CN105634964A - 一种移动自组织网络及其组播路由方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种移动自组织网络及其组播路由方法，包括步骤：所述网络中每个节点发送MA报文，所述MA报文中包括每个节点自身的稳定值；根据所述每个节点发送的MA报文中携带的节点自身的稳定值，确定核心节点；每个节点根据所述核心节点的MA报文生成自身的MA报文进行广播，所述广播的MA报文包括节点自身到所述核心节点的距离、上一跳节点信息和下一跳节点信息；每个节点根据接收到的其他节点广播的MA报文建立路由关系。由于本申请实施例可以根据每个节点自身的稳定值来确定核心节点，在确定核心节点后每个节点重新生成MA报文经广播后建立彼此的路由关系，使得构建出的组播组结构更加稳定，解决了现有技术中组播路由传输可靠性较低的问题。

Description

一种移动自组织网络及其组播路由方法

技术领域

本申请涉及移动自组织网络技术领域，尤其涉及一种移动自组织网络及其组播路由方法。

背景技术

移动自组织网络(AdHoc网络)是一种没有固定通信设施的无线网络系统，可用于临时建网情景中，被广泛用于军事通信和灾难救助等领域。组播传输过程中，发送源仅需要发送一份数据报文，中间节点借助组播协议构建组播组(用IP组播地址标识的接收者集合)传输结构进行数据报文复制和分发。因此，无论有多少目标地址，网络中任何一条链路上仅存在一份数据报文副本。

目前，AdHoc网络中数据报文的组播通信通常是不可靠的，通信过程中往往会由于各种原因导致网络传输性能降低或数据通信中断。

现有技术不足在于：

现有的AdHoc网络无法实现可靠的数据报文组播通信。

发明内容

本申请实施例提出了一种移动自组织网络及其组播路由方法，以解决现有技术中AdHoc网络无法实现可靠的数据报文组播通信的技术问题。

本申请实施例提供了一种移动自组织网络的组播路由方法，包括如下步骤：

所述网络中每个节点发送MA报文，所述MA报文中包括每个节点自身的稳定值，所述稳定值表示节点在网络中的稳定性；

根据所述每个节点发送的MA报文中携带的节点自身的稳定值，确定核心节点；

每个节点根据所述核心节点的MA报文生成自身的MA报文进行广播，所述广播的MA报文包括节点自身到所述核心节点的距离、上一跳节点信息和下一跳节点信息；

每个节点根据接收到的其他节点广播的MA报文建立路由关系。

本申请实施例提供了一种移动自组织网络，所述网络中包括若干节点，每个节点包括：

发送模块，用于发送MA报文，所述MA报文中包括节点自身的稳定值，所述稳定值表示节点在网络中的稳定性；

确定模块，用于根据其他节点发送的MA报文中携带的节点稳定值，确定网络的核心节点；

所述发送模块还用于根据所述核心节点的MA报文生成自身的MA报文进行广播，所述广播的MA报文包括节点自身到所述核心节点的距离、上一跳节点信息和下一跳节点信息；

路由模块，用于根据接收到的其他节点广播的MA报文建立路由关系。

有益效果如下：

本申请实施例所提供的移动自组织网络及其组播路由方法，每个节点发送包括自身节点稳定值的MA报文，根据每个节点的节点自身稳定值确定出核心节点，每个节点再根据核心节点的MA报文更新自身路由信息生成自身的MA报文进行广播，生成的广播报文包括节点自身到核心节点的距离、上一跳节点信息和下一跳节点信息，每个节点根据接收到的广播的MA报文建立路由关系，从而构建出组播组结构。由于本申请实施例根据每个节点自身的稳定值来确定核心节点，在确定核心节点后每个节点重新生成MA报文经广播后建立彼此的路由关系，使得构建出的组播组结构更加稳定，解决了现有技术中组播路由传输可靠性较低的问题。

附图说明

下面将参照附图描述本申请的具体实施例，其中：

图1示出了本申请实施例中移动自组织网络的组播路由方法实施的流程示意图；

图2示出了本申请实施例中核心节点的确定过程示意图；

图3示出了本申请实施例中组播组结构示意图；

图4示出了本申请实施例中新节点选择父节点的过程示意图；

图5示出了本申请实施例中macMA帧的结构示意图；

图6示出了本申请实施例中父节点接收macMA帧的处理示意图；

图7示出了本申请实施例中跨层更新连接链表的过程示意图；

图8示出了本申请实施例中移动自组织网络的整体实施示意图；

图9示出了本申请实施例中移动自组织网络的结构示意图；

图10示出了本申请实施例中移动自组织网络中每个节点的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本说明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

发明人在发明过程中注意到：

AdHoc网络中组播通常是不可靠的，要实现可靠组播是一件相当困难的事情，主要是因为以下原因：

(1)由于AdHoc网络中的节点通信范围有限，所以常常采用多跳路由的方式来实现远距离通信过程。然而，随着路由跳数的增加，通信过程容易遭受链路干扰和信道衰落等因素的影响，从而导致传输性能大大降低。

