一种dt-maodv多播路由方法
【专利说明】-种DT-MAODV多播路由方法 【技术领域】
[0001] 本发明属于计算机应用与物联网结合的技术领域。 【【背景技术】】
[0002] 随着物联网的快速发展，作为物联网的关键组成部分，无线网络承担着越来越高 的业务要求。人们开始要求无线网络能够处理更多的实时业务，例如视频会议，视频多播， VoIP,网络游戏等日常业务。但由于传统无线网络无法克服可靠性低，吞吐量低，传输时延 过长等缺点，所W需要提出新的无线网络多播协议来提高其传输性能，W满足越来越高的 业务要求。
[0003] 传统无线网络一般通过中屯、节点作为拓扑中屯、与其他节点进行通信，具有控制各 节点的功能，中屯、节点还负责各节点与外部网络进行通信。
[0004] 无线Mesh网络通过无线多跳的方式将各节点连接起来，形成网状网络。它是W无 线Adhoc网络和传统无线网络为模型形成的多跳网状网。无线Mesh网络解决了传统无线 网络传输效率低，可靠性差等缺点，具备安装方便，拓扑简洁，传输效率高等优点。
[0005] Mesh网络的节点分为路由节点和客户端两种节点，根据类型可W分为W下S种。
[0006] 骨干网结构是由路由器节点连接形成，负责与外部网络相连，Mesh路由器具有多 跳连接的功能，可扩展性强；客户端结构可W直接采用Adhoc网络的技术，客户端通过传 统技术连接，组成了小型的对等通信网络；混合结构就是将客户端网络接入骨干网络，它可 W接入各种不同类型的网络，拓扑结构灵活。
[0007] 目前对于无线Mesh网络的多播路由协议的研究仍在起步阶段，如比较最小开销 树（MCT)和最短路径树（SPT)的性能；提出了基于单路径优化的算法；提出了基于根驱动 思想的路由方法，并根据此思想提出一种基于最小开销的备用树算法。
[0008] M0DV路由协议是由美国加州大学RoyerEM等人于1999年提出的，它是在单播 路由协议A0DV的基础上设计的按需多播路由协议。源节点在需要与目的节点通信时才发 起路由发现过程，采用的是双向共享树炬i-Direction化aredTree)的多播分发机制。
[0009] M0DV用广播路由发现机制按需发现多播路由。M0DV路由建立如图1所示，该协 议基于硬状态建立共享多播树，修复损坏的链路，显式地处理网络划分。某移动节点想加入 多播组或有数据要发往多播组而没有到该组的路由时，就发RREQ报文。中间节点收到该 RREQ报文而它没有到该组的路由，便向它的邻居广播该RREQ。随着RREQ在网络中传播，节 点建立指针来在它们的路由表中建立逆向路由。收到对某多播组RREQ的节点，若它记录的 对该组的序列号至少和RREQ中包含的一样大，就可W回复。应答节点通过在路由表和多播 路由表中置入请求节点的下一跳信息来更新路由，然后向源节点单播回RREP。当沿着到源 节点的路径上的节点收到RREP时，它们为该RREP来自的节点在路由表和多播路由表中都 增加一个条目，由此创建了一条转发路径。当源节点向某个多播组广播RREQ时，它经常收 到多于一个的应答。源节点保留有最大序列号和到最近的多播树成员有最短跳数的路由， 保留一段特定的时间，丢弃其它路由。源节点激活多播路由表中已选择的下一跳，单播一个 激活消息（MACT)。下一跳收到该消息后，激活多播路由表中到源节点的条目。该过程直到 达到发出该RREP的节点（树成员）为止。该激活消息保证没有多条路径到任何树结点，节 点只沿多播路由表中激活的路由转发数据包。
[0010] 多播组的第一个成员为该组的领导者。一个结点若多次加入某多播组没有成功， 它将成为组领导者。组领导者负责维护多播组序列号，并将其广播到多播组，该是通过组 肥LLO消息完成的。该消息包含一个扩展，表明多播组IP地址和所有W该结点为组领导者 多播组序列号（每个组肥LLO增1)，结点用该组肥LLO信息来更新它们的请求表。
[OCm] 由于M0DV在其路由表中保持硬状态，协议要主动追踪和响应树中的变化。树中 的链路受到监控，若有成员结束了同该组的成员关系，断开的链路要删除。当一条链路被删 除时，离多播组领导者较远的节点（断开的下游）负责修复断开的链路。若该树不能重新 连接，该断开的下游结点的新领导者将按如下过程选出；若启动路由重建的节点是多播组 成员，它就成为新的多播组领导者，否则，若它只有一个到多播树的下一跳，它通过向它的 下一跳发送剪枝消息来将它自己从树上删除出去。该过程继续一直到达到组成员。
[0012] 节点加入多播树的过程如图1所示，每个字母代表一个节点，包括W下几个步骤：
[0013] (l)RREQ报文的广播；
[0014] 似RREP报文的回复；
[00巧]做多播路由的MCT激活；
[0016] M0DV协议在无线Mesh网络的实例如图2所示，源节点S维护着一个多播树，节 点A与节点B均是多播组节点，两个节点之间为一跳。由于无线Mesh网络节点具有移动 性，网络拓扑结构会随之改变，按照M0DV协议，多播树只能够通过自身的剪枝与修复等改 变多播树结构。在一段时间后节点A和节点B进入彼此通信范围内，如图3所示，且节点B 的跳数明显要多很多，说明端到端时延更长。但是由于M0DV协议的缺点，节点B不能连接 至节点A，只能保持原拓扑结构，导致网络性能下降。
[0017] 上述研究所提出的多播算法只考虑了如何优化多播树建立，当多播树建立之后， 根据已有的多播算法，除非多播树分裂，否则多播树的拓扑结构不会发生改变。但是无线 Mesh网络的节点具有一定移动性，可能在某一时刻会存在性能更好的多播树。 【
