CN106411472A - 一种物理层网络编码路由方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的一种物理层网络编码路由方法及装置，涉及网络通信技术。该方法包括：源节点向路由路径上的每个编码节点发送接收模式切换请求报文，以使该编码节点设置为允许接收叠加信号模式。源节点向所述路由路径上的每个所述编码节点的上一跳节点发送模式切换请求报文，使该编码节点的上一跳节点设置为直接发送模式。源节点接收所述路由路径上的每个所述设置为允许接收叠加信号模式的编码节点返回的第一应答报文和每个所述设置为直接发送模式的编码节点的上一跳节点返回的第二应答报文后，源节点通过所述路由路径上的每个所述编码节点向目标节点发送数据。使用该方法能够保证在源节点的多条范围内进行物理层的网络编码。

Description

一种物理层网络编码路由方法及装置

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，具体而言，涉及一种物理层网络编码路由方法及应用该物理层网络编码路由方法的装置。

背景技术

无线传感网是由部署在监测区域内的大量传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个无线、多跳、自组织网络，其目的是将网络覆盖区域内的感知对象的信息发送给观察者。人们可通过无线传感网直接感知客观世界，扩展了现有网络的功能和人类认识世界的能力。近年来，随着物联网技术越发受到人们的重视，作为物联网关键技术之一的无线传感网技术，已经成为当前网络研究领域的一个研究热点。无线传感网具有准确、灵活、易于部署等优良特性，具有广阔的应用前景。无线传感网中节点一般工作在无人值守环境中，且基本采用电池供电，可携带能量少且难以进行能量补充。而无线传感网路由协议直接涉及网络中的数据传输和大部分能耗，直接关系到网络的生存时间。采用网络编码后可以明显的减少数据传输次数提高网络吞吐量。此外，现有研究成果表明在100米的无线链路上传输1K比特的数据和处理器(Central Processing Unit，CPU)执行3M比特的指令所消耗的能量相当。即引入网络编码所带来的计算能量开销，与其节省数据传输次数所节约的能量相比可忽略。因此，网络编码技术非常适合于应用到无线传感网中。

目前无线传感网路由的网络编码的分为网络层网络编码和物理层网络编码。其中的网络层网络编码普遍采用的普通的冲突避免硬件地址(Media Access Control，MAC)层协议，相互处于对方发送范围内的两个节点不允许同时发送，否则视为发生干扰。发生干扰的信息将被节点丢弃，使用该编码方法无法做到良好的节能。物理层网络编码，利用电磁波的叠加特性，将无线电磁波在空间的自然叠加看作信号的编码过程，即等效为物理层的网络编码过程，在接收端通过译码获取所需信息；物理层网络编码的编解码仅能在编码节点及其前后1跳范围内实施，导致物理层网络编码的编码机会较少。所以在采用物理层进行编码的时候难以达到对多个节点进行编码操作，无法有效的节能路由。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种物理层网络编码路由方法，使用该方法能够对一段路由中的多个节点进行物理层的网络编码，以此进行有效的节能路由。

本发明实施例的另一目的在于提供一种应用上述物理层网络编码路由方法的物理层网络编码路由装置，该装置能够在路由时进行多个节点的物理层网络编码，实现节能路由。

本发明的实施例是这样实现的：

一种物理层网络编码路由方法，包括：源节点向路由路径上的每个编码节点发送接收模式切换请求报文，以使该编码节点将接收工作模式设置为允许接收叠加信号模式；所述源节点向所述路由路径上的每个所述编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点发送模式切换请求报文，以使该编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点的发送工作模式设置为直接发送模式；所述源节点接收所述路由路径上的每个所述设置为允许接收叠加信号模式的编码节点返回的第一应答报文和每个所述设置为直接发送模式的编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点返回的第二应答报文；所述源节点通过所述路由路径上的每个所述编码节点向目标节点发送数据。

一种物理层网络编码路由装置，包括：接收模式切换模块，用于源节点向路由路径上的每个编码节点发送接收模式切换请求报文，以使该编码节点将接收工作模式设置为允许接收叠加信号模式；发送模式切换模块，用于所述源节点向所述路由路径上的每个所述编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点发送模式切换请求报文，以使该编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点的发送工作模式设置为直接发送模式；模式调整应答接收模块，用于接收所述源节点接收所述路由路径上的每个所述设置为允许接收叠加信号模式的编码节点返回的第一应答报文和每个所述设置为直接发送模式的编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点返回的第二应答报文；数据发送模块，用于所述源节点通过所述路由路径上的每个所述编码节点向目标节点发送数据。