(2)节点高移动性也会导致网络拓扑结构的不断变化，路由信息很快过期，路由维护频繁，这不仅增加了通信开销，还可能导致数据通信中断。

(3)节点离开或加入组播组的不确定性、高负载的数据流量传输以及密集型节点网络等都可能影响网络传输的可靠性。

通过大量文献调研发现，目前实现mesh结构可靠组播路由机制主要有以下几个方面：

(1)邻居节点选择和链路生命预测机制构造稳定的转发结构；

(2)控制广播减少控制报文数量；

(3)构造分簇结构；

(4)构造组播骨干节点集；

(5)源目节点之间多路径传输；

(6)本地修复策略。

当然，可靠组播路由还存在一些新的研究趋势如滑动窗口、网络编码、能量有效性和信任机制等。

但这些可靠组播路由机制的研究重点均为如何构建相对稳定的路由结构，依然不能确保数据报文组播通信的可靠性。

基于此，本申请实施例提出了一种移动自组织网络及其组播路由方法，通过获取稳定节点的方式来实现可靠报文传输，下面进行说明。

图1示出了本申请实施例中移动自组织网络的组播路由方法实施的流程示意图，如图所示，所述移动自组织网络的组播路由方法可以包括如下步骤：

步骤101、所述网络中每个节点发送多播控制(MA，MulticastAnnouncement)报文，所述MA报文中包括每个节点自身的稳定值，所述稳定值表示节点在网络中的稳定性；

步骤102、根据所述每个节点发送的MA报文中携带的节点自身的稳定值，确定核心节点；

步骤103、每个节点根据所述核心节点的MA报文生成自身的MA报文进行广播，所述广播的MA报文包括节点自身到所述核心节点的距离、上一跳节点信息和下一跳节点信息；

步骤104、每个节点根据接收到的其他节点广播的MA报文建立路由关系。

现有技术中，基于网格结构的组播路由协议(PUMA，ProtocolforUnifiedMulticastingthroughAnnouncement)使用单一的控制消息实现所有的功能，即多播控制包MA，通过这个报文，节点可以选择核心节点、通知节点加入或离开这个组网等，并维持该组网。

MA报文的格式可以如下表所示：

其中，MeshMemberCode：MA发送节点是否为组播组成员；

DistanceToCore：MA发送节点到组核心节点的距离；

ParentID：MA发送节点的上一跳节点ID；

SequenceNumber：MA报文序列号；

CoreID：核心节点ID；

GroupID：组播组ID；

稳定值：节点的稳定值。

在具体实施中，核心节点的确定可以有很多种选择规则，例如，可以从各个节点中选出距离中心位置最近且稳定性最好的节点，也可以选择稳定性最好且id值最大的节点。

图2中示出了本申请实施例中核心节点的确定过程示意图，如图所示，核心节点的确定过程可以如下：

步骤201、判断是否收到多个不同id的MA报文，如果没有收到多个，也即只收到了一个MA报文，则可以直接确定核心节点；如果收到了多个MA报文，则转至步骤202；

步骤202、判断MA报文所表示的节点的稳定值是否相同，如果相同，则转至步骤203；如果不同，则转至步骤204；

步骤203、判断是否均为边缘节点，如果均为边缘节点，则转至步骤205；如果不是，则转至步骤206；

步骤204、选择稳定值最大的节点，确定核心节点；

步骤205、选择离网络中心最近的节点，确定核心节点；

步骤206、选择id号最大的节点，确定核心节点；

确定核心节点，也即确定出核心节点的id号。

本申请实施例通过优化核心节点选举机制，根据每个节点的自身稳定值来确定核心节点，每个节点根据核心节点的MA报文填充自身的连接链表，更新路由表信息，例如，将确定出的核心节点的id号填入自身连接链表中的核心id字段，将自身到核心节点的路由更新到路由表中。生成新的MA报文后再次广播，经过各个节点的广播及路由更新即可确定网络内各节点之间的路由关系，最终构建出组播组结构。

其中，在确定出核心节点之后的构建过程可以为现有技术中PUMA协议构建组播组的过程。下面以一具体实例来说明组播组的构建过程。

图3示出了本申请实施例中组播组结构示意图，如图所示，PUMA协议启动，假设节点11想要加入组播组ID为0xE000000，节点11先查找自身是否收到过组播组的MA报文。如果没有收到，节点11即认为自身就是该组播组的核心节点，并开始周期性向邻居节点发送MA报文，申明自身是核心节点且到核心节点距离为0。节点1、2、3、4、5接收来自节点11的MA报文。

节点5根据收到的MA报文，将到核心节点距离加1，nexthop＝5，nexthopsnexthop＝11，生成新的MA报文继续广播给节点4、6、7、8、11。节点11收到来自节点5的MA报文，发现其nexthopsnexthop就是其本身，则认为节点5为节点11的路由下一跳。

依此类推，节点11的下一跳还有节点1、节点2和节点3，而通过节点2可以到达节点9和节点10。通过节点5还可以到达节点6、节点7、节点8和节点4。

故，当网络中所有节点都转发了自身产生的MA报文后，核心节点到网络中每个节点都存在链路可达。

另外，由于本申请实施例是每个节点自行计算各自的稳定值，将计算分散在各个节点，对路由要求的计算量小、响应快，降低了计算的复杂度；由于每个节点不需要保存全局信息，只需要节点管理本地状态，因而，本申请实施例所提供的方法具有较好的可扩展性。

实施中，所述根据所述每个节点发送的MA报文，确定核心节点，具体可以为：

根据每个节点发送的MA报文中携带的节点自身的稳定值，确定稳定值最大的节点为核心节点。

具体实施中，由于稳定值越大则代表该节点在网络中的稳定性越高，在网络中的稳定性越高则可以使得链路传输更可靠，因此，通常是选择稳定值最大的节点作为核心节点。

本申请实施例通过选择稳定值最大的节点作为核心节点，来保障链路传输数据的可靠性。

实施中，所述方法可以进一步包括：

当有新的节点加入所述组播组时，所述新节点发送MA报文并在接收到其他节点发送的MA报文后确定所述组播组中作为父节点的节点，所述新节点与所述作为父节点的节点建立路由。

