CN106330731B - 一种无线自组网的多播树建立方法 - Google Patents
一种无线自组网的多播树建立方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种无线自组网的多播树建立方法，该方法基于网络层MAODV协议和IEEE 802.16 MAC(Media Access Control，媒体接入控制)层分布式调度技术，将分布式调度机制从MAC层分离，融入到网络层多播路由算法中，在建立多播树时，利用已知的资源信息选择合适的建树路径，从而建立为多播预留一定资源的多播树，避免业务冲突。此外，将带宽申请与分配操作融入路由控制消息中，在建立路由的同时完成资源分配工作，MAC层根据网络层分配结果进行数据传输，不必再次进行调度。本发明不同于现有的MAC协议独立调度、反复交互的方式，从整体上简化调度流程，可有效节省时间和资源，实现服务质量提升。
Description
技术领域
本发明涉及无线自组网领域。更具体地，涉及一种基于网络层MAODV(MulticastAd hoc On-demand Distance Vector Routing，多播按需距离矢量路由)协议和IEEE802.16 MAC(Media Access Control，媒体接入控制)层分布式调度技术的无线自组网的多播树建立方法。
背景技术
无线移动自组网又称无线移动多跳网，简称无线自组网，是由一组相互协作的无线移动节点组成的、无中心控制节点、不依赖于任何固定网络设备的特殊网络。
在部分无线自组网的应用场景中，多播通信是一种非常重要的通信方式。例如在编队通信中，编队成员之间需要通信，同时编队成员又需要实时接收来自指挥中心的信息，因此网络中通信的大部分业务都以多播的形式传输。此外，由于多播应用场景往往存在一定的特殊性，市场对多播业务质量的要求也越来越高。
多播是一种允许单一用户同时向多个用户发送业务数据的网络技术。与单播方式相比，多播源节点不需要为每个目的节点分别建立路由，在进行业务传输时，多播路由协议在网络的转发节点处利用数据复制的方式进行分发，使源节点仅发送一次业务数据，提高了传输效率，并且节省了网络带宽资源。
在现有的多播协议中，树状多播路由协议是研究的重点，而由AODV扩展而来的MAODV协议是其中的典型代表。在MAODV协议中，多播组成员节点建立多播树(共享分发树)，多播业务数据沿树状结构实现高效传输，节省带宽资源。但，这种协议也存在一些缺点：由于树状结构中不存在环路，各个节点之间没有冗余路径，因此树上任何节点之间的链路失效或状态异常均会影响多播业务传输质量。此外，与单播路由协议相似，MAODV协议由于没有考虑底层带宽资源状况，不能保证传输链路的可靠性且无法避免拥塞，因此难以确保每个组成员都能及时准确的收到多播消息，不能满足用户对多播业务质量的需求。
为了能够解决业务传输可靠性问题并提高多播业务的传输质量，需要提供一种采取跨层设计打破层间壁垒，将网络层多播路由协议和MAC层资源调度信息融合的有效节省时间和资源、实现服务质量提升的无线自组网的多播树建立方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无线自组网的多播树建立方法，以解决现有的多播路由协议传输质量不高的问题。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种无线自组网的多播树建立方法，包括如下步骤：
S1、多播业务源节点通过查找多播路由表判断是否已存在多播路由且其自身是否是多播组成员节点，如是，则流程结束；如否，则多播业务源节点发送包含多播业务的多播组地址和多播业务源节点的时隙分配表的RREQ请求消息；
S2、收到RREQ请求消息的节点根据RREQ请求消息判断本节点是否为多播组成员节点，如是，则转至步骤S5；如否，则该节点为准中间节点，转至步骤S3；
S3、首先，收到RREQ请求消息的准中间节点通过查找多播路由表判断本节点是否存在该多播路由，如是，则更新路由条目中的反向信息；如否，则插入新路由条目，记录到多播业务源节点的反向路由信息；
之后，收到RREQ请求消息的准中间节点缓存RREQ请求消息中的时隙分配表，根据RREQ请求消息中的时隙分配表与该节点的本地时隙分配表判断该节点与上一跳节点之间的共有时隙是否大于设定的多播预留带宽所需的时隙：
如是，则该节点成为中间节点，根据该节点的本地时隙分配表更新RREQ请求消息中的时隙分配表并广播转发更新后的RREQ请求消息至下一跳节点，转至步骤S4；
