CN103297174A

CN103297174A - 基于动态网络编码的高速移动自组网数据传输方法

Info

Publication number: CN103297174A
Application number: CN2012100445400A
Authority: CN
Inventors: 陈小虎; 杨余旺; 王磊; 汪文娟; 殷俊; 兰少华
Original assignee: 陈小虎; 杨余旺
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2013-09-11

Abstract

本发明公开了一种基于动态网络编码的高速移动自组网数据传输方法，该数据传输方法包含以下步骤：(1)使用链路生存时间和节点能量作为链路质量评价标准建立和选择路由；(2)建立路由缓存表；(3)在源节点根据路由建立情况对数据包进行编码；(4)中间节点根据其当前在网络拓扑中的位置决定其是对收到的数据包进行编码操作在转发还是直接转发。本发明通过链路质量预测机制，选择最稳定的路由进行数据传输，在根据中间节点在移动自组网网络拓扑中的实时位置决定某一时刻是否在该中间节点进行编码操作，相对于在所有中间节点编码不但保证了数据的可靠传输，而且减少了时延和总的能量消耗，实现了高速移动自组网中高效的数据传输。

Description

基于动态网络编码的高速移动自组网数据传输方法

技术领域

本发明涉及移动自组网通信技术领域，具体是涉及利用动态网络编码技术实现高速移动自组网中高效可靠数据传输的方法。

背景技术

传统的计算机网络中，传输网络的中间节点(路由器或交换机)对接收到的数据包采取存储转发的策略，不对数据包做任何处理。然而，网络中传输的数据包本质上是连续的比特流，是一组抽象的代数符号，理论上就存在可以对其进行代数运算的可能性，所以可以让节点对多条链路上收到的数据包进行一定的线性或非线性操作(编码)，然后再发送出去，在目的节点上，再通过一定的逆运算可以恢复出信源所发的信息。网络编码正是根据上述思想而产生的，它是一种数据传输的思想，它通过在中间节点进行数据处理来提高传输的效率。

现有的网络编码技术大都采用全部中节节点编码的策略，中间节点对数据包进行编码不但需要消耗计算资源也要消耗一定的能量还会造成一定的时延，中间节点编码会大大的降低整个网络的传输效率。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于动态网络编码的高速移动自组网数据传输方法，该方法在移动自组网组播传输过程中，根据链路质量预测机制为每个目的节点建立了多条不相交路径，并根据当前网络的拓扑结构选择符合条件的中间节点进行编码，从而实现高速移动自组网的高效可靠传输。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于动态网络编码的高速移动自组网数据传输方法，包含以下步骤：

(1)使用链路生存时间和节点能量作为链路质量评价标准建立和选择路由，根据链路质量预测机制，为高速移动自组网间的每个目的节点构建多条不相交路由，在因为节点移动而即将失效的路由失效前发现新的路由取代旧路由；

(2)建立路由缓存表，去往目的节点的路由一共有m条，到源节点路由数目最少的目的节点一共拥有n条路由；

(3)在源节点根据路由建立情况对数据包进行编码，在源节点选取n个待发送数据包通进行编码操作，得到m个新的数据包加上编码相邻发送出去，然后通过建立的路由发送出去；

(4)中间节点根据其当前在网络拓扑中的位置决定其是对收到的数据包进行编码操作在转发还是直接转发；中间节点对不同节点转发过来的组标识相同的数据包进行编码操作，然后转发；

(5)目的节点在接收到一定数量的数据包后进行解码操作，在目的节点可以解码出源节点发送的一组数据包。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明根据移动自组网中快速动态变化的拓扑结构，根据特定的标准动态的选择合适的中间节点进行编码，在使网络吞吐量达到最大流的同时保证了高速移动自组网中数据的可靠传输；

2、本发明是一种新的高速移动自组网组建及组播路由技术方案，用网络编码技术，实现了高速移动自组网的高效可靠传输。

附图说明

图1是本发明的数据传输方法流程图。

图2是本发明的路由请求数据包的数据包格式示意图。

图3是本发明的路由应答数据包的数据包格式示意图。

图4是本发明的源节点发送的传输数据包格式示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种基于动态网络编码的高速移动自组网数据传输方法，该方法在移动自组网组播传输过程中，根据链路质量预测机制为每个目的节点建立了多条不相交路径，并根据当前网络的拓扑结构选择符合条件的中间节点进行编码，从而实现高速移动自组网的高效可靠传输。

