无线Mesh网络中计算组播树端到端带宽资源的方法与流程

本发明涉及无线Mesh网络领域，具体来讲是无线Mesh网络中计算组播树端到端带宽资源的方法。

背景技术：
无线Mesh网络（wirelessmeshnetworks）是一种高容量、高速率、覆盖范围广的新型宽带多跳无线网络，简称WMNs。它融合了无线局域网WLAN和无线AdHoc网络的优势，在增加整体容量、提高网络可靠性、支持多频段无线设备、组网灵活、网络健壮性等方面显示出很大优势。WMNs非常适合为不同规模和环境下的业务提供无线宽带接入，具有广阔的应用前景。在众多WMNs研究热点当中，组播问题尤为关键。如何提高传输容量，使用户享受更高质量的通信服务是WMNs的首要设计目标。组播（multicast）作为一种能够有效节省网络资源的通信服务，是WMNs设计的重要环节之一。因此，提供高质量组播服务是WMNs面向实用化的必然趋势，而研究适合WMNs网络特征和需求的组播路由协议则是实现这种服务的关键。组播是一种允许一个或多个发送者（组播源），发送单一的数据包到多个接收者（一次的，同时的）的网络技术。通过组播路由方式，源节点可同时交付数据给其他组成员节点，与单播路由相比，可以有效节省带宽和网络资源。为了保证设计的组播路由协议能够满足WMNs的QoS（QualityofService）需求，已有的路由算法如MNT（minimalnumberoftransmissions，最小传输数）、EMT(expectedmulticasttransmissions，期望组播传输数)、SPP（SuccessProbabilityProduct，成功传输累计概率）等，分别以最小传输数、期望组播传输数和成功传输累计概率为度量来寻找路由，以保证建立的组播树能有更高的带宽或更小的时延；或者如EMTT（ExpectedMulticastTransmissionTime，期望组播传输时间）等算法，利用速率多样性来降低时延、提高吞吐量。但是目前，并没有方法能够精确计算出组播树的端到端带宽资源，不能更精确的衡量所建组播树的性能优劣。

