專利名稱：一種基于認(rèn)知的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)組播路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種移動(dòng)組播路由方法，尤其涉及一種基于認(rèn)知的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)組播路由方法。
背景技術(shù)：
隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的固定無(wú)線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的通信要求。移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種具有多跳、自組織且無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施等特點(diǎn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，可快速組網(wǎng)，在軍事、救災(zāi)、個(gè)人通信以及傳感器網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，是未來通信研究的方向之一。由于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)多跳性以及鏈路帶寬和能量受限等特點(diǎn)，組播成為該網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸、提高帶寬利用率的重要傳輸方式。現(xiàn)有的移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中組播路 由協(xié)議主要分為基于樹的組播路由、基于網(wǎng)格的組播路由和混合狀的組播路由。研究分析表明基于樹的組播路由協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸效率高，數(shù)據(jù)延時(shí)低，但是由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)變化使得協(xié)議需要對(duì)鏈路進(jìn)行頻繁的修補(bǔ)和重構(gòu)，協(xié)議的魯棒性較差；基于網(wǎng)格的組播路由協(xié)議健壯性比較好，有冗余的路徑為數(shù)據(jù)的投遞提供保證，但是由于數(shù)據(jù)的冗余導(dǎo)致傳輸時(shí)延比較大；混合狀的組播路由協(xié)議能同時(shí)兼顧數(shù)據(jù)傳輸效率與魯棒性，但是協(xié)議的控制開銷較大。隨著無(wú)線多媒體技術(shù)、無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)、無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)和無(wú)線城域網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展及應(yīng)用，不但接入網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)劇增，而且用戶對(duì)寬帶要求更高。這種快速的發(fā)展使無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展遇到一個(gè)瓶頸問題一一頻譜資源不足，近年來的調(diào)查表明，傳統(tǒng)的無(wú)線頻譜固定分配方法導(dǎo)致頻譜的利用率極低，只有5%-10%，因此，認(rèn)知無(wú)線電(CR)技術(shù)作為一種解決無(wú)線通信中頻譜資源稀缺的方案被提出，其核心在于一種動(dòng)態(tài)頻譜接入技術(shù)(DSA)，即認(rèn)知用戶動(dòng)態(tài)的接入當(dāng)前不被授權(quán)用戶占用的頻譜空穴中進(jìn)行通信。當(dāng)前的認(rèn)知無(wú)線電研究主要集中于物理層的頻譜感知，數(shù)據(jù)鏈路層的頻譜調(diào)度以及網(wǎng)絡(luò)層基于認(rèn)知的單播路由協(xié)議，將認(rèn)知技術(shù)和移動(dòng)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)組播路由算法相結(jié)合還是塊研究空白。