专利名称：一种跨层的高投递率低延时的组播通信方法
技术领域：
本发明涉及一种跨层的高投递率低延时的组播通信方法，属于无线通信技术领 域。
背景技术：
无线Ad Hoc网络具有不需要固定设施支持、组网快速、灵活等特点，也由于这些原 因导致网络拓扑的快速变化、节点资源和网络带宽受限等问题。组播是在发送者和每一接 收者之间实现点对多点网络连接，能节省网络带宽、降低网络负载，提高数据传送效率。现 在Ad Hoc网络中的组播路由协议分为两种基于树的组播路由协议和基于格网的组播路 由协议，基于树的组播路由协议数据传输延时小，但在网络拓扑频繁变动或节点高速运动 的场景下，协议投递率很低；基于格网的组播路由协议能提供冗余路径，在节点高速和低速 情景下都能提供高的投递率，但是由于网络中有数据重复发送，协议的数据传输延时很大。 基于现有协议的不足，本发明采用跨层设计的方法，利用格网的路由协议适应网络拓扑变 化的优势，通过共享物理层、数据链路层和网络层的信息，减少数据传送过程中的数据重复 和节点竞争，提高数据投递率、降低数据传输延时。
发明内容
本发明的目的是针对现有协议的不足，即不能很好适应网络拓扑变化或数据传输 时延很大，提供一种高适应性、高投递率和低传输时延的组播路由协议。本发明利用共享物理层、数据链路层和网络层的信息资源，建立组播路由网，并处 理数据传输过程中存在的数据重复发送、节点竞争信道等问题，使得路由覆盖范围广，消除 数据重复传输，减少数据处理时间，为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种基于跨层的高投递率低延时的组播通信方法，该方法包括本地节点在网络层 直接读取物理层的信息，数据链路层共享网络层信息，网络层共享物理层信息实现组播通 信，具体实现步骤如下Stepl 组播组的核心节点在全网周期性的广播控制包；St印2 任何接收到核心节点发送的控制包的节点都建立一个链接列表，并将该节 点的邻居节点发送的控制包的数据及邻居节点的等级保存到链接列表中；Step3:节点从其链接列表中选择邻居节点到核心节点距离最小且等级最高的邻 居节点作为其最佳邻居，最佳邻居发送来的控制包为最佳控制包，在最佳控制包的基础上 产生自己的控制包并广播给周围邻居，所有接收到控制包的其他节点均为网成员，设置自 己的meshmember域为true ；若未收到控制包但满足一定的条件，该节点也作为网成员；St印4:组播网组建成功，组播网建立之后，有组播通信时，在组播网内传输数据。所述物理层信息指接收数据包的SINR值。所述网络层信息指通过SINR计算的数据发送退避时间以及数据发送速率。
所述st印3中一定条件为邻节点的mesh member域为true ；或者此邻节点到核 心节点的距离比节点本身的大；或者节点在两个控制包周期内接收到此邻节点发送的控制包。所述st印3中在组播网内传输数据的步骤为(1)组播源为非网成员且有数据发送时，发送数据到链接列表中记录的父节点，逐 跳发送到组播网内；(2)组播源为网成员或者数据到达组播网内，数据在组播网内洪泛；(3)网成员接收到组播数据后，接收和转发数据；其中，数据的处理分为MAC层数据处理和网络层数据处理。所述MAC层处理数据的步骤如下(h)MAC层接收到数据后，若向下层即物理层发送，则转入步骤(b)继续执行；反之 判断是否是重复发送，如是重复发送则转入步骤(g)继续执行，如不是重复发送则向上层 即逻辑链路层和网络层传输且转入步骤(f)继续执行；(i)设置退避时间，并启动退避计时器；(j)若退避时间到，则转入步骤(d)进行判断；反之判断是否收到相同的控制包， 如是则转入(e)继续执行，反之转入步骤(c)继续执行；(k)判断信道是否空闲，如是则以网络层计算的发送速率发送数据且转入(f)继 续执行，反之转入步骤(C)继续执行；(1)网络层的数据缓存中接收次数项加1，并判断是否达到门限值，如大于门限值 则转入步骤(g)继续执行，反之则转入步骤(c)继续执行；(m)等待接收下一个数据；(η)丢弃数据包，取消发送，且转入步骤(f)继续执行。