本申请实施例中在构建了组播组结构之后，可能会有新的节点加入组播组，此时，新的节点可以发送MA报文，并在收到其他节点发送的MA报文之后，可以确定出组播组中可以作为父节点的节点，并将新节点自身与父节点建立路由关系。

在本申请实施例中，可以进一步将mesh网络中节点角色细化为成员节点、接收节点和末梢节点，成员节点是组成mesh网络所有的节点，接收节点是mesh网络中的数据接收节点，接收节点是成员节点的一部分，末梢节点则是不存在孩子节点的接收节点，末梢节点是接收节点的一部分。其中，本申请实施例中所述父节点可以为组播组中的接收节点或成员节点。

当有节点加入组播组时，如果该节点本身为成员节点(也即，disToMesh＝0)，那么，该节点加入组播组后修改为接收节点；如果该节点不是成员节点，那么该节点加入组播组之后可以将其设为末梢节点，并修改MA报文和连接链表中的disToMesh为0。

实施中，所述新节点在接收到其他节点发送的MA报文后确定所述组播组中作为父节点的节点，具体可以为：

所述新节点在接收到其他节点发送的MA报文后，判断距离核心节点距离最短的节点数量；

如果距离核心节点距离最短的节点数量大于2，则选择节点稳定值最大的至少两个节点作为父节点；

所述新节点激活所述新节点到所述父节点的路由，组建macMA帧并发送。

图4示出了本申请实施例中新节点选择父节点的过程示意图，如图所示，可以包括如下步骤：

步骤401、新节点接收其他节点发送的MA报文；

步骤402、判断disToMesh值最小(距离核心节点距离最短)的节点的数量是否大于2，如果大于2，则转至步骤403；如果不大于2，则转至步骤404；

步骤403、根据节点的稳定值node.stable选择稳定值最大的两个节点作为父节点；

步骤404、设置isActiveRoute和activeId参数值；

具体可以为，设置自身链表中的isActiveRoute＝true，并将父节点的id号填充至activeId中，完成路由激活，也即该节点到父节点的路由被激活；

步骤405、从网络层获取自身IP地址以及所述父节点的ID号，组装macMA帧并发送。

本申请实施例可以利用稳链路选择机制(也即选择稳定值最大的节点作为父节点的机制)，构建稳定的mesh网络结构。

图5示出了本申请实施例中macMA帧的结构示意图，如图所示，macMA帧可以包括：节点的id号、isActiveRoute、activeId、发送端物理地址、接收端物理地址、备用字段等。

其中，activeId表示被激活节点的id号，例如，上述确定的父节点的id号；isActiveRoute表示本节点到被激活的节点的路由是否被激活，例如，激活的父节点为9，假设isActiveRoute＝true，则代表本节点到节点9的路由路径被激活。发送端可以为上述新的待加入组播组的节点；接收端则可以为父节点。

本申请实施例中通过选择网络中2条及2条以上的冗余路径来保障报文传输性能，提出尽量选择2条最稳定的路由来优化路由结构，减少了网络中报文碰撞的几率，降低了网络代价，提高了网络性能。

实施中，所述方法可以进一步包括；

所述作为父节点的节点接收到所述macMA帧后，跨层更新自身连接链表，并在确定所述macMA帧的ID号与自身ID号相同时，激活自身到所述新节点的路由。

图6示出了本申请实施例中父节点接收macMA帧的处理示意图，如图所示，可以包括如下步骤：

步骤601、父节点接收网络中传输的数据；

步骤602、判断接收到的数据是否为macMA帧，如果不是macMA帧则进行正常的数据处理进程；如果是，则转至步骤603；

步骤603、处理macMA帧，跨层更新自身的连接链表，更新路由信息；

具体为，收到报文后，识别是macMA帧，接收端物理地址是自身，则拆掉报头，并向上层传输。

步骤604、判断该macMA帧所要激活的节点是否为自身，也即，判断macMA.id是否等于自身id，如果是，则转至步骤605；如果不是则结束；

步骤605、将自身连接链表中isActiveRoute的值修改为true，完成自身到新节点的路由的激活响应。

图7示出了本申请实施例中跨层更新连接链表的过程示意图，如图所示，跨层更新连接链表可以为：

物理层接收到macMA帧，然后传输到数据链路层，数据链路层根据macMA帧对网络层的连接链表进行处理，可以包括更新MA序列号和连接链表相关表项等；

其中，连接链表可以包括父节点id、MA序列号、更新时间、核心id和组id等字段，其中父节点id表示该节点的父节点的id号，MA序列号为每次发送的MA报文编号，核心id为核心节点的id号、组id为组播组的id号。

然后，数据链路层可以从网络层获取当前MA序列号、组播组id号、核心节点id和父节点id，并添加发送端物理地址和接收端物理地址，构建macMA帧，经物理层发送出去。

