一种应用于无线网络的组播树构建方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于无线网络的组播树构建方法，针对无线网状网中的节点移动以及传输链路不稳定的应用场景，提出簇首选择方法和节点重连策略，以有效提高网络中组播树的稳定性。其中簇首是根据节点的移动属性、出度和传输时延等来选择的。节点重连策略可以在组播系统的功能因网络移动而受到破坏时，重新恢复组播系统的功能。本发明专利技术简单有效，算法复杂度低，节点之间交互开销小。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于无线网络的组播树构建方法
本专利技术涉及无线网络传输
，具体涉及一种应用于无线网络的组播树构建方法。
技术介绍
组播又称多播，是一种一对多、多对多的网络传输服务，它是对互联网上的一对一单播模型的扩充。组播中的数据通过复制转发的传输方式向组播中的成员发送，这种复制转发数据包的传输方式可以有效地减少网络传输资源的浪费，同时降低网络和服务器的负担，因此组播构成了许多应用的基础。在节点可移动的网络环境中，组播服务系统的稳定性难以得到保障。现有的组播算法中很少专门考虑节点的移动造成的影响。因此，目前亟待针对无线网状网的节点移动以及传输链路不稳定的应用场景，提出了一种应用于无线网络的组播树构建方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种应用于无线网络的组播树构建方法，以提高通信网络，特别是无线网状网中的节点移动以及传输链路不稳定的场景下，组播系统的稳定性。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种应用于无线网络的组播树构建方法，该方法针对的应用场景如下：无线网络中的节点或部分节点具有可移动性，每个节点按区域或设定的关系划分到某个簇，每个簇有一个簇首，组播树在簇首之间构建，所述的组播树构建方法包括如下步骤：S1、计算节点的非稳定度，为每个簇选举簇首和备用簇首；S2、簇内节点通过发送握手信息建立连接，构建簇内传输路径；S3、在簇首间根据传输路径的跳数、时延、带宽、安全性和误码率中的一个或多个参数，以加权和或根据要求逐项参数匹配的方式，选择簇首构建组播树；S4、根据拓扑的连通性，采取节点重连策略，提高组播树的稳定性；S5、在无线网络运行过程中，交换网络和自身节点间的状态信息，动态调整和维护连接关系。进一步地，所述的步骤S1过程如下：根据节点的移动属性、出度和传输时延，计算节点的非稳定度，然后基于节点的非稳定度，选举簇首和备用簇首。现有的组播算法中，选举簇首及备用簇首的方法，有些只考虑了簇内节点间的距离，有些只考虑了节点的出度及传输时延，或者是只考虑了节点的移动性，而没有综合考虑节点的移动性、出度及传输时延对组播服务带来的影响。在节点可移动的网络场景下，如果没有考虑节点的移动性，推举出的簇首可能是非常不稳定的节点；但是只考虑节点的移动性，没有考虑节点的出度和传输时延，这种情况下选举出的簇首的转发能力和传输效率可能会满足不了需求。本专利技术选择簇首的方法，充分考虑了节点的移动性、数据转发能力和传输时延等因素，在节点可移动的情况下，保证数据传输的可靠性和高效性。进一步地，所述的非稳定度的定义为：其中，V为拓扑图的节点集合，α,β是[0,1]之间的平衡系数，degadj(i)为节点i及其邻节点的出度之和，deg(j)为节点j的出度，NS(j)为节点j上所有链路的链路失效时间之和，NS(i)为节点i上所有链路的链路失效时间之和，即：链路失效时间简称LET，其定义基于链路两端节点的移动属性和节点i与相邻节点j的有效通信距离，用于预测该链路的剩余有效时间，其中，移动属性包括移动速度、移动方向和坐标，LET(i,j)按照下式计算：其中，b＝xi-xj，d＝yi-yj，a＝vicosθi-vjcosθj，c＝visinθi-vjsinθj，(xi,yi)、(xj,yj)分别为节点i、j的二维空间坐标，vi、vj分别为节点i、j的移动速度值，θi、θj分别为节点i,j的移动方向，0≤θi,θj≤2π，R为节点的有效通信距离，NS(j)为节点j上所有链路的链路失效时间之和,δ(i)为以节点i为源节点，其余节点为目的节点的传输路径d(i,j)的传输时延之和，即：δ(j)为以节点j为源节点，其余节点为目的节点的传输路径d(j,k)的传输时延之和,即:进一步地，若两个节点间有多条传输路径，取两个节点间所有传输路径时延的平均值为传输时延。进一步地，所述的组播树中包含分叉点，以减少组播树的冗余路径。进一步地，所述的节点重连策略的规则包括：簇内的节点如果发现某个或某些邻居节点不可达，即向邻居节点发送握手报文，请求建立链路；收到握手报文的节点根据自身的最大节点度和出度，判断是否可以与该节点搭建链路，分为以下情况：(1)若收到握手报文的节点的出度小于最大节点度，则向发送握手报文的节点响应握手报文，表示可以搭建链路；(2)若收到握手报文的节点的出度等于最大节点度，尝试断开节点的某条不影响节点通信的链路，使节点的出度小于最大节点度，若链路断开成功，则向发送握手报文的节点响应握手报文，搭建链路；当节点收到握手报文后，需向发送报文的节点响应握手报文，然后与该节点搭建链路，若节点在时间T内没有收到响应，则继续发向簇内节点发送握手报文，若在预设的尝试次数失败后，则放弃重连；若链路搭建成功，判断是否能与同一簇内的所有其它节点可达，分为以下情况：(1)节点能够与同一簇内的所有其它节点通信，节点重连成功，节点重连过程结束；(2)节点仍不能够与同一簇内的所有其它节点通信，此时节点应通知与其搭建新链路的节点采取节点重连策略，重复以上过程，直至节点重连成功。