[發明專利]編碼效率感知的網絡編碼方法

無效

• 申請號: 201010139885.5
• 申請日: 2010-04-07
• 公開（公告）號: CN101800629A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 高雪
• 申請（專利權）人: 無錫泛聯物聯網科技股份有限公司
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00
• 代理公司: 江蘇英特東華律師事務所 32229
• 代理人: 邵鋆

技術領域

本發明涉及一種網絡數據傳輸技術，特別是一種無線網絡信息處理和傳輸的編碼方法。

背景技術

無線網絡技術近幾年來的快速發展引起了人們的廣泛關注。然而，隨著無線網絡規模的增大，網絡的吞吐量會急劇下降。最近新提出的網絡編碼技術，徹底改變了通信網絡中信息處理和傳輸的方式，使得網絡中節點的吞吐量能夠達到其最大流量理論上限，因而受到越來越多的關注。

無線網絡環境是網絡編碼的一個重要應用的領域，因為無線鏈路的不可靠性和物理層廣播特性非常適合使用編碼的方法。應用網絡編碼，可以解決傳統路由、跨層設計等技術無法解決的問題，提高網絡性能。無線傳感器網絡、無線Mesh網絡等無線自組織網絡都可以使用網絡編碼技術顯著提高多跳鏈路的傳輸性能。

????雖然當前已有部分針對無線網絡的網絡編碼機制提出，但對于如何在無線網絡中具體應用網絡編碼技術的相關研究都還基本處于空白以及起步階段，當前已經提出的網絡編碼方案給無線網絡所帶來的增益還有很大的提升空間。近年來，網絡編碼的研究重點逐步轉移到無線網絡領域。但是在網絡編碼的理論和應用方面，無線自組織網絡與有線網絡有著顯著的差別，這主要是由無線自組織網絡的結構特征和無線傳輸信道的時變衰落特性決定的。

無線網絡中的網絡編碼與傳統網絡編碼主要區別之一在于其可以顯著增加單播流的網絡吞吐量。圖1所示為一無線網絡中3節點使用網絡編碼進行通訊的實例：節點A、節點B相互傳遞信息p₁，p₂。圖1中的箭頭代表無線鏈路。圖1采用傳統的無線通信方式，R依次將收到的信息p₁和p₂分別發送給節點A和節點B。這樣經過4次傳輸傳輸節點B可以獲得信息p₁，而節點A可以獲得信息p₂。但是如果利用無線介質的廣播特性，將p₁和p₂作異或運算后直接轉發出去，則在節點B處，根據接收到的信息可恢復出p₁來；同理，在節點A處也可以恢復出信息p₂來。因此采用了網絡編碼技術后（見圖2），只需要使用3次傳輸就可以實現傳統方式的所有通信要求。

????基于上述思想，國外專家Katti等提出的基于機會的網絡編碼方法（縮寫COPE），COPE是首次研究網絡編碼在無線環境中的協議層面上具體實現的問題。在COPE協議中要求每個節點利用本地信息各自決定哪些數據包需要進行編碼以及如何進行編碼。COPE協議能有效的支持多路單播流。通過COPE，網絡的吞吐量可以得到有效的提高。

COPE的基本工作原理如下：COPE利用了無線媒介的廣播特性，即節點的每次傳輸都能夠被傳輸節點的鄰居節點所監聽到。同時每個節點都暫時存儲其監聽到的報文，并向鄰居報告其監聽到了那些報文。對于每個鄰居節點來說，節點都維護兩個虛擬隊列，一個用于小報文（報文長度小于100字節），另一個虛擬隊列用于大報文。對應某個鄰居節點的虛擬隊列中包含指向輸出隊列中到該鄰居節點的報文。節點選擇報文時，僅考慮每個虛擬隊列頭部的報文。

當節點發送報文時，該節點就利用鄰居節點監聽到的報文信息來機會的進行編碼，將多個報文進行XOR操作后將編碼后的單個報文廣播出去，編碼報文中的每個原始報文，都能夠以足夠大的概率被其目的接收節點正確解碼。COPE擴展了上一節中三個節點的無線網絡編碼例子，能夠在一次傳輸中XOR多個報文。

????對于網絡編碼算法來說，在編碼時如何選擇適合的報文對于編碼算法的效率有著至關重要的影響。這是由于網絡編碼的算法在進行編碼時，只有盡量選擇包含報文數目多的編碼組合，同時盡量將長短接近的報文編碼到一起，才能減少每次編碼傳輸時的浪費，最大限度的發揮網絡編碼的效率。