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種基于認(rèn)知的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)組播路由方法，具有提高PUMA協(xié)議的魯棒性和網(wǎng)絡(luò)的吞吐量性能的優(yōu)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種基于認(rèn)知的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)組播路由方法，具體步驟為步驟一節(jié)點(diǎn)開機(jī)，物理層掃描可用信道信息；步驟二 物理層選取某一接收節(jié)點(diǎn)為核節(jié)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)可用頻譜信息進(jìn)行探測(cè)，將可用信道信息交付網(wǎng)絡(luò)層；步驟三核節(jié)點(diǎn)發(fā)送MA-RREQ生成組播樹，為每個(gè)組播組建立一棵基于核節(jié)點(diǎn)的組播樹，MA-RREQ中包含核節(jié)點(diǎn)可用信道信息；步驟四MA-RREQ消息中的核節(jié)點(diǎn)可用信道信息重寫入MA-RREP消息，接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送MA-RREP消息至核節(jié)點(diǎn)步驟五核節(jié)點(diǎn)提取MA-RREP消息，并計(jì)算信道可用概率，即信道優(yōu)先級(jí)；步驟六組播樹和信道調(diào)度機(jī)制(數(shù)據(jù)鏈路層執(zhí)行)生成，進(jìn)行組播通信。所述步驟三的具體步驟為(3-1)組播組中的接收節(jié)點(diǎn)通過發(fā)送MA數(shù)據(jù)包來競(jìng)爭(zhēng)核心節(jié)點(diǎn)的位置；(3-2)最終具有最高ID的接收節(jié)點(diǎn)成為組播組的核節(jié)點(diǎn)；(3-3)選定的核節(jié)點(diǎn)在其可用信道集合上以輪循的方式發(fā)送MA-RREQ數(shù)據(jù)包用于組播樹的建立；(3-4)中間節(jié)點(diǎn)建立自己的連通列表，并根據(jù)如下原則(a)優(yōu)先選擇屬于本組播樹上的成員；(b)否則，選取不屬于任何組播組的成員；(C)若鄰節(jié)點(diǎn)均隸屬某個(gè)組播組，則選取隸屬于組播組數(shù)目最少的節(jié)點(diǎn)；選取自己的父母節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)，將隸屬多個(gè)組播組的節(jié)點(diǎn)數(shù)目降至最低。所述步驟五的具體步驟為(5-1)在組播樹的生成過程中，核節(jié)點(diǎn)的可用信道信息被寫入MA-RREQ消息中傳遞到每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)；(5-2)寫入MA-RREQ消息中核節(jié)點(diǎn)的可用信道信息被重寫入一種定義為MA-RREP的消息中；(5-3) MA-RREP由每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)沿組播樹發(fā)送給核心節(jié)點(diǎn)；(5-4)中間節(jié)點(diǎn)重寫接收到的MA-RREP消息中的可用信道表項(xiàng)，在對(duì)應(yīng)的自己當(dāng)前的可用信道上加I ;(5-5)核心節(jié)點(diǎn)將每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送的MA-RREP消息中的信道信息匯總，并根據(jù)公式(I)的算法計(jì)算出信道各自的優(yōu)先級(jí)，選取優(yōu)先級(jí)較高的信道用于當(dāng)前的組播通信，
Y(MMA-RREP)i
「00271'
P(C1)=^-A<k<m (I)
N其中，我們假設(shè)組播組中包含N個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中葉子節(jié)點(diǎn)的數(shù)字為n，核節(jié)點(diǎn)的可用信道數(shù)目為m，m的范圍為f 13，Ck均代表信道，k信道的標(biāo)號(hào)，Ck(MA-RREP) i表示從第i個(gè)接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的MA-RREP消息中Ck可用信道的數(shù)值，此數(shù)值在MA-RREP回傳核節(jié)點(diǎn)過程中被中間節(jié)點(diǎn)更新重寫。N表示當(dāng)前組播組中成員節(jié)點(diǎn)數(shù)目，包含葉子節(jié)點(diǎn)和中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，其中η為葉子節(jié)點(diǎn)數(shù)目。所述網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)在通信過程中動(dòng)態(tài)的維護(hù)自己的信道信息表，具體劃分為3種類型所有信道集合:AL= {C0, C1, C2,……Ck}；可用信道集合=AV=IC1,C4, C7, C10I ；激活信道集合AC= {C4}；所有信道集合為節(jié)點(diǎn)在冷啟動(dòng)過程中掃描到的所有信道，可用信道集合為從所有信道集合中過濾掉當(dāng)前被占用的信道，節(jié)點(diǎn)從可用信道集合中選擇其一用于當(dāng)前通信，即激活信道集合，Ck均表示信道。
