本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及一種可靠組播路由方法，可應(yīng)用于無線自組織網(wǎng)絡(luò)中。

背景技術(shù)：

無線自組織網(wǎng)絡(luò)不同于傳統(tǒng)的無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它不需要固定設(shè)備來支持，并沒有基站和中心節(jié)點，每個節(jié)點即用戶終端自行組網(wǎng)，當(dāng)需要進(jìn)行通信時，每個用戶節(jié)點都能進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)。無線自組織網(wǎng)絡(luò)突破了傳統(tǒng)無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的地理局限性，能夠更加快速、便捷、高效地進(jìn)行部署，適用于一些緊急場合特殊的通信需要，如救災(zāi)和軍事用途等。

組播是一種一對多或者多對多的數(shù)據(jù)傳輸方式，相對于廣播和單播，組播提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。在組播傳輸中，可靠性是一個很重要的指標(biāo)，然而在無線自組網(wǎng)中，信道的不穩(wěn)定性和節(jié)點的移動性難免使得丟包率較高，這正是可靠組播需要解決的問題。

組播可靠性的含義是保證源節(jié)點發(fā)送的每一個分組均正確到達(dá)每個組播組成員。目前，無線自組網(wǎng)中的可靠組播協(xié)議大概分為基于自動請求重傳ARQ、基于前向糾錯FEC、基于閑聊Gossip和基于網(wǎng)絡(luò)編碼NC這幾種。但是這幾種可靠組播方法均有各自特定的應(yīng)用環(huán)境，且各自具有一些擴(kuò)展性、開銷、效率或者復(fù)雜性上的缺點?；谧詣诱埱笾貍鰽RQ和基于前向糾錯FEC的可靠組播協(xié)議開銷較大，基于閑聊Goss ip的可靠組播協(xié)議不能保證較高的分組投遞率，基于網(wǎng)絡(luò)編碼NC的可靠組播協(xié)議復(fù)雜性較高且分組接收延時較大。目前關(guān)于可靠組播的研究工作，很多都是將不同的可靠組播協(xié)議的特點相結(jié)合，以實現(xiàn)更好的適應(yīng)性和可靠性。

作者黃夢潔在其發(fā)表的論文“Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中基于協(xié)同通信的可靠組播丟失恢復(fù)技術(shù)”(《電子科技大學(xué)》，2010年)中將協(xié)同丟失恢復(fù)方法與網(wǎng)絡(luò)編碼相結(jié)合，提出了一種新的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的協(xié)同可靠組播丟失恢復(fù)算法。協(xié)同通信的方法是通過丟失節(jié)點的所有一跳內(nèi)鄰居節(jié)點、上游節(jié)點和發(fā)送節(jié)點來協(xié)同幫助進(jìn)行丟失恢復(fù)，避免了恢復(fù)期間個別節(jié)點的負(fù)荷，可將網(wǎng)絡(luò)中的丟失恢復(fù)負(fù)載分布到了整個網(wǎng)絡(luò)，但是此方法效率較低，開銷較大。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)中節(jié)點將重傳的分組異或編碼然后進(jìn)行發(fā)送，可減少丟失分組的發(fā)送次數(shù)，但是復(fù)雜度較高，可應(yīng)用的場景有限。

作者黃少煒在其發(fā)表的論文“Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)下基于網(wǎng)絡(luò)編碼可靠組播技術(shù)”(《國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)》，2011年)中提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的可靠組播技術(shù)，其不需要底層組播路由機(jī)制的支持，依靠閑聊機(jī)制完成組播分組的分發(fā)過程。該技術(shù)雖然可以很好地適應(yīng)由于節(jié)點快速移動而引起的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?，但是依然存在網(wǎng)絡(luò)編碼復(fù)雜度較高，應(yīng)用場景有限的不足。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對上述已有可靠組播技術(shù)的不足，提出一種無線自組織網(wǎng)絡(luò)中低開銷的可靠組播路由方法，以在提高可靠性的同時，降低協(xié)議的復(fù)雜度和開銷。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案包括如下：

(1)網(wǎng)絡(luò)中的源節(jié)點將組播分組進(jìn)行緩存，并將分組封裝于可靠組播報文RM中進(jìn)行發(fā)送；

(2)對接收到的可靠組播報文RM進(jìn)行處理：

(2a)網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點接收可靠組播報文RM，并對報文中封裝的組播分組進(jìn)行緩存；