本发明实施例提供的一种物理层网络编码路由方法，该方法通过源节点向路由路径上的每个编码节点发送接收模式切换的报文，以将变编码节点的接收工作模式设置为允许接收叠加信号模式。这样编码节点就可以同时的接收多个信号；同时该编码节点在改变接收模式之后向源节点返回第一应答报文。源节点还向路由路径上的每个编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点(参与编码的上跳节点)发送发送模式切换请求报文，以将编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点的发送模式改为直接发送模式，即允许节点不经信道监听直接向无线信道发送数据；同时该编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点在将发送模式改变之后，生成并向源节点返回第二应答报文。在源节点接收到第一应答报文和第二应答报文的时候，就表明编码节点和该编码节点的上一条节点的工作模式都设置完毕。源节点通过路由路径向目的节点发送数据，在通过编码节点的时候就可以将多条路径上的数据进行物理层网络编码，最终通过各个中间节点(包括编码节点)将信息发送到目的节点。可以使用该方法将该路由路径上的各处编码节点的数据信息进行物理层的网络编码操作，即实现了多跳范围内的物理层网络编码。而物理层编码是允许同时接收数据和同时发送数据，节省了数据的传输次数和时隙，最后达到节能路由的目的，延长了网络的生存时间。

本发明实施例还提供的一种物理层网络编码路由装置，该装置使用接收模式切换模块，向每个编码节点发送接收模式切换请求报文，并使编码节点的接收工作模式设置为允许接收叠加信号模式。同时发送模式切换模块，用于源节点向所述路由路径上的每个所述编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点(参与编码的上跳节点)发送模式切换请求报文，以使该编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点的发送工作模式设置为直接发送模式，这样就不用进行信道监听直接的向下一节点(即编码节点)发送信号。然后模式调整应答接收模块，接收到所述源节点接收所述路由路径上的每个所述设置为允许接收叠加信号模式的编码节点返回的第一应答报文和每个所述设置为直接发送模式的编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点返回的第二应答报文之后，数据发送模块就向目的节点发送数据，发送的数据将通过路由路径上的多个编码节点进行物理层网络编码。以此实现多跳范围内的物理层网络编码，达到节能路由的目的，延长了网络的生存时间。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明较佳实施例提供的一种物理层网络编码路由设备的方框示意图。

图2为本发明第一实施例提供的一种物理层网络编码路由方法的流程图。

图3为本发明第一实施例提供的路由节点的工作模式设定的跨层交互的原理图。

图4为本发明第一实施例提供的在编码节点处存储转发方式、网络层网络编码方式和物理层网络编码方式的三种转发方式的对比图。

图5为本发明第二实施例提供的一种物理层网络编码路由方法的流程图。

图6为本发明第二实施例提供的链型拓扑原理示意图。

图7为本发明第二实施例提供的交叉型拓扑原理示意图。

图8为本发明第三实施例提供的一种物理层网络编码路由方法的流程图。

图9为本发明第三实施例提供的一种物理层网络编码路由方法的原理示意图。

图10为发明第三实施例提供的在3号节点进行物理层编码的路由结构示意图。

图11为发明第四实施例提供的一种物理层网络编码路由装置的功能模块示意图。

图12为发明第五实施例提供的一种物理层网络编码路由装置的功能模块示意图。

图标：101-存储器；102-存储控制器；103-处理器；104-外设接口；105-输入输出单元；106-显示单元；100-物理层网络编码路由装置；110-接收模式切换模块；120-发送模式切换模块；130-模式调整应答接收模块；140-数据发送模块；200-物理层网络编码路由装置；210-请求模块；220-请求应答接收模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，是所述物理层网络编码路由设备的方框示意图。所述物理层网络编码路由设备包括物理层网络编码路由装置、存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、输入输出单元105、显示单元106。

所述存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、输入输出单元105、显示单元106各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述XXX系统/装置包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器101中或固化在所述XXX终端设备的操作系统(operating system，OS)中的软件功能模块。所述处理器103用于执行存储器101中存储的可执行模块，例如所述XXX系统/装置包括的软件功能模块或计算机程序。