本發(fā)明的有益效果節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)以及可用信道的失效會(huì)導(dǎo)致通信鏈路的中斷，本發(fā)明允許核心節(jié)點(diǎn)在優(yōu)先級(jí)較高的3個(gè)信道之間切換以修復(fù)因信道的失效而中斷的通信鏈路，否則由中斷節(jié)點(diǎn)發(fā)送MA-RERR報(bào)文遞交于核心節(jié)點(diǎn)，MA-RERR報(bào)文中包含最新的可用信道信息，核心節(jié)點(diǎn)據(jù)此進(jìn)行新一輪信道優(yōu)先級(jí)的計(jì)算及分配，本發(fā)明通過合理利用節(jié)點(diǎn)的認(rèn)知能力，讓節(jié)點(diǎn)高效的控制當(dāng)前可用信道信息，并給組播組分配優(yōu)先級(jí)較高的信道，有效的減少多個(gè)組播組之間的信道干擾，從而改善整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量性能。


圖I為本發(fā)明采用的跨層機(jī)制的原理圖；圖2為本發(fā)明提出的CR-PUMA算法中MA-RREQ消息傳播圖；圖3為本發(fā)明提出的CR-PUMA算法中組播樹的生成圖；圖4為本發(fā)明的流程圖；圖5為在改變節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速率的條件下，CR_PUMA，PUMA，MAODV三種組播算法投包率性能的比較圖；圖6為在改變?cè)垂?jié)點(diǎn)發(fā)包率的條件下，CR-PUMA, PUMA, MAODV三種組播算法投包率性能的比較圖；圖7為在改變節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速率的條件下，CR-PUMA，PUMA，MAODV三種組播算法吞吐量性能的比較圖；圖8為在改變?cè)垂?jié)點(diǎn)發(fā)包率的條件下，CR_PUMA，PUMA，MAODV三種組播算法吞吐量性能的比較圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖I所不，圖I為CR-PUMA算法跨層機(jī)制原理圖，圖4是為本發(fā)明的流程圖；下面結(jié)合發(fā)明框圖2和圖3，對(duì)本發(fā)明所設(shè)計(jì)CR-PUMA算法的工作過程進(jìn)一步說明，圖2中的數(shù)字I至11表示網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)。CR-PUMA算法包括路由生成和信道調(diào)度兩個(gè)主要模塊。路由生成通過依賴PUMA路由算法來為每個(gè)組播組建立一棵基于核節(jié)點(diǎn)的組播樹，組播樹的建立通過核心節(jié)點(diǎn)發(fā)送MA-RREQ消息來完成，每個(gè)MA-RREQ消息中細(xì)化了核節(jié)點(diǎn)ID，核節(jié)點(diǎn)可用信道集合，組播組ID，報(bào)文序列號(hào)，通過序列號(hào)的更新來丟棄重復(fù)的過期的報(bào)文。中間節(jié)點(diǎn)在選擇自己的父母節(jié)點(diǎn)時(shí)，遵循本發(fā)明中的如下原則(a)優(yōu)先選擇屬于本組播樹上的成員；(b)否則，選取不屬于任何組播組的成員；(C)若鄰節(jié)點(diǎn)均隸屬某個(gè)組播組，則選取隸屬于組播組數(shù)目最少的節(jié)點(diǎn)這樣可以保證本發(fā)明建立的組播樹多個(gè)組播組之間的干擾達(dá)到最小。信道調(diào)度模塊由核心節(jié)點(diǎn)來完成信道優(yōu)先級(jí)的計(jì)算和分配。信道優(yōu)先級(jí)由公式
(I)獲得
權(quán)利要求
1.一種基于認(rèn)知的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)組播路由方法，其特征是，具體步驟為 步驟一節(jié)點(diǎn)開機(jī)，物理層掃描可用信道信息； 步驟二 物理層選取某一接收節(jié)點(diǎn)為核節(jié)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)可用頻譜信息進(jìn)行探測(cè)，將可用信道信息交付網(wǎng)絡(luò)層； 步驟三核節(jié)點(diǎn)發(fā)送MA-RREQ生成組播樹，為每個(gè)組播組建立一棵基于核節(jié)點(diǎn)的組播樹，MA-RREQ中包含核節(jié)點(diǎn)可用信道信息； 步驟四=MA-RREQ消息中的核節(jié)點(diǎn)可用信道信息重寫入MA-RREP消息，接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送MA-RREP消息至核節(jié)點(diǎn)； 步驟五核節(jié)點(diǎn)提取MA-RREP消息，并計(jì)算信道可用概率，即信道優(yōu)先級(jí)； 步驟六組播樹和信道調(diào)度機(jī)制生成，進(jìn)行組播通信。
