带有编码冗余控制的数据转发方法
【专利摘要】本发明公开了一种带有编码冗余控制的数据转发方法，属于无线网络数据转发【技术领域】。本方法通过利用基于历史信息的混合估计方法预测相遇持续时间并实时地估计传输容量，进而根据当前的网络状态信息准确地量化编码融合数据的冗余程度，以最大化资源利用率为目标完成编码融合数据转发，具体包括以下步骤：步骤一：对间断连接无线网络进行初始化；步骤二：预测节点相遇持续时间；步骤三：估计节点间的传输容量；步骤四：数据编码机会判断及编码冗余控制数据转发。该方法能够在保障数据可靠传输的同时，对编码融合数据进行实时监控，实现提升网络资源利用率及最小化迭代冗余副本的目的。
【专利说明】带有编码冗余控制的数据转发方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线网络数据转发【技术领域】，涉及一种带有编码冗余控制的数据转发方法。
【背景技术】
[0002]区别于传统移动自组织网络的数据转发机制，间断连接无线网络充分利用节点移动带来的相遇机会，以更加灵活的“存储-携带-转发”模式实现数据传输，适用于节点稀疏、移动频繁及连接具有间断特性的应用环境。与其他无线网络类似，间断连接无线网络也具有资源有限性的特点，因此，数据转发方法是间断连接无线网络的关键技术之一，合理高效的数据转发方法能够提高网络整体性能。
[0003]近年来，研究人员发现在间断连接无线网络数据转发过程中引入网络编码方法能够最大化网络吞吐量，且较大程度上降低瓶颈链路对于数据转发的影响，提高网络传输效率。考虑到实现复杂度，间断连接无线网络广泛采用随机线性网络编码方式转发数据，其核心思想是转发节点不断对原始数据副本进行线性加权融合迭代，直至目的节点能够恢复原始数据。但是，对于资源有限的间断连接无线网络来说，此种方式将产生大量的迭代冗余副本，极大地占用了网络资源。
[0004]针对迭代冗余副本导致的网络性能下降问题，目前已有的基于网络编码数据机制主要有:(I) NTC 机制(参见文献 Z.Song, J.Su, ff.Peng, etal.，NTC: Towards EfficientNetwork Coding in Delay Tolerant Networks[C], In Proc.1nnovative Mobileand Internet Services in Ubiquitous Computing(IMIS), Fifth InternationalConference, 2011.):该算法中预先设定编码融合数据和原始数据副本的比例，当网络中编码融合数据满足译码要求时，节点将不再继续编码数据，迭代冗余副本得到了控制；(2)HubCode (Hub-based forwarding using network coding)机制(参见文献 S.Ahmed, S.Kanhere, HUBC0DE:hub-based forwarding using network coding in delay tolerantnetworks [C], Wireless Communications and Mobile Computings, 2011.):该算法选择具有高连通度的节点作为编码中继节点，仅编码中继节点执行编译码操作，进而完成数据转发，从而达到降低网络迭代冗余副本的目的。但是，这两种编码数据转发机制未能对传输过程中参与迭代编码的数据进行实时管理，当数据的携带节点活跃程度较高时，该数据将多次参与中继节点的编码融合过程，长时间占用节点缓存、传输机会等网络资源，导致有限的网络资源无法得到合理利用，且随着网络运行时间逐渐增加，数据迭代冗余副本数量也将随之上升。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种带有编码冗余控制的数据转发方法，在该方法中，节点采用基于历史信息的混合估计方法预测相遇持续时间并实时地估计传输容量，进而，根据当前的网络状态信息准确地量化编码融合数据的冗余程度，以最大化资源利用率为目标完成编码融合数据转发。
[0006]为达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0007]—种带有编码冗余控制的数据转发方法，包括以下步骤:步骤一:对间断连接无线网络进行初始化；步骤二:预测节点相遇持续时间；步骤三:估计节点间的传输容量；步骤四:数据编码机会判断及编码冗余控制数据转发。
