[發明專利]一種低開銷的編碼感知無線Mesh網絡路由協議設計方法

在審

• 申請號: 201810205221.0
• 申請日: 2018-03-13
• 公開（公告）號: CN110278594A
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 姚玉坤;李娟;張毅;李小勇;劉江兵
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W40/04
• 分類號: H04W40/04;H04W40/20;H04W40/24;H04L1/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出的低開銷的編碼感知無線Mesh網絡路由協議設計方法，屬于使用無線Mesh網絡技術的領域。它在運行時包括路由發現、路由選擇兩個階段內的操作，采用了“低開銷編碼機會探測”和“集中式編碼機會確認”兩種新機制，在路由發現過程中，將編碼機會探測需要的信息添加到以單播方式發送的路由回復消息中，能夠達到在路由發現的同時進行編碼機會探測的目的，且降低了編碼機會探測引入的控制開銷；在路由選擇過程中，源節點根據路徑整體信息判斷是否存在非編碼節點并計算路徑的路由度量值，選擇最優數據傳輸路徑，從而避免了編碼沖突造成的編碼包無法解碼，能夠提升網絡帶寬資源的利用率。

技術領域

本發明屬于使用無線Mesh網絡(Wireless Mesh Networks，WMN)技術的領域，涉及一種低開銷的編碼感知無線Mesh網絡路由協議設計方法。

背景技術

無線Mesh網絡是一種骨干節點靜止的多跳無線自組織網絡，其本質上是一種Adhoc網絡。無線Mesh網絡與Ad hoc網絡的區別主要在于，其骨干節點靜止，具有高帶寬和容量大的特點，能夠滿足用戶對寬帶接入服務穩定、高效的需求。無線Mesh網絡被認為是一種可以解決無線接入“最后一公里”瓶頸問題的新方案。無線Mesh網絡作為一種具有廣泛應用前景的新型網絡結構，與傳統無線多跳網絡結構相比具有網絡容量大、覆蓋范圍廣且可靠性高等顯著優勢。此外，無線Mesh網絡部署成本低和組網靈活等特性使其適用于不同場景和不同規模的無線網絡，如可為校園、鄉村以及城市等提供寬帶無線接入服務，并且可滿足物聯網高效無線接入的需求，因此應用前景十分廣闊。

無線Mesh網絡性能受到無線信道的不可靠性以及廣播特性的影響，由于不同數據流之間需要競爭帶寬等網絡資源造成了網絡資源的消耗。Ahlswede等人于2000年首次提出網絡編碼概念，將網絡編碼運用到無線Mesh網絡中，可以有效提升網絡性能。無線信道的廣播特性為網絡編碼技術的應用提供了有利條件。網絡編碼是一種融合路由和編碼的信息交換技術，網絡編碼打破了中間節點存儲轉發的傳統工作方式，對接收到的信息進行編碼融合。采用網絡編碼后能夠提高單次傳輸的信息量、減少數據包的傳輸次數，從而達到顯著提高網絡吞吐量的目的。此外，網絡編碼在增強網絡健壯性、提高網絡的安全性、減小傳輸延遲以及節省節點能耗等方面均顯示出其優越性。

將網絡編碼應用到無線網絡中，網絡編碼對網絡性能的提升主要取決于編碼機會數量。因此，數據傳輸路徑上不存在編碼機會時，無法發揮網絡編碼的優勢，網絡吞吐量等性能無法得到提升。近年來，隨著基于網絡編碼的無線網絡路由算法研究的不斷深入，發現在傳統的網絡編碼感知路由中未考慮增加編碼機會，只能被動等待編碼機會的出現，由于編碼機會數量有限導致無法獲得較好的網絡編碼增益。Ni等人提出了網絡編碼感知路由ROCX(routing with with opportunistically coded exchanges)，首次提出了編碼感知的概念并定義了兩個節點在中間節點進行編碼傳輸成功交換信息的期望傳輸次數，據此建立編碼感知的最優路由。編碼感知路由算法在路由發現過程中進行編碼機會的探測，能夠發現整條路徑上的編碼機會，并且將編碼機會的數量作為衡量路徑好壞的標準，能夠解決傳統網絡編碼路由中由于被動等待編碼機會限制網絡編碼性能的問題，基于編碼感知的路由協議成為研究熱點。

Jilin Le,等人提出了分布式編碼感知路由算法(Distributed CodingAwareRouting，參見文獻[1]：Le J,Lui J C S,Chiu D M.DCAR:Distributed Coding-AwareRouting in Wireless Networks[J].IEEE Transactions on Mobile Computing,2010,9(4):596-608)。DCAR算法中定義了廣義編碼條件，能夠探測到整條路徑上存在的編碼機會。該方法能夠主動發現網絡中的編碼機會，使網絡編碼的優勢得以發揮。