如否，则该节点丢弃RREQ请求消息，还原为普通节点；
S4、重复执行步骤S2-S3；
S5、首先，收到RREQ请求消息的多播组成员节点通过查找多播路由表判断本节点是否存在该多播路由，如是，则更新路由条目中的反向信息；如否，则插入新路由条目，记录到多播业务源节点的反向路由信息；
之后，收到RREQ请求消息的多播组成员节点缓存RREQ请求消息中的时隙分配表，根据RREQ请求消息中的时隙分配表与该节点的本地时隙分配表判断该节点与上一跳节点之间的共有时隙是否大于设定的多播预留带宽所需的时隙：
如是，则该节点根据设定的多播预留带宽所需的时隙为多播业务分配时隙并启动限定路由激活时限的定时器，之后，采取单播方式向上一跳节点发送RREP回复消息，所述RREP回复消息中包括该节点已分配时隙的时隙分配表，转至步骤S6；
如否，则该节点丢弃RREQ请求消息，等待接收下一个RREQ请求消息、重新执行步骤S1或流程结束；
S6、收到RREP回复消息的节点判断本节点是否为多播业务源节点，如是，则转至步骤S9；如否，则转至步骤S7；
S7、首先，收到RREP回复消息的中间节点通过查找多播路由表判断本节点是否存在该多播路由，如是，则更新路由条目中的正向信息；如否，则插入新路由条目，记录到多播组成员节点的正向信息；
之后，该节点根据RREP回复消息中的时隙分配表更新该节点的本地时隙分配表，并在更新后判断该节点与上一跳节点之间的共有时隙是否大于设定的多播预留带宽所需的时隙：
如是，则该节点根据设定的多播预留带宽所需的时隙为多播业务分配时隙并启动限定路由激活时限的定时器，之后根据该节点已分配时隙的时隙分配表更新RREP回复消息中的时隙分配表并转发更新后的RREP回复消息至上一跳节点，转至步骤S8；
如否，则该节点丢弃RREP回复消息；
S8、重复执行步骤S6-S7；
S9、首先，收到RREP回复消息的多播业务源节点通过查找多播路由表判断本节点是否存在该多播路由，如是，则更新路由条目中的正向信息；如否，则插入新路由条目，记录到多播组成员节点的正向信息；
之后，该节点根据RREP回复消息中的时隙分配表更新该节点的本地时隙分配表，更新成功后选择最先收到且满足多播预留带宽需求的RREP回复消息路径采取单播方式逐跳向该路径上的节点发送MACT激活消息；
S10、收到MACT激活消息的中间节点和多播组成员节点激活该多播路由，分别取消各节点限定路由激活时限的定时器，使各节点为多播业务分配的时隙生效，并分别向各节点自身的MAC层同步该节点的时隙分配表，各节点自身的MAC层根据为多播业务分配的时隙收发数据，完成建立多播树。
优选地，步骤S1进一步包括如下子步骤：
S1.1、多播业务源节点通过查找多播路由表判断是否已存在多播路由，如是，则转至步骤S1.2；如否，则插入新路由条目，转至步骤S1.4；
S1.2、多播业务源节点判断其自身是否是多播树成员节点，如是，则转至步骤S1.3；如否，则转至步骤S1.4；
S1.3、多播业务源节点判断其自身是否是多播组成员节点，如是，则流程结束；如否，则将其自身改为多播组成员节点，流程结束；
S1.4、多播业务源节点发送RREQ请求消息。
优选地，所述多播业务源节点发送RREQ请求消息的方法为：多播业务源节点查找多播路由表中是否已存在多播组对应的条目，如是，则多播业务源节点采取单播方式向条目中的下一跳节点发送RREQ请求；如否，则多播业务源节点广播RREQ请求消息。
优选地，步骤S10还包括如下步骤：未收到MACT激活消息的中间节点或多播业务源节点在各节点限定路由激活时限的定时器超时后分别取消各节点为多播业务分配的时隙。
本发明加入了带宽预留机制，在建立的多播树中为多播业务预留一定带宽，保证多播业务的传输质量；实现了与MAC层共享链路资源信息，点在加入组时参考时隙分配表，结合带宽资源选择合适的到多播树的路径，使新建立的树枝有足够的资源保证多播业务；实现了寻路过程与资源分配过程结合，在节点加入多播树寻路的同时进行路径上带宽分配工作，成功加入多播树后多播带宽预留也已完成，之后多播业务可直接沿树传播；实现了不同多播树预留不同资源。每个多播树的建立过程中都进行带宽预留，保证每个多播组内多播业务的质量。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案提供为多播业务预留多播带宽的机制，同时在多播业务源节点加入多播组的过程中融入MAC层时隙调度机制来实现带宽预留的方案。在多播树建立过程中，通过RREQ请求消息寻路实现资源预估，避免无效转发。通过RREP回复消息实现资源预分配。最后通过MACT激活消息确定最佳路由并最终完成资源分配。本发明所述技术方案可以建立一个所有树枝都有多播预留带宽的多播树，保证了多播业务数据可及时准确地到达所有多播组成员。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出无线自组网的多播树建立方法中节点间消息传递示意图。