如图1所示，一种基于动态网络编码的高速移动自组网数据传输方法，包含以下步骤：

步骤s101，使用链路生存时间和节点能量作为链路质量评价标准建立和选择路由，根据链路质量预测机制，为高速移动自组网间的每个目的节点构建多条不相交路由，在因为节点移动而即将失效的路由失效前发现新的路由取代旧路由；

步骤s102，建立路由缓存表，去往目的节点的路由一共有m条，到源节点路由数目最少的目的节点一共拥有n条路由；

步骤s103，在源节点根据路由建立情况对数据包进行编码，在源节点选取n个待发送数据包通进行编码操作，得到m个新的数据包加上编码相邻发送出去，然后通过建立的路由发送出去；

步骤s104，中间节点根据其当前在网络拓扑中的位置决定其是对收到的数据包进行编码操作在转发还是直接转发；中间节点对不同节点转发过来的组标识相同的数据包进行编码操作，然后转发；

步骤s105，目的节点在接收到一定数量的数据包后进行解码操作，在目的节点可以解码出源节点发送的一组数据包。

上述方法具体实施过程如下：

(1)路由建立

图2是路由请求数据包的数据包格式示意图，图中

类型：为C就是路由建立请求，为R路由修复；

MIN_LET：最小的链路生成时间；

N：用来计算消耗能量E的参数；

跳数：路由的跳数；

Request id：在源节点设置的一种为了区别RREQ的ID号；

Sid：源节点ID号；

Did：一组目的节点的ID号；

Route record：路由记录，从源节点到目的节点所经过的节点序列；

LET预测信息：移动节点的位置信息、速度和运动方向信息。

图3是本发明的路由应答数据包的数据包格式示意图，图中

Did：路由请求分组的源节点；

Reply Route：路由应答分组所需要经过的路由；

RET：Reply Route中路由的路由失效时间。

如图2和图3所示，当移动自组网中的一个节点要发送一组数据包给目的节点时，如果它的路由缓存表中没有到达这些节点的路由，将采用路由发现过程来找到路径。源节点广播一个路由请求消息(RREQ)给它所有的邻居节点，开始等待目的节点发送路由应答(RREP)消息。源节点将它的位置信息、速度和运动方向和上一小节提到的用于计算总消耗能量E的跳数写到RREQ中。并将RREQ中的MIN_LET(Minimum Link Expiration Time)设置成MAX_LET_VALUE。为了使每个节点不会重复接收路由请求消息，每个节点需要维护一张路由请求表，保留最近收到的路由请求消息的<Sid，Request id>。节点收到路由请求消息之后先判断自己是不是目的节点，如果不是目的节点则检查路由请求表中的选项判断节点是否接收过此RREQ，如果有则直接丢弃该RREQ；如果没有，节点将根据自己的位置信息、速度和运动方向结合接收到的RREQ消息中的上一跳得位置信息、速度和运动方向算出它与上一跳之间的链路生存时间LET。并将计算出的这个LET的值与RREQ消息中的MIN_LET的值进行比较，如果LET的值小于MIN_LET，则用LET取代RREQ消息中的MIN_LET值。接着将自己的位置信息、速度和运动方向写入目的节点取代原有的位置信息、速度和运动方向。另外还需要计算预计消耗的能量E，如果节点自己的能量小于E则将数据包丢弃。接着节点将自己的ID写入RREQ消息中的Route record中，接着将新的RREQ消息广播发送。

一个目的节点接收到RREQ消息后，先根据自己的位置信息、速度和运动方向算出它与上一跳之间的链路生存时间LET。用此时计算得到的LET与RREQ消息中的MIN_LET做出对比，选出其中的较小的值作为这条路由的路由生存时间RET。