[0008]进一步，步骤一中:在网络运行刚开始时，对网络中所有节点设定标志位Flag，使其为数据转发过程提供依据，普通节点标志位Flagi=O,编码中继节点标志位Flagi=I ;分别记录节点首次的相遇时间h和离开时间h,并计算节点的首次相遇持续时间Xci = W
[0009]进一步，步骤二中:利用基于历史信息的混合估计方法预测下一时刻节点相遇持续时间Xi+1。
[0010]进一步，以α，1-α(0< α < I)为权重对相遇持续时间进行加权平均，SP
【权利要求】
1.带有编码冗余控制的数据转发方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤一:对间断连接无线网络进行初始化； 步骤二:预测节点相遇持续时间； 步骤三:估计节点间的传输容量； 步骤四:数据编码机会判断及编码冗余控制数据转发。
2.根据权利要求1所述的带有编码冗余控制的数据转发方法，其特征在于:步骤一中:在网络运行刚开始时，对网络中所有节点设定标志位Flag，使其为数据转发过程提供依据，普通节点标志位Flagi=O,编码中继节点标志位Flagi=I ;分别记录节点首次的相遇时间tQ和离开时间h,并计算节点的首次相遇持续时间Xci = t^too
3.根据权利要求2所述的带有编码冗余控制的数据转发方法，其特征在于:步骤二中:利用基于历史信息的混合估计方法预测下一时刻节点相遇持续时间Xi+1。
4.根据权利要求3所述的带有编码冗余控制的数据转发方法，其特征在于:以α,1-α (0< α <1)为权重对相遇持续时间进行加权平均，即=S, =αλ +(1-?)Λ',,,其中i i表示下一时刻节点相遇持续时间的估计值，Xi为当前时刻相遇时间的实际值，Si和Si^1分别表示当前时刻及前一时刻的指数平滑值，且初始值Stl为原时间序列的第一项，即首次相遇时间，α为平滑系数。
5.根据权利要求3所述的带有编码冗余控制的数据转发方法，其特征在于:当相遇持续时间估计值小于实际值的时候，`可利用历史误差信息的均值对连接持续时间误差τ i
Y1:1 ft(t)?χ-l,,若xk>xk进行估计，__其中/#)= Α二 ^ i^k^1-1[xk>xk,\<k<1-\)[ο具他为相遇时间实际值与估计值之差，㈧表示超过估计值的部分相遇时间累加，表示估计值小于实际值的次数；当估计值大于实际值时，数据按照既定规则传输，若连接中断，对于未传输成功的数据直接丢弃且不对其更新相应的控制信息。
6.根据权利要求2所述的带有编码冗余控制的数据转发方法，其特征在于:步骤四中:若两普通中继节点相遇Flagi=Flagj=O,且节点i缓存中数据的目的节点为j，即MiJd=Jid,则i直接进行数据转发，同时将Mi id的编码次数L置为L=G ;若普通中继节点与编码中继节点相遇Flagi=O且Flagj=I,则直接转发未编码数据Mi ;若相遇节点为两编码中继节点Flagi=Flagj=I,根据概要向量的比较，确定需要传输的数据集合&大小，根据估计的传输容量C:若CMti，依次转发缓存中数据，并分别记录数据的编码次数L ;若(\%，分别计算缓存数据的编码机会匕M11，按照传输容量大小及编码机会降序依次完成数据转发；若当前时刻t预测的相遇持续时间小于t+Ι时刻实际测量值，即还有剩余的持续时间τ i时，则对^进行预测，并继续转发缓存中? u值较大的数据；至此，重复以上步骤，直至网络中全部数据投递完毕。
7.根据权利要求6所述的带有编码冗余控制的数据转发方法，其特征在于:对于时刻t节点缓存数据η来说，定义其编码机会为=εχρ[-λΛ.,(Γ-/)]，" = 1，2，...，"；其中Γ为该数据η的TTL值，Γ-t为数据η的剩余生存时间，节点相遇时间间隔服从参数为λ的指数分布，Ln为数据η的编码次数。
8.根据权利要求6所述的带有编码冗余控制的数据转发方法，其特征在于:对于当前时刻t来说，记录的原始数据编码次数I直接按累加计算，即I = 1+1 ;对于再编码数据来说，首先记录编码融合数据的编码次数为Itl = lo+l，对再编码次数做简单的均值处理，即Γ = lc/n，其中η为融合的原 始数据数量；分类统计所有原始数据的编码次数I 二 [/ + /’」，当L≥Lmax = G时，编码机会置O。
【文档编号】H04W28/14GK103427951SQ201310323627
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2013年7月29日 优先权日:2013年7月29日
【发明者】吴大鹏, 王燕燕, 楼芃雯, 王汝言, 熊余, 刘乔寿, 吉福生 申请人:重庆邮电大学