专利名称：一种适用于随机线性网络编码的端到端自由度反馈的方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于随机线性网络编码的端到端自由度反馈的方法。该方法通过将目的节点的自由度反馈到源节点，使源节点可以及时了解目的节点的接收情况，从而可以针对性的调整其传输策略，进而改善网络性能。采用端到端自由度反馈的方法不仅简洁，也更能准确反映目的节点对尚缺乏编码分组的需求。
背景技术：
近年来，伴随着技术的发展和用户需求的增长，无线自组织网络技术一直受到学术界与工业界的广泛关注，并成为当前无线网络通信技术的热门研究领域。长期以来，无论在学术界还是工业界，大都试图利用有线通信的思路来研究无线网络，即将适合有线网络 的各种研究结果稍加改造后应用于无线自组织网络。实际上，与有线通信相比，无线通信有其独特的地方，最突出的一点就是无线信道的广播特性，这会导致无线网络节点会收到大量目的节点并不是自己的数据分组。如果把无线链路视为“有线链路”，那么节点将这些冗余的分组是直接丢弃的，这无疑浪费了有限的无线信道资源。因此，如果能合理利用无线广播信道等特征，无线自组织网络的性能将获得更大的改善空间。网络编码是近年来通信理论领域所取得的重大进展之一，对如何利用无线通信的广播特性给出了很好的解决思路，其核心思想是网络节点不仅执行数据转发功能，还将对接收的数据分组进行编码处理，这其中就可以包括那些过去被认为是冗余将被丢弃的分组。实际上，无线自组织网络的广播特性以及拓扑的多跳特征非常适合网络编码的广播需求，反过来，网络编码又能够很好地适应无线自组织网络的动态性。因此，将网络编码技术应用到无线自组织网络的研究中变得非常自然。近些年，网络编码在改善无线自组织网络的吞吐量、可靠性等性能方面涌现出一大批研究成果。反馈机制在当前网络协议设计中必不可少，通过反馈，发送节点可以了解到接收节点的接收情况，进而实现速率控制、可靠传输等目的。当采用网络编码时，一个编码分组往往携带了多个原始分组的信息，因此，接收节点只有在收齐了足够多的线性无关的编码分组才能把原始信息解码出来。现有的一些网络编码协议(比如经典的网络编码协议MORE)中会采取如下反馈方式源节点一直不停地发送编码分组直到收到目的节点对当前批次已完成的反馈分组。不妨假设编码批次大小为k，则目的节点只有在收到k个线性无关的编码分组时才产生一个对当前批次确认的反馈分组(称为批次反馈)，源节点在收到此反馈后如果文件还没传输完，就开始下一批次的传输。相比传统传输方式，这种完全的批次反馈方式一方面减少了对单个数据分组的确认而产生的大量反馈流量，提高了效率；另一方面，在现实的无线多跳网络环境下反馈分组可能要经历很大的时延才能到达源节点，源节点由于没有及时收到反馈会继续发送当前批次的编码分组，这会加剧网络状况的恶劣，使得反馈分组到达源节点的时延更大，由此造成恶性循环。这些都会造成有限的网络资源被大量浪费，进而影响吞吐量和时延等网络性能。因此，亟需一种能及时将目的节点的接收情况反馈到源节点的方法，进一步改善网络性能。
本发明提出一种适用于随机线性网络编码的端到端自由度反馈的方法，该方法将目的节点的自由度反馈到源节点，自由度是对尚缺编码分组的数目的描述。在此种方法下，目的节点不必只在收到足够多的线性无关的编码分组时才发送反馈分组，而是可以在适当的时候就将自由度反馈到源节点。这时源节点根据自由度就可以了解目的节点的具体接收情况，进而调整其发送策略，提高传输效率。参考文献[I] J. S. Park, D. S. Lun, F. Soldo, “Performance of Network Coding in Ad HocNetworks”，IEEE MILCOM 2006, Washing DC, USA,2006.[2] D. Wang, Q. Zhang, J. C. Liu, “Pratial Network Coding Theory andApplication inContinuous Sensor Data Collection，，，IEEE IffQoS 2006,New Haven, CT, USA,2006.