基于本专利技术构建的组播树，在无线网络的节点移动的场景下，提升了组播树的稳定性，降低了组播树的传输时延。由于本专利技术选举簇首的方法考虑了节点的移动性，因此降低了节点移动性对组播服务稳定性影响，并且本专利技术的节点重连策略，在组播服务因节点的移动而受到影响时，会尽可能地恢复组播服务功能，因此提升了组播树的稳定性。本专利技术将网络中的节点分层分簇，提升了组播数据的转发效率；同时在选举簇首的方法中考虑了节点的出度及传输时延，因此降低了组播树的传输时延。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：1、本专利技术在通信网络，特别是针对无线网状网中的节点移动以及传输链路不稳定的应用场景，通过保证簇首的稳定性，从而提高了组播树的稳定性。2、本专利技术在动态的无线网状网的应用场景下，设计了节点重连策略，进一步提高了组播树的稳定性。3、本专利技术简单有效，算法复杂度低，节点之间交互开销小。附图说明图1是本专利技术公开的应用于无线网络的组播树构建方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例中构建的组播树示意图；图3是本专利技术实施例中脱离的节点尝试重连的情况1示意图；图4是本专利技术实施例中脱离的节点尝试重连的情况2示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。实施例一种应用于无线网络的组播树构建方法，无线网络中的无线节点自组织构成无线网状网，将所有节点按照区域或者设定的关系进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于无线网络的组播树构建方法，该方法针对的应用场景如下：无线网络中的节点或部分节点具有可移动性，每个节点按区域或设定的关系划分到某个簇，每个簇有一个簇首，组播树在簇首之间构建，其特征在于，所述的组播树构建方法包括如下步骤：/nS1、计算节点的非稳定度，为每个簇选举簇首和备用簇首；/nS2、簇内节点通过发送握手信息建立连接，构建簇内传输路径；/nS3、在簇首间根据传输路径的跳数、时延、带宽、安全性和误码率中的一个或多个参数，以加权和或根据要求逐项参数匹配的方式，选择簇首构建组播树；/nS4、根据拓扑的连通性，采取节点重连策略，提高组播树的稳定性；/nS5、在无线网络运行过程中，交换网络和自身节点间的状态信息，动态调整和维护连接关系。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于无线网络的组播树构建方法，该方法针对的应用场景如下：无线网络中的节点或部分节点具有可移动性，每个节点按区域或设定的关系划分到某个簇，每个簇有一个簇首，组播树在簇首之间构建，其特征在于，所述的组播树构建方法包括如下步骤：
S1、计算节点的非稳定度，为每个簇选举簇首和备用簇首；
S2、簇内节点通过发送握手信息建立连接，构建簇内传输路径；
S3、在簇首间根据传输路径的跳数、时延、带宽、安全性和误码率中的一个或多个参数，以加权和或根据要求逐项参数匹配的方式，选择簇首构建组播树；
S4、根据拓扑的连通性，采取节点重连策略，提高组播树的稳定性；
S5、在无线网络运行过程中，交换网络和自身节点间的状态信息，动态调整和维护连接关系。


2.根据权利要求1所述的一种应用于无线网络的组播树构建方法，其特征在于，所述的步骤S1过程如下：
根据节点的移动属性、出度和传输时延，计算节点的非稳定度，然后基于节点的非稳定度，选举簇首和备用簇首。


3.根据权利要求2所述的一种应用于无线网络的组播树构建方法，其特征在于，所述的非稳定度的定义为：



其中，V为拓扑图的节点集合，α,β是[0,1]之间的平衡系数，degadj(i)为节点i及其邻节点的出度之和，deg(j)为节点j的出度，NS(j)为节点j上所有链路的链路失效时间之和，NS(i)为节点i上所有链路的链路失效时间之和，即：



链路失效时间简称LET，其定义基于链路两端节点的移动属性和节点i与相邻节点j的有效通信距离，用于预测该链路的剩余有效时间，其中，移动属性包括移动速度、移动方向和坐标，LET(i,j)按照下式计算：



其中，b＝xi-xj，d＝yi-yj，a＝vicosθi-vjcosθj，c＝visinθi-vjsinθj，(xi,yi)、(xj,yj)分别为节点i、j的二维空间坐标，vi、vj分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓俊辉，冯穗力，唐玮俊，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44