图2示出多播业务源节点发送RREQ请求消息的流程图。
图3示出中间节点处理RREQ请求消息的流程图。
图4示出多播组成员节点处理RREQ请求消息的流程图。
图5示出中间节点处理RREP回复消息的流程图。
图6示出多播业务源节点处理RREP回复消息的流程图。
图7示出多播组成员节点激活路由的流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例提供的无线自组网的多播树建立方法，包括如下步骤：
S1、如图2所示，在本方案中，默认只有多播组成员才能发起对该多播组的多播业务，不考虑不在组情况，要想发送多播业务必须先加入多播组。因此，首先，多播业务源节点通过查找多播路由表判断是否已存在多播路由且其自身是否是多播组成员节点，如是，则流程结束；如否，则多播业务源节点发送包含多播业务的多播组地址和多播业务源节点的时隙分配表的RREQ请求消息；
S2、收到RREQ请求消息的节点根据RREQ请求消息判断本节点是否为多播组成员节点，如是，则转至步骤S5；如否，则该节点为准中间节点，转至步骤S3；
S3、如图3所示，收到RREQ请求消息的准中间节点可能成为树成员作为中间节点进行转发，转发时，
首先，收到RREQ请求消息的准中间节点通过查找多播路由表判断本节点是否存在该多播路由，如是，则更新路由条目中的反向信息；如否，则插入新路由条目，记录到多播业务源节点的反向路由信息；
之后，收到RREQ请求消息的准中间节点会进行资源预估，缓存RREQ请求消息中的时隙分配表，根据RREQ请求消息中的时隙分配表与该节点的本地时隙分配表判断该节点与上一跳节点之间的共有时隙是否大于设定的多播预留带宽所需的时隙(即根据RREQ请求消息中的上一跳节点的时隙分配表与该收到RREQ请求消息的中间节点的本地时隙分配表进行比较，看两者间的可用共有时隙有多少，同时根据设定的多播预留带宽计算所需的时隙，判断可用共有时隙是否大于所需时隙数)：
如是，则说明该节点可以作为路由的中间节点，则该节点根据该节点的本地时隙分配表更新RREQ请求消息中的时隙分配表并广播转发更新后的RREQ请求消息至下一跳节点，转至步骤S4；
如否，则说明该节点不可以作为路由的中间节点，则该节点丢弃RREQ请求消息，不再进行转发，并还原为普通节点；
S4、重复执行步骤S2-S3；
S5、如图4所示，首先，收到RREQ请求消息的多播组成员节点通过查找多播路由表判断本节点是否存在该多播路由，如是，则更新路由条目中的反向信息；如否，则插入新路由条目，记录到多播业务源节点的反向路由信息；
之后，收到RREQ请求消息的多播组成员节点进行资源预估，缓存RREQ请求消息中的时隙分配表，根据RREQ请求消息中的时隙分配表与该节点的本地时隙分配表判断该节点与上一跳节点之间的共有时隙是否大于设定的多播预留带宽所需的时隙：
如是，则该节点根据设定的多播预留带宽所需的时隙为多播业务分配时隙并启动限定路由激活时限的定时器，之后，采取单播方式向上一跳节点发送RREP回复消息(即沿着RREQ请求消息沿途建立的反向路径单播回复RREP回复消息)，所述RREP回复消息中包括该节点已分配时隙的时隙分配表，转至步骤S6；
如否，则该节点丢弃RREQ请求消息，等待接收下一个RREQ请求消息、重新执行步骤S1或流程结束；
由于多播组成员节点可能会收到有不同中间节点转发的多个RREQ请求消息，因此上述过程可按如下方式实现：如果第一个到达的RREQ请求消息满足预留带宽资源的话，则选择此路由并回复RREP回复消息。如果不能满足则丢弃该RREQ请求消息并等待下一个，直到有一个满足条件或超时为止。但，此时路由还未激活，不一定是最终路由，所以设置一个定时器，若定时器超时前路由仍未激活，则取消此分配。且需要说明的是，一个多播组成员节点只能选择一条路由。
S6、收到RREP回复消息的节点判断本节点是否为多播业务源节点，如是，则转至步骤S9；如否，则转至步骤S7；
S7、如图5所示，首先，收到RREP回复消息的中间节点通过查找多播路由表判断本节点是否存在该多播路由，如是，则更新路由条目中的正向信息；如否，则插入新路由条目，记录到多播组成员节点的正向信息；