所述网络层处理数据的步骤如下(c)网络层接收到数据包后，读取链接列表当中相应发送节点的信息，计算数据包 转发的退避时间和发送速率；(d)若节点为接收者，向传输层传递数据包，并将数据包传送给数据链路层；若节 点为非接收者，则只需将数据包传送给数据链路层。本发明的原理如下一种无线Ad Hoc网络中高投递率、低延时的跨层组播路由协 议(cross layer multicasting protocol in ad hoc networks, CLMPA),利用跨层提取信 息的方法，网络层共享物理层的信息来建立组播路由，数据链路层利用网络层信息设定组 播数据发送的退避时间和数据发送速率；所述的跨层提取信息方法是指在网络层直接读 取物理层的信息，数据链路层共享网络层信息；所述物理层信息指接收数据包的信号与干 扰加噪声比SINR(signal to interference plus noise ratio)，所述网络层信息指通过 SINR计算的数据发送退避时间以及数据发送速率，数据链路层使用退避时间和速率发送 相应的数据；所述的组播路由建立是指网络层通过全网广播控制消息的方法来建立组播 网；组播路由建立具体步骤为(1)最先加入组播组的接收者将自己看作核心节点(若有多个接收者同时加入组 播组，选择ID最大的组播接收者成为核心节点)，然后全网周期广播控制包；(2)随着控制消息在网内的广播，全网的每一个节点都建立一个链接列表；任何节点接收到邻居发送的控制包后，将控制包中的数据保存到链接列表中，并且此节点在网 络层读取控制包物理层的SINR信息，根据SINR的大小计算邻居节点的等级(分为0 N 级，SINR值处于最大值与最小值中间时节点等级最高，依次往两边递减)，保存在链接列表 当中；(3)节点从链接列表中选择到核心节点距离最小且等级最高的邻节点作为其最佳 邻居，最佳邻居发送来的控制包为最佳控制包，在最佳控制包的基础上产生自己的控制包 并广播给周围邻居；(4)所有的组播接收者都为网成员，设置自己的mesh member域为true ；若非组播 接收者节点的邻节点满足以下3个条件，此节点作为网的成员节点邻节点的mesh member 域为true，此邻节点到核心节点的距离比节点本身的大，节点在两个控制包周期内接收到 此邻节点发送的控制包。通过控制消息在全网的广播，每个节点能建立、维护链接列表并建立组播网。组播数据的传输步骤为(1)组播源为非网成员且有数据发送时，发送数据到链接列表中记录的父节点，逐 跳发送到组播网内，数据发送的退避时间和速率采用默认值；(2)组播源为网成员或者数据到达组播网内，数据在组播网内洪泛；(3)网成员接收到组播数据后，通过数据包重复判断、数据包接收次数限制等方 法，接收和转发数据。数据的处理分为MAC层数据处理和网络层数据处理，分别如下1)MAC数据处理(a) MAC层接收到数据后，若向下层(物理层)发送，则转入步骤(b)继续执行；反 之判断是否是重复发送，如是重复发送则转入步骤(g)继续执行，如不是重复发送则向上 层(逻辑链路层和网络层)传输且转入步骤(f)继续执行；(b)设置退避时间(在网络层计算得出)，并启动退避计时器；(c)若退避时间到，则转入步骤(d)进行判断；反之判断是否收到相同的控制包， 如是则转入(e)继续执行，反之转入步骤(c)继续执行；(d)判断信道是否空闲，如是则以网络层计算的发送速率发送数据且转入(f)继 续执行，反之转入步骤(C)继续执行；(e)网络层的数据缓存中接收次数项加1，并判断是否达到门限值，如大于门限值 则转入步骤(g)继续执行，反之则转入步骤(c)继续执行；(f)等待接收下一个数据；(g)丢弃数据包，取消发送，且转入步骤(f)继续执行。2)网络层数据处理(a)网络层接收到数据包后，读取链接列表当中相应发送节点的信息，计算数据包 转发的退避时间和发送速率，退避时间计算如下
权利要求