实施中，所述方法可以进一步包括：

将节点自身的稳定值与预设阈值比较；

如果节点自身的稳定值小于预设阈值，则删除所述节点的激活路径；

判断是否存在其他备选父节点，如果存在备选父节点则启动所述备选父节点；如果不存在，则发送MA报文，重新路由。

具体实施中，本申请实施例还可以利用稳定节点选择机制积极预测链路稳定性，也即，网络中的节点均选择稳定节点，积极预测网络中每个节点的稳定性是否发生了变化，并在发生某个节点稳定性低于阈值时，删除该节点的激活路径，也即在路由表中将经过该节点的路由删除，再进一步判断是否存在备选的父节点，如果存在备选父节点，则启动所述备选父节点来修复原路径，使得链路传输不会断开，如果不存在备选父节点则发送MA报文重新路由，以建立新的路径，从而在链路断开之前及时切换到可靠路径。

本申请实施例可以通过积极预测节点稳定性机制，如果节点稳定值低于阈值则认为该节点可能因为电量降低或移动出传输范围而拒绝成为网络中的成员节点，从而可以在路由失效之前有效预测出链路可能要出现故障，及时切换可用路径来保障通信链路可靠性。

实施中，所述方法可以进一步包括：

组播组中的节点向邻居节点发送macMA帧，所述macMA帧用于探测所述邻居节点是否收到丢失的数据报文；

如果所述邻居节点收到丢失的数据报文则应答所述macMA帧，所述节点根据所述应答信息修复所述丢失的数据报文；

如果所述邻居节点没有收到丢失的数据报文，则由核心节点通知发送所述数据报文的原节点重新发送所述丢失的数据报文。

现有技术中可以包括两种报文丢失情况，一种是非组播组报文丢失，例如，A节点转发给B节点报文，如果A节点没有转发，则可以确定该报文丢失；另一种是组播组报文丢失，由于组播组采用组内广播机制，无法检测报文是否丢失。

具体实施中，组播组成员节点的报文丢失时，可以向邻居节点发送macMA报文进行探测(可以通过新增标示字段等方式)，根据邻居节点是否收到丢失的数据报文来启动不同的修复机制，也即邻居节点收到探测丢失报文的macMA报文后，查找报文缓存链表，如果收到了丢失的数据报文则直接向该节点发送该报文完成传输修复；如果邻居节点没有收到丢失的数据报文则启动第二阶段基于源的报文修复，也即，由核心节点通知发送所述数据报文的源节点重新发送该数据报文。若报文丢失是因为网络中不可预料情况产生的，可以通过组播组修复机制修复后，由源节点重新发送数据报文。

本申请实施例可以在网络出现不可预测的状况时，例如节点关机或断网等，即可能发生报文丢失情况，此时，可以由网络中的其他节点主动探测其邻居节点是否收到了丢失的数据报文，如果邻居节点收到了丢失的数据报文则可以从邻居节点获取，进而完成链路传输的修复；如果邻居节点也没有收到丢失的数据报文，那么可以请求核心节点通知源节点再次发送丢失的数据报文，来补救丢失的数据报文，以保障可靠的链路传输。

由上述内容可以看出，本申请实施例的路由维护可以分为两种情况，一种是当节点A的父节点B不可预测失效时，例如关机或断网等，此时，可以采用删除失效的父节点、启动备选父节点的方式，如果没有备选父节点，则节点A发送MA报文，重新进行路由查询；另一种是当节点A的父节点B可预测失效时，例如移动超出一定范围等，节点A可以通过预测计算出节点B这一路径的稳定性低于阈值，然后删除节点B这一路径，启动备选节点，如果没有备选父节点，则节点A发送MA报文，重新进行路由查询。

本申请实施例采用双重机制来保障链路可靠传输，第一重机制可以是采用积极预测节点稳定性机制，通过获取节点的稳定值，当节点的稳定值低于阈值时则认为该节点可能因为电量低或即将移动出传输范围而拒绝成为网络中的成员节点，此时，可以在路由失效之前及时切换可用路径，来保障通信链路可靠性；第二重则是当网络出现不可预测的情况时，采用激活备选路径的方式或者进行本地故障修复等补救措施，来保障链路传输的可靠性。

为了便于本申请的实施，下面以实例进行说明。

图8示出了本申请实施例中移动自组织网络的整体实施示意图，如图所示，可以包括如下步骤：

步骤801、每个节点计算稳定值；

步骤802、选举核心节点；

步骤803、判断节点到核心节点之间是否存在两个以上的父节点，如果不存在则直接转至步骤804；如果存在，则根据一定的规则选择其中两个父节点之后，再转至步骤804；

步骤804、构建组播组结构；

步骤805、当节点失效，导致组播组结构破坏时，判断节点到核心节点是否还有其他有效路径。如果有，则转至步骤806；如果没有其他路径，则转至步骤807；

步骤806、发送macMA帧，激活该有效路径；

步骤807、发送MA报文，获取新的路由。

本申请实施例所提供的方法可以包括核心节点选举、路由建立和路由维护三个过程，其中，核心节点的选举可以从稳定节点中选举，从而本申请实施例又可以包括稳定节点的计算过程，分别描述如下：

一、稳定节点计算

借鉴了Intel公司的发明专利《基于熵(自组织)稳定性管理》中构建熵模型的思路，测量节点间的相对可用性或可靠性，利用稳定性方法估算该网络上多个节点中每个节点的稳定性水平，其中该稳定性水平使用基于熵的统计方法来进行估算的。估算出来的节点熵模型是AdHoc网络路径稳定性、长寿命性的重要度量参数，减少路径的重构或路径修复次数，提供AdHoc网络传输能力的保证。