【发明内容】
】
[00化]本发明目的是解决无线Mesh网络传输性能较差问题，提高网络的传输性能。本发 明在了解了M0DV多播路由方法的基础上重点研究了动态优化Mesh网络拓扑结构算法，提 出一种DT-MA0DV多播路由方法，针对无线Mesh网络节点的移动特性，提出了动态改变多播 树结构的策略。将该协议应用于无线Mesh网络中，分析和判断网络拓扑结构的动态改变， 当拓扑满足协议的优化条件时，会主动改变网络拓扑结构，对多播树进行优化，得到更好的 传输性能。
[0019] 本发明的技术方案
[0020] 一种DT-MA0DV多播路由方法，该方法主要包括如下关键步骤；
[0021] 第1、容忍度和报文最大转发次数的设定；
[0022] 第1. 1、多播树进行拓扑优化必然会导致网络路由开销的增加，设定容忍度K该一 参数，该参数表示由于多播树拓扑变化导致路由开销变大的最大增加率；
[0023] 第1. 2、报文转发会增加网络负载，为避免GWH报文转发次数过多导致网络负载 加重，设定报文最大转发次数TN，用于判定是否继续转发GWH报文；
[0024] 第2、多播树组头节点广播发送GRPH报文，利用GRPH报文中的保留字段，增加跳数 和转发次数两个字段，其他节点接收报文并做处理；
[0025]第2. 1、在GWH报文中，增加到源节点的跳数SC和转发次数T_count两个字段，其 中T_count初值为0,T_count的值随着转发次数递增；
[0026] 第2. 2、当非多播树节点收到该报文后，首先检测T_count的值，当T_count的值等 于TN时，提取报文信息存入路由表中，然后丢弃该报文杏则提取报文信息存入路由表中， 将T_count的值加1，继续转发该报文，W此类推；
[0027] 第2. 3、当多播树节点收到该报文后，提取报文信息存入路由表中，将T_count的 值加1，并判断是否满足优化条件，若满足则对多播树拓扑结构进行优化，否则丢弃该报文。 [002引所述的容忍度K的取值范围为0~15%。
[0029] 所述的最大转发次数TN的取值范围为网络中节点个数的1%~50%。
[0030] 所述的优化条件为，设发送节点到源节点的跳数为AS_hop，接收节点到源节点的 跳数为BS_hop，则（AS_hop+T_count)<BS_hop，且T_count<TN，且（AS_hop+T_count)/BS_ hop< =K。
[0031] 容忍度K的设定如下：
[0032] 假设多播树节点个数为n，单跳时延为t，多播业务的时延要求为Twg，则最差情况 下的数据传输平均时延为：
[0033]
【主权项】
1. 一种DT-MODV多播路由方法，其特征在于该方法主要包括如下关键步骤： 第1、容忍度和报文最大转发次数的设定； 第1. 1、多播树进行拓扑优化必然会导致网络路由开销的增加，设定容忍度K这一参 数，该参数表示由于多播树拓扑变化导致路由开销变大的最大增加率； 第1. 2、报文转发会增加网络负载，为避免GRPH报文转发次数过多导致网络负载加重， 设定报文最大转发次数TN，用于判定是否继续转发GRPH报文； 第2、多播树组头节点广播发送GRPH报文，利用GRPH报文中的保留字段，增加跳数和转 发次数两个字段，其他节点接收报文并做处理； 第2. 1、在GRPH报文中，增加到源节点的跳数SC和转发次数T_count两个字段，其中 T_count初值为0, T_count的值随着转发次数递增； 第2. 2、当非多播树节点收到该报文后，首先检测T_count的值，当T_count的值等于 TN时，提取报文信息存入路由表中，然后丢弃该报文；否则提取报文信息存入路由表中，将 T_count的值加1，继续转发该报文，以此类推； 第2. 3、当多播树节点收到该报文后，提取报文信息存入路由表中，将T_count的值加 1，并判断是否满足优化条件，若满足则对多播树拓扑结构进行优化，否则丢弃该报文。
2. 根据权利要求1所述方法，其特征在于所述的容忍度K的取值范围为0~15%。
3. 根据权利要求1所述方法，其特征在于所述的最大转发次数TN的取值范围为网络中 节点个数的1 %~50%。
4. 根据权利要求1所述方法，其特征在于所述的优化条件为，设发送节点到源节点的 跳数为AS_hop，接收节点到源节点的跳数为BS_hop，则（AS_hop+T_count) <BS_hop，且T_ count〈TN，且（AS_hop+T_count)/BS_hop〈 = K0
【专利摘要】一种DT-MAODV多播路由方法。MAODV是一种基于无线Mesh网络的按需距离矢量多播路由协议，以往研究所提出的多播算法大多只考虑如何优化多播树建立，但根据这些多播算法，当多播树建立后，除非多播树分裂，否则它的拓扑结构不会发生变化。而无线Mesh网络的节点具有一定的移动性，可能在某一时刻会存在性能更好的多播树。本发明方法针对无线网络节点的移动特性，提出了动态改变多播树结构的策略。将该方法应用于无线Mesh网络中，分析和判断网络拓扑结构的动态改变，当存在性能更好的多播树，并且拓扑结构满足协议的优化条件时，会主动改变网络拓扑结构，对多播树进行优化，得到更好的传输性能。
【IPC分类】H04W40-24, H04W40-12
【公开号】CN104837172
【申请号】CN201510227781
【发明人】张德干, 马震, 李文斌, 赵德新, 赵晨鹏
【申请人】天津理工大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月6日