CN105245311A - 一种基于无线自组网络的网络编码方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于无线自组网络的网络编码方法，包括网络，网络中包括节点和路径，节点包括信源节点，信宿节点和中继节点，节点连接路径，信宿节点包括第一信宿节点A，第二信宿节点B，第三信宿点E和第四信宿点F，中继节点包括第一中继节点C和第二中继节点D，所述路径包括第一路径和第二路径，信源节点C通过第一路径与第一信宿节点A相连接，信源节点C通过第二路径与第二信宿节点B相连接，第一信宿节点A通过第一路径与中继节点C连接；通过上述技术方案的网络编码技术提高多点传送的数据率，从信源点到信宿节点的传输数据率快。

Description

一种基于无线自组网络的网络编码方法
技术领域
本发明公开了一种基于无线自组网络的网络编码方法。
背景技术
移动无线自组织网络(MobileAdHocNetwork-MANET)，有时又叫移动网状网络，是一种无需预定基础设施支撑的、由可移动的终端节点通过自组织方构成的多跳无线网络，网络中节点地位平等，每个节点除了具有普通移动终端的功能之外，还应具有分组转发能力，网络中的终端节点可以动态地接入或离开网络，而在MANET中的每个终端节点可以自由地、独立地向任何方向移动并因此频繁的改变它与其它终端节点之间的链路，其网络拓扑、信道环境、业务模式随节点移动而动态改变，随着手提终端设备和802.11/Wi-Fi无线网络的快速应用，MANET将因其灵活性而在未来移动通信网络中起到重要作用，另一方面，网络编码(NetworkCoding)是网络中的节点对接收到的信息进行一定形式的编码处理然后再传输出去的多点传送技术，在传统的通信网络中，中继节点只能对接收到的信息进行存储、放大和转发，这有时候就是对网络资源的一种浪费，然而，网络编码技术打破了这种制约，其允许中继节点对接收到的信息进行编码操作，并将接收到的多个信息按照某种特定算法重新组合再发送出去，网络编码的本质是利用节点的计算能力提高链路带宽的利用率，目前，网络编码主要有确定性和随机性两种编码方案，分别用于不同的网络应用与构架上，这些方案主要是基于理论上的分析和实现，因此在实际网络上需要针对不同的应用设计相应的编码方式：如对于结构较小的网络，可以选择比较简单的确定性算法，编码过程中甚至可以通过转换为对数，将乘法运算转换成加法运算，降低总的编码复杂度；而对于无线网络，即令中间节点随机生成编码系数，对节点所有的可用信息应用线性编码，并随时更新编码系数。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了网络编码技术提高多点传送的数据率，在一个网络中传递的信息，从信源点到信宿节点的传输数据率快的一种基于无线自组网络的网络编码方法。
本发明的具体方案为：一种基于无线自组网络的网络编码方法，包括网络，所述网络中包括节点和路径，所述节点包括信源节点，信宿节点和中继节点，所述节点连接路径，所述信宿节点包括第一信宿节点A，第二信宿节点B，第三信宿点E和第四信宿点F，所述中继节点包括第一中继节点C和第二中继节点D，所述路径包括第一路径和第二路径，所述信源节点C通过第一路径与第一信宿节点A相连接，所述信源节点C通过第二路径与第二信宿节点B相连接，所述第一信宿节点A通过第一路径与中继节点C连接，所述第二信宿节点B通过第二路径与中继节点C相连接，所述第一信缩节点A和第二信缩节点B还分别通过第一路径和第二路径与第三信宿节点E和第四信宿节点F连接，所述第一中继节点C对第一信宿节点A和第二信宿节点B执行异或编码操作并转发，所述第一中继节点C连接第二中继节点D，所述第二中继节点D连接分别第三信宿点E和第四信宿点F。
作为本发明进一步限制地，所述第一路径和第二路径均包括a异或b异，所述信宿节点E可以通过a异或b异或a异的计算解出b异。
作为本发明进一步限制地，所述信宿节点F也可以解出a，使信源节点S到信宿节点E，F的信息流速率达到2比特/单位时间。
本发明的有益技术效果：本发明的一种基于无线自组网络的网络编码方法，网络编码技术可以显著地提高多点传送的数据率，在一个网络中传递的信息，从信源点到信宿节点的传输数据率快，信源点同时向所有信宿点发送同样数据时，每个信宿点能接收到的数据传输速率快。
附图说明
图1是本发明实施传统路由方法的示意图。
图2是本发明实施例一种基于无线自组网络的网络编码方法的构造图。
图中：第一路径1，第二路径2.
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，采用传统路由方法阐述了网络编码的基本原理，图中的s是信源节点，E，F是信宿节点，每条边的带宽均为1比特/单位时间，现要将2比特数据a，b同时从信源节点s传到信宿节点E，F，从图可知信源节点s与信宿节点E，F之间均分别存在两条独立路径。
如图2所示，本实施例的一种基于无线自组网络的网络编码方法，包括网络，所述网络中包括节点和路径，所述节点包括信源节点，信宿节点和中继节点，所述节点连接路径，所述信宿节点包括第一信宿节点A，第二信宿节点B，第三信宿点E和第四信宿点F，所述中继节点包括第一中继节点C和第二中继节点D，所述路径包括第一路径1和第二路径2，所述信源节点C通过第一路径与第一信宿节点A相连接，所述信源节点C通过第二路径2与第二信宿节点B相连接，所述第一信宿节点A通过第一路径1与中继节点C连接，所述第二信宿节点B通过第二路径2与中继节点C相连接，所述第一信缩节点A和第二信缩节点B还分别通过第一路径1和第二路径2与第三信宿节点E和第四信宿节点F连接，所述第一中继节点C对第一信宿节点A和第二信宿节点B执行异或编码操作并转发，所述第一中继节点C连接第二中继节点D，所述第二中继节点D连接分别第三信宿点E和第四信宿点F。
