CN113347666A - 一种高速组播流的多信道绑定传输方法 - Google Patents

一种高速组播流的多信道绑定传输方法 Download PDF

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CN113347666A CN202110516347.1A CN202110516347A CN113347666A CN 113347666 A CN113347666 A CN 113347666A CN 202110516347 A CN202110516347 A CN 202110516347A CN 113347666 A CN113347666 A CN 113347666A
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Abstract

本发明公开了一种高速组播流的多信道绑定传输方法，属于通信技术领域，包括以下步骤：(1)初始化方法参数；(2)中心节点确定覆盖所有从属节点的发送信道集合；(3)中心节点确定本次选择的实际发送速率；(4)中心节点更新待发送业务速率，更新信道带宽速率；(5)中心节点以选择的实际发送速率发送组播帧；(6)从属节点接收组播帧并根据帧序号进行重复帧过滤；本发明通过将高速组播流在多个信道传输，既解决了某些情况下单信道传输带宽无法满足组播流带宽需求的问题，使得组播各接收节点都能完整接收到高速组播帧，同时组播流只在选出的若干信道上被复制传输，从而可降低对信道带宽资源的浪费。

Description

一种高速组播流的多信道绑定传输方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种高速组播流的多信道绑定传输方法。
背景技术
在现有的局域网和接入网中，常采用由一个中心节点和若干从属节点组成的星型逻辑拓扑结构，在这种网络结构中，中心节点和从属节点之间可以直接进行数据通信，各从属节点之间的通信则需要通过中心节点进行转发，当网络中中心节点和各从属节点间的业务流量较大时，可以利用多条速率较低的信道共同传输网络业务，从而增加网络的总传输速率，在上述的多信道条件下，各从属节点可以根据自身带宽需求选择接入一条或多条低速信道，然后中心节点和从属节点可以在它们之间的若干信道上，对节点的业务进行分流发送，从而支撑某些高速业务流的传输，这种传输方式称为多信道绑定传输技术。
随着信息网络技术的不断发展，人们对于高速率业务的需求也不断的增加，其中4K/8K高清视频广播、高清无卡顿的网络直播以及高清的群组会议等高速组播业务的发展受到越来越多的关注，因此，研究如何利用有效的多信道绑定技术实现这些高速组播业务的传输，具有重要的意义。
通常，在上述多信道条件下，当一个信道的可用传输容量足够一条组播流传输所需的带宽时，中心节点只需要将该组播流的所有帧在该信道内传输，则接入该信道的所有从属节点都可以完整接收到该组播流的各帧，但是，当一条组播流所需的传输带宽超过了一个信道的可用传输容量时，中心节点要完整传输这一条组播流，就需要使用两个甚至更多的信道，但由于每个从属节点绑定的信道个数以及每个信道上的可用信道带宽存在差异，中心节点需要考虑高速组播业务的分流传输、组播帧发送的信道选择策略以及不同信道上分配的带宽，使得一条组播流既可以被各从属节点完整接收，又可以尽量节省组播流传输带宽。
发明内容
为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种高速组播流的多信道绑定传输方法，具有解决了因组播流量过大，使用单条信道无法传输的问题，并可降低信道带宽资源浪费的特点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高速组播流的多信道绑定传输方法，是在由一个中心节点和多个从属节点组成的星型接入网络中进行，包括以下步骤：
(1)初始化方法参数：
(1a)中心节点进行组播帧封装并在帧头中写入帧序号，设中心节点待发送业务速率为P；
(1b)构造一个空集合R，记录每次遍历(2)至(6)时所选的信道集；
(1c)构造一个空集合V，记录每次遍历(2)至(6)时所选信道集上的实际发送速率；
(1d)设每个信道上的带宽速率为Bandwidth；
