N为自然数。8、根据权利要求7所述的拥塞自适应路由方法，其特征在于还包括路由维护过程-(8.1)如果基本路由的某条链路失效，失效链路的上游节点将沿基本路由向源节点方向发送基本路由出错消息BRERR,所述BRERR的内容包括消息类型、不可达的目的节点ID、不可达的目的节点序列号和经过的节点序列；当一个节点收到BRERR，首先判断自己是否有辅助路由，且辅助路由的目的节点不在BRERR所经过的节点序列中，如果辅助路由满足条件，则将辅助路由升级成为基本路由，删除原来的基本路由；如果没有满足条件的辅助路由，则继续转发BRERR，如果源节点收到了BRERR，则重新发起基本路由建立过程；(8.2)如果辅助路由的某条链路或某个节点失效，失效链路或失效节点的上游节点将沿辅助路由向辅助路由源节点发送辅助路由出错消息ARERR，辅助路由源节点收到此消息后，将辅助路由删除，重新建立新的辅助路由。9、根据权利要求8所述的拥塞自适应路由方法，其特征在于如果基本路由的某个节点失效，有两种情况失效节点不是辅助路由的目的节点，或者即使是辅助路由的目的节点也不会影响选择其他的辅助路由作为基本路由，此时的处理与步骤(8.1)中基本路由某链路失效时的处理相同；失效节点是某条辅助路由的目的节点，且该辅助路由的源节点能选择此条辅助路由作为基本路由，如果辅助路由源节点先收到ARERR，则它会删除该条辅助路由，对后来收到的BRERR进行转发；如果辅助路由的源节点先收到BRERR，则会将辅助路由升级为基本路由，但它很快就会收到ARERR，说明升级的路由出现节点失效，于是它继续转发BRERR。10、根据权利要求9所述的拥塞自适应路由方法，其特征在于当基本路由拥塞节点处于拥塞最严重即第N级拥塞状态情况下，如果对应的辅助路由在规定的期限内也一直处于第N级拥塞状态，那么该条辅助路由将由其源节点删除，重新发起建立新的辅助路由。全文摘要本发明公开了一种多跳无线自组织网络的拥塞自适应路由方法，其包括网络监测过程、基本路由建立过程、辅助路由建立过程、业务分流过程和路由维护过程。本发明不仅可以通过监测网络，发现有可能发生的拥塞，而且当基本路由的某个中间节点的拥塞程度达到设定的所述拥塞级别时，触发所述辅助路由建立过程，以主动的方式对拥塞进行处理。本发明还对发往拥塞节点的业务进行分流，避免拥塞的发生，当路由出现失效链路或失效节点、或严重拥塞节点时采取相应的维护措施。本发明克服了以被动方式对拥塞进行处理所带来的更长的时延、更多的分组丢失、更多的开销、拥塞节点的能量很快耗尽等不利影响。文档编号H04L12/56GK101286930SQ200810028450公开日2008年10月15日申请日期2008年5月30日优先权日2008年5月30日发明者刘桂开,军张,王洪江,岗韦申请人:华南理工大学