(2b)在規(guī)定的時間間隔后，接收到可靠組播報文RM的節(jié)點根據(jù)報文中的分組ID更新緩存中的丟失組播分組記錄；

(2c)接收到RM報文的節(jié)點判斷RM報文中是否有自己的丟失分組ID，若有，則執(zhí)行步驟(2d)，若沒有，則執(zhí)行步驟(2e)；

(2d)等待丟失分組，若在規(guī)定的時間間隔后仍未收到這些丟失分組，則將丟失分組ID封裝為組播分組恢復(fù)報文MMR并發(fā)送給發(fā)送可靠組播報文RM的節(jié)點；

(2e)判斷自己是否為可靠組播報文RM中組播分組所屬的組播組成員，若不是，則丟棄此RM報文，返回步驟(2a)，否則，執(zhí)行步驟(2f)；

(2f)判斷自己是否收到過此RM報文中的組播分組，若是，則丟棄此RM報文，否則，將此RM報文中的組播分組重新封裝為新的RM報文并發(fā)送，返回步驟(2a)；

(3)發(fā)送組播分組恢復(fù)報文MMR：

(3a)網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點刷新緩存中的丟失組播分組記錄；

(3b)每個節(jié)點判斷自己緩存中的丟失組播分組記錄是否為空，若是，則返回步驟(3a)，否則，執(zhí)行步驟(3c)；

(3c)每個節(jié)點判斷自己是否長時間未與鄰居節(jié)點進(jìn)行報文的交互，若是，則執(zhí)行步驟(3d)，否則，返回步驟(3a)；

(3d)長時間未與鄰居節(jié)點進(jìn)行報文交互的節(jié)點在規(guī)定的時間間隔后將自己丟失的組播分組的ID封裝為組播分組恢復(fù)報文MMR進(jìn)行廣播發(fā)送，返回步驟(3a)；

(4)對接收到的組播分組恢復(fù)報文MMR進(jìn)行處理：

(4a)網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點接收到組播分組恢復(fù)報文MMR，在規(guī)定的時間間隔后，根據(jù)報文中的分組ID更新緩存中的丟失組播分組記錄；

(4b)接收到組播分組恢復(fù)報文MMR的節(jié)點判斷MMR報文的接收地址是否為自己或廣播的地址，若不是，則丟棄報文，返回步驟(4a)，否則，執(zhí)行步驟(4c)；

(4c)接收到組播分組恢復(fù)報文MMR的節(jié)點判斷緩存中是否有發(fā)送MMR報文節(jié)點的丟失分組，若不是，則丟棄報文，返回步驟(4a)，否則，執(zhí)行步驟(4d)；

(4d)接收到組播分組恢復(fù)報文MMR的節(jié)點判斷MMR報文的接收地址是否為自己的地址，若不是，則執(zhí)行步驟(4e)，否則，執(zhí)行步驟(4f)；

(4e)接收到組播分組恢復(fù)報文MMR的節(jié)點在規(guī)定的時間間隔后，如果未檢測到鄰居節(jié)點給發(fā)送此MMR報文的節(jié)點發(fā)送了封裝其丟失組播分組的可靠組播報文RM，則將此丟失分組封裝于RM報文中進(jìn)行發(fā)送，返回步驟(4a)；

(4f)接收到組播分組恢復(fù)報文MMR的節(jié)點判斷緩存中待回復(fù)組播分組記錄中是否有發(fā)送MMR報文的節(jié)點的丟失分組，若是，則丟棄此MMR報文，返回步驟(4a)，否則，執(zhí)行步驟(4g)；

(4g)接收到組播分組恢復(fù)報文MMR的節(jié)點在規(guī)定的時間間隔后，將發(fā)送此MMR報文節(jié)點的丟失分組封裝于可靠組播報文RM中進(jìn)行發(fā)送，返回步驟(4a)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

第一，降低了復(fù)雜度和開銷。

本發(fā)明中只有可靠組播報文RM和組播分組恢復(fù)報文MMR這兩種報文類型，當(dāng)節(jié)點接收到鄰居節(jié)點發(fā)來的RM報文后，可根據(jù)報文中攜帶最近收到組播分組的ID知道該鄰居節(jié)點緩存中是否有自己丟失的組播分組，并可向鄰居節(jié)點請求重發(fā)分組；當(dāng)節(jié)點接收到鄰居節(jié)點發(fā)來的MMR報文后，可根據(jù)報文中攜帶丟失分組的ID知道該鄰居節(jié)點丟失了哪些組播分組，并將這些分組發(fā)送給該鄰居節(jié)點，所以節(jié)點之間不需要互相發(fā)送大量不同類型的報文來進(jìn)行丟失分組的尋找和恢復(fù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比降低了復(fù)雜度和開銷；

