[發明專利]面向多媒體數據流的基于網絡編碼的弱安全多播速率分配方法

有效

• 申請號: 201611135362.7
• 申請日: 2016-12-11
• 公開（公告）號: CN108234326B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 王進;溫正清;賈俊鋮;朱艷琴;張書奎
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H04L12/751
• 分類號: H04L12/751;H04L12/761;H04L29/06
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

本發明公開了一種面向多媒體數據流的基于網絡編碼的弱安全多播速率分配方法，特征為：獲取多媒體數據流所在的通信網絡及其上的多媒體流的參數，包括由單個服務器、所有路由器以及接收所有數據的客戶端構成的節點集合，節點集合中節點間的有向鏈路集合，每條鏈路的容量，多媒體流中數據流的數量，這些數據流的集合，以及每條數據流的權重；根據獲取的參數將通信網絡表示為有向圖；根據有向圖建立基于線性規劃的最優速率分配方法的數學模型；對數學模型進行求解；獲取多媒體流傳輸在弱安全條件下的最大加權數據傳輸吞吐率以及相應的速率分配方案，即每條鏈路上的傳輸速率。本發明使得多播通信中的多媒體數據流傳輸路徑所經過的惡意中間路由節點上能夠達到弱安全的要求，提高了安全傳輸的加權吞吐率，從而提供良好的安全性，提高網絡資源的利用率。

技術領域

本發明設計網絡編碼在多播多媒體流傳輸領域的應用，尤其涉及基于網絡編碼多播多媒體流傳輸中滿足弱安全要求的一種速率分配方法。

背景技術

隨著大數據時代的到來，網絡流量持續飛快增長。思科預測在2016年，IP流量將達到ZB級，并在2020年，IP流量將達到2.3ZB。總的來說，從2015年至 2020年，IP流量以22%的復合年均增長率持續增長。此外，到2020年，連入IP網絡的設備數量將超過全球人口總數的3倍。因此，怎樣使得如此多的設備能夠從因特網中高效的接收大容量的數據信息、提高網絡吞吐率、提高網絡資源的利用率，這將成為一個極具挑戰性的問題。同時，由于數據流量和用戶數量的激增，對網絡中傳輸信息的安全要求也變得更加迫切。傳統的通信網絡中，音頻、視頻、文本等多媒體數據流的傳輸，采用“存儲—轉發”的方式，這也是目前計算機網絡領域使用的最為廣泛的技術之一，然而，這種方式并不能很好地提高網絡吞吐率，并且不能提供很好的安全性。

與傳統的多播技術相比，網絡編碼在系統魯棒性、負載均衡、吞吐率優化等方面具有優勢，并且，由于網絡編碼的自身特性，其在信息安全方面也同樣有明顯的優勢。基于網絡編碼的多播通信網絡通常包括：一個發送數據（或編碼并發送數據）的源節點，一組用于轉發（或編碼并轉發）接收到的數據的中間路由節點，以及多個等待接收數據的目的節點。基于網絡編碼的多播，理論上，其吞吐率可達到數據傳輸的理論上限，即源節點到各個目的節點的最大流的最小值，然而在傳統的多播通信網絡中是很難達到該上限的。并且，在傳統網絡的數據傳輸方式中，各節點僅能對收到的信息進行存儲和轉發，原始數據包的信息很容易泄漏或者遭遇主動攻擊，無法為數據傳輸提供安全性保障。

常見的攻擊類型主要包括主動攻擊(active attack)和被動攻擊(passiveattack)兩類。主動攻擊是攻擊者通過偽造，篡改等方式破壞數據包，導致接收端用戶無法接收完整和正確的數據包，而被動攻擊是攻擊者通過竊聽經過其自身的數據包，得到這些數據包的相關信息乃至內容，造成信息的泄漏，這對個人、公司乃至國家的重要信息都會造成嚴重的威脅。目前，針對主動攻擊而提出的安全方案很多，相比較而言，被動攻擊同樣需要深入的研究。在網絡編碼的誕生和發展的過程中，信息論安全(InformationTheoretical Security)和弱安全(Weak Security)被提出并深入研究和發展。弱安全是要求試圖竊聽的惡意節點無法獨立地分析和得到原始數據包的任何信息，信息論安全是通過添加隨機信息與原始數據包進行編碼，要求試圖竊聽的惡意節點無法獨立地分析和得到原始數據包的線性組合的任何信息。

而在多媒體數據流的傳輸中，各數據流的重要性通常不一致，因此，使用速率分配方法對不同數據流的速率進行調節，進一步提高網絡的吞吐率。然而，在使用網絡編碼，為網絡加入安全限定后，又該如何提高網絡通信的吞吐率，抵抗各種攻擊、增強安全性，這是多媒體數據在網絡傳輸中需要解決的問題。

發明內容

本發明的發明目的是提供一種面向多媒體數據流的基于網絡編碼的弱安全多播速率分配方法，基于該方法獲得的速率分配方案，存在網絡編碼方案使多播數據傳輸滿足弱安全需求，特別是針對部分乃至全部中間節點(惡意節點)竊聽的被動攻擊情況下，使得多播傳輸在弱安全條件下的最大加權數據傳輸吞吐率達到最大。