專利名稱：基于認(rèn)知的網(wǎng)絡(luò)編碼與路由相結(jié)合的自組織網(wǎng)絡(luò)單播方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，特別涉及一種基于認(rèn)知的網(wǎng)絡(luò)編碼與路由相結(jié)合的單播方法，應(yīng)用于無線自組織網(wǎng)絡(luò)具有蝶形拓?fù)涞膯尾鼍皵?shù)據(jù)傳輸過程中。
背景技術(shù)：
網(wǎng)絡(luò)編碼是一種新型的數(shù)據(jù)傳輸方案，由R. Ahlswede等人于2000年首次提出，其核心思想是允許中間節(jié)點(diǎn)對來自不同鏈路的信息進(jìn)行編碼，如異或或者線性組合，然后再發(fā)送出去。它推翻了在中間節(jié)點(diǎn)處對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工不會帶來任何收益這一傳統(tǒng)的觀點(diǎn)，因此給網(wǎng)絡(luò)通信帶來了根本性的變革。網(wǎng)絡(luò)編碼最主要的優(yōu)勢是通過增加單次傳輸信息量來減少數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)，進(jìn)而提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量；同時由于網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)作的理念，需要編碼節(jié)點(diǎn)和它的周圍節(jié)點(diǎn)通過編解碼操作共同完成數(shù)據(jù)的傳輸，這樣可以分?jǐn)偩W(wǎng)絡(luò)負(fù)載，有效避免了負(fù)載過重時在編碼節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生的擁塞。在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中，與傳統(tǒng)的路由方案相比，網(wǎng)絡(luò)編碼的性能與以下因素有關(guān)①網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)。由于自組織網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)是隨機(jī)到達(dá)的，因此業(yè)務(wù)到達(dá)的時間間隔也是隨機(jī)的。而節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼獲得增益的條件是來自不同鏈路的多個，至少兩個業(yè)務(wù)都到達(dá)節(jié)點(diǎn)之后才能進(jìn)行，進(jìn)而合并為一個業(yè)務(wù)后再傳輸至下一跳節(jié)點(diǎn)，當(dāng)多個業(yè)務(wù)到達(dá)節(jié)點(diǎn)的時間間隔較長時，節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼之前等待的時間較長，造成了網(wǎng)絡(luò)吞吐量的下降。當(dāng)采用傳統(tǒng)路由方案傳輸分組時，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重的情形下，多個分組到達(dá)節(jié)點(diǎn)后需要先排隊(duì)等待后再由節(jié)點(diǎn)對其進(jìn)行分時傳輸。②無線鏈路傳輸分組出錯。無論采用何種方案，分組傳輸?shù)哪康亩际亲屗蟹纸M能夠成功到達(dá)各自的目的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)采用網(wǎng)絡(luò)編碼方案傳輸數(shù)據(jù)分組時，一條鏈路傳輸出錯會導(dǎo)致多個目的節(jié)點(diǎn)無法成功解碼，可見網(wǎng)絡(luò)編碼方案對鏈路的可靠性要求較高。當(dāng)采用路由方案傳輸分組時，一條鏈路傳輸出錯只會使一個目的節(jié)點(diǎn)無法獲得所需分組。③網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹Ｗ越M織網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)頻繁移動導(dǎo)致拓?fù)洳粩嘧兓?，所以網(wǎng)絡(luò)編碼與路由方案需獲取網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅲ?dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時獲取網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔龃缶W(wǎng)絡(luò)開銷。綜上所述，網(wǎng)絡(luò)編碼與路由這兩種傳輸方案因應(yīng)用場景不同而各有所長。如何充分利用網(wǎng)絡(luò)編碼的優(yōu)勢提高自組織網(wǎng)絡(luò)對單播業(yè)務(wù)的承載能力是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)編碼研究的關(guān)鍵問題之一?，F(xiàn)有的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)單播方案雖然能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)編碼的優(yōu)勢，但并不能很好地應(yīng)用于無線自組織網(wǎng)絡(luò)中，原因如下第一，現(xiàn)有的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)單播方案并不能適應(yīng)自組織網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)到達(dá)時間間隔的隨機(jī)變化。