第二，減少了重復(fù)報文的交互次數(shù)。

本發(fā)明中的節(jié)點由于在每次發(fā)送可靠組播報文RM或組播分組恢復(fù)報文MMR之前，要經(jīng)過一段時間間隔后判斷是否可以不發(fā)送，這樣不僅避免了不必要的報文發(fā)送，而且減少了節(jié)點之間重復(fù)報文的交互次數(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比進(jìn)一步降低了開銷。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實現(xiàn)總流程圖；

圖2是本發(fā)明中組播分組ID的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中可靠組播報文RM的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明中組播分組恢復(fù)報文MMR的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明中處理可靠組播報文RM的子流程圖；

圖6是本發(fā)明中發(fā)送組播分組恢復(fù)報文MMR的子流程圖；

圖7是本發(fā)明中處理組播分組恢復(fù)報文MMR的子流程圖。

具體實施方式

本發(fā)明的使用場景為無線自組織網(wǎng)絡(luò)，組播組的建立和維護(hù)由按需距離矢量組播路由協(xié)議MAODV來完成，組播分組的分發(fā)和丟失組播分組的恢復(fù)由本發(fā)明來實現(xiàn)。

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

參照圖1，本發(fā)明的實現(xiàn)步驟如下：

步驟1.網(wǎng)絡(luò)中的源節(jié)點將組播分組進(jìn)行緩存，并將分組封裝于可靠組播報文RM中進(jìn)行發(fā)送。

可靠組播報文RM中封裝待發(fā)送組播分組和最近收到組播分組的ID，其他節(jié)點接收到RM報文既可以緩存報文中封裝的組播分組，又可以知道發(fā)送報文的節(jié)點最近收到了哪些分組，從而利用這些組播分組的ID知道自己丟失哪些分組。

組播分組的ID用來區(qū)分不同的組播分組，其結(jié)構(gòu)如圖2所述，它包括組播分組的源節(jié)點地址、序號和組播地址。

可靠組播報文RM的結(jié)構(gòu)如圖3所述，它包括報文類型、最近收到的組播分組數(shù)n、最近收到的n個組播分組的ID、待發(fā)送組播分組的ID、報文發(fā)送節(jié)點地址、報文接收節(jié)點地址和待發(fā)送的組播分組。

步驟2.對接收到的可靠組播報文RM進(jìn)行處理：

參照圖5，本步驟的具體實現(xiàn)如下：

(2a)網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點接收可靠組播報文RM，并對報文中封裝的組播分組進(jìn)行緩存；

(2b)在規(guī)定的時間間隔后，接收到可靠組播報文RM的節(jié)點根據(jù)報文中的分組ID更新緩存中的丟失組播分組記錄；

所述的時間間隔服從均勻分布，取值區(qū)間是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的平均丟包率和組播分組平均到達(dá)速率進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定它的原因是組播分組可能不按順序到達(dá)，所以不能收到RM報文就立刻更新丟失分組記錄。

接收到RM報文的節(jié)點根據(jù)報文更新緩存中的丟失組播分組記錄，按如下兩種情況進(jìn)行：

第一種情況是：接收到可靠組播報文RM的節(jié)點將攜帶發(fā)送RM報文節(jié)點最近收到組播分組的ID與自己緩存中的組播分組ID進(jìn)行對比，查看自己丟失了哪些分組，并將丟失的分組存入緩存中的丟失組播分組記錄中；

第二種情況是：若接收到可靠組播報文RM的節(jié)點為RM報文中組播分組所屬的組播組成員，則將組播分組的序號與自己記錄的發(fā)送RM報文的源節(jié)點的最大分組序號進(jìn)行對比，查看丟失了哪些分組，并將丟失的分組存入緩存中的丟失組播分組記錄中。

(2c)接收到RM報文的節(jié)點判斷RM報文中是否有自己的丟失分組ID，若有，則執(zhí)行步驟(2d)，若沒有，則執(zhí)行步驟(2e)；

(2d)等待丟失分組，若在規(guī)定的時間間隔后仍未收到這些丟失分組，則將丟失分組ID封裝為組播分組恢復(fù)報文MMR，并發(fā)送給發(fā)送可靠組播報文RM的節(jié)點；

