[发明专利]一种无线多跳网中的实时多播方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线多跳网中的实时多播方法，通过联合前向纠错与网络编码，以提高网络的可靠性和吞吐量，同时降低网络的整体能耗并满足业务的实时性要求。

背景技术

移动自组网具有网络拓扑动态变化、传输链路不稳定、节点能量受限等特点。如何在移动自组网中实现实时多播已经成为近年来的研究热点。一般而言，通过构造多播树的方法可以实现较为有效的多播，如MAODV。但是，由于多播树较为复杂的结构，以及维护多播树所耗费的大量网络资源在很大程度上影响了网络性能的提升，甚至降低网络性能。特别是在多个多播组共存的情况下，这种性能下降的趋势尤为明显。基于网格(mesh)结构的无线自组网多播路由协议虽然规避了复杂的网络维护机制，典型的如PUMA，但是其在数据分组投递时的盲目性，使网络的总体开销大大增加，同时节点的能耗也随之增大。这两种多播路由机制都无法达到或者逼近最大流最小割定理所确定的网络最大传输容量。

R.Alshwede提出的网络编码理论，推翻了传统路由机制所采用的对数据分组的存储转发模式，通过允许中间节点对数据分组进行编码操作，大大提高了网络的吞吐量，并能达到理论的最大传输容量。但是，由于网络拓扑的动态变化，并不能保证当前网络状况能很好的满足网络编码的要求，特别是节点密度要求。在节点密度相对较大的环境下，网络编码才能充分发挥优势。另外，一般的网络编码机制都在整个网络范围内进行编码操作，例如Park等提出的一种基于随机线性网络编码的多播路由协议：CodeCast。它在整个网络范围内进行编码操作，实现了在较少的控制和延迟开销下获得较大的网络吞吐量。虽然这种大范围的编码机制可以提高接收节点恢复出原始数据包的成功率，但是，当接收节点数相对于网络规模而言较小时，这种机制在相当大程度上浪费了有限的网络资源。相对于无编码操作的多播机制，网络编码还带来了额外的缓存数据分组的延时，限制了它在实时业务中的应用。尽管如此，网络编码在提升网络性能、降低网络能耗等方面还是有着巨大的优势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够根据移动自组网的当前网络状态，以及业务的实时性要求，自适应地选择最佳编码机制，有效利用网络中的有限资源，最大化网络吞吐量，并保证高可靠性的无线多跳网中的实时多播方法。

为了解决上述的技术问题，本发明所设计的一种无线多跳网中的实时多播方法，包括以下步骤：

步骤(1)：利用多播通告(Multicast Announcement)控制包将网络初始化为mesh网络；

步骤(2)：评估当前的网络状况，获得所需的所有网络参数；

步骤(3)：根据当前的网络状况以及业务的实时性要求，自适应选择采用网络编码或前向纠错编码机制，同时动态调整编码参数；

步骤(4)：采用核心节点对实时业务数据流进行分组打包，根据所选择的编码机制及编码参数，对各个分组块进行编码操作，随后将所得的编码包多播发送出去；

步骤(5)：中间节点收到编码包后，判断编码包所采用的编码机制，对不同机制产生的编码包分别进行处理并转发；

步骤(6)：接收端接收到足够多的编码包，恢复出实时业务数据流的原始数据包。

进一步的，本发明的无线多跳网中的实时多播方法，步骤(1)具体包括如下处理步骤：

步骤(11)：mesh网络将所有接收节点作为mesh成员，组成多播组的接收端；

步骤(12)：核心节点根据所拥有的接收节点的位置信息，选择处于相对中心位置的接收节点作为新的核心节点，以新的核心节点位置为中心，覆盖所有接收节点的最小圆形区域作为编码区域，该编码区域内的节点参与编码过程；

步骤(13)：发送端通过最优路径将实时业务数据流转发至新核心节点；

步骤(14)：在多播通告(Multicast Announcement)控制包中扩展一个记录节点地理位置的字段，各接收节点从位置服务系统中获得自己的位置信息，并将位置信息记录进该字段从而生成新的控制包，然后通过到达核心节点的最优路径将该控制包单播至核心节点。

进一步的，本发明的无线多跳网中的实时多播方法，所述步骤(2)具体包括如下处理步骤：

步骤(21)：根据所述步骤(14)中多播组中的各接收节点的位置信息以及所述步骤(12)中确定编码区域的准则得到编码区域的半径大小i∈M∩i≠0，其中(x_i，y_i)；i∈M定义为多播组中接收节点的地理位置坐标，当i等于0时表示核心节点坐标；