節(jié)點(diǎn)要等到參與編碼的多個業(yè)務(wù)都到達(dá)之后才進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼，當(dāng)多個業(yè)務(wù)到達(dá)的時間間隔較大時，節(jié)點(diǎn)等待的時間較長，端到端時延較大，這就導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)吞吐量的下降，因而網(wǎng)絡(luò)編碼方案的性能也迅速下降，這種情形下路由單播方案的性能反而優(yōu)于網(wǎng)絡(luò)編碼方案。第二，現(xiàn)有方案未考慮無線鏈路傳輸出錯對目的節(jié)點(diǎn)解碼的影響。采用網(wǎng)絡(luò)編碼單播方案時，一條鏈路傳輸出錯會影響到多個目的節(jié)點(diǎn)的成功解碼，因此當(dāng)鏈路出錯概率較大時并不適合采用網(wǎng)絡(luò)編碼方案傳輸數(shù)據(jù)。 第三，現(xiàn)有方案未考慮自組織網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)變化。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大或拓?fù)渥兓l繁時，為獲取自組織網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒍a(chǎn)生的開銷較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提出一種基于認(rèn)知的網(wǎng)絡(luò)編碼與路由相結(jié)合的自組織網(wǎng)絡(luò)單播方法，以在自組織網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)到達(dá)時間間隔隨機(jī)變化、無線鏈路傳輸出錯以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)變化的情況下，降低端到端時延，有效地利用網(wǎng)絡(luò)編碼于路由各自的優(yōu)勢，減小獲取自組織網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洚a(chǎn)生的開銷，從而提高自組織網(wǎng)絡(luò)對單播業(yè)務(wù)的承載能力。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的方法包含以下步驟(1)自組織網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點(diǎn)周期性地發(fā)送參數(shù)狀態(tài)幀至其周圍兩跳范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)；(2)收到參數(shù)狀態(tài)幀的節(jié)點(diǎn)根據(jù)幀中包含的參數(shù)信息，計(jì)算自己兩跳范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目，發(fā)現(xiàn)局部網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，并根?jù)發(fā)現(xiàn)的局部網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑袛嘧约菏欠癜诘瓮負(fù)渲?，若是，則轉(zhuǎn)步驟(3)；否則，按照自組織網(wǎng)絡(luò)單播方法處理；(3)包含在蝶形拓?fù)渲械墓?jié)點(diǎn)判斷自己是否為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，如果是，執(zhí)行步驟⑷； 否則執(zhí)行步驟(5)；所述的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是指兩條鏈路交叉處的節(jié)點(diǎn)；(4)蝶形拓?fù)渲械年P(guān)鍵節(jié)點(diǎn)利用獲取的兩跳范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)參數(shù)狀態(tài)信息，分別計(jì)算基于路由單播策略和網(wǎng)絡(luò)編碼單播策略的端到端時延估計(jì)值；(4a)計(jì)算基于路由單播策略端到端時延估計(jì)值A(chǔ)T/w:
權(quán)利要求
1.一種基于認(rèn)知的網(wǎng)絡(luò)編碼與路由相結(jié)合的自組織網(wǎng)絡(luò)單播方法，包含以下步驟(1)自組織網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點(diǎn)周期性地發(fā)送參數(shù)狀態(tài)幀至其周圍兩跳范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)；(2)收到參數(shù)狀態(tài)幀的節(jié)點(diǎn)根據(jù)幀中包含的參數(shù)信息，計(jì)算自己兩跳范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目，發(fā)現(xiàn)局部網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，并根?jù)發(fā)現(xiàn)的局部網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑袛嘧约菏欠癜诘瓮負(fù)渲校?若是，則轉(zhuǎn)步驟(3)；否則，按照自組織網(wǎng)絡(luò)單播方法處理；(3)包含在蝶形拓?fù)渲械墓?jié)點(diǎn)判斷自己是否為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，如果是，執(zhí)行步驟；否則執(zhí)行步驟(5)；所述的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是指兩條鏈路交叉處的節(jié)點(diǎn)；(4)蝶形拓?fù)渲械年P(guān)鍵節(jié)點(diǎn)利用獲取的兩跳范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)參數(shù)狀態(tài)信息，分別計(jì)算基于路由單播策略和網(wǎng)絡(luò)編碼單播策略的端到端時延估計(jì)值；(4a)計(jì)算基于路由單播策略端到端時延估計(jì)值A(chǔ)Tfng
