[發(fā)明專利]一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無線MESH網(wǎng)絡(luò)流媒體公平服務(wù)方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110418892.3
• 申請(qǐng)日: 2011-12-15
• 公開（公告）號(hào): CN102572952A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王銳;賀小橋;錢德沛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W28/08
• 分類號(hào): H04W28/08;H04W40/02;H04L1/00
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 李有浩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種優(yōu)化中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)選擇和轉(zhuǎn)發(fā)的方法，特別涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無線MESH網(wǎng)絡(luò)流媒體的公平服務(wù)方法。

背景技術(shù)

隨著無線技術(shù)的迅速發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)同傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)一樣成為因特網(wǎng)的重要組成部分。網(wǎng)絡(luò)寬帶化的發(fā)展，又促進(jìn)各種有線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用勢(shì)必要移植到無線網(wǎng)絡(luò)中。作為新型的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，流媒體業(yè)務(wù)逐漸將成為無線網(wǎng)絡(luò)中的重要組成部分。

無線MESH(Wireless?Mesh?Network)網(wǎng)絡(luò)是通過無線鏈路把固定的和移動(dòng)的節(jié)點(diǎn)連接起來，構(gòu)成的一個(gè)多跳的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)由MESH路由器和MESH客戶端兩種節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有路由器和中繼器的功能，為網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)之間可以動(dòng)態(tài)地建立和保持MESH連接。然而，無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中由于無線信道具有頻繁丟包、誤碼率高、時(shí)延抖動(dòng)嚴(yán)重、吞吐量低等固有屬性，另一方面，流媒體服務(wù)要求高帶寬，對(duì)端到端時(shí)延敏感，對(duì)時(shí)延抖動(dòng)和丟包率也有相應(yīng)的要求等一系列特殊要求造成了流媒體服務(wù)和無線網(wǎng)絡(luò)之間的矛盾異常突出。也正是因?yàn)槎咧g的矛盾使得無線網(wǎng)絡(luò)流媒體服務(wù)的研究持續(xù)升溫。其中，改善流媒體的服務(wù)質(zhì)量是無線MESH網(wǎng)絡(luò)流媒體服務(wù)中需要優(yōu)先解決的問題。

網(wǎng)絡(luò)編碼(Network?Coding)自從2000年被R.Ahlswede等人提出后在通信領(lǐng)域和無線網(wǎng)絡(luò)方面中得到了廣泛的應(yīng)用。理論網(wǎng)絡(luò)編碼是通信領(lǐng)域的一個(gè)重大技術(shù)突破，已被證明是可以逼近網(wǎng)絡(luò)傳輸容量極限的有效方法，在提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量、改善負(fù)載均衡、節(jié)省節(jié)點(diǎn)能耗、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)魯棒性等方面均顯示出其優(yōu)越性，已被國際學(xué)術(shù)界認(rèn)定為解決網(wǎng)絡(luò)問題的重要手段。網(wǎng)絡(luò)編碼是一種融合了路由和編碼的信息交換技術(shù)，它的核心思想是在網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)上對(duì)各條信道上收到的信息進(jìn)行線性或者非線性的處理，然后轉(zhuǎn)發(fā)給下游節(jié)點(diǎn)，中間節(jié)點(diǎn)既是編碼器又是信號(hào)處理器。直觀上可以看出，網(wǎng)絡(luò)編碼可以成為解決無線MESH網(wǎng)絡(luò)和流媒體服務(wù)之間矛盾的重要方法。正常情況下，中間節(jié)點(diǎn)通過應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)將上游的多條數(shù)據(jù)流組合成單數(shù)據(jù)流廣播到其下游節(jié)點(diǎn)，下游節(jié)點(diǎn)經(jīng)過解碼獲得原始數(shù)據(jù)，從而增加吞吐量。然而，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)頻繁抖動(dòng)時(shí)，雖然網(wǎng)絡(luò)編碼能夠改善吞吐量，但是吞吐量尚未對(duì)下游節(jié)點(diǎn)進(jìn)行均衡分配，下游節(jié)點(diǎn)可能出現(xiàn)媒體數(shù)據(jù)播放的抖動(dòng)。所以，為了不降低無線MESH網(wǎng)絡(luò)流媒體的服務(wù)質(zhì)量，中間節(jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)編碼前應(yīng)該考慮到公平性的問題，使得在相同網(wǎng)絡(luò)狀況下，盡量改善目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的播放質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無線MESH網(wǎng)絡(luò)流媒體的公平服務(wù)方法，該方法在中間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，一方面從公平性服務(wù)出發(fā)，優(yōu)先選擇能夠均衡各目標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)參與轉(zhuǎn)發(fā)；另一方面從盡可能提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量出發(fā)，優(yōu)先選擇給網(wǎng)絡(luò)吞吐量帶來增量的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。通過本發(fā)明方法能夠保證對(duì)不同目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的公平服務(wù)，同時(shí)吞吐量不受影響。

本發(fā)明采用的一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無線MESH網(wǎng)絡(luò)流媒體公平服務(wù)方法由四個(gè)階段處理實(shí)現(xiàn)：

第一階段為源節(jié)點(diǎn)S發(fā)送原始數(shù)據(jù)階段，源節(jié)點(diǎn)S按照盡力而為的原則廣播原始數(shù)據(jù)，但是由于無線信道的特點(diǎn)，部分?jǐn)?shù)據(jù)包在轉(zhuǎn)發(fā)過程中會(huì)發(fā)生丟失；

第二階段為中間節(jié)點(diǎn)I對(duì)原始數(shù)據(jù)公平選擇階段，中間節(jié)點(diǎn)I根據(jù)公平性的原則選擇一個(gè)原始數(shù)據(jù)包P₀優(yōu)先保證其能成功到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，這里的公平性原則建立在對(duì)歷史轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上，即上游信道轉(zhuǎn)發(fā)過來的數(shù)據(jù)包與其被轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)量成比例；

第三階段為中間節(jié)點(diǎn)I對(duì)參與編碼數(shù)據(jù)的選擇階段，當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)I按照公平性原則篩選出單個(gè)原始數(shù)據(jù)包P₀后，為最大化吞吐量，需要同時(shí)篩選除P₀外的數(shù)據(jù)包集合PS＝{P₁，P₂，…，P_n}參與網(wǎng)絡(luò)編碼，選擇PS的原則是最大化吞吐量；完成前面三個(gè)階段后，中間節(jié)點(diǎn)將篩選出的公平數(shù)據(jù)和編碼數(shù)據(jù)通過簡單的網(wǎng)絡(luò)編碼操作后廣播給目標(biāo)節(jié)點(diǎn)；

第四階段為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)解碼階段，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)偵聽到從上游節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)過來的數(shù)據(jù)后，盡可能的解碼數(shù)據(jù)，若解出數(shù)據(jù)中包含播放數(shù)據(jù)則將其插入到播放隊(duì)列中，若不包含播放數(shù)據(jù)則暫存供下次解碼調(diào)用；向上游節(jié)點(diǎn)反饋接收到數(shù)據(jù)的信息。