(2)中心节点确定覆盖所有从属节点的发送信道集合：
(2a)用组播帧的所有接收节点组成节点集合N；
(2b)获取节点集合N中各个节点的接入信道；
(2c)构造一个空集合，作为已选信道集合Ri；
(2d)对节点集合N中所有节点的接入信道集合取并集，移除带宽速率为0的信道，作为可选信道集合S；
(2e)遍历可选信道集合S，统计每个信道接入节点集合N中的节点数，用接入节点集合N中的节点数最多的信道构成优选信道集合M；
(2f)判断优选信道集合M中是否只有一个信道：
若是，则将该信道加入已选信道集合Ri，否则，通过所选策略在优选信道集合M中选择一个信道加入已选信道集合Ri；
(2g)遍历节点集合N，若第j个节点的某个接入信道属于已选信道集合Ri，则将第j个节点从节点集合N中移除；
(2h)判断节点集合N是否为空，若是，则执行(3)，否则，执行(2d)；
(3)将本次已选信道集合Ri放入R中，遍历Ri，将其中最小的信道带宽速率作为本次发送最大可选择速率MAX_SPEED；
(4)判断P是否大于MAX_SPEED:
若是，则中心节点将MAX_SPEED作为本次已选信道的实际发送速率Vi，否则，中心节点将P作为本次已选信道集合的实际发送速率Vi；
(5)将本次已选信道的实际发送速率Vi放入集合V中，更新待发送业务速率P＝P-Vi，更新集合Ri中各信道的带宽速率Bandwidth＝Bandwidth-Vi；
(6)判断待发送业务速率P是否为0：
若是，执行(7)，否则，执行(2)；
(7)遍历集合R和V，得到集合R和V中的元素个数k，中心节点根据V中各元素Vi取值的比例将待发送组播帧划分为k份，其中第i份组播帧以速率Vi在Ri所包含的各信道上被复制发送；
(8)从属节点接收组播帧并根据帧序号进行重复帧过滤：
(8a)从属节点在各自的接入信道上接收组播帧；
(8b)从属节点根据组播帧的目的地址，判断组播帧是否属于自己所在的组播组，若是，则保留该组播帧，执行(8c)，否则，丢弃该组播帧；
(8c)从属节点查看组播帧帧头中的帧序号字段，对一个帧序号只保留第一个收到的帧，其余的丢弃。
本发明中进一步的，所述步骤(1)中的帧序号，是从起始序号0开始，在每个组播帧中逐一递增，直到达到帧序号字段所能表示的最大值，再回到起始序号0，不断循环。
本发明中进一步的，所述步骤(2f)中的所选策略，包括选择编号最小的信道策略、选择编号最大的信道策略、选择接入从属节点最少、选择剩余带宽最小、选择剩余带宽最大的信道策略中的任意一种策略。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明针对单个信道速率无法承载高速组播流的情况，提出了一种高速组播流的多信道绑定传输方法，通过将高速组播流在多个信道传输，既解决了某些情况下单信道传输带宽无法满足组播流带宽需求的问题，使得组播各接收节点都能完整接收到高速组播帧，同时组播流只在选出的若干信道上被复制传输，从而可降低对信道带宽资源的浪费。
附图说明
图1为本发明的实现流程图；
图2为本发明中使用的网络拓扑图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供以下技术方案：一种高速组播流的多信道绑定传输方法，是在由一个中心节点和多个从属节点组成的星型接入网络中进行，包括以下步骤：
(1)初始化方法参数：
(1a)中心节点进行组播帧封装并在帧头中写入帧序号，设中心节点待发送业务速率为1.6Gbps；
(1b)构造一个空集合R，记录每次遍历(2)至(6)时所选的信道集；
(1c)构造一个空集合V，记录每次遍历(2)至(6)时所选信道集上的实际发送速率；
(1d)信道1、信道2、信道3、信道4的带宽速率均为1Gbps；
(2)中心节点确定覆盖所有从属节点的发送信道集合：
(2a)用组播帧的所有接收节点组成节点集合N；
在本实例中，组播帧的接收节点为从属节点A、从属节点B、从属节点C，这些从属节点构成节点集合：N＝{A,B,C}；
(2b)获取节点集合N中各个节点的接入信道；
在本实例中，从属节点A同时接入信道1、信道2和信道4，从属节点B同时接入信道1、信道2和信道3，从属节点C同时接入信道2和信道3；
(2c)构造一个空集合，作为已选信道集合Ri；
(2d)对节点集合N中所有节点的接入信道集合取并集，移除带宽速率为0的信道，作为可选信道集合S；