其中，存储器101可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器101用于存储程序，所述处理器103在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的服务器所执行的方法可以应用于处理器103中，或者由处理器103实现。

处理器103可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器103可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器103也可以是任何常规的处理器103等。

所述外设接口104将各种输入/输入装置耦合至处理器103以及存储器101。在一些实施例中，外设接口104，处理器103以及存储控制器102可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。

输入输出单元105用于提供给用户输入数据实现用户与所述服务器(或本地终端)的交互。所述输入输出单元105可以是，但不限于，鼠标和键盘等。

显示单元106在所述服务器(或本地终端)与用户之间提供一个交互界面(例如用户操作界面)或用于显示图像数据给用户参考。在本实施例中，所述显示单元106可以是液晶显示器或触控显示器。若为触控显示器，其可为支持单点和多点触控操作的电容式触控屏或电阻式触控屏等。支持单点和多点触控操作是指触控显示器能感应到来自该触控显示器上一个或多个位置处同时产生的触控操作，并将该感应到的触控操作交由处理器103进行计算和处理。

第一实施例

请参阅图2，是本发明较佳实施例提供的应用于图2所示的物理层网络编码路由设备的一种物理层网络编码路由设备方法的流程图。下面将对图2所示的具体流程进行详细阐述。

步骤S11，源节点向路由路径上的每个编码节点发送接收模式切换请求报文。

在该步骤S11中，源节点向路由路径上的每个编码节点发送接收模式切换请求报文(Receive Mode Switch Request，RMSREQ)，以使该编码节点将接收工作模式设置为允许接收叠加信号模式，其中源节点为信息或数据发送的节点。路由路径是指从源节点传输数据到目的节点所经过的路径。具体的，源节点向路由路径上指定的物理层网络编码节点(即编码节点)，创建一个RMSREQ。RMSREQ报文保存有编码节点的标识号(Identification，ID)，并沿着确定好的路由路径传送到编码节点。

其中，编码节点的可由具有网络层网络编码的机会确定(网络层网络编码的机会也即物理层网络编码的机会)，即需找具有网络层网络编码机会的节点。编码节点的数量可以有一个或者多个。

编码节点在收到RMSREQ报文后，网络层和媒体介入控制层(Media AccessControl，MAC)进行跨层交互，将其接收工作模式设置为允许接收叠加信号模式，即允许接收多个节点同时发送而产生的叠加信号，并将该叠加信号存储并无线发送出去。

步骤S12，所述源节点向所述路由路径上的每个所述编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点发送模式切换请求报文。

在该步骤S12中，源节点向所述路由路径上的每个所述编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点发送模式切换请求报文(Send Mode Switch Request，SMSREQ)，以使该编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点的发送工作模式设置为直接发送模式。具体的，源节点向路由路径上指定的参与编码的编码节点的每个数据流中编码节点的上一跳节点，创建一个SMSREQ。每个SMSREQ报文中保存有对应数据流中编码节点上一跳节点的标识号。SMSREQ将沿着路由路径以及路由表进行转发到达。

参与编码数据流中编码节点上一跳节点收到SMSREQ报文，网络层和MAC(MediaAccess Control)层进行跨层交互，将其工作模式设置为直接发送模式，即允许节点不经信道监听直接向无线信道发送数据。在本实施例中，由步奏S11和步骤S12共同实现多条范围内物理层网络编码的目的。

请参阅图3，该图示出了跨层交互的原理。其中包括了能够层间交互的应用层、传输层、网络层(路由层)、数据链路层和物理层。跨层交互时，在网络层发现具有网络物理层编码机会的编码节点。然后对该节点，以及在该节点参与数据流编码的上一跳节点进行工作模式的切换，即将编码节点工作模式设置为允许接收叠加信号模式，将在该节点参与数据流编码的上一跳节点的工作模式设置为直接发送模式。最后实现在物理层进行网络编码的目的。

请参照图4，该图为1号节点和3号节点相互发送P1和P2数据流经过中间2号节点时2号节点进行转发的方式对比图。分别有(A)存储转发方式，不允许同时接收和转发，该方式需要经历时隙1、时隙2、时隙3和时隙4；(B)网络层网络编码方式，不允许同时接收，该方式需要经历时隙1、时隙2和时隙3；(C)物理层网络编码方式，允许同时接收和转发，该方式只需要经历时隙1和时隙2，且传输次数最少。由此可以看出进行物理层网络层编码进行转发时是最节省时间，步骤最少的。在数据的传输过程中就可以有效的的节约传感网的各节点的电量消耗。