一种基于跨层的高投递率低延时的组播通信方法，其特征是，该方法包括本地节点在网络层直接读取物理层的信息，数据链路层共享网络层信息，网络层共享物理层信息实现组播通信，具体实现步骤如下Step1组播组的核心节点在全网周期性的广播控制包；Step2任何接收到核心节点发送的控制包的节点都建立一个链接列表，并将该节点的邻居节点发送的控制包的数据及邻居节点的等级保存到链接列表中；Step3节点从其链接列表中选择邻居节点到核心节点距离最小且等级最高的邻居节点作为其最佳邻居，最佳邻居发送来的控制包为最佳控制包，在最佳控制包的基础上产生自己的控制包并广播给周围邻居，所有接收到控制包的其他节点均为网成员，设置自己的meshmember域为true；若未收到控制包但满足一定的条件，该节点也作为网成员；Step4组播网组建成功，组播网建立之后，有组播通信时，在组播网内传输数据。
2.如权利要求1所述的一种跨层的高投递率低延时的组播通信方法，其特征是，所述 物理层信息指接收数据包的SINR值。
3.如权利要求1所述的一种跨层的高投递率低延时的组播通信方法，其特征是，所述 网络层信息指通过SINR计算的数据发送退避时间以及数据发送速率。
4.如权利要求1所述的一种跨层的高投递率低延时的组播通信方法，其特征是，所述 st印3中一定条件为邻节点的mesh member域为true ；或者此邻节点到核心节点的距离比 节点本身的大；或者节点在两个控制包周期内接收到此邻节点发送的控制包。
5.如权利要求1所述的一种基于跨层的高投递率低延时的组播通信方法，其特征是， 所述step3中在组播网内传输数据的步骤为(1)组播源为非网成员且有数据发送时，发送数据到链接列表中记录的父节点，逐跳发 送到组播网内；(2)组播源为网成员或者数据到达组播网内，数据在组播网内洪泛；(3)网成员接收到组播数据后，接收和转发数据；其中，数据的处理分为MAC层数据处理和网络层数据处理。
6.如权利要求5所述的一种跨层的高投递率低延时的组播通信方法，其特征是，所述 MAC层处理数据的步骤如下(a)MAC层接收到数据后，若向下层即物理层发送，则转入步骤(b)继续执行；反之判断 是否是重复发送，如是重复发送则转入步骤(g)继续执行，如不是重复发送则向上层即逻 辑链路层和网络层传输且转入步骤(f)继续执行；(b)设置退避时间，并启动退避计时器；(c)若退避时间到，则转入步骤(d)进行判断；反之判断是否收到相同的控制包，如是 则转入(e)继续执行，反之转入步骤(c)继续执行；(d)判断信道是否空闲，如是则以网络层计算的发送速率发送数据且转入(f)继续执 行，反之转入步骤(c)继续执行；(e)网络层的数据缓存中接收次数项加1，并判断是否达到门限值，如大于门限值则转 入步骤(g)继续执行，反之则转入步骤(c)继续执行；(f)等待接收下一个数据；(g)丢弃数据包，取消发送，且转入步骤(f)继续执行。
7.如权利要求5所述的一种跨层的高投递率低延时的组播通信方法，其特征是，所述 网络层处理数据的步骤如下(a)网络层接收到数据包后，读取链接列表当中相应发送节点的信息，计算数据包转发 的退避时间和发送速率；(b)若节点为接收者，向传输层传递数据包，并将数据包传送给数据链路层；若节点为 非接收者，则只需将数据包传送给数据链路层。
全文摘要
本发明公开了一种基于跨层的高投递率低延时的组播通信方法，该方法包括本地节点在网络层直接读取物理层的信息，数据链路层共享网络层信息，网络层共享物理层信息实现组播通信。组播源为非网成员且有数据发送时，发送数据到链接列表中记录的父节点，逐跳发送到组播网内；组播源为网成员或者数据到达组播网内，数据在组播网内洪泛；网成员接收到组播数据后，接收和转发数据；通过上面的方法建立一个组播网，利用各层之间的信息共享，在数据传输过程中通过动态计算退避时间和数据发送速率，减小了节点之间的信道接入竞争，降低了网络中数据传输负载，实现高投递率和低延时的数据传输。
文档编号H04W80/06GK101986728SQ20101058833
公开日2011年3月16日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者吴湘龙, 曹叶文 申请人:山东大学