在本实例中，第一次遍历该步骤时，节点集合N＝{A,B,C}，第一从属节点A的接入信道集合为：SA＝{(信道1，1Gbps)，(信道2，1Gbps)，(信道4，1Gbps)}，第二从属节点B的接入信道集合为：SB＝{(信道1，1Gbps)，(信道2，1Gbps)，(信道3，1Gbps)}，第三从属节点C的接入信道集合为：SC＝{(信道2，1Gbps)，(信道3，1Gbps,}，对集合SA、SB、SC取并集，移除带宽速率为0的信道，得到可选信道集合：S＝{(信道1，1Gbps)，(信道2，1Gbps)，(信道3，1Gbps)，(信道4，1Gbps)}；
在本实例中，第二次遍历该步骤时，节点集合N＝{A,B,C}，第一从属节点A的接入信道集合为：SA＝{(信道1，1Gbps)，(信道2，0Gbps)，(信道4，1Gbps)}，第二从属节点B的接入信道集合为：SB＝{(信道1，1Gbps)，(信道2，0Gbps)，(信道3，1Gbps)}，第三从属节点C的接入信道集合为：SC＝{(信道2，0Gbps)，(信道3，1Gbps,}，对集合SA、SB、SC取并集，移除带宽速率为0的信道，得到可选信道集合：S＝{(信道1，1Gbps)，(信道3，1Gbps)，(信道4，1Gbps)}；
在本实例中，第三次遍历该步骤时，节点集合N＝{C}，从属节点C的接入信道集合为：SC＝{(信道2，0Gbps)，(信道3，1Gbps)}，对集合SA取并集，移除带宽速率为0的信道，得到可选信道集合：S＝{(信道3，1Gbps)}；
(2e)遍历可选信道集合S，统计每个信道接入节点集合N中的节点数，用接入节点集合N中的节点数最多的信道构成优选信道集合M；
在本实例中，第一次遍历该步骤时，得到可选信道集合：S＝{(信道1，1Gbps)，(信道2，1Gbps)，(信道3，1Gbps)，(信道4，1Gbps)}，接入节点集合N＝{A，B，C}，信道1接入节点集合中的节点数为2，信道2接入节点集合中的节点数为3，信道3接入节点集合中的节点数为2，信道4接入节点集合中的节点数为1，信道2接入节点集合N中的节点数最多，构成优选信道集合：M＝{信道2}；
在本实例中，第二次遍历该步骤时，得到可选信道集合：S＝{(信道1，1Gbps)，(信道3，1Gbps)，(信道4，1Gbps)}，接入节点集合N＝{A，B，C}，信道1接入节点集合中的节点数为2，信道3接入节点集合中的节点数为2，信道4接入节点集合中的节点数为1，信道2和信道3接入节点集合N中的节点数最多，构成优选信道集合：M＝{(信道1，1Gbps)，(信道3，1Gbps)}；
在本实例中，第三次遍历该步骤时，得到可选信道集合：S＝{(信道3，1Gbps)}，接入节点集合N＝{C}，信道接入节点集合中的节点数为1，构成优选信道集合：M＝{信道3}；
(2f)判断优选信道集合M中是否只有一个信道：
若是，则将该信道加入已选信道集合Ri，否则，通过所选策略在优选信道集合M中选择一个信道加入已选信道集合Ri；
在本示例中，第一次遍历该步骤时，优选信道集合：M＝{信道2}，优选信道集合M中只有一个信道，选择信道2，加入已选信道集合R1，此时，已选信道集合R1＝{(信道2，1Gbps)}；
在本示例中，第二次遍历该步骤时，优选信道集合：M＝{(信道1，1Gbps)，(信道3，1Gbps)}，优选信道集合M中有多个信道，选择编号最小的信道，即信道1，加入已选信道集合R2，此时，已选信道集合R2＝{(信道1，1Gbps)}；
在本示例中，第三次遍历该步骤时，优选信道集合：M＝{(信道3，1Gbps)}，优选信道集合M中只有一个信道，选择信道3加入已选信道集合R2，此时，已选信道集合R2＝{(信道1，1Gbps)，(信道3，1Gbps)}；
(2g)遍历节点集合N，若第j个节点的某个接入信道属于已选信道集合Ri，则将第j个节点从节点集合N中移除；
本实施例中，第一次遍历该步骤时，从属节点A接入的信道2属于已选信道集合R1，将其从节点集合N中移除，从属节点B接入的信道2属于已选信道集合R1，将其从节点集合N中移除，从属节点C接入的信道2属于已选信道集合R1，将其从节点集合N中移除，此时，节点集合N＝{}；
本实施例中，第二次遍历该步骤时，从属节点A接入的信道1属于已选信道集合R2，将其从节点集合N中移除，从属节点B接入的信道1属于已选信道集合R2，将其从节点集合N中移除，此时，节点集合N＝{C}；