步骤S13，所述源节点接收所述路由路径上返回的第一应答报文和第二应答报文。

该步骤S13中，第一应答报文为所述源节点接收所述路由路径上的每个所述设置为允许接收叠加信号模式的编码节点返回的第一应答报文，即该物理层网络编码节点向源节点返回接收模式切换确认报文(Receive Mode Switch ACKnowledgement，RMS-ACK)；第二应答报文为每个所述设置为直接发送模式的编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点返回的第二应答报文，即编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点向源节点返回发送模式切换确认报文(Send Mode Switch ACKnowledgement，SMS-ACK)。当源节点接收到两个确认报文(第一应答报文和第二应答报文)之后可确定编码节点和在该编码节点参与数据流编码的对应的上一跳节点的工作模式都已设置就绪。

步骤S14，所述源节点通过所述路由路径上的每个所述编码节点向目标节点发送数据。

步骤S14中，源节点在接受到第一应答报文和第二应答报文之后，开始向目的节点发送数据。所发送的数据沿路由路径并经过各个编码节点(一个或多个)进行物理层网络编码，最后到达目的节点。

需要说明的是步骤S11和步骤S12的先后顺序不作限制。

第二实施例

请参照图5，该图示出了本实施例的提供的一种物理层网络编码的方法流程图。与第一实施例不同的是，在本实施例中步骤S11之前还包括：

步骤S101a，所述源节点通过中间节点向目的节点发送带有目的节点标识号的请求报文。

在该步骤S101a中，所述的带有目的节点的标识号的请求报文，可以由源节点同时发出多个；或者有源节点发出一个，然后通过中间节点对请求报文的复制转发，最后由不同的路径到达目的节点，即目的节点在一段阈值时间内接收到多个请求报文，超过阈值时间到达的请求报文都将被遗弃，以此保证能够选出最佳的数据传输路径。而目的节点接收到的多个请求报文在经过其采集路径时，所经过的中间节点信息都将存储至对应的请求报文中，若网络中间节点如果不是目的节点，在收到请求报文后将转发出去。当到达目的节点之后，目的节点的邻居节点信息也将存储至该请求报文中。

所述的中间节点信息包括：所述请求报文从上跳节点到当前节点之间无线链路的期望传输值(Expected Transmission Count，ETX)，中间节点的标识号和中间节点的邻居节点的标识号。目的节点的邻居节点信息包括：所述目的节点的邻居节点标识号、目的节点的上跳节点到目的节点的链路的期望传输值(Expected Transmission Count，ETX)。

步骤S102a，所述源节点接收所述目的节点生成的并按对应的所述采集路径返回的多个第三应答报文。

在该步骤S102a中，目的节点在阈值时间内接收到的源节点发出的请求报文后，将创建对应的第三应答报文。目的节点将请求报文存储的中间节点信息以及目的节点的邻居节点信息复制到路由应答报文中。每个第三应答报文按照对应的请求报文的采集路径，并沿着相反方向，向路由源节点返回，所述源节点接收该目的节点返回的第三应答报文。

在第三应答报文返回的过程中，每到达一个中间节点，该中间节点将依据基本网络编码拓扑，判断该路由与流经当前节点的其他数据流是否存在网络编码机会。

如图6所示，为链型拓扑，其中节点1经过多个中间节点向节点n传输数据，节点n经过多个中间节点向节点1传输数据，在C1节点相遇进行网络编码。如图7所示，为交叉型拓扑，m1节点通过多个中间节点向mf节点传输数据，n1节点通过多个中间节点向nf节点传输数据，在C2节点处可进行网络编码。

如果不存在编码机会，则第三应答报文被转发到下一跳节点。如果存在编码机会，将第三应答报文对应当前节点的信息进行标记，以表示其存在编码机会，并将该存在编码机会的中间节点的标识号、需要监听的节点的标识号和路由中当前节点的上跳节点的标识号ID添加到第三应答报文中相应的字段内。

第三实施例

请参照图8，该图为本实施例提供的一种物理层网络编码路由方法的流程图。在本实施例中提供的一种物理层网络编码路由方法与第一实施例和第二实施例不同的是，在步骤S11之前还包括：