首先，将包含节点和链路的AdHoc网络抽象成有权图G(V，E)，V代表图G的节点集。在G中，元素e∈E具有一组有序数列作为e的属性。这些属性可以是节点相对移动速度，发射范围和节点队列长度等。假定满足节点工作的最小剩余电量为W，最大缓存队列长度为Q，那么判断稳定节点的前提条件应该满足以下条件约束：

(1)节点i的电源剩余量约束：W_i≥W(i∈V)

(2)节点i的缓存队列长度约束：Q_i≤Q(i∈V)

其中，W_i为节点i的剩余电量。

Q_i为节点i的缓存队列长度。

接着，对节点移动速度熵进行公式化，首先计算Δ时间间隔内节点i与节点j的样本相对可依赖性的定义，如公式(1)所示。

$d_{i,j}=\frac{\left|\left(\right|pos\left(i,j,t_i\right)+v\left(i,j,t_i\right)*\mathrm{\Δ})\right|-\left|pos\right(i,j,t_{i+1}\left)\right|\left)\right|}{{\mathrm{Tr}}_i}$ 公式(1)

公式(1)中各变量的具体含义如下：

pos(i，j，t_i)为t_i时刻节点i与节点j之间的相对位置信息，可通过两点间的距离公式计算获得；

v(i，j，t_i)为t_i时刻节点i与节点j之间的相对移动速度；

Tr_i为节点i的发射范围。

接着，计算在Δ时间间隔内平均的节点i与节点j之间的绝对相对可依赖性定义为：

$D_{i,j}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\left|d_{i,j}\right|$ 公式(2)

N为Δ时间内离散时刻t_i的个数，在Δ时间间隔内位置信息和速度信息将被重新计算。

为了表征稳定性，可以使用应用到事件空间的香农(Shannon)统计熵通用公式：

H＝-∑P_ilogP_i公式(3)

其中P_i是事件空间E中事件ei的或然性(probability)。将这种概念应用到节点i的可信赖性事件空间，设

$P_k(t,\mathrm{\Δ})={\frac{D_{i,k}}{\underset{j\∈N\left(i\right)}{\Σ}{D}_{i,j}}}^{}$ 公式(4)

其中N(i)为节点i的所有邻居节点估算(邻居节点可通过PUMA的连接链表获得)。

最后，可推导出所述网络中单一节点的熵为

$H_i(t,\mathrm{\Δ})=-\frac{\underset{k\∈N\left(i\right)}{\Σ}{P}_k(t,\mathrm{\Δ})\log P_k(t,\mathrm{\Δ})}{\log C\left(N\right(i))}$ 公式(5)

其中C(N(i))为节点i的邻居节点个数。

H_i(t，Δ)估算为网络中单位熵测量时间段Δ时间间隔内节点i的熵。熵的这种表示是根据稳定性状态评估期间的Δ的绝对相对可依赖性的关于节点i的稳定性预测。H_i(t，Δ)值越小(0除外)，则表明节点i周边变化越剧烈。根据以上定义，也可以看出：熵函数H_i(t，Δ)并不是统计物理学或信息论中严格意义下的熵，而只是借助于熵的定义和形式所构造的能够表征节点稳定性的尺度。通过这种方式，网络中的所有节点都能预测当前网络稳定值，并通常是选择最稳定节点进行数据传输。

在具体实施中，可以根据上述计算方式计算得到每个节点的稳定值，也可以采用其他计算方式来计算，例如，根据节点之间的位置关系、移动速度关系等采用其他公式计算，本领域技术人员可以根据实际需要进行开发、编码即可。

图9示出了本申请实施例中移动自组织网络结构示意图，如图所示，圆圈表示节点，在1000*1000范围内50个节点随机分布，黑色的12个节点(也即，节点1～节点12)构建了一个组播组结构，节点通信范围为250m。

假设节点3计算得到节点3的稳定值node.stable＝20，并将该稳定值填入MA报文的节点链表中，生成MA报文广播；

节点4计算得到节点4的稳定值node.stable＝21，并将该稳定值填入MA报文的节点链表中，生成MA报文广播；

节点12计算得到节点12的稳定值node.stable＝100，并将该稳定值填入MA报文的节点链表中，生成MA报文广播。

(2)核心节点选举

核心节点选举机制是尽量避免选择网络边缘、稳定值低的节点作为核心节点，继续以上述举例进行说明如下：

具体实施中，假设节点5的稳定值node.stable＝20，节点5收到节点3、节点4和节点12广播的MA报文，选择稳定性高的节点，也即节点12(节点12的稳定值100＞节点4的稳定值21＞节点3的稳定值20＝节点5的稳定值)作为核心节点；

假设节点5的稳定值node.stable＝100(＝节点12的稳定值)，那么，具体实施时，可以选择id大的节点，也即节点12，作为核心节点；也可以先判断是否为边缘节点，如果都是边缘节点的话则可以选择离网络中心近的节点，如果不都是边缘节点的话，再选择id大的节点。

又如，本申请实施例以图9为例再次说明核心节点的选举过程，具体如下：

1、所有节点根据节点稳定性算法计算自身的node.stable；

2、节点12将node.stable填充MA报文广播；

3、节点10将node.stable填充MA报文广播；

4、节点11启动定时器，定时器超时前收到节点12和节点10的MA报文；

5、假设节点12的稳定性高于节点10，那么节点11忽略节点10的MA报文，填充连接链表，生成自身的MA报文继续转发。

至此，核心节点选举成功。

本申请实施例中，通过节点稳定节点的熵模型来计算节点稳定性node.stable，并由此提出了核心节点选举算法。其中的边缘节点判定方法是通过计算节点位置信息与场地中心之间的距离获得的。节点稳定值相同的情况下，离中心位置越近的节点被选为核心节点的可能性越高。在节点稳定值与中心距离都相同的情况下，选择id大的节点作为核心节点。