目的节点从收到第一RREQ数据包的时间t时刻开始计时候，到达一个设定的时间后不再接收<Sid，Request id>相同的数据号。接收到多个RREQ消息之后，根据以下规则选择路由：

a.若一条路由的RET必须大于设置的危险时间T，否则不使用该路由；

b.对满足条件a的路由按照RTE的大小排序。RTE的值越大优先级越高；RTE值相同则按照跳数大小依次从高排序。

c.优先级低的路由与优先级高的路由上不能有相同的节点，否则不使用优先级低的路由；

这样就获取了多条源节点到目的节点的不相交路由。然后分别将符合条件的路由的RTE和节点序列写到RREP数据包中分别发送给源节点。源节点在接收到第一个节点数据包间后的设置的时刻t0后不再接收新的RREP数据包。这样就建立起了源节点到一组目的节点的路由。

另外在源节点发送RREQ时应该设置一个计时器，当时刻T后还没有收到某一目的节点的RREP时从新发送RREQ。

(2)路由维护过程

在源节点为目的节点建立一个路由时刻表，记录路由失效时间RET。当一个路径失效前发送一个路由修复包，建立一条新的路径来修复该路径。需要将去往该节点的其他路由上的中间节点的ID写入RREQ中，这些节点收到信息之后会直接丢弃。这样做是为目的节点建立不相交路由。

(3)数据发送过程

源节点发送出去的传输数据包如图4所示，图中

Did：目的节点的ID；

Sid：源节点的ID；

判断位：用来判断源节点是否进行了编码，1表示已编码，0表示未编码；

组标识：用来标识一组编码过得到的信息数据包；

编码系数：用来对一组数据包进行编码的数字；

数据包：编码后得到的新的数据包或者没有经过编码的原始数据包。

经过路由发现过程之后，源节点获得了前往所以目的节点的路由。假定拥有路由数量最少的目的节点的路由数目为n，前往所有目的节点路径数目为m。待发送的数据包中选取m个数据包进行编码。选取n组由m个数字组成的编码系数{β₁₁β₁₂，……，β_1m}，{β₂₁β₂₂，……，β_2m}….，{β_n1β_n2，……，β_nm}对这选出的m个数据包进行编码得到n个编码过的新数据包，并为这组新的数据包设置一个组标识。为了保证能够解码成功，要求这n组系数矩阵组成的系数矩阵G_m·n是满秩矩阵。若新数据包n₁的编码系数为{β₁₁，β₁₂，……，β_1m}，则将n₁和其编码系数以及目的节点ID、源节点ID、组标识与判断位一起按照图4所示组装成要发送的传输数据包M₁，其判断位设为1表示在源节点编码过。

通过这种方式就得到了n个数据包{M₁，M₂，M₃……，M_N}。数据将发送两轮第一轮将第M_i个传输数据包的目的节点ID设为第i条路由去往的目的节点发送出去。第二轮将M₁的目的节点设为第n条路由去往的目的节点发送出去，将M₁的目的节点设为第n-1条路由去往的目的节点发送出去，以此类推，M_n的目的节点设为第1条路由去往的目的节点发送出去。多发一轮的目的是为了提高传输成功率。这样只需要在接收端从接收到的数据包中选取m编码系数不相关的数据包，即可以在目的节点成功得到m个数据包。

中间节点将对不同节点转发过来的组标识相同的数据包进行编码操作，然后转发。

如果有的节点只找到了一条路径，则不进行编码直接发送数据包，判断位设为0。

Claims

1.一种基于动态网络编码的高速移动自组网数据传输方法，其特征是：该数据传输方法包含以下步骤

(1)使用链路生存时间和节点能量作为链路质量评价标准建立和选择路由；

(2)建立路由缓存表；

(3)在源节点根据路由建立情况对数据包进行编码；

(4)中间节点根据其当前在网络拓扑中的位置决定其是对收到的数据包进行编码操作在转发还是直接转发；

(5)目的节点在接收到一定数量的数据包后进行解码操作。

2.根据权利要求1所述的一种基于动态网络编码的高速移动自组网数据传输方法，其特征是：中间节点对不同节点转发过来的组标识相同的数据包进行编码操作，然后转发。