[3] A. G. Dimaki s, P. B. Godfrey, M. Wainwright, “Network Coding forDistributed StorageSystems”，IEEE INF0C0M 2007, Anchorage, AK, USA.[4] J. S. Park, M. Ger la, D. S. Lun，Y. Yi，and M. Medard, “ CodeCast ANetwork-Coding-Based Ad Hoc Multicast Protocol，，，IEEE Wireless Communications,No. 5,2006, pp. 76-81.[5]S.Chachulski, M. Jennings, S.Katti, and D. Katabi,“Trading StructureforRandomness in Wireless Opportunistic Routing”,ACM SIGCOMM 2007,Kyoto Japan,2007.[6]D.Koustonikolas,C. C. Wang, and Y. C. Hu,“CCACK :Efficient Network CodingBasedOpportunistic Routing Through Cumulative Coded Acknowledgements，，，IEEEINF0C0M2010 Mini Conference, San Diego, USA,2010.[7]Y. Lin, B.Lin, and B. Liang, “CodeOR !Opportunistic Routing in WirelessMeshNetworks with Segmented Network Coding”，IEEE ICNP 2008, Florida, USA,2008.
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种适用于随机线性网络编码的基于端到端自由度反馈的方法。源节点利用该方法可以及时了解目的节点的接收情况，进而通过发送策略的调整来减少节点不必要的传输以及加快整个传输进程，在提升吞吐量的同时减少不必要的开销。该方法可以应用在一般的随机线性网络编码协议，同时支持单播和组播。技术方案目前应用最广泛的网络编码策略是随机线性网络编码，即节点将待发送的数据分成固定大小的批次，然后将一个批次内的多个分组随机线性组合后再转发，目的节点收到足够多的线性无关的编码分组后，通过高斯消元法即可解码出该批次的原始分组。在传统的批次反馈方式下，目的节点只有在收到足够多的线性无关的编码分组才发送反馈到源节点，此种反馈方式可能导致节点传输过多，造成有限的网络资源被大量浪费，从而影响吞吐量和时延等网络性能。为解决上述问题，本发明提出基于端到端自由度的反馈方法。节点的自由度指节点要能解码本批次至少还需要收到的线性无关的编码分组的个数。本方法的核心思想即为目的节点在适当时刻将本节点的自由度反馈到源节点，然后源节点根据自由度动态调整其传输策略。该方法采用了端到端的自由度反馈，而端到端的自由度反馈主要包括源节点、中间节点和目的节点的处理流程，具体如下源节点的处理流程为11)设编码批次大小为k，在每个批次的第一轮传输时，源节点发送的编码分组个数为N(k) =k* (1+r)，发送完后进入等待状态，其中参数r为发包冗余；12)假设某个时刻源节点收到目的节点的自由度反馈，且其反馈的自由度为f，若f=0,则源节点进入下一个批次的传输；若f古0，则代表目的节点还缺f个线性无关的编码分组，即已收到(k-f)个线性无关的编码分组，源节点这时应该继续发送编码分组以满足目的节点的需求；同时，为防止等待时间过长，源节点在收到目的节点的第一个自由度反馈分组时启动一个定时器Ts ； 