技术实现要素：
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种无线Mesh网络中计算组播树端到端带宽资源的方法，能够精确计算出组播树的端到端带宽资源，进而更精确的衡量所建组播树的性能优劣。为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种无线Mesh网络中计算组播树端到端带宽资源的方法，包括步骤：S1.给出待计算组播树；S2.定义组播链路，求出待计算组播树的所有组播链路；S3.定义组播链路间的干扰关系，构建组播干扰图；S4.根据所述组播干扰图求出该组播树的所有最大团，所述最大团是组播干扰图的一个完全子图，该子图不包含在任何其他完全子图中，分别得出每个最大团的端到端带宽，设Ql为求出的最大团，Q={Q1,Q2,...,QL}为最大团的集合；设最大团Ql包含k条组播链路L1,L2,...,Lk，对应的带宽分别为B1,B2,...,Bk；则Ql的端到端带宽r需满足公式：求得Ql的端到端带宽rl为：取所带宽的最小值为该组播树的端到端带宽。在上述技术方案的基础上，所述S2的详细步骤为：S21.设K表示无线网络的传输距离，Ni表示节点i所有邻居节点的集合，邻居节点即与i的距离在K内的节点，设Rir为Ni的一个非空子集，即且设Πi为Rir的集合，即Πi={Ri1,Ri2,...,Rir,...,RiM}，其中r=1,2,...,M，n为集合Ni的元素个数，则Ni的非空子集个数为2n-1，即M=2n-1；S22.设组播链路<i,Rir>表示由节点i以及Rir中的全部节点构成的链路，则节点i可以和Πi中的所有元素组成组播链路，设B<i,j>表示链路<i,j>的带宽，则组播链路<i,Rir>的带宽定义为S23.按照上述步骤求出所述组播树的所有组播链路。在上述技术方案的基础上，所述定义组播链路间的干扰关系的详细步骤为：S31.定义两条链路的干扰条件，设有四个节点i、j、u和v，由其组成两条链路<i,j>和链路<u,v>，若节点i和节点v间的距离小于或等于I、或者节点u和节点j间的距离小于或等于I，则链路<i,j>、链路<u,v>相互干扰，其中I表示无线网络的干扰距离；S32.定义组播链路间的干扰关系，设有节点i、j，假定节点j∈Rir，则链路<i,j>∈<i,Rir>，其中Rir表示节点i的所有邻居节点集合Ni的一个非空子集；给出两条组播链路<n,Rnr>和组播链路<m,Rmr>，对于任意两条链路<n,i>和链路<m,j>，满足链路<n,i>∈<n,Rnr>且链路<m,j>∈<m,Rmr>，若链路<n,i>和链路<m,j>干扰，则组播链路<n,Rnr>和组播链路<m,Rmr>相互干扰。在上述技术方案的基础上，以所述组播树中所有组播链路为顶点，判断每两条组播链路的干扰关系，若两条组播链路相互干扰，则代表这两条组播链路的顶点之间有边相连，反之则无边，从而构建组播干扰图。在上述技术方案的基础上，设Q1,Q2,...,QL对应的端到端带宽分别为r1,r2,...,rL，则组播树的端到端带宽R为：R=min{r1,r2,...,rL}。本发明的有益效果在于：通过对组播链路、组播干扰图的构建，以及对每个最大团带宽的计算，可以精确计算组播树的端到端带宽，更精确的衡量所建组播树的性能优劣，从而满足WMNs中多媒体传输的QoS需求。附图说明图1为本发明无线Mesh网络中计算组播树端到端带宽资源的方法流程图；图2为本发明实施例组播树图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。如图1所示，无线Mesh网络中计算组播树端到端带宽资源的方法，包括步骤：S1.给出待计算组播树T，其中S为源节点，D={d1,d2,...,dn}为目的节点的集合。S2.定义组播链路，求出待计算组播树的所有组播链路，其详细步骤为：S21.设K表示无线网络的传输距离，Ni表示节点i所有邻居节点的集合，邻居节点即与i的距离在K内的节点。设Rir为Ni的一个非空子集，即且例如，设节点i的全部邻居节点为节点j和节点m，即Ni={j,m}，则Ri1={j}，Ri2={m}，Ri3={j,m}。设Πi为Rir的集合，即Πi={Ri1,Ri2,...,Rir,...,RiM}，其中r=1,2,...,M，n为集合Ni的元素个数，则Ni的非空子集个数为2n-1，即M=2n-1；例如Ni={j,m}，则Πi={{j},{m},{j,m}}。S22.设组播链路<i,Rir>表示由节点i以及Rir中的全部节点构成的链路，意味着节点i同时向Rir中的全部节点发送数据，则节点i可以和Πi中的所有元素组成组播链路；例如，Ni={j,m}，则以i为发送节点的组播链路有三条，分别为组播链路<i,j>、组播链路<i,m>以及组播链路<i,{j,m}>，其中组播链路<i,{j,m}>表示节点i同时给节点j和m发送数据。设B<i,j>表示链路<i,j>的带宽，则组播链路<i,Rir>的带宽定义为S23.按照上述步骤求出所述组播树的所有组播链路。S3.定义组播链路间的干扰关系，构建组播干扰图，其具体步骤为：S31.定义两条链路的干扰条件，设有四个节点i、j、u和v，由其组成两条链路<i,j>和链路<u,v>，若节点i和节点v间的距离小于或等于I、或者节点u和节点j间的距离小于或等于I，则链路<i,j>、链路<u,v>相互干扰，其中I表示无线网络的干扰距离。S32.定义组播链路间的干扰关系，设有节点i、j，假定节点j∈Rir，则链路<i,j>∈<i,Rir>，其中Rir表示节点i的所有邻居节点集合Ni的一个非空子集；给出两条组播链路<n,Rnr>和组播链路<m,Rmr>，对于任意两条链路<n,i>和链路<m,j>，满足链路<n,i>∈<n,Rnr>且链路<m,j>∈<m,Rmr>，若链路<n,i>和链路<m,j>干扰，则组播链路<n,Rnr>和组播链路<m,Rmr>相互干扰。S33.组播干扰图表示组播树T中每两条组播链路的干扰关系，根据上述干扰关系，以所述组播树T中所有组播链路为顶点，判断每两条组播链路的干扰关系，若两条组播链路相互干扰，则代表这两条组播链路的顶点之间有边相连，反之则无边，构建组播干扰图G。S4.根据所述组播干扰图G求出该组播树T的所有最大团，分别得出每个最大团的端到端带宽，取最小值为该组播树的端到端带宽，具体步骤为：S41.首先求出组播干扰图G的所有最大团，最大团是组播干扰图G的一个完全子图，该子图不包含在任何其他完全子图中；设Ql为求出的最大团，Q={Q1,Q2,...,QL}为最大团的集合。S42.设最大团Ql包含k条组播链路L1,L2,...,Lk，对应的带宽分别为B1,B2,...,Bk，则Ql的端到端带宽r需满足下式：求得因此Ql的端到端带宽rl为：S43.设Q1,Q2,...,QL对应的端到端带宽分别为r1,r2,...,rL，则组播树的端到端带宽R为：R=min{r1,r2,...,rL}下面通过仿真实验进一步说明本发明的效果：（1）实验条件：采用软件MicrosoftVisualStudio2008、MATLAB7.11.0R2010b。（2）实验场景：如图2所示，16个节点以4×4网格的结构均匀分布在1Km×1Km的正方形区域中，形成组播树T；节点0为源节点，节点12、13、14、15为目的节点；相邻两节点间的距离为250m，无线节点传输范围K=250m，干扰范围I=500m，即节点0只能与节点1和节点4相互通信，不能与其他节点直接通信。（3）实验步骤：首先给出每条链路的带宽：B<0,1>=4Mb/s，B<0,4>=6Mb/s，B<1,2>=3Mb/s，B<1,5>=4Mb/s，B<2,3>=10Mb/s，B<2,6>=9Mb/s，B<3,7>=11Mb/s，B<4,8>=7Mb/s，B<5,9>=6Mb/s，B<6,1>=02Mb/s,B<7,11>=8Mb/s,B<8,12>=5Mb/s，B<9,13>=5Mb/s，B<10,14>=10Mb/s，B<11,15>=3Mb/s；再按照本发明的方案求出组播树T的端到端带宽。（4）实验结果：求得端到端带宽为R=0.6061Mb/s。本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。