当核心节点的稳定性低于阈值或者核心节点突然离开的情况下，则重新启动核心节点选举机制，选举出新的、稳定性高的节点作为核心节点。

(3)路由建立

将mesh中节点角色细化为成员节点、接收节点和末梢节点。成员节点是组成mesh网所有的节点。接收节点是mesh中的数据接收节点，也是mesh成员节点的一部分。末梢节点则是不存在孩子节点的接收节点，也是mesh接收节点的一部分。节点角色判断分为加入/退出组播组这两种情况考虑。当节点n加入组播组时，如果其本身就是成员节点(即其disToMesh为0)，那么节点n的角色直接修改为接收节点。否则，将节点n的角色设为末梢节点。然后修改MA报文和连接链表中的disToMesh为0，发送MA报文。

虽然当数据传输过程中，网络中存在多条链路在一定程度上保障了报文传输的可靠性。但随着路径数量的增加，路径维护成本也成几何倍数增加，因而整体网络代价大幅增加，网络中报文碰撞几率也增大，最终有可能导致网络性能下降。文献指出，网络中2-3条冗余路径来保障报文传输性能最佳。为此，提出了尽量选择两条最稳定的路由，来优化路由结构算法。

结合图9所示，本申请实施例对组播组优化建立过程进行如下说明。

节点9加入组播组的过程如下：

步骤1、节点9发送MA加入组播；

步骤2、节点9收到节点A、节点B和节点8的MA报文；

步骤3、节点8为末梢节点，节点A和节点B到核心节点跳数相同，故节点9选取节点A和节点B两个父节点。

节点10加入组播组的过程如下：

步骤1、节点10发送MA加入组播组；

步骤2、节点10收到节点11、节点13、节点14和节点15的MA报文；

步骤3、节点11、节点13、节点14和节点15到核心节点的跳数为1，节点10选择稳定度量高的节点11和节点14为父节点。

至此，节点10到核心节点的两条路径为10-11-12和10-14-12。

(4)路由维护

采用双重机制来保障链路可靠传输。第一重机制是采用积极节点稳定性预测机制。通过稳定节点选择算法获取激活节点稳定值，当激活节点稳定值低于阈值，说明该激活节点可能因为电池量降低或即将移动出传输范围而拒绝成为mesh成员节点，此时在路由失效之前及时切换可用路径来保障通信链路可靠性。第二重机制是当网络出现不可预测的状况(如节点因关机或断网等)，采用激活备选路径方式或者本地故障修复机制等补救措施来保障链路传输的可靠性。

结合图9所示，本申请实施例对路由修复过程进行如下说明。

当节点10的10-11-12路由失效时，

步骤1、节点10路由表删除失效路由父节点11；

步骤2、节点10利用多路径10-14-12维护mesh结构；

步骤3、节点10发送macMA报文激活备选路由10-13-12。

至此，节点10到核心节点两条路径10-14-12和10-13-12。

当节点8的8-A-12路由失效时，

步骤1、节点8路由表删除失效路由父节点A；

步骤2、节点8发送macMA报文查找新路由；

步骤3、节点8获取新路由8-9-B-12。

至此，节点8到核心节点的新路由为8-9-B-12。

综上，可以看出本申请的设计思路为：基于熵模型的稳定链路选择机制和基于跨层的本地报文修复机制，解决组播路由协议报文传输可靠性低的问题。优化核心节点选举机制，选择稳定度量高的节点为核心节点；利用稳链路选择机制构建相对稳定的mesh网络结构。网络拓扑发生变化时，利用稳定节点选择机制积极预测链路稳定性，在链路断开之前切换备选可靠路径。链路连接失败或数据报文丢失时，利用跨层机制发送macMA报文进行本地报文修复。本地数据报文恢复失败的情况下，通过核心节点发送向发送源请求丢失报文，进一步提高报文传输可靠性。

基于同一发明构思，本申请实施例中还提供了一种移动自组织网络，所述网络中可以包括若干节点，下面进行说明。

图10示出了本申请实施例中移动自组织网络中每个节点的结构示意图，如图所示，每个节点可以包括：

发送模块1001，用于发送MA报文，所述MA报文中包括节点自身的稳定值，所述稳定值表示节点在网络中的稳定性；

确定模块1002，用于根据其他节点发送的MA报文中携带的节点稳定值，确定网络的核心节点；

所述发送模块1001还用于根据所述核心节点的MA报文生成自身的MA报文进行广播，所述广播的MA报文包括节点自身到所述核心节点的距离、上一跳节点信息和下一跳节点信息；