本实施例中，第三次遍历该步骤时，从属节点C接入的信道3属于已选信道集合R2，将其从节点集合N中移除，此时，节点集合N＝{}；
(2h)判断节点集合N是否为空，若是，则执行(3)，否则，执行(2d)；
在本实例中，第一次遍历该步骤时，节点集合N＝{}为空，执行(3)；
在本实例中，第二次遍历该步骤时，节点集合N＝{C}不为空，执行(2d)；
在本实例中，第三次遍历该步骤时，节点集合N＝{}为空，执行(3)；
(3)将本次已选信道集合Ri放入R中，遍历Ri，将其中最小的信道带宽速率作为本次发送最大可选择速率MAX_SPEED；
在本实例中，第一次遍历该步骤时，本次已选信道集合R1{信道2}放入R中，R＝{R1{信道2}}，信道2带宽速率1Gbps，最大可选择速率MAX_SPEED＝1Gbps；
在本实例中，第二次遍历该步骤时，本次已选信道集合R2{(信道1，1Gbps)，(信道3，1Gbps)}放入R中，R＝{R1{(信道2，1Gbps)}，R2{(信道1，1Gbps)，(信道3，1Gbps)}}，信道3带宽速率1Gbps，信道1带宽速率1Gbps，最大可选择速率MAX_SPEED＝1Gbps；
(4)判断P是否大于MAX_SPEED:
若是，则中心节点将MAX_SPEED作为本次已选信道的实际发送速率Vi，否则，中心节点将P作为本次已选信道集合的实际发送速率Vi；
在本实例中，第一次遍历该步骤时，P＝1.6Gbps>MAX_SPEED＝1Gbps，则中心节点将1Gbps作为本次已选信道的实际发送速率V1；
在本实例中，第二次遍历该步骤时，P＝0.6Gbps<MAX_SPEED＝1Gbps，则中心节点将0.6Gbps作为本次已选信道的实际发送速率V2；
(5)将本次已选信道的实际发送速率Vi放入集合V中，更新待发送业务速率P＝P-Vi，更新集合Ri中各信道的带宽速率Bandwidth＝Bandwidth-Vi；
在本实例中，第一次遍历该步骤时，将本次已选信道的实际发送速率V1放入集合V中，V＝{1Gbps}，更新待发送业务速率P＝P-V1＝1.6Gbps-1Gbps＝0.6Gbps，更新集合R1{(信道2，1Gbps)}中各信道的带宽速率Bandwidth(信道2)＝Bandwidth(信道2)–V1＝1Gbps-1Gbps＝0；
在本实例中，第二次遍历该步骤时，将本次已选信道的实际发送速率V2放入集合V中，V＝{1Gbps，0.6Gbps}，更新待发送业务速率P＝P-V2＝0.6Gbps-0.6Gbps＝0Gbps，更新集合R2{(信道3，1Gbps)，(信道1,1Gbps)}中各信道的带宽速率：Bandwidth(信道1)＝Bandwidth(信道3)–V2＝1Gbps-0.6Gbps＝0.4Gbps，Bandwidth(信道3)＝Bandwidth(信道1)–V2＝1Gbps-0.6Gbps＝0.4Gbps；
(6)判断待发送业务速率P是否为0：
若是，执行(7)，否则，执行(2)；
在本实例中，第一次遍历该步骤时，P＝0.6Gbps不为0，执行(2)；
在本实例中，第二次遍历该步骤时，P＝0，执行(7)；
(7)遍历集合R和V，得到集合R和V中的元素个数k，中心节点根据V中各元素Vi取值的比例将待发送组播帧划分为k份，其中第i份组播帧以速率Vi在Ri所包含的各信道上被复制发送；
本实施例中，已选信道集合R＝{R1{(信道2，1Gbps)}，R2{(信道1，1Gbps)，(信道3，1Gbps)}}，对应的速率集合V＝{1Gbps，0.6Gbps}，因此得到R和V中的元素个数k为2，故中心节点将待发组播帧按照V中两个元素取值1Gbps/0.6Gbps的比例分为2份，其中第一份组播帧在R1所包含的信道2上以1Gbps速率被发送，第二份组播帧分别在R2所包含的信道1和信道3上以0.6Gbps速率被复制发送；
(8)从属节点接收组播帧并根据帧序号进行重复帧过滤：
(8a)从属节点在各自的接入信道上接收组播帧；
本实施例中，从属节点A在信道2上接收1Gbps、信道1上接收0.6Gbps的速率组播帧，从属节点B在信道2上接收1Gbps、信道1和信道3上各接收0.6Gbps的速率组播帧，从属节点C在信道2上接收1Gbps、信道3上接收0.6Gbps的速率组播帧；