13)若在定时器Ts超时前，源节点已收到目的节点自由度为O的反馈分组，则在开始发送下一个批次分组的同时取消定时器Ts;若定时器1超时且源节点本轮传输已经结束，则需要重新决策源节点根据当前收到的最新反馈分组显示的自由度，设为fMW，则源节点继续发送f_*(l+r)个编码分组，同时重置定时器Ts ；14)当存在多个目的节点时，源节点的处理会发生如下变化首先，源节点可能会收到多个目的节点的自由度反馈分组，当定时器Ts超时在决策源节点下一轮要发送的编码分组数时，其自由度取目前收到的自由度的最大值；其次，只有在收到所有目的节点自由度为O的反馈分组时，源节点才停止当前批次的传输，开始下一批次的传输；中间节点的处理流程为21)中间转发节点负责对收到的编码分组重新编码再转发以及反馈分组的路由；当收到一个自由度为O的反馈分组时，此节点将停止当前批次编码分组的传输；目的节点的处理流程为31)目的节点只接收与当前批次号相同的且线性无关的编码分组，如果收到的分组是当前批次的第一个线性无关的编码分组，为了能将其接收情况及时反馈给源节点，目的节点此时会启动另一个定时器TD，其大小根据具体的接收情况来设置；32)若在定时器Td超时之前目的节点已经收齐当前批次的线性无关的编码分组，则产生一个自由度为O的反馈分组并发送回源节点，同时取消定时器Td ；33)若定时器Td超时，则目的节点计算出本节点此时的自由度f=k - m，其中，批次大小为k，已收到线性无关的编码分组为m，将自由度f放在反馈分组的头部；此类反馈分组都按照期望传输次数ETX最优路径传输到源节点，发送的同时重置定时器TD;当存在多个目的节点时，各目的节点分别设置自己的定时器。有益效果本发明提出一种适用于随机线性网络编码的端到端自由度反馈的方法。通过端到端的自由度反馈，源节点可以及时根据目的节点的接收情况动态调整其发送策略，从而减少了不必要的传输，充分利用了有限的网络资源，进一步提高了业务流吞吐量，该方法可广泛适用于各种随机线性网络编码协议。
下面结合附图对本发明进一步说明。
图I :源节点的处理流程示意图。图2 :目的节点的处理流程示意图。
具体实施例方式在本方法中，目的节点反馈本节点的自由度，而源节点根据反馈的自由度来决定其继续要发送的编码分组 数。本发明的具体实施方式
为源节点的具体处理流程I)如图I所示，假设编码批次大小为k，在每个批次的第一轮传输时，源节点发送的编码分组个数为N(k)=k*(1+r)(参数r表示发送冗余，其值可以根据具体情况来动态调整)，若发送完后则进入等待状态。2)假设某个时刻源节点收到目的节点的自由度反馈，且其反馈的自由度为f。若f=0,则源节点进入下一个批次的传输；若f ! =0，则代表目的节点还缺f个线性无关的编码分组，即已收到(k-f)个线性无关的编码分组，源节点这时应该继续发送编码分组以满足目的节点的需求。同时，为防止等待时间过长，源节点在收到目的节点的第一个自由度反馈分组时启动一个定时器Ts。3)若在定时器Ts超时前，源节点已收到目的节点自由度为O的反馈分组，则在开始发送下一个批次分组的同时取消定时器Ts。若定时器Ts超时且源节点本轮传输已经结束，则需要重新决策。源节点根据当前收到的最新反馈分组显示的自由度，不妨设为fMW，则源节点将继续发送fnew*(l+r)个编码分组，同时重置定时器Ts。这样源节点一直处于发送一等待ACK--定时器超时一继续发送的状态，直到收到的反馈分组其自由度f=0，这代表目的节点已经收到k个线性无关的编码分组。若这时文件传输还未结束，则源节点开始下一批次的传输。当存在多个目的节点时，会发生如下变化首先，源节点可能会收到多个目的节点的自由度反馈分组，当定时器Ts超时在决策源节点下一轮要发送的编码分组数时，其自由度取目前收到的自由度的最大值；其次，只有在收到所有目的节点自由度为O的反馈分组时，源节点才停止当前批次的传输，开始下一批次的传输。中间节点的具体处理流程中间转发节点负责对收到的编码分组重新编码再转发以及反馈分组的路由。当收到一个自由度为O的反馈分组时，此节点将停止当前批次编码分组的传输。 目的节点的具体处理流程I)如图2，目的节点只接收与当前批次号相同的且线性无关的编码分组。