步骤S101b，根据链路的期望传输值，修改部分链路的期望传输值。

在该步骤S101b中，所述源节点根据各个所述采集路径上所述请求报文从上跳节点到当前节点之间无线链路的期望传输值和对应的所述目的节点的上跳节点到目的节点的链路的期望传输值，将所述采集路径上编码节点为出发点的链路的期望传输值记为0，以编码节点为终点的链路的期望传输值记为1，其他链路的期望传输值不变。需要说明的是，存储在请求报文中的无线链路的期望传输值在目标节点被复制到第三应答报文，并返回给源节点，由源节点获取到。

步骤S102b，所述源节点根据所述链路的期望传输值获取路径上各条链路的期望传输值的和，将所述期望传输值的和作为路径开销。

步骤S103b，将路径的开销最小的路径作为路由路径。

该步骤S103b中，路径开销最小时，可以使由源节点传送的数据和到达目的节点时的代价最小。使整个路由过程更加的节能，以延长传感网络的生存时间。同时，源节点还获取从开销最小的路径上返回的所述第三应答报文记录的编码节点标识号、编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点的标识号和需要监听节点的标识号。以此，可准确的定位需要进行工作模式设定的中间节点，并对其进行工作模式的设置。

为了读者能够更好的理解本方案。请参照图9，该图是本发明实施例提供的一种物理层网络编码路由方法的原理示意图。首先由源节点处发出路由请求(即上述的带有目的节点的请求报文)，同时由路由请求进行路径发现，并保存路径信息。

然后在目的节点接收到路由请求之后，目的节点对相应的请求报文做出反向的路由应答，在路由应答的过程中确定网络层网络编码节点，以此确定物理层网络编码节点，并同时记录在该节点参与编码数据流的上跳节点。在源节点进行路径代价(路径开销)的计算，并选择代价最小的路径，然后根据跨层协作机制对路径代价最小的路径上的编码节点进行工作模式设置，设置为允许接收叠加信号的模式；对在编码节点参与编码数据流的上跳节点进行工作模式设定，设置为允许不监测信道直接发送数据的模式。最后完成在编码节点的网络层编码，达到节能路由的目的。

本发明实施例提供一种实施方式，请参照图10，本图中有编号为1、2、3、4、5、6、7、8、9的九个节点(下面以对应节点1、节点2、节点3、节点4、节点5、节点6、节点7、节点8和节点9)，该网络中在初始阶段存在一个流经编号为1、2、3、4、5的五个节点的数据流1。此时，当节点6(源节点)有向节点9(目的节点)发送数据的请求，节点6向节点9发送带有节点9标识号的请求报文探寻路由。

最终节点6收到节点9返回的多个第三应答报文，但经过路径开销的结算，选择开销最小的路径6、7、3、8、9作为最终路由，形成数据流2。依据基本网络编码拓扑结构，发现数据流1和数据流2构成了交叉性编码拓扑结构，从而在节点3存在网络层网络编码机会，也即在节点3存在物理层网络编码机会，节点2和节点7需要进行监听，数据流1和数据流2的编码节点的上跳节点分别为节点2和节点7，这些信息保存在节点6收到的第三应答报文中。

节点6创建1个接收模式切换请求报文RMSREQ，其目的节点为3。

节点3收到RMSREQ报文后，依据图3给出的跨层机制，将其接收工作模式进行设置，设置为允许接收多节点发送的冲突叠加信号。完成接收工作模式设定后，节点3返回RMS-ACK报文给节点6。

节点6创建2个发送模式切换请求报文SMSREQ，其目的节点分别为2和7。

节点2和节点7收到SMSREQ报文后，根据图3给出的跨层机制，将其发送工作模式进行设置，设置为允许不经载波冲突监测，直接将信息发送出去。完成发送工作模式设定后，节点2和节点7返回SMS-ACK报文给节点6。

节点6在收到节点3返回的RMS-ACK报文，节点2和节点7返回的SMS-ACK报文后，将路径6、7、3、8、9作为路由，更新路由表，开始节点9发送数据。最终在节点9接收到经过编码的数据流，并通过监听节点的信号进行解码，获得节点6发送的信号。