路由模块1003，用于根据接收到的其他节点广播的MA报文建立路由关系。

实施中，所述确定模块具体可以用于根据其他节点发送的MA报文中携带的节点稳定值，确定稳定值最大的节点为核心节点。

实施中，每个节点可以进一步包括：

计算模块1004，用于通过以下公式计算所述稳定值；

其中，H_i(t，Δ)为根据评估期间Δ的绝对相对可依赖性预测的节点i的稳定值，C(N(i))为节点i的邻居节点个数， $P_k\left(t,\mathrm{\Δ}\right)=\frac{D_{i,k}}{\underset{j\∈N\left(i\right)}{\mathrm{\Σ}}{D}_{i,j}};D_{i,j}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|d_{i,j}\right|,d_{i,j}=\frac{\left|\left(\right|pos\left(i,j,t_i\right)+v\left(i,j,t_i\right)*\mathrm{\Δ})\right|-\left|pos\right(i,j,t_{i+1}\left)\right|\left)\right|}{{\mathrm{Tr}}_i},$ pos(i，j，t_i)为t_i时刻节点i与节点j之间的相对位置，v(i，j，t_i)为t_i时刻节点i与节点j之间的相对移动速度，Tr_i为节点i的发射范围。

实施中，所述网络可以进一步包括新的节点，所述新的节点可以包括：

父节点确定单元，用于根据其他节点发送的MA报文，确定所述组播组中作为父节点的节点；

路由单元，用于建立所述新的节点与所述作为父节点的节点之间的路由关系。

实施中，所述新的节点为网络的成员节点，所述新的节点可以进一步包括：

修改单元，用于在所述新的节点加入所述组播组之后，将所述新的节点修改为接收节点；其中，所述成员节点为组成网络的节点，所述接收节点为所述网络中负责接收数据的节点。

实施中，所述新的节点为非成员节点，所述新的节点可以进一步包括：

设定单元，用于在所述新的节点加入所述组播组之后，将所述新的节点设定为末梢节点，并修改所述节点的disToMesh为0；其中，所述非成员节点为网络之外的节点，所述末梢节点为不存在孩子节点的接收节点，所述接收节点为所述网络中负责接收数据的节点。

实施中，所述父节点确定单元具体在接收到其他节点发送的MA报文后，判断距离核心节点距离最短的节点数量；如果距离核心节点距离最短的节点数量大于2，则选择节点稳定值最大的至少两个节点作为父节点；激活所述新节点到所述父节点的路由。

实施中，所述父节点可以包括：

接收单元，用于接收所述macMA帧；

处理单元，用于跨层更新自身的连接链表，并在确定所述macMA帧的id号与自身id号相同时，激活自身到所述新节点的路由。

实施中，每个节点可以进一步包括：

比较模块1005，用于将节点自身的稳定值与预设阈值比较；

删除模块1006，用于如果节点自身的稳定值小于预设阈值，则删除所述节点的激活路径；

所述路由模块1003可以进一步用于判断是否存在其他备选父节点，如果存在备选父节点则启动所述备选父节点；如果不存在，则发送MA报文，重新路由。

实施中，所述发送模块1001可以进一步用于发送macMA帧，所述macMA帧用于探测所述邻居节点是否收到丢失的数据报文；每个节点可以进一步包括：

修复模块1007，用于根据所述邻居节点的应答信息修复所述丢失的数据报文。

为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

Claims (20)

1.一种移动自组织网络的组播路由方法，其特征在于，包括如下步骤：

所述网络中每个节点发送多播控制MA报文，所述MA报文中包括每个节点自身的稳定值，所述稳定值表示节点在网络中的稳定性；

根据所述每个节点发送的MA报文中携带的节点自身的稳定值，确定核心节点；

每个节点根据所述核心节点的MA报文生成自身的MA报文进行广播，所述广播的MA报文包括节点自身到所述核心节点的距离、上一跳节点信息和下一跳节点信息；

每个节点根据接收到的其他节点广播的MA报文建立路由关系。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述每个节点发送的MA报文，确定核心节点，具体为：

根据每个节点发送的MA报文中携带的节点自身的稳定值，确定稳定值最大的节点为核心节点。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述稳定值可以通过以下公式计算得到：

$H_i(t,\mathrm{\Δ})=-\frac{\underset{k\∈N\left(i\right)}{\Σ}{P}_k(t,\mathrm{\Δ})\log P_k(t,\mathrm{\Δ})}{\log C\left(N\right(i))},$

其中，H_i(t，Δ)为根据评估期间Δ的绝对相对可依赖性预测的节点i的稳定值，C(N(i))为节点i的邻居节点个数， $d_{i,j}=\frac{\left|\left(\right|pos\left(i,j,t_i\right)+v\left(i,j,t_i\right)*\mathrm{\Δ})\right|-\left|pos\right(i,j,t_{i+1}\left)\right|\left)\right|}{{\mathrm{Tr}}_i},$ pos(i，j，t_i)为t_i时刻节点i与节点j之间的相对位置，v(i，j，t_i)为t_i时刻节点i与节点j之间的相对移动速度，Tr_i为节点i的发射范围。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

当有新的节点加入所述组播组时，所述新节点发送MA报文并在接收到其他节点发送的MA报文后确定所述组播组中作为父节点的节点，所述新节点与所述作为父节点的节点建立路由。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述新的节点为网络的成员节点，在所述新的节点加入所述组播组之后，进一步包括：将所述新的节点修改为接收节点；其中，所述成员节点为组成网络的节点，所述接收节点为所述网络中负责接收数据的节点。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述新的节点为非成员节点，在所述新的节点加入所述组播组之后，进一步包括：将所述新的节点设定为末梢节点，并修改所述节点的disToMesh为0；其中，所述非成员节点为网络之外的节点，所述末梢节点为不存在孩子节点的接收节点，所述接收节点为所述网络中负责接收数据的节点。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述新节点在接收到其他节点发送的MA报文后确定所述组播组中作为父节点的节点，具体为：

