專利名稱：一種基于認知的Ad Hoc網絡移動組播路由方法
技術領域：
本發明涉及一種移動組播路由方法，尤其涉及一種基于認知的Ad Hoc網絡移動組播路由方法。
背景技術：
隨著移動通信技術的發展，傳統的固定無線網絡已經不能滿足人們日益增長的通信要求。移動Ad Hoc網絡是一種具有多跳、自組織且無基礎設施等特點的無線網絡，可快速組網，在軍事、救災、個人通信以及傳感器網絡等領域有著廣泛的應用前景，是未來通信研究的方向之一。由于Ad Hoc網絡的移動多跳性以及鏈路帶寬和能量受限等特點，組播成為該網絡中數據傳輸、提高帶寬利用率的重要傳輸方式。現有的移動Ad Hoc網絡中組播路 由協議主要分為基于樹的組播路由、基于網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議數據傳輸效率高，數據延時低，但是由于網絡拓撲的動態變化使得協議需要對鏈路進行頻繁的修補和重構，協議的魯棒性較差；基于網格的組播路由協議健壯性比較好，有冗余的路徑為數據的投遞提供保證，但是由于數據的冗余導致傳輸時延比較大；混合狀的組播路由協議能同時兼顧數據傳輸效率與魯棒性，但是協議的控制開銷較大。隨著無線多媒體技術、無線局域網技術、無線局域網技術和無線城域網技術的快速發展及應用，不但接入網絡用戶數劇增，而且用戶對寬帶要求更高。這種快速的發展使無線通信技術發展遇到一個瓶頸問題一一頻譜資源不足，近年來的調查表明，傳統的無線頻譜固定分配方法導致頻譜的利用率極低，只有5%-10%，因此，認知無線電(CR)技術作為一種解決無線通信中頻譜資源稀缺的方案被提出，其核心在于一種動態頻譜接入技術(DSA)，即認知用戶動態的接入當前不被授權用戶占用的頻譜空穴中進行通信。當前的認知無線電研究主要集中于物理層的頻譜感知，數據鏈路層的頻譜調度以及網絡層基于認知的單播路由協議，將認知技術和移動Ad Hoc網絡組播路由算法相結合還是塊研究空白。
發明內容
本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種基于認知的Ad Hoc網絡移動組播路由方法，具有提高PUMA協議的魯棒性和網絡的吞吐量性能的優點。為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案一種基于認知的Ad Hoc網絡移動組播路由方法，具體步驟為步驟一節點開機，物理層掃描可用信道信息；步驟二 物理層選取某一接收節點為核節點，同時對可用頻譜信息進行探測，將可用信道信息交付網絡層；步驟三核節點發送MA-RREQ生成組播樹，為每個組播組建立一棵基于核節點的組播樹，MA-RREQ中包含核節點可用信道信息；步驟四MA-RREQ消息中的核節點可用信道信息重寫入MA-RREP消息，接收節點發送MA-RREP消息至核節點步驟五核節點提取MA-RREP消息，并計算信道可用概率，即信道優先級；步驟六組播樹和信道調度機制(數據鏈路層執行)生成，進行組播通信。所述步驟三的具體步驟為(3-1)組播組中的接收節點通過發送MA數據包來競爭核心節點的位置；(3-2)最終具有最高ID的接收節點成為組播組的核節點；(3-3)選定的核節點在其可用信道集合上以輪循的方式發送MA-RREQ數據包用于組播樹的建立；(3-4)中間節點建立自己的連通列表，并根據如下原則(a)優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)若鄰節點均隸屬某個組播組，則選取隸屬于組播組數目最少的節點；選取自己的父母節點和子節點，將隸屬多個組播組的節點數目降至最低。所述步驟五的具體步驟為(5-1)在組播樹的生成過程中，核節點的可用信道信息被寫入MA-RREQ消息中傳遞到每個接收節點；(5-2)寫入MA-RREQ消息中核節點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由每個接收節點沿組播樹發送給核心節點；(5-4)中間節點重寫接收到的MA-RREP消息中的可用信道表項，在對應的自己當前的可用信道上加I ;(5-5)核心節點將每個接收節點發送的MA-RREP消息中的信道信息匯總，并根據公式(I)的算法計算出信道各自的優先級，選取優先級較高的信道用于當前的組播通信，
Y(MMA-RREP)i
「00271'
P(C1)=^-A<k<m (I)
N其中，我們假設組播組中包含N個節點，其中葉子節點的數字為n，核節點的可用信道數目為m，m的范圍為f 13，Ck均代表信道，k信道的標號，Ck(MA-RREP) i表示從第i個接收節點發送來的MA-RREP消息中Ck可用信道的數值，此數值在MA-RREP回傳核節點過程中被中間節點更新重寫。N表示當前組播組中成員節點數目，包含葉子節點和中間轉發節點，其中η為葉子節點數目。所述網絡中的每個節點在通信過程中動態的維護自己的信道信息表，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}；所有信道集合為節點在冷啟動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前被占用的信道，節點從可用信道集合中選擇其一用于當前通信，即激活信道集合，Ck均表示信道。
