CN106330399B - 一种适用于多跳异构网络网络编码的快速反馈方法 - Google Patents

一种适用于多跳异构网络网络编码的快速反馈方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于多跳异构网络网络编码的快速反馈方法，网络中各节点均拥有两种类型的信道，分别为第一信道和第二信道，所述第一信道的速率高于第二信道，同时第一信道的传播距离小于第二信道；网络中的节点利用网络编码进行消息传输时，源节点和中间节点利用第一信道传输编码分组，目的节点利用第二信道传输反馈分组。本发明充分利用信道特性，特别是通过利用第二信道进行反馈，减少了反馈分组应答时所需的跳数，大大减少了信道竞争中耗费的时延，缩短了端到端时延，同时，避免了大量冗余传输的产生，提高了信道利用率，达到提升异构网络下网络编码总体性能的效果。

Description

一种适用于多跳异构网络网络编码的快速反馈方法
技术领域
本发明涉及通信领域，具体涉及一种适用于多跳异构网络网络编码的快速反馈方法。
背景技术
网络编码是一种融合了路由和编码的信息交换技术，它的核心思想是在网络中的各个节点上对各条信道上收到的信息进行线性或者非线性的处理，然后转发给下游节点，中间节点扮演着编码器或信号处理器的角色。在网络编码中，源节点间歇地对某一批次的K个原始分组进行随机线性编码并将其发送给目的节点，则称该批次大小为K。源节点持续地传输该批次的编码分组，直到收到目的节点的反馈信息才停止发送该批次的编码分组。当目的节点收到一个编码分组时，判断其是否与已缓存的编码分组线性无关，如线性无关，则将其缓存，该编码分组也称为线性无关编码分组。而目的节点只有缓存任意K个线性无关编码分组方可解码获得原始，且只有这种情况下才会产生反馈分组进行反馈。但在多跳环境下，反馈分组需要在每一跳上与来自源节点持续的分组流进行信道竞争，这将耗费一定的时延。而且，一旦竞争失败，则需等待至少一个编码分组传输时间，而这远大于反馈分组的传输时间。因此，在多跳网络中，传统反馈方式下的反馈分组需要经过较长时延才能到达源节点，导致源节点发送过多冗余的编码分组，浪费有限的带宽资源。
异构网络，是移动自组织网络的下一代，它以移动自组织网络为基础，大大扩展了网络规模，允许单个网络结点同时拥有并使用多种无线通信接口。与采用单一通信手段的同构网络相比，异构网络可以更加灵活地组网，充分利用每种通信网络的优势，获得多方面的收益：可以扩大网络的总体覆盖范围，使网络具有更好的可扩展性；可以平衡网络业务负载，增加系统容量；可以充分利用现有各种网络的资源，提高信道资源利用率；可以提高网络的可用性和可靠性，增强系统的可生存性。异构网络主要应用于应急抢险通信和战场通信等领域。
异构网络的出现为网络编码的性能进一步提升提供了机会。传统的负载均衡技术，是利用异构网络中的多种信道资源有效方式之一。通过传统的负载均衡技术，网络编码的所有业务流均可使用网络中的所有信道进行传输。传输过程中，不同类型的分组所使用的信道是无差别的，即网络编码流中所有的分组均可利用所有信道进行传输。在所有信道传播特性差别不大时，传统的负载均衡技术能有效提高了信道资源利用率，增加了端到端吞吐量。但当异构网络中信道特差别较大时，即一种信道比另外一种信道传播距离远但速率低，如短波信道与wifi信道并存，我们现将传输速率高但距离近的信道称为第一信道，将传输距离远但速率高的信道称为第二信道，传统的负载均衡并不能充分考虑信道特性，不能发挥出各信道资源特点，甚至无法起到改善网络性能作用。例如，在单一网络编码流内，一个编码分组包通过第二信道进行传输所需的时延，要远大于其在第一信道所需的时延。在负载均衡的应用当中，当一个编码分组通过第一信道到达目的节点时，已有足够多的线性无关编码分组通过第一信道到达目的节点，从第二信道到达的编码分组并不能为目的节点带来增益。