基于多根多树的网络编码方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种网络编码方法，特别设及一种利用利用网络编码解决无线传感器 网络中在降低网络拥塞的前提下降低和均衡网络能耗的基于多根多树的网络编码方法。
【背景技术】
[0002] 现有技术利用簇结构进行数据收集时，一般采用单个根节点在簇节点之间形成单 个树结构，然而单根单树结构，数据流向单一，而且越靠近根节点流量拥塞问题越严重。
[0003] 异或编码在链型拓扑和X拓扑结构下的运用如图1中（a)和(b)两种情况所示，在运 两种情况下，一个数据流a和另一个数据流b在R点相遇，R对a和b进行了异或编码，然后将 幻史6转发到下一跳，下一跳节点A和B(D1和D2)同时接收到编码数据流，并且将传输次数从 四次将为=次。(a)和(b)两种情况不同的地方在于，情况(b)是采用邻居侦听的方式获得解 码机会。但者两种编码方法都与网络能耗均衡问题无关且很难实现在不解码的基础上再编 码。
【发明内容】
[0004] 本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种降低网络能耗，促进网 络能耗均衡的基于多根多树的网络编码方法。
[0005] 本发明提供的基于多根多树的网络编码方法，具有运样的特征，包括W下步骤：
[0006] 步骤一，形成簇结构，簇结构包括一个簇头节点和多个簇成员节点；
[0007] 步骤二，选择多个簇头节点作为根节点，形成覆盖所有簇头节点和簇成员节点的 多根多树结构；
[000引步骤=，给树结构中的所有簇头节点和簇成员节点分配树地址，每个簇头节点和 簇成员节拥有多个树地址；
[0009] 步骤四，当第一数据流和第二数据流在当前编码节点相遇时，根据树地址判断第 一数据流和第二数据流是否满足编码条件，记录符合编码条件的树路径和W及树路径上可 提供解码机会的可解码节点；
[0010] 步骤五，如果满足编码条件，则根据当前编码节点的拥塞状况从记录的可解码节 点中选择满足第一预设条件的候选可解码节点，根据第二预设条件从候选可解码节点中选 择最优解码节点；
[0011] 步骤六，将第一数据流和第二数据流进行异或编码形成编码数据流;W及
[0012] 步骤屯，将当前节点的树地址更新为当前编码数据流的当前临时源地址W及将第 一数据流和第二数据流的当前编码数据流对应的最优解码节点的地址更新为当前编码数 据流临时目的地址，按照当前临时源地址和当前编码数据流临时目的地址转发当前编码数 据流，
[0013] 其中，多根多树结构中簇头节点形成主干，簇成员节点形成枝叶，
[0014] 编码条件为前编码节点和第一数据流的临时目的地址之间存在至少一个树路径 经过第二数据流的临时源地址的至少一个同簇节点或邻居节点且当前编码节点与第二数 据流的临时目的地址节点之间存在至少一个树路径经过第一数据流的临时源地址的至少 一个同簇节点或邻居节点，
[0015] 第一预设条件为当前编码节点到可解码节点的最短树路径跳数和可解码节点到 临时目的节点的最短树路径跳数之和减去当前编码节点到临时目的节点的最短树路径跳 数的差比a(m-咖)小，m为当前编码节点缓存中的数据流数量，咖为预设数据流数量阔值，a为 可调控的比例系数，
[0016] 第二预设条件为当前编码节点到候选可解码节点的最短树路径跳数和候选解码 节点到临时目的节点的最短树路径跳数之和减去当前编码节点到临时目的节点的最短树 路径跳数的差最小。
[0017] 本发明提供的基于多根多树的网络编码方法，具有运样的特征:其中，簇头节点根 据节点的剩余能量和节点密度周期性选举，一个簇结构中的簇成员节点数量可W根据需求 调整。
[0018] 本发明提供的基于多根多树的网络编码方法，具有运样的特征：其中，簇头节点、 簇成员节点、根节点在每一个树上的地址按照Zigbee/802.15.4协议进行分配。