本發明的有益效果節點的移動以及可用信道的失效會導致通信鏈路的中斷，本發明允許核心節點在優先級較高的3個信道之間切換以修復因信道的失效而中斷的通信鏈路，否則由中斷節點發送MA-RERR報文遞交于核心節點，MA-RERR報文中包含最新的可用信道信息，核心節點據此進行新一輪信道優先級的計算及分配，本發明通過合理利用節點的認知能力，讓節點高效的控制當前可用信道信息，并給組播組分配優先級較高的信道，有效的減少多個組播組之間的信道干擾，從而改善整個網絡的吞吐量性能。
圖I為本發明采用的跨層機制的原理圖；圖2為本發明提出的CR-PUMA算法中MA-RREQ消息傳播圖；圖3為本發明提出的CR-PUMA算法中組播樹的生成圖；圖4為本發明的流程圖；圖5為在改變節點移動速率的條件下，CR_PUMA，PUMA，MAODV三種組播算法投包率性能的比較圖；圖6為在改變源節點發包率的條件下，CR-PUMA, PUMA, MAODV三種組播算法投包率性能的比較圖；圖7為在改變節點移動速率的條件下，CR-PUMA，PUMA，MAODV三種組播算法吞吐量性能的比較圖；圖8為在改變源節點發包率的條件下，CR_PUMA，PUMA，MAODV三種組播算法吞吐量性能的比較圖。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。如圖I所不，圖I為CR-PUMA算法跨層機制原理圖，圖4是為本發明的流程圖；下面結合發明框圖2和圖3，對本發明所設計CR-PUMA算法的工作過程進一步說明，圖2中的數字I至11表示網絡中的節點。CR-PUMA算法包括路由生成和信道調度兩個主要模塊。路由生成通過依賴PUMA路由算法來為每個組播組建立一棵基于核節點的組播樹，組播樹的建立通過核心節點發送MA-RREQ消息來完成，每個MA-RREQ消息中細化了核節點ID，核節點可用信道集合，組播組ID，報文序列號，通過序列號的更新來丟棄重復的過期的報文。中間節點在選擇自己的父母節點時，遵循本發明中的如下原則(a)優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)若鄰節點均隸屬某個組播組，則選取隸屬于組播組數目最少的節點這樣可以保證本發明建立的組播樹多個組播組之間的干擾達到最小。信道調度模塊由核心節點來完成信道優先級的計算和分配。信道優先級由公式
(I)獲得
權利要求
1.一種基于認知的Ad Hoc網絡移動組播路由方法，其特征是，具體步驟為 步驟一節點開機，物理層掃描可用信道信息； 步驟二 物理層選取某一接收節點為核節點，同時對可用頻譜信息進行探測，將可用信道信息交付網絡層； 步驟三核節點發送MA-RREQ生成組播樹，為每個組播組建立一棵基于核節點的組播樹，MA-RREQ中包含核節點可用信道信息； 步驟四=MA-RREQ消息中的核節點可用信道信息重寫入MA-RREP消息，接收節點發送MA-RREP消息至核節點； 步驟五核節點提取MA-RREP消息，并計算信道可用概率，即信道優先級； 步驟六組播樹和信道調度機制生成，進行組播通信。
2.如權利要求I所述一種基于認知的AdHoc網絡移動組播路由方法，其特征是，所述步驟三的具體步驟為 (3-1)組播組中的接收節點通過發送MA數據包來競爭核心節點的位置； (3-2)最終具有最高ID的接收節點成為組播組的核節點； (3-3)選定的核節點在其可用信道集合上以輪循的方式發送MA-RREQ數據包用于組播樹的建立； (3-4)中間節點建立自己的連通列表并根據特定原則選取自己的父母節點和子節點，同時將隸屬多個組播組的節點數目降至最低。
3.如權利要求I所述一種基于認知的AdHoc網絡移動組播路由方法，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，核節點的可用信道信息被寫入MA-RREQ消息中傳遞到每個接收節點； (5-2)寫入MA-RREQ消息中核節點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由每個接收節點沿組播樹發送給核心節點； (5-4 )中間節點重寫接收到的MA-RREP消息中的可用信道表項，在對應的自己當前的可用信道上加I ; (5-5)核心節點將每個接收節點發送的MA-RREP消息中的信道信息匯總，并根據公式(I)的算法計算出信道各自的優先級，選取優先級較高的信道用于當前的組播通信，
4.如權利要求2所述一種基于認知的AdHoc網絡移動組播路由方法，其特征是，所述步驟(3-4)的特定原則為 (a)優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)若鄰節點均隸屬某個組播組，則選取隸屬于組播組數目最少的節點。
全文摘要
本發明公開了一種基于認知的Ad Hoc網絡移動組播路由方法，具體步驟步驟一節點開機，物理層掃描可用信道信息；步驟二物理層選取某一接收節點為核節點，同時對可用頻譜信息進行探測，將可用信道信息交付網絡層；步驟三核節點發送MA-RREQ生成組播樹，為每個組播組建立一棵基于核節點的組播樹，MA-RREQ中包含核節點可用信道信息；步驟四MA-RREQ消息中的核節點可用信道信息重寫入MA-RREP消息，接收節點發送MA-RREP消息至核節點；步驟五核節點提取MA-RREP消息，并計算信道可用概率，即信道優先級；步驟六組播樹和信道調度機制(數據鏈路層執行)生成，進行組播通信。有效的減少多個組播組之間的信道干擾，改善整個網絡的吞吐量性能。
文檔編號H04W84/18GK102938920SQ20121047705
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月21日 優先權日2012年11月21日
發明者曹葉文, 王振 申請人:山東大學