同时，当一个反馈分组想利用第二信道进行传输时，由于编码分组在该信道传输时需要较大的时延，第二信道将长期被编码分组的传输所占用，因此反馈分组无法及时利用第二信道传播距离远的特性。在这种情况下，网络编码的绝大部分传输由第一信道贡献，而第二信道无法发挥作用。因此，在异构网络中使用传统的负载均衡技术与仅利用第一信道相比，性能差别不大。可见，传统的负载均衡技术并不能在信道特性差别较大的异构网络中有效提升网络编码性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于多跳异构网络网络编码的快速反馈方法，充分利用异构网络中的信道资源，缩短反馈时延。
实现本发明目的的技术方案为：一种适用于多跳异构网络网络编码的快速反馈方法，网络中各节点均拥有两种类型的信道，分别为第一信道和第二信道，所述第一信道的速率高于第二信道，同时第一信道的传播距离小于第二信道；网络中的节点利用网络编码进行消息传输时，源节点和中间节点利用第一信道传输编码分组，目的节点利用第二信道传输反馈分组，设该批次大小为K，该方法具体为：
1)源节点:
S11，将产生的编码分组通过第一信道发送出去；
S12，判断是否从第二信道接收到来自目标节点的反馈分组，若是，进入下一批次消息的传输，否则重复S11，发送该批次的编码分组；
2)中间节点：
S21，从第一信道接收来自上游节点的编码分组；
S22，判断是否需要发送新的编码分组，若是，通过第一信道将本节点产生的新编码分组进行转发，否则重复S21，直至从第二信道接收到目的节点的反馈分组，进入下一批次消息的转发；
3)目的节点：
S31，目的节点从第一信道上接收该批次编码分组；
S32，重复执行S31，直至收到K个线性无关编码分组，利用第二信道发送反馈分组。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：
(1)本发明根据不同的分组特点选择不同传播特性的信道进行传输，使异构网络中信道资源得到充分利用；
(2)本发明利用第二信道传输反馈分组，缩短了反馈分组在传输过程中所耗费的时延，缩短网络编码的端到端时延；
(3)本发明通过缩短反馈分组的端到端时延，减少网络中关于当前批次的冗余传输，提高了信道资源利用率及端到端吞吐量。
附图说明
图1是本发明适用于多跳异构网络网络编码的快速反馈方法的拓扑结构图。
图2是本发明一实施例的拓扑结构图。
图3是本发明一实施例的源节点处理流程图。
图4是本发明一实施例的中间节点处理流程图。
图5是本发明一实施例的目的节点处理流程图。
具体实施方式
结合图1，本发明的一种适用于多跳异构网络网络编码的快速反馈方法，网络中各节点均拥有两种类型的信道，分别为第一信道和第二信道，所述第一信道的速率高于第二信道，同时第一信道的传播距离小于第二信道；网络中的节点利用网络编码进行消息传输时，源节点和中间节点利用第一信道传输编码分组，目的节点利用第二信道传输反馈分组，设该批次大小为K，该方法具体为：
1)源节点:
S11，将产生的编码分组通过第一信道发送出去；
S12，判断是否从第二信道接收到来自目标节点的反馈分组，若是，进入下一批次消息的传输，否则重复S11，发送该批次的编码分组；
2)中间节点：
S21，从第一信道接收来自上游节点的编码分组；
S22，判断是否需要发送新的编码分组，若是，通过第一信道将本节点产生的新编码分组进行转发，否则重复S21，直至从第二信道接收到目的节点的反馈分组，获知目的节点已收到足够的该批次编码分组，进入下一批次消息的转发；
3)目的节点：
S31，目的节点从第一信道上接收该批次编码分组；
S32，重复执行S31，直至收到K个线性无关编码分组，利用第二信道发送反馈分组。