[0019] 本发明提供的基于多根多树的网络编码方法，具有运样的特征:其中，多根多树结 构还包括:桥节点，当簇头节点的通信范围内没有找到其他的簇头节点作为父节点，簇头节 点在n倍通信半径的范围内捜索距离第一个根节点最近的簇头节点作为目标节点，并选择 通往该目标节点最短路径上的节点为桥节点，述桥节点在多根多树结构的形成过程中转化 为簇头节点。
[0020] 本发明提供的基于多根多树的网络编码方法，具有运样的特征:其中，根节点的数 量可W根据需求进行调整。
[0021] 本发明提供的基于多根多树的网络编码方法，具有运样的特征，包括：
[0022] 步骤八，当前编码节点接受的数据流的临时目的地址和当前编码节点的地址一 致，对第一数据流和第二数据流进行解码操作，然后执行步骤四至步骤屯。
[0023] 发明作用和效果
[0024] 根据本发明所设及基于多根多树的网络编码方法，使得网络编码与能耗相关，也 就是越接近根节点的节点数据流量越大，拥有的编码机会也越多；直接根据树地址进行编 码条件判断的方法简单，开销小;本发明中多根多树结构有利于发现更多的编码机会W及 给数据提供更多的数据流向，进一步降低网络能耗，促进网络能耗均衡;本发明中的临时目 的地址和源地址更新的方法有利于数据流的无限制再编码;本发明利用牺牲跳数的编码方 法，基于节点的拥塞情况来选择编码包传输路径，在缓解网络拥塞的前提下降低了网络能 耗，促进了网络能耗均衡。
【附图说明】
[0025] 图1是现有技术中异或编码在链型拓扑和X拓扑结构下的运用的拓扑图；
[0026] 图2是本发明在实施例中的多根多树主干结构的拓扑图；
[0027] 图3是本发明在实施例中的基于多根多树主的编码条件示例图；W及
[0028] 图4是本发明在实施例中的临时源地址和目的地址更新的过程示意图。
【具体实施方式】
[0029] W下参照附图及实施例对本发明所设及的基于多根多树的网络编码方法作详细 的描述。
[0030] 图2是本发明在实施例中的多根多树主干结构的拓扑图。
[0031] 如图2所示，基于多根多树的网络编码方法具有W下步骤。
[0032] 步骤一:形成簇结构，簇结构包括一个簇头节点和多个簇成员节点。簇头节点根据 节点的剩余能量和节点密度周期性选举，一个簇结构中的簇成员节点数量可W根据需求调 整。
[0033] 步骤二:选择多个簇头节点作为根节点（例如，图2中的=个黑色节点为根节点）形 成覆盖所有簇头节点和簇成员节点的多根多树结构（图2中形成了=根=树结构。多根多树 结构包括簇头节点形成的主干和簇成员节点形成的枝叶）。该多根多树结构还包括桥节点， 当簇头节点的通信范围内没有找到其他的簇头节点作为父节点，簇头节点在n倍通信半径 的范围内捜索距离第一个根节点最近的簇头节点作为目标节点，并选择通往该目标节点最 短路径上的节点为桥节点，桥节点在多根多树结构的形成过程中转化为簇头节点。根节点 数量也可W根据需求进行调整。
[0034] 步骤=，给所有簇头节点、簇成员节点和桥节点分配树地址，每个簇头节点、簇成 员节点和桥节点拥有多个树地址。簇头节点、簇成员节点和桥节点在每一个树上的地址按 照Zigbee/802.15.4协议进行分配。后续根据=个点的树地址就可W判断出两点之间的树 路径是否经过第=点，判断方法相对简单，具体根据解码节点在哪一个树路径上，就用哪一 个树路径对应的树地址进行判断。
[0035] 步骤四，当第一数据流和第二数据流在当前编码节点相遇时，根据树地址判断第 一数据流和第二数据流是否满足编码条件，记录符合编码条件的树路径和W及树路径上可 提供解码机会的解码节点。
[0036] 编码条件为当前编码节点和第一数据流的临时目的地址之间存在至少一条树路 径经过第二数据流的临时源地址的至少一个同簇节点或邻居节点且当前编码节点与第二 数据流的临时目的地址节点之间存在至少一条树路径经过第一数据流的临时源地址的至 少一个同簇节点或邻居节点。
[0037] 编码条件运样设置的原因是因为同簇节点和邻居节点会在数据流到达临时目的 节点之前提供解码机会。
[0038] 当数据流为非编码数据流时，临时源地址为数据流的