如果收到的分组是当前批次的第一个线性无关的编码分组，为了能将其接收情况及时反馈到源节点，目的节点此时会启动一个定时器Td (其大小可以根据具体的接收情况来设置)。2)若在定时器Td超时之前目的节点已经收齐当前批次的线性无关的编码分组，则产生一个自由度为O的反馈分组并发送回源节点，同时取消定时器。3)若定时器Td超时，则目的节点计算出本节点此时的自由度(假设批次大小为k，已收到m个线性无关的编码分组，则自由度f=k_m，将其放在反馈分组的头部。此类反馈分组都按照ETX最优路径传输到源节点，发送的同时重置定时器TD。如此过程直到收齐当前批次。当存在多个目的节点时，各目的节点分别设置自己的定时器。
权利要求
1.一种适用于随机线性网络编码的端到端自由度反馈的方法，其特征在于该方法采用了端到端的自由度反馈，而端到端的自由度反馈主要包括源节点、中间节点和目的节点的处理流程，具体如下 源节点的处理流程为 11)设编码批次大小为k，在每个批次的第一轮传输时，源节点发送的编码分组个数为N(k) =k* (1+r)，发送完后进入等待状态，其中参数r为发包冗余； 12)假设某个时刻源节点收到目的节点的自由度反馈，且其反馈的自由度为f，若f=0，则源节点进入下一个批次的传输；若f幸O，则代表目的节点还缺f个线性无关的编码分组，即已收到(k-f)个线性无关的编码分组，源节点这时应该继续发送编码分组以满足目的节点的需求；同时，为防止等待时间过长，源节点在收到目的节点的第一个自由度反馈分组时启动一个定时器Ts ； 13)若在定时器Ts超时前，源节点已收到目的节点自由度为O的反馈分组，则在开始发送下一个批次分组的同时取消定时器Ts ;若定时器Ts超时且源节点本轮传输已经结束，则需要重新决策源节点根据当前收到的最新反馈分组显示的自由度，设为fnew，则源节点继续发送f_*(l+r)个编码分组，同时重置定时器Ts ； 14)当存在多个目的节点时,源节点的处理会发生如下变化首先，源节点可能会收到多个目的节点的自由度反馈分组，当定时器Ts超时在决策源节点下一轮要发送的编码分组数时，其自由度取目前收到的自由度的最大值；其次，只有在收到所有目的节点自由度为O的反馈分组时，源节点才停止当前批次的传输，开始下一批次的传输； 中间节点的处理流程为 21)中间转发节点负责对收到的编码分组重新编码再转发以及反馈分组的路由；当收到一个自由度为O的反馈分组时，此节点将停止当前批次编码分组的传输；目的节点的处理流程为 31)目的节点只接收与当前批次号相同的且线性无关的编码分组，如果收到的分组是当前批次的第一个线性无关的编码分组，为了能将其接收情况及时反馈给源节点，目的节点此时会启动另一个定时器TD，其大小根据具体的接收情况来设置； 32)若在定时器Td超时之前目的节点已经收齐当前批次的线性无关的编码分组，则产生一个自由度为O的反馈分组并发送回源节点，同时取消定时器Td ； 33)若定时器Td超时，则目的节点计算出本节点此时的自由度f=k- m，其中，批次大小为k，已收到线性无关的编码分组为m，将自由度f放在反馈分组的头部；此类反馈分组都按照期望传输次数ETX最优路径传输到源节点，发送的同时重置定时器Td ；当存在多个目的节点时，各目的节点分别设置自己的定时器。
全文摘要
本发明涉及一种适用于随机线性网络编码的端到端自由度反馈的方法。该方法采用了端到端的自由度反馈，而端到端的自由度反馈主要包括源节点、中间节点和目的节点的处理流程，在该方法中，自由度表征了目的节点对尚缺乏的线性无关的编码分组的数目。通过端到端的自由度反馈，并在源节点和目的节点设置定时器，使源节点可以及时了解目的节点的接收情况，以此调整其传输策略，从而加快源节点与目的节点之间的交互，减少不必要的传输，改善网络性能。采用端到端自由度的方法不仅简洁，而且更能反映出节点对尚缺乏编码分组的需求。
文档编号H04L1/16GK102970117SQ20121051685
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月5日 优先权日2012年12月5日
发明者董超, 屈毓锛, 王海, 陈晨, 于卫波 申请人:中国人民解放军理工大学