之后，该节点根据RREP回复消息中的时隙分配表更新该节点的本地时隙分配表，并在更新后根据更新后的该节点的本地时隙分配表与该节点的本地时隙分配表与该节点缓存的RREQ请求消息中的时隙分配表判断该节点与上一跳节点之间的共有时隙是否大于设定的多播预留带宽所需的时隙：
如是，则该节点根据设定的多播预留带宽所需的时隙为多播业务分配时隙并启动限定路由激活时限的定时器，之后根据该节点已分配时隙的时隙分配表更新RREP回复消息中的时隙分配表并转发更新后的RREP回复消息至上一跳节点，转至步骤S8；此过程也是同时建立到多播组的正向路由的过程；
如否，则该节点丢弃RREP回复消息，等待接收下一个RREP回复消息；
S8、重复执行步骤S6-S7；
S9、如图6所示，首先，收到RREP回复消息的多播业务源节点通过查找多播路由表判断本节点是否存在该多播路由，如是，则更新路由条目中的正向信息；如否，则插入新路由条目，记录到多播组成员节点的正向信息；
之后，该节点根据RREP回复消息中的时隙分配表更新该节点的本地时隙分配表，更新成功后选择最先收到且满足多播预留带宽需求的RREP回复消息路径采取单播方式逐跳向该路径上的节点发送MACT激活消息；
由于多播组成员节点都可以响应RREQ请求消息，所以多播业务源节点可能会收到多个RREP回复消息。为维护树状结构，不能出现环路，因此只能选择一条路由。多播业务源节点选择最先收到的，且能成功更新时隙分配表的RREP回复消息，该RREP回复消息意味着到多播树的满足多播预留带宽的最佳路径。之后，多播业务源节点沿此最佳路径单播发送用于多播激活的MACT激活消息，MACT激活消息中设置加入请求标志位MACT_J；
S10、如图7所示，收到MACT激活消息的中间节点和多播组成员节点激活该多播路由，分别取消各节点限定路由激活时限的定时器，使各节点为多播业务分配的时隙生效，并分别向各节点自身的MAC层同步该节点的时隙分配表，各节点自身的MAC层根据为多播业务分配的时隙收发数据，完成建立多播树。
其中，
步骤S1进一步包括如下子步骤：
S1.1、多播业务源节点通过查找多播路由表判断是否已存在多播路由，如是，则转至步骤S1.2；如否，则插入新路由条目，转至步骤S1.4；
S1.2、多播业务源节点判断其自身是否是多播树成员节点，如是，则转至步骤S1.3；如否，则转至步骤S1.4；
S1.3、多播业务源节点判断其自身是否是多播组成员节点，如是，则流程结束；如否，则将其自身改为多播组成员节点，流程结束；
S1.4、多播业务源节点发送RREQ请求消息，RREQ请求消息中设置标志位RREQ_J，因为设定的多播预留带宽为固定值，与业务无关，因此不必在RREQ请求消息中携带，RREQ请求消息中只需携带本节点的时隙分配表。RREQ请求消息的目的IP地址设为多播组地址，目的序列号设为本节点已经获得的该多播组的最大序列号。
多播业务源节点发送RREQ请求消息的方法为：多播业务源节点查找多播路由表中是否已存在多播组对应的条目，如是，则多播业务源节点采取单播方式向条目中的下一跳节点发送RREQ请求；如否，则多播业务源节点广播RREQ请求消息。
步骤S10还包括如下步骤：未收到MACT激活消息的中间节点或多播业务源节点在各节点限定路由激活时限的定时器超时后分别取消各节点为多播业务分配的时隙。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (4)
1.一种无线自组网的多播树建立方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、多播业务源节点通过查找多播路由表判断是否已存在多播路由且其自身是否是多播组成员节点，如是，则流程结束；如否，则多播业务源节点发送包含多播业务的多播组地址和多播业务源节点的时隙分配表的RREQ请求消息；
S2、收到RREQ请求消息的节点根据RREQ请求消息判断本节点是否为多播组成员节点，如是，则转至步骤S5；如否，则该节点为准中间节点，转至步骤S3；
S3、首先，收到RREQ请求消息的准中间节点通过查找多播路由表判断本节点是否存在该多播路由，如是，则更新路由条目中的反向信息；如否，则插入新路由条目，记录到多播业务源节点的反向路由信息；
之后，收到RREQ请求消息的准中间节点缓存RREQ请求消息中的时隙分配表，根据RREQ请求消息中的时隙分配表与该节点的本地时隙分配表判断该节点与上一跳节点之间的共有时隙是否大于设定的多播预留带宽所需的时隙：