所述的時間間隔服從均勻分布，取值區(qū)間是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的平均丟包率和組播分組平均到達(dá)速率進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定它的原因是分組可能不按順序到達(dá)，所以等待一段時間再將丟失分組ID封裝于MMR報文進(jìn)行發(fā)送。

組播分組恢復(fù)報文MMR中封裝了丟失組播分組的ID，此時報文接收節(jié)點為發(fā)送RM報文的節(jié)點，當(dāng)此節(jié)點接收到MMR報文后，可根據(jù)報文中攜帶丟失分組的ID知道發(fā)送報文的節(jié)點丟失了哪些組播分組，并將分組發(fā)送給該節(jié)點。

組播分組恢復(fù)報文MMR的結(jié)構(gòu)如圖4所述，它包括報文類型、報文發(fā)送節(jié)點地址、報文接收節(jié)點地址、丟失的組播分組數(shù)n、丟失的n個組播分組的ID。

(2e)判斷自己是否為可靠組播報文RM中組播分組所屬的組播組成員，若不是，則丟棄此RM報文，返回步驟(2a)，否則，執(zhí)行步驟(2f)；

(2f)判斷自己是否收到過此RM報文中的組播分組，若有，則丟棄此RM報文，否則，將此RM報文中的組播分組重新封裝為新的RM報文并發(fā)送，返回步驟(2a)；

所述將接收到的RM報文中的組播分組重新封裝為新的RM報文并發(fā)送，目的是轉(zhuǎn)發(fā)接收到的RM報文的組播分組，其轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則是：

若準(zhǔn)備轉(zhuǎn)發(fā)可靠組播報文RM的節(jié)點在組播組中為葉子節(jié)點，且發(fā)送RM報文的節(jié)點為自己的上游節(jié)點，則不轉(zhuǎn)發(fā)；

若準(zhǔn)備轉(zhuǎn)發(fā)可靠組播報文RM的節(jié)點的下游節(jié)點數(shù)量大于2個，則在規(guī)定的時間間隔T1后檢測自己所有的上下游節(jié)點是否均轉(zhuǎn)發(fā)了接收到的RM報文中的組播分組，若是，則不轉(zhuǎn)發(fā)，否則，將組播分組重新封裝為可靠組播報文RM進(jìn)行發(fā)送。時間間隔T1服從均勻分布，取值區(qū)間是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的平均丟包率和組播分組平均到達(dá)速率進(jìn)行設(shè)定。

若準(zhǔn)備轉(zhuǎn)發(fā)可靠組播報文RM的節(jié)點的下游節(jié)點數(shù)量不大于2個，則在規(guī)定的時間間隔T2后檢測自己所有的上下游節(jié)點是否均轉(zhuǎn)發(fā)了接收到的RM報文中的組播分組，若是，則不轉(zhuǎn)發(fā)，否則，將組播分組重新封裝為可靠組播報文RM進(jìn)行發(fā)送。時間間隔T2服從均勻分布，取值區(qū)間是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的平均丟包率和組播分組平均到達(dá)速率進(jìn)行設(shè)定，且T2必須大于T1，既可使上下游節(jié)點數(shù)大于2個節(jié)點盡量優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)組播分組，又可使上下游節(jié)點數(shù)不大于2個的節(jié)點晚一些轉(zhuǎn)發(fā)甚至不轉(zhuǎn)發(fā)組播分組，這樣可避免一些不必要的分組轉(zhuǎn)發(fā)。

步驟3.發(fā)送組播分組恢復(fù)報文MMR。

參照圖6，本步驟實現(xiàn)如下：

(3a)網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點刷新緩存中的丟失組播分組記錄：

網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點刷新丟失組播分組記錄，其刷新規(guī)則是：每個節(jié)點查看緩存中丟失組播分組記錄中的每一個組播分組所屬的組播組，若自己已經(jīng)退出這個分組所屬的組播組，則在丟失組播分組記錄中刪除這個組播分組；