2.如權(quán)利要求I所述一種基于認(rèn)知的AdHoc網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)組播路由方法，其特征是，所述步驟三的具體步驟為 (3-1)組播組中的接收節(jié)點(diǎn)通過發(fā)送MA數(shù)據(jù)包來競(jìng)爭(zhēng)核心節(jié)點(diǎn)的位置； (3-2)最終具有最高ID的接收節(jié)點(diǎn)成為組播組的核節(jié)點(diǎn)； (3-3)選定的核節(jié)點(diǎn)在其可用信道集合上以輪循的方式發(fā)送MA-RREQ數(shù)據(jù)包用于組播樹的建立； (3-4)中間節(jié)點(diǎn)建立自己的連通列表并根據(jù)特定原則選取自己的父母節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)，同時(shí)將隸屬多個(gè)組播組的節(jié)點(diǎn)數(shù)目降至最低。
3.如權(quán)利要求I所述一種基于認(rèn)知的AdHoc網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)組播路由方法，其特征是，所述步驟五的具體步驟為 (5-1)在組播樹的生成過程中，核節(jié)點(diǎn)的可用信道信息被寫入MA-RREQ消息中傳遞到每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)； (5-2)寫入MA-RREQ消息中核節(jié)點(diǎn)的可用信道信息被重寫入一種定義為MA-RREP的消息中； (5-3) MA-RREP由每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)沿組播樹發(fā)送給核心節(jié)點(diǎn)； (5-4 )中間節(jié)點(diǎn)重寫接收到的MA-RREP消息中的可用信道表項(xiàng)，在對(duì)應(yīng)的自己當(dāng)前的可用信道上加I ; (5-5)核心節(jié)點(diǎn)將每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送的MA-RREP消息中的信道信息匯總，并根據(jù)公式(I)的算法計(jì)算出信道各自的優(yōu)先級(jí)，選取優(yōu)先級(jí)較高的信道用于當(dāng)前的組播通信，
4.如權(quán)利要求2所述一種基于認(rèn)知的AdHoc網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)組播路由方法，其特征是，所述步驟(3-4)的特定原則為 (a)優(yōu)先選擇屬于本組播樹上的成員； (b)否則，選取不屬于任何組播組的成員； (c)若鄰節(jié)點(diǎn)均隸屬某個(gè)組播組，則選取隸屬于組播組數(shù)目最少的節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于認(rèn)知的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)組播路由方法，具體步驟步驟一節(jié)點(diǎn)開機(jī)，物理層掃描可用信道信息；步驟二物理層選取某一接收節(jié)點(diǎn)為核節(jié)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)可用頻譜信息進(jìn)行探測(cè)，將可用信道信息交付網(wǎng)絡(luò)層；步驟三核節(jié)點(diǎn)發(fā)送MA-RREQ生成組播樹，為每個(gè)組播組建立一棵基于核節(jié)點(diǎn)的組播樹，MA-RREQ中包含核節(jié)點(diǎn)可用信道信息；步驟四MA-RREQ消息中的核節(jié)點(diǎn)可用信道信息重寫入MA-RREP消息，接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送MA-RREP消息至核節(jié)點(diǎn)；步驟五核節(jié)點(diǎn)提取MA-RREP消息，并計(jì)算信道可用概率，即信道優(yōu)先級(jí)；步驟六組播樹和信道調(diào)度機(jī)制(數(shù)據(jù)鏈路層執(zhí)行)生成，進(jìn)行組播通信。有效的減少多個(gè)組播組之間的信道干擾，改善整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量性能。
文檔編號(hào)H04W84/18GK102938920SQ20121047705
公開日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月21日
發(fā)明者曹葉文, 王振 申請(qǐng)人:山東大學(xué)