所述第一路径1和第二路径2均包括a异或b异，所述信宿节点E可以通过a异或b异或a异的计算解出b异。
所述信宿节点F也可以解出a异，使信源节点S到信宿节点E，F的信息流速率达到2比特/单位时间。
进一步地，在确定的网络结构中，并不是所有的节点都需要进行网络编码，而是选取其中需要编译码的节点，给予编译码功能，对于不需要编译码的节点，只要具有传统的存储转发功能即可，这样不仅可以降低编码算法的复杂度，也减小了对硬件的要求，从而使得网络编码的应用更为广泛，网络拓扑结构上利用一种子树分解算法来寻找编码节点，其将该算法应用于有线网络中并使用确定的网络编码机制，效果较好；但对于无线网络，节点之间的连接关系更为复杂，并且节点传输覆盖范围内的节点都可能接收到网络信息，导致拓扑结构更为紧密，则应用上述方法选择编码节点就不太适合。因此，无线网络中主要考虑节点能量及稳定性的影响，选择编码节点或设计网络拓扑的运算速度和较大的缓存空间的节点，以提高网络的鲁棒性。
本发明具有下列特点：1、改善网络吞吐量：网络编码提出的最初是提高多播网络的网络容量，使单一发送节点多接收节点的网络的吞吐量能够达到或者接近该网络的最大流，在Adhoc网络中，将网络吞吐量的分解为优化网络层多跳路由以及优化物理层能量分配，并提出了一种跨层优化，该跨层优化分别在网络层和物理层平衡链路带宽的供需，在这种平衡状态上，提供了利用网络编码优化吞吐量的流路由方法。运用网络编码可以在很大程度上提高网络吞吐量，但是不可避免地会增加网络的复杂性。2、降低能量消耗：在Adhoc网络尤其是无线传感器网络中，节点通过携带能量有限的电池供电，因此，在这些网络中，各种协议设计(如MAC协议，路由协议)是能源的高效使用，在采用网络编码的情况下，能量消耗最小化问题可以转化为网络的线性规划，一个网络可以用容量图来描述，其为物理层可以抽象为一个基本容量图的结合，也就是一个容量图表示一个物理层状态，每个物理状态表示物理层上每个节点的一个瞬间(包括节点的发射、接收时的状态)，由某个物理状态所支持的一些发射的集合就组成了一个基本容量图；链路层可以抽象为基本容量图之间可能的分时操作的结合；网络层就是在容量图的基础上提供端到端的服务，在容量图的基础上，可以获得消耗的总能量，该值与组播速率的比值就是每比特信息消耗的能量。因此，基于网络编码的最小能量组播问题就是找到合适的容量图，以及此图上的信息流量分布，使得在组播中传输每个比特所消耗的能量最小化；3、提高网络的健壮性：Adhoc网络中节点间采用无线通信方式，信道衰减严重，在无线网络中，空间差异性的利用已经被广泛认为是克服无线信道衰减，在大规模的无线网络中，可以在网络编码的基础上结合应用分布式信道编码，进一步提高网络性能。
本发明的一种基于无线自组网络的网络编码方法，网络编码技术可以显著地提高多点传送的数据率，在一个网络中传递的信息，从信源点到信宿节点的传输数据率快，信源点同时向所有信宿点发送同样数据时，每个信宿点能接收到的数据传输速率快，其中，最大流取决于网络的拓扑结构，即各节点的连接关系和带宽。需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于无线自组网络的网络编码方法，包括网络，所述网络中包括节点和路径，其特征在于：所述节点包括信源节点S，信宿节点和中继节点，所述节点连接路径，所述信宿节点包括第一信宿节点A，第二信宿节点B，第三信宿点E和第四信宿点F，所述中继节点包括第一中继节点C和第二中继节点D，所述路径包括第一路径和第二路径，所述信源节点C通过第一路径与第一信宿节点A相连接，所述信源节点C通过第二路径与第二信宿节点B相连接，所述第一信宿节点A通过第一路径与中继节点C连接，所述第二信宿节点B通过第二路径与中继节点C相连接，所述第一信缩节点A和第二信缩节点B还分别通过第一路径和第二路径与第三信宿节点E和第四信宿节点F连接，所述第一中继节点C对第一信宿节点A和第二信宿节点B执行异或编码操作并转发，所述第一中继节点C连接第二中继节点D，所述第二中继节点D连接分别第三信宿点E和第四信宿点F。
2.如权利要求1所述的一种基于无线自组网络的网络编码方法，其特征在于：所述第一路径和第二路径均包括a异或b异，所述信宿节点E可以通过a异或b异或a异的计算解出b。
3.如权利要求1所述的一种基于无线自组网络的网络编码方法，其特征在于：所述信宿节点F也可以解出a异，使信源节点S到信宿节点E，F的信息流速率达到2比特/单位时间。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107637012A (zh) * 2015-06-09 2018-01-26 英特尔公司 使用熵复用对分布式设备的会合点进行安全协调的系统、装置和方法
CN108200626A (zh) * 2017-12-26 2018-06-22 南京邮电大学 一种基于网络编码的飞行自组网多路径数据传输方法

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