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于認(rèn)知的網(wǎng)絡(luò)編碼與路由相結(jié)合的自組織網(wǎng)絡(luò)單播方法， 其中步驟(1)所涉及的參數(shù)狀態(tài)幀包含業(yè)務(wù)的平均到達(dá)率、相鄰鏈路的誤比特率以及數(shù)據(jù)分組長度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于認(rèn)知的網(wǎng)絡(luò)編碼與路由相結(jié)合的自組織網(wǎng)絡(luò)單播方法， 其中步驟( 所涉及的頂端節(jié)點(diǎn)，是指分別位于蝶形拓?fù)渥笊戏胶陀疑戏降膬蓚€節(jié)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于認(rèn)知的網(wǎng)絡(luò)編碼與路由相結(jié)合的自組織網(wǎng)絡(luò)單播方法， 其中步驟( 所涉及的底端節(jié)點(diǎn)，是指分別位于蝶形拓?fù)渥笙路胶陀蚁路降膬蓚€節(jié)點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于認(rèn)知的網(wǎng)絡(luò)編碼與路由相結(jié)合的自組織網(wǎng)絡(luò)單播方法，其中步驟( 所涉及的異常情況及分類處理包括以下三類第一類情況，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)已經(jīng)選取基于網(wǎng)絡(luò)編碼的單播策略，但是當(dāng)?shù)瓮負(fù)湟粋€頂端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的分組到達(dá)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之后，另外一個頂端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的分組在規(guī)定的超時門限內(nèi)未到達(dá)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)時，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)直接將收到的一個分組轉(zhuǎn)發(fā)至底端節(jié)點(diǎn)；第二類情況，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)已經(jīng)選取基于網(wǎng)絡(luò)編碼的單播策略，但是蝶形拓?fù)涞膬蓚€底端節(jié)點(diǎn)中至少有一個未能成功解碼，則退出網(wǎng)絡(luò)編碼單播策略；第三類情況，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)已經(jīng)選取基于網(wǎng)絡(luò)編碼的單播策略，但是蝶形拓?fù)渲杏泄?jié)點(diǎn)離開或者新的節(jié)點(diǎn)加入，則退出網(wǎng)絡(luò)編碼單播策略。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于認(rèn)知的網(wǎng)絡(luò)編碼與路由相結(jié)合的自組織網(wǎng)絡(luò)單播方法， 其中第一類情況中所涉及的規(guī)定的超時門限，是指當(dāng)?shù)瓮負(fù)湟粋€頂端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的分組到達(dá)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之后，另一個頂端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的分組到達(dá)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)需要的時間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于認(rèn)知的網(wǎng)絡(luò)編碼與路由相結(jié)合的自組織網(wǎng)絡(luò)單播方法。其實(shí)現(xiàn)步驟為自組織網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)周期性地發(fā)送參數(shù)狀態(tài)幀進(jìn)行拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)與參數(shù)感知，確定蝶形拓?fù)渑c關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)；關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)分別計(jì)算路由和網(wǎng)絡(luò)編碼單播策略的端到端時延估計(jì)值；關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)比較上述兩種單播策略端到端時延估計(jì)值的大小，選取估計(jì)值較低的單播策略，并將選取的單播策略通知蝶形拓?fù)渲械捻敹斯?jié)點(diǎn)和底端節(jié)點(diǎn)；關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、頂端節(jié)點(diǎn)及底端節(jié)點(diǎn)采用選取的單播策略共同完成分組的傳輸。本發(fā)明降低了端到端時延，有效地利用了網(wǎng)絡(luò)編碼于路由各自的優(yōu)勢，提高了自組織網(wǎng)絡(luò)對單播業(yè)務(wù)的承載能力，可用于無線自組織網(wǎng)絡(luò)具有蝶形拓?fù)涞膯尾鼍皵?shù)據(jù)傳輸過程中。
文檔編號H04W40/12GK102413540SQ20111024479
公開日2012年4月11日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者侯蓉暉, 張皓, 李建東, 李紅艷, 李釗, 盛敏, 蔡寧, 趙林靖, 馬英紅 申請人:西安電子科技大學(xué)