(8b)从属节点根据组播帧的目的地址，判断组播帧是否属于自己所在的组播组，若是，则保留该组播帧，执行(8c)，否则，丢弃该组播帧；
本实施例中，从属节点A、从属节点B、从属节点C保留接收到的组播帧，执行(8c)；
(8c)从属节点查看组播帧帧头中的帧序号字段，对一个帧序号只保留第一个收到的帧，其余的丢弃；
本实施例中，从属节点B将收到两个序号相同的速率为组播帧，分别来自第一个信道1和第三个信道3，只保留先收到的一个，另一个丢弃，其它从属节点不会收到序号重复的组播帧，
最终，各从属节点均完整接收到1.6Gbps的组播流业务，其中从属节点A在信道2和信道1上分别接收到速率为1Gbps和0.6Gbps的组播帧，从属节点B在信道2上接收到1Gbps速率、在信道1和信道3上接收到相同并被去重的0.6Gbps速率的组播帧，从属节点C在信道2和信道3上分别接收到速率为1Gbps和0.6Gbps的组播帧。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种高速组播流的多信道绑定传输方法，是在由一个中心节点和多个从属节点组成的星型接入网络中进行，其特征在于，包括以下步骤：
(1)初始化方法参数：
(1a)中心节点进行组播帧封装并在帧头中写入帧序号，设中心节点待发送业务速率为P；
(1b)构造一个空集合R，记录每次遍历(2)至(6)时所选的信道集；
(1c)构造一个空集合V，记录每次遍历(2)至(6)时所选信道集上的实际发送速率；
(1d)设每个信道上的带宽速率为Bandwidth；
(2)中心节点确定覆盖所有从属节点的发送信道集合：
(2a)用组播帧的所有接收节点组成节点集合N；
(2b)获取节点集合N中各个节点的接入信道；
(2c)构造一个空集合，作为已选信道集合Ri；
(2d)对节点集合N中所有节点的接入信道集合取并集，移除带宽速率为0的信道，作为可选信道集合S；
(2e)遍历可选信道集合S，统计每个信道接入节点集合N中的节点数，用接入节点集合N中的节点数最多的信道构成优选信道集合M；
(2f)判断优选信道集合M中是否只有一个信道：
若是，则将该信道加入已选信道集合Ri，否则，通过所选策略在优选信道集合M中选择一个信道加入已选信道集合Ri；
(2g)遍历节点集合N，若第j个节点的某个接入信道属于已选信道集合Ri，则将第j个节点从节点集合N中移除；
(2h)判断节点集合N是否为空，若是，则执行(3)，否则，执行(2d)；
(3)将本次已选信道集合Ri放入R中，遍历Ri，将其中最小的信道带宽速率作为本次发送最大可选择速率MAX_SPEED；
(4)判断P是否大于MAX_SPEED:
若是，则中心节点将MAX_SPEED作为本次已选信道的实际发送速率Vi，否则，中心节点将P作为本次已选信道集合的实际发送速率Vi；
(5)将本次已选信道的实际发送速率Vi放入集合V中，更新待发送业务速率P＝P-Vi，更新集合Ri中各信道的带宽速率Bandwidth＝Bandwidth-Vi；
(6)判断待发送业务速率P是否为0：
若是，执行(7)，否则，执行(2)；
(7)遍历集合R和V，得到集合R和V中的元素个数k，中心节点根据V中各元素Vi取值的比例将待发送组播帧划分为k份，其中第i份组播帧以速率Vi在Ri所包含的各信道上被复制发送；
(8)从属节点接收组播帧并根据帧序号进行重复帧过滤：
(8a)从属节点在各自的接入信道上接收组播帧；
(8b)从属节点根据组播帧的目的地址，判断组播帧是否属于自己所在的组播组，若是，则保留该组播帧，执行(8c)，否则，丢弃该组播帧；
(8c)从属节点查看组播帧帧头中的帧序号字段，对一个帧序号只保留第一个收到的帧，其余的丢弃。
2.根据权利要求1所述的一种高速组播流的多信道绑定传输方法，其特征在于：所述步骤(1)中的帧序号，是从起始序号0开始，在每个组播帧中逐一递增，直到达到帧序号字段所能表示的最大值，再回到起始序号0，不断循环。
3.根据权利要求1所述的一种高速组播流的多信道绑定传输方法，其特征在于：所述步骤(2f)中的所选策略，包括选择编号最小的信道策略、选择编号最大的信道策略、选择接入从属节点最少、选择剩余带宽最小、选择剩余带宽最大的信道策略中的任意一种策略。
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