[發明專利]基于認知的網絡編碼與路由相結合的自組織網絡單播方法

有效

• 申請號: 201110244794.2
• 申請日: 2011-08-25
• 公開（公告）號: CN102413540A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 李紅艷;張皓;李建東;蔡寧;馬英紅;盛敏;趙林靖;侯蓉暉;李釗
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04W40/12
• 分類號: H04W40/12;H04W40/24
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明涉及無線通信領域，特別涉及一種基于認知的網絡編碼與路由相結合的單播方法，應用于無線自組織網絡具有蝶形拓撲的單播場景數據傳輸過程中。

背景技術

網絡編碼是一種新型的數據傳輸方案，由R.Ahlswede等人于2000年首次提出，其核心思想是允許中間節點對來自不同鏈路的信息進行編碼，如異或或者線性組合，然后再發送出去。它推翻了在中間節點處對收到的數據進行加工不會帶來任何收益這一傳統的觀點，因此給網絡通信帶來了根本性的變革。網絡編碼最主要的優勢是通過增加單次傳輸信息量來減少數據傳輸次數，進而提高網絡的吞吐量；同時由于網絡編碼協作的理念，需要編碼節點和它的周圍節點通過編解碼操作共同完成數據的傳輸，這樣可以分攤網絡負載，有效避免了負載過重時在編碼節點處產生的擁塞。

在無線自組織網絡中，與傳統的路由方案相比，網絡編碼的性能與以下因素有關：

①網絡中的業務。由于自組織網絡中業務是隨機到達的，因此業務到達的時間間隔也是隨機的。而節點進行網絡編碼獲得增益的條件是來自不同鏈路的多個，至少兩個業務都到達節點之后才能進行，進而合并為一個業務后再傳輸至下一跳節點，當多個業務到達節點的時間間隔較長時，節點在進行網絡編碼之前等待的時間較長，造成了網絡吞吐量的下降。當采用傳統路由方案傳輸分組時，在網絡負載較重的情形下，多個分組到達節點后需要先排隊等待后再由節點對其進行分時傳輸。

②無線鏈路傳輸分組出錯。無論采用何種方案，分組傳輸的目的都是讓所有分組能夠成功到達各自的目的節點。當采用網絡編碼方案傳輸數據分組時，一條鏈路傳輸出錯會導致多個目的節點無法成功解碼，可見網絡編碼方案對鏈路的可靠性要求較高。當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點無法獲得所需分組。

③網絡拓撲。自組織網絡中節點頻繁移動導致拓撲不斷變化，所以網絡編碼與路由方案需獲取網絡拓撲信息，當網絡規模較大時獲取網絡拓撲信息會增大網絡開銷。綜上所述，網絡編碼與路由這兩種傳輸方案因應用場景不同而各有所長。

如何充分利用網絡編碼的優勢提高自組織網絡對單播業務的承載能力是當前網絡編碼研究的關鍵問題之一。現有的基于網絡編碼的數據單播方案雖然能夠充分利用網絡編碼的優勢，但并不能很好地應用于無線自組織網絡中，原因如下：

第一，現有的基于網絡編碼的數據單播方案并不能適應自組織網絡中業務到達時間間隔的隨機變化。節點要等到參與編碼的多個業務都到達之后才進行網絡編碼，當多個業務到達的時間間隔較大時，節點等待的時間較長，端到端時延較大，這就導致了網絡吞吐量的下降，因而網絡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于網絡編碼方案。

第二，現有方案未考慮無線鏈路傳輸出錯對目的節點解碼的影響。采用網絡編碼單播方案時，一條鏈路傳輸出錯會影響到多個目的節點的成功解碼，因此當鏈路出錯概率較大時并不適合采用網絡編碼方案傳輸數據。

第三，現有方案未考慮自組織網絡拓撲的動態變化。當網絡規模較大或拓撲變化頻繁時，為獲取自組織網絡拓撲信息而產生的開銷較大。

發明內容

本發明目的在于克服上述已有技術的不足，提出一種基于認知的網絡編碼與路由相結合的自組織網絡單播方法，以在自組織網絡中業務到達時間間隔隨機變化、無線鏈路傳輸出錯以及網絡拓撲動態變化的情況下，降低端到端時延，有效地利用網絡編碼于路由各自的優勢，減小獲取自組織網絡拓撲產生的開銷，從而提高自組織網絡對單播業務的承載能力。

為實現上述目的，本發明提出的方法包含以下步驟：

(1)自組織網絡中的每一個節點周期性地發送參數狀態幀至其周圍兩跳范圍內的鄰居節點；

(2)收到參數狀態幀的節點根據幀中包含的參數信息，計算自己兩跳范圍內的鄰居節點數目，發現局部網絡拓撲，并根據發現的局部網絡拓撲判斷自己是否包含在蝶形拓撲中，若是，則轉步驟(3)；否則，按照自組織網絡單播方法處理；

(3)包含在蝶形拓撲中的節點判斷自己是否為關鍵節點，如果是，執行步驟(4)；否則執行步驟(5)；所述的關鍵節點是指兩條鏈路交叉處的節點；

(4)蝶形拓撲中的關鍵節點利用獲取的兩跳范圍內的鄰居節點參數狀態信息，分別計算基于路由單播策略和網絡編碼單播策略的端到端時延估計值；

(4a)計算基于路由單播策略端到端時延估計值