(3b)每個節(jié)點判斷自己緩存中的丟失組播分組記錄是否為空，若是，則返回步驟(3a)，否則，執(zhí)行步驟(3c)；

(3c)每個節(jié)點判斷自己是否長時間未與鄰居節(jié)點進(jìn)行報文的交互，若是，則執(zhí)行步驟(3d)，否則，返回步驟(3a)；

(3d)長時間未與鄰居節(jié)點進(jìn)行報文交互的節(jié)點在規(guī)定的時間間隔后將自己丟失的組播分組的ID封裝為組播分組恢復(fù)報文MMR進(jìn)行廣播發(fā)送，返回步驟(3a)，廣播發(fā)送MMR報文的目的是使所有鄰居節(jié)點均能收到該報文，鄰居節(jié)點接收到報文后，可根據(jù)報文中攜帶丟失分組的ID知道發(fā)送報文的節(jié)點丟失了哪些組播分組，并將分組發(fā)送給該節(jié)點。

所述的時間間隔服從均勻分布，取值區(qū)間是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的平均丟包率和組播分組平均到達(dá)速率進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定它的目的是防止多個節(jié)點在同一時間發(fā)送相同的MMR報文。

步驟4.對接收到的組播分組恢復(fù)報文MMR進(jìn)行處理：

參照圖7，本步驟實現(xiàn)方法如下：

(4a)網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點接收到組播分組恢復(fù)報文MMR，在規(guī)定的時間間隔后，根據(jù)報文中的分組ID更新緩存中的丟失組播分組記錄，即接收到MMR報文的節(jié)點將報文中攜帶丟失組播分組的ID與自己緩存中的組播分組ID進(jìn)行對比，查看自己丟失了哪些分組，并將自己丟失的分組存入緩存中的丟失組播分組記錄；該時間間隔服從均勻分布，取值區(qū)間是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的平均丟包率和組播分組平均到達(dá)速率進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定它的原因是組播分組可能不按順序到達(dá)，所以不能收到MMR報文就立刻更新丟失分組記錄；

(4b)接收到組播分組恢復(fù)報文MMR的節(jié)點判斷MMR報文的接收地址是否為自己或廣播的地址，若不是，則丟棄報文，返回步驟(4a)，否則，執(zhí)行步驟(4c)；

(4c)接收到組播分組恢復(fù)報文MMR的節(jié)點判斷緩存中是否有發(fā)送MMR報文節(jié)點的丟失分組，若不是，則丟棄報文，返回步驟(4a)，否則，執(zhí)行步驟(4d)；

(4d)接收到組播分組恢復(fù)報文MMR的節(jié)點判斷MMR報文的接收地址是否為自己的地址，若不是，則執(zhí)行步驟(4e)，否則，執(zhí)行步驟(4f)；

(4e)接收到組播分組恢復(fù)報文MMR的節(jié)點在規(guī)定的時間間隔后，如果未檢測到鄰居節(jié)點給發(fā)送此MMR報文的節(jié)點發(fā)送了封裝其丟失組播分組的可靠組播報文RM，則將此丟失分組封裝于RM報文中進(jìn)行發(fā)送，返回步驟(4a)；

所述的時間間隔服從均勻分布，取值區(qū)間是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的平均丟包率和組播分組平均到達(dá)速率進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定該時間間隔的目的是避免多個接收到MMR報文的節(jié)點在同一時間向同一節(jié)點發(fā)送封裝同一組播分組的RM報文；

(4f)接收到組播分組恢復(fù)報文MMR的節(jié)點，判斷緩存中待回復(fù)組播分組記錄中是否存放發(fā)送MMR報文的節(jié)點丟失分組，若是，則說明有鄰居節(jié)點也丟失了該分組且自己準(zhǔn)備發(fā)送封裝該丟失分組的RM報文給鄰居節(jié)點，丟棄接收到的MMR報文，返回步驟(4a)，否則，執(zhí)行步驟(4g)；

(4g)接收到組播分組恢復(fù)報文MMR的節(jié)點在規(guī)定的時間間隔后，將發(fā)送此MMR報文節(jié)點的丟失分組封裝于可靠組播報文RM中進(jìn)行發(fā)送，返回步驟(4a)，該時間間隔服從均勻分布，取值區(qū)間是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的平均丟包率和組播分組平均到達(dá)速率進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定時間間隔的目的是避免短時間內(nèi)接收到MMR報文的節(jié)點多次發(fā)送封裝同一組播分組的可靠組播報文RM。

以上描述僅是本發(fā)明的一個具體實例，不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制，顯然對于本領(lǐng)域的專業(yè)人員來說，在了解了本發(fā)明內(nèi)容和原理后，都可能在不背離本發(fā)明原理、結(jié)構(gòu)的情況下，進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種修正和改變，但是這些基于本發(fā)明思想的修正和改變?nèi)栽诒景l(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。