如是，则该节点成为中间节点，根据该节点的本地时隙分配表更新RREQ请求消息中的时隙分配表并广播转发更新后的RREQ请求消息至下一跳节点，转至步骤S4；
如否，则该节点丢弃RREQ请求消息，还原为普通节点；
S4、重复执行步骤S2-S3；
S5、首先，收到RREQ请求消息的多播组成员节点通过查找多播路由表判断本节点是否存在该多播路由，如是，则更新路由条目中的反向信息；如否，则插入新路由条目，记录到多播业务源节点的反向路由信息；
之后，收到RREQ请求消息的多播组成员节点缓存RREQ请求消息中的时隙分配表，根据RREQ请求消息中的时隙分配表与该节点的本地时隙分配表判断该节点与上一跳节点之间的共有时隙是否大于设定的多播预留带宽所需的时隙：
如是，则该节点根据设定的多播预留带宽所需的时隙为多播业务分配时隙并启动限定路由激活时限的定时器，之后，采取单播方式向上一跳节点发送RREP回复消息，所述RREP回复消息中包括该节点已分配时隙的时隙分配表，转至步骤S6；
如否，则该节点丢弃RREQ请求消息，等待接收下一个RREQ请求消息、重新执行步骤S1或流程结束；
S6、收到RREP回复消息的节点判断本节点是否为多播业务源节点，如是，则转至步骤S9；如否，则转至步骤S7；
S7、首先，收到RREP回复消息的中间节点通过查找多播路由表判断本节点是否存在该多播路由，如是，则更新路由条目中的正向信息；如否，则插入新路由条目，记录到多播组成员节点的正向信息；
之后，该节点根据RREP回复消息中的时隙分配表更新该节点的本地时隙分配表，并在更新后判断该节点与上一跳节点之间的共有时隙是否大于设定的多播预留带宽所需的时隙：
如是，则该节点根据设定的多播预留带宽所需的时隙为多播业务分配时隙并启动限定路由激活时限的定时器，之后根据该节点已分配时隙的时隙分配表更新RREP回复消息中的时隙分配表并转发更新后的RREP回复消息至上一跳节点，转至步骤S8；
如否，则该节点丢弃RREP回复消息；
S8、重复执行步骤S6-S7；
S9、首先，收到RREP回复消息的多播业务源节点通过查找多播路由表判断本节点是否存在该多播路由，如是，则更新路由条目中的正向信息；如否，则插入新路由条目，记录到多播组成员节点的正向信息；
之后，该节点根据RREP回复消息中的时隙分配表更新该节点的本地时隙分配表，更新成功后选择最先收到且满足多播预留带宽需求的RREP回复消息路径采取单播方式逐跳向该路径上的节点发送MACT激活消息；
S10、收到MACT激活消息的中间节点和多播组成员节点激活该多播路由，分别取消各节点限定路由激活时限的定时器，使各节点为多播业务分配的时隙生效，并分别向各节点自身的MAC层同步该节点的时隙分配表，各节点自身的MAC层根据为多播业务分配的时隙收发数据，完成建立多播树。
2.根据权利要求1所述的无线自组网的多播树建立方法，其特征在于，步骤S1进一步包括如下子步骤：
S1.1、多播业务源节点通过查找多播路由表判断是否已存在多播路由，如是，则转至步骤S1.2；如否，则插入新路由条目，转至步骤S1.4；
S1.2、多播业务源节点判断其自身是否是多播树成员节点，如是，则转至步骤S1.3；如否，则转至步骤S1.4；
S1.3、多播业务源节点判断其自身是否是多播组成员节点，如是，则流程结束；如否，则将其自身改为多播组成员节点，流程结束；
S1.4、多播业务源节点发送RREQ请求消息。
3.根据权利要求1或2所述的无线自组网的多播树建立方法，其特征在于，所述多播业务源节点发送RREQ请求消息的方法为：多播业务源节点查找多播路由表中是否已存在多播组对应的条目，如是，则多播业务源节点采取单播方式向条目中的下一跳节点发送RREQ请求；如否，则多播业务源节点广播RREQ请求消息。
4.根据权利要求1所述的无线自组网的多播树建立方法，其特征在于，步骤S10还包括如下步骤：未收到MACT激活消息的中间节点或多播业务源节点在各节点限定路由激活时限的定时器超时后分别取消各节点为多播业务分配的时隙。
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- 2016-09-12 CN CN201610819611.8A patent/CN106330731B/zh active Active
Patent Citations (3)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106330731A (zh) | 2017-01-11 |
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