所述新节点在接收到其他节点发送的MA报文后，判断距离核心节点距离最短的节点数量；

如果距离核心节点距离最短的节点数量大于2，则选择节点稳定值最大的至少两个节点作为父节点；

所述新节点激活所述新节点到所述父节点的路由，组建macMA帧并发送。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括：

所述父节点接收到所述macMA帧后，跨层更新自身的连接链表，并在确定所述macMA帧的id号与自身id号相同时，激活自身到所述新节点的路由。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

将节点自身的稳定值与预设阈值比较；

如果节点自身的稳定值小于预设阈值，则删除所述节点的激活路径；

判断是否存在其他备选父节点，如果存在备选父节点则启动所述备选父节点；如果不存在，则发送MA报文，重新路由。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

组播组中的节点向邻居节点发送macMA帧，所述macMA帧用于探测所述邻居节点是否收到丢失的数据报文；

如果所述邻居节点收到丢失的数据报文则应答所述macMA帧，所述节点根据所述应答信息修复所述丢失的数据报文；

如果所述邻居节点没有收到丢失的数据报文，则由核心节点通知发送所述数据报文的源节点重新发送所述丢失的数据报文。

11.一种移动自组织网络，所述网络中包括若干节点，其特征在于，每个节点包括：

发送模块，用于发送多播控制MA报文，所述MA报文中包括节点自身的稳定值，所述稳定值表示节点在网络中的稳定性；

确定模块，用于根据其他节点发送的MA报文中携带的节点稳定值，确定网络的核心节点；

所述发送模块还用于根据所述核心节点的MA报文生成自身的MA报文进行广播，所述广播的MA报文包括节点自身到所述核心节点的距离、上一跳节点信息和下一跳节点信息；

路由模块，用于根据接收到的其他节点广播的MA报文建立路由关系。

12.如权利要求11所述的网络，其特征在于，所述确定模块具体用于根据其他节点发送的MA报文中携带的节点稳定值，确定稳定值最大的节点为核心节点。

13.如权利要求11所述的网络，其特征在于，每个节点进一步包括：

计算模块，用于通过以下公式计算所述稳定值；

其中，H_i(t，Δ)为根据评估期间Δ的绝对相对可依赖性预测的节点i的稳定值，C(N(i))为节点i的邻居节点个数， $P_k\left(t,\mathrm{\Δ}\right)=\frac{D_{i,k}}{\underset{j\∈N\left(i\right)}{\mathrm{\Σ}}{D}_{i,j}};D_{i,j}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left|d_{i,j}\right|,d_{i,j}=\frac{\left|\left(\right|pos\left(i,j,t_i\right)+v\left(i,j,t_i\right)*\mathrm{\Δ})\right|-\left|pos\right(i,j,t_{i+1}\left)\right|\left)\right|}{{\mathrm{Tr}}_i},$ pos(i，j，t_i)为t_i时刻节点i与节点j之间的相对位置，v(i，j，t_i)为t_i时刻节点i与节点j之间的相对移动速度，Tr_i为节点i的发射范围。

14.如权利要求11所述的网络，其特征在于，所述网络进一步包括新的节点，所述新的节点包括：

父节点确定单元，用于根据其他节点发送的MA报文，确定所述组播组中作为父节点的节点；

路由单元，用于建立所述新的节点与所述作为父节点的节点之间的路由关系。

15.如权利要求14所述的网络，其特征在于，所述新的节点为网络的成员节点，所述新的节点进一步包括：

修改单元，用于在所述新的节点加入所述组播组之后，将所述新的节点修改为接收节点；其中，所述成员节点为组成网络的节点，所述接收节点为所述网络中负责接收数据的节点。

16.如权利要求14所述的网络，其特征在于，所述新的节点为非成员节点，所述新的节点进一步包括：

设定单元，用于在所述新的节点加入所述组播组之后，将所述新的节点设定为末梢节点，并修改所述节点的disToMesh为0；其中，所述非成员节点为网络之外的节点，所述末梢节点为不存在孩子节点的接收节点，所述接收节点为所述网络中负责接收数据的节点。

17.如权利要求14所述的网络，其特征在于，所述父节点确定单元具体在接收到其他节点发送的MA报文后，判断距离核心节点距离最短的节点数量；如果距离核心节点距离最短的节点数量大于2，则选择节点稳定值最大的至少两个节点作为父节点；激活所述新节点到所述父节点的路由。

18.如权利要求17所述的网络，其特征在于，所述父节点包括：

接收单元，用于接收所述macMA帧；

处理单元，用于跨层更新自身的连接链表，并在确定所述macMA帧的id号与自身id号相同时，激活自身到所述新节点的路由。

19.如权利要求11所述的网络，其特征在于，每个节点进一步包括：

比较模块，用于将节点自身的稳定值与预设阈值比较；

删除模块，用于如果节点自身的稳定值小于预设阈值，则删除所述节点的激活路径；

所述路由模块进一步用于判断是否存在其他备选父节点，如果存在备选父节点则启动所述备选父节点；如果不存在，则重新路由。

20.如权利要求11所述的网络，其特征在于，所述发送模块进一步用于发送macMA帧，所述macMA帧用于探测所述邻居节点是否收到丢失的数据报文；每个节点进一步包括：修复模块，用于根据所述邻居节点的应答信息修复所述丢失的数据报文。