本发明在传输网络编码消息时，能充分考虑异构网络中不同的信道特性，利用不同传播特性的信道传输不同类型的分组。在信道特性差别较大的异构网络中，第一信道相比较于第二信道，具有速率高但传播距离近的特点，而第二信道相比于第一信道，则具有传播距离远但速率低的特性。利用第二信道传输反馈分组，可以大大减少反馈分组应答过程中所需的跳数，减少信道竞争产生的时延；同时，由于反馈分组大小相对较小，即使第二信道速度低，利用其传输反馈分组所需的时延是可接受的。考虑到如果也在第二信道上也传输编码分组，将导致该信道被编码分组长期占用，不利于反馈分组的及时使用，故仍由第一信道信道进行传输。因此，第二信道仅用来传输反馈分组。即，对于反馈分组，目的节点利用第二信道传输反馈分组，缩短反馈时延；而对于编码分组，源节点及中间节点利用第一信道进行传输，避免占用第二信道，同时实现消息的快速传输。
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。此处所举实施例以批次网络编码对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
实施例
在实施例中，采用两种传播特性差别较大的信道——wifi信道和短波信道，分别作为第一信道和第二信道。图2描述的是wifi信道、短波信道共存时的网络拓扑，由于wifi信道比短波信道传输距离近，编码分组从源节点传输到目的节点需要经历多跳才能到达；反馈分组利用的是短波信道，由于其具有较远的传播距离，应答过程中所需的跳数大大减少，大部分节点可在一跳之内到达。
下面结合批次网络编码进行说明，该批次大小为K，具体的实施过程如下：
1)如图3所示，源节点的消息传输过程如下:
11)将产生的编码分组通过wifi信道发送出去；
12)判断是否从短波信道接收到来自目标节点的反馈分组，若是，停止产生及发送该批次的编码分组，进入下一批次消息的传输，否则重复步骤11，发送该批次的编码分组；
2)如图4所示，中间节点的消息传输过程如下：
21)从wifi信道接收来自上游节点的编码分组；
22)判断是否需要发送新的编码分组，若是，通过wifi信道将本节点产生的新编码分组进行转发，否则重复步骤21，直至从短波信道接收到目的节点的反馈分组，获知目的节点已收到足够的该批次编码分组，进入下一批次消息的转发；
3)如图5所示，目的节点的消息传输过程如下：
31)目的节点从wifi信道上接收该批次编码分组；
32)重复执行步骤31，直至收到K个线性无关编码分组，利用短波信道发送反馈分组，实现反馈分组的快速应答。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种适用于多跳异构网络网络编码的快速反馈方法，其特征在于，网络中各节点均拥有两种类型的信道，分别为第一信道和第二信道，所述第一信道的速率高于第二信道，同时第一信道的传播距离小于第二信道；网络中的节点利用网络编码进行消息传输时，源节点和中间节点利用第一信道传输编码分组，目的节点利用第二信道传输反馈分组，设网络编码批次大小为K，该方法具体为：
1)源节点:
S11，将产生的编码分组通过第一信道发送出去；
S12，判断是否从第二信道接收到来自目标节点的反馈分组，若是，进入下一批次消息的传输，否则重复S11，发送该批次的编码分组；
2)中间节点：
S21，从第一信道接收来自上游节点的编码分组；
S22，判断是否需要发送新的编码分组，若是，通过第一信道将本节点产生的新编码分组进行转发，否则重复S21，直至从第二信道接收到目的节点的反馈分组，进入下一批次消息的转发；
3)目的节点：
S31，目的节点从第一信道上接收该批次编码分组；
S32，重复执行S31，直至收到K个线性无关编码分组，利用第二信道发送反馈分组。
2.根据权利要求1所述的适用于多跳异构网络网络编码的快速反馈方法，其特征在于，所述第一信道为wifi信道，所述第二信道为短波信道。
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