加权式动态源路由协议详解

DSR是一种按需路由协议，在该协议中当节点准备发送数据时才开始寻找路由。发送数据包本身会携带从源节点至目的节点完整的路径信息，此信息存储在分组头部，其中包含了路径上每一跳的信息如IP地址信息、网络接口等。在整个数据传输过程中，会按照数据包中携带的地址信息逐跳至目的节点。在进行路由选择时，认为跳数最少的路由即为最佳路由。

由于机间紫外通信网络移动性强的特点，网络中的链路状态和节点状态会直接影响网络路由性能，所以进行路由选择时不能只单纯考虑路由的跳数这一评价标准，还要考虑到每条链路传输的可靠性及稳定性。所以本节提出在原DSR协议的基础上综合考虑紫外链路特性，对紫外链路稳定因子进行加权，以权重来选择合适的路由，从而设计了一种基于紫外链路状态的加权式动态源路由协议UV-PDSR（ultraviolet link state perception dynamic source routing）。

1）路由权重计算

（1）链路稳定因子。紫外链路受到大气中臭氧层的吸收，空气分子和近地面的气溶胶粒子对紫外光的散射以及大气湍流的影响，高空紫外光NLOS湍流链路模型如图9.21所示。通过调整θt和θr的大小，链路可以切换到直视通信模式。

图9.21　NLOS模式下紫外链路

功率因子：机间紫外光通信网络骨干网采用紫外光非直视通信模式，由于紫外光通信接收功率大小直接影响到通信链路的可靠性，在进行链路选择时必须考虑到接收光功率大小。链路i的接收功率为

式中，r为两点间直线距离，Pt为发送功率，Ke为大气信道衰减及吸收系数，Ks为散射系数，Ar为接收孔径面积。

闪烁指数因子：光强闪烁是大气湍流对紫外链路造成的最常见影响，指当光束尺寸大于湍流漩涡尺寸，光束截面内部各点产生强度随机起伏的现象。湍流导致的闪烁效应强度用闪烁指数σ2表示：

大气结构常数的计算采用Modified HV模型。其中hs，h是散射路径所在高度上、下限。路径长度L分别取r1和r2，h分别取h1和h2，即可得到链路i的闪烁指数为

链路i的稳定性因子Pi可以表示为

式中，λ为链路加权因子，且大于0。由于闪烁效应越强，链路稳定性越差，所以闪烁指数权重为负值。通过实际需求，设定加权因子λ的取值。

（2）节点可靠因子。根据簇头节点的局部信息来计算节点的权重，紫外节点i的可靠性因子Ni可以从3个方面指标衡量。第一是节点周围邻节点密度；第二是节点的平均移动速率，移动速率过高，则稳定性差；第三是簇首节点所在簇内单位时间内产生的平均数据量。

式中，ni为节点i一跳范围内的节点数目，为节点的平均移动速率，为簇内单位时间内产生的平均数据量。C为常数，α，β，γ为节点加权因子，均大于0，且α+β+γ=1。

（3）路由决策函数。路由的选择由该条路由的权重之和决定。节点i以及其相邻i链路的权重Wi为(www.xing528.com)

式中，η为路由加权因子，且大于0。整条路径的路由根据每段路由累加得到

路径权重越大表示该路径稳定性及可靠性越高。

2）路由发现

（1）数据结构。UV-PDSR协议对路由发现报文进行了定义。

路由请求报文RREQ（route request）如表9.3所示。

表9.3　RREQ报文格式

路由记录：记录了从源节点到目的节点所经过的所有节点序列。

路由应答报文RREP（route reply）如表9.4所示。

表9.4　RREP报文格式

（2）路由建立过程。

（a）检查源节点路由缓存中是否存在目的节点。若存在直接发送数据。

（b）若不存在，启动路由建立。源节点使用洪泛算法广播路由请求RREQ。

（c）邻居节点收到该路由请求，若中间节点的路由缓存中存在到达目的节点的路由，则将源节点到中间节点所经过的节点标识以及权重加入现有路由中。

（d）若中间节点的路由缓存中没有到达目的节点路由，则将自身节点信息以及权重加入请求报文中，继续将报文转发，直到找到目的节点。

（e）因为机间紫外通信网络中，每个飞机节点上安装的紫外收发装置存在差异，所以节点的覆盖范围不同，不支持双向链路。在目的节点接收到路由请求报文后，将源节点和目的节点反转，将目的节点作为反向链路的源节点发送RREP，做一次逆向路由发现。应答报文到达初始节点，则路由建立成功，可以开始信息传输。

（3）路由更新规则。首先选择路由请求序号大的路由；在序号相等的条件下，选择权重较重的路由；若请求序号和权重均相等，则选择路由跳数少的路由。