至此，节点6建立了到节点9的物理层网络编码感知路由，通过网络层网络编码感知，发现在节点3存在网络层网络编码，并在节点3处实施物理层网络编码。

如果不在网络层实施网络编码发现，在节点3将无法发现物理层网络编码机会。因此，物理层网络编码感知的无线传感网节能路由，将网络层网络编码机会感知和物理层网络编码相结合，可以发现多跳范围内的物理层网络编码机会，增加物理层网络编码机会、减少数据传输次数，减少数据传输时隙、节约网络能量消耗，延长网络生存时间。

第四实施例

请参照图11，本实施中提供一种应用上述实施例的物理层网络编码路由方法的物理层网络编码路由装置100。图11示出了该物理层网络编码路由装置100的功能模块示意图。所述物理层网络编码路由装置100包括：

接收模式切换模块110，用于源节点向路由路径上的每个编码节点发送接收模式切换请求报文，以使该编码节点将接收工作模式设置为允许接收叠加信号模式。

发送模式切换模块120，用于所述源节点向所述路由路径上的每个所述编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点发送模式切换请求报文，以使该编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点的发送工作模式设置为直接发送模式。

模式调整应答接收模块130，用于接收所述源节点接收所述路由路径上的每个所述设置为允许接收叠加信号模式的编码节点返回的第一应答报文和每个所述设置为直接发送模式的编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点返回的第二应答报文。

数据发送模块140，用于所述源节点通过所述路由路径上的每个所述编码节点向目标节点发送数据。

第五实施例

请参照图12，与实施例4不同的是，本实施例中提供的一种物理层网络编码路由装置200，还包括：

请求模块210，用于所述源节点通过中间节点向目的节点发送带有目的节点标识号的请求报文，以使目的节点的邻居节点信息以及每个采集路径上的所有中间节点信息存储至对应的所述请求报文中；

请求应答接收模块220，用于所述源节点接收所述目的节点的根据多个所述请求报文中存储的对应采集路径上的所有中间节点信息以及所述目的节点的邻居节点信息生成的并按对应的所述采集路径返回的多个第三应答报文。

综上所述，本发明实施例提供的一种物理层网络编码路由方法及装置，该方法通过源节点向路由路径上的每个编码节点发送接收模式切换的报文，以将变编码节点的接收工作模式设置为允许接收叠加信号模式。这样编码节点就可以同时的接收多个信号；同时该编码节点在改变接收模式之后向源节点返回第一应答报文。源节点还向路由路径上的每个编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点(参与编码的上跳节点)发送发送模式切换请求报文，以将编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点的发送模式改为直接发送模式，即允许节点不经信道监听直接向无线信道发送数据；同时该编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点在将发送模式改变之后，生成并向源节点返回第二应答报文。在源节点接收到第一应答报文和第二应答报文的时候，就表明编码节点和该编码节点的上一条节点的工作模式都设置完毕。源节点通过路由路径向目的节点发送数据，在通过编码节点的时候就可以将多条路径上的数据进行物理层网络编码，最终通过各个中间节点(包括编码节点)将信息发送到目的节点。可以使用该方法将该路由路径上的各处编码节点的数据信息进行物理层的网络编码操作，即实现了多跳范围内的物理层网络编码。而物理层编码是允许同时接收数据和同时发送数据，节省了数据的传输次数和时隙，最后达到节能路由的目的，延长了网络的生存时间。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种物理层网络编码路由方法，其特征在于，包括：

源节点向路由路径上的每个编码节点发送接收模式切换请求报文，以使该编码节点将接收工作模式设置为允许接收叠加信号模式；

所述源节点向所述路由路径上的每个所述编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点发送模式切换请求报文，以使该编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点的发送工作模式设置为直接发送模式；

所述源节点接收所述路由路径上的每个所述设置为允许接收叠加信号模式的编码节点返回的第一应答报文和每个所述设置为直接发送模式的编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点返回的第二应答报文；

所述源节点通过所述路由路径上的每个所述编码节点向目标节点发送数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的源节点向路由路径上的每个编码节点发送接收模式切换请求报文，以使该编码节点将接收工作模式设置为允许接收叠加信号模式的步骤之前，还包括：

所述源节点通过中间节点向目的节点发送带有目的节点标识号的请求报文，以使目的节点的邻居节点信息以及每个采集路径上的所有中间节点信息存储至对应的所述请求报文中；

所述源节点接收所述目的节点的根据多个所述请求报文中存储的对应采集路径上的所有中间节点信息以及所述目的节点的邻居节点信息生成的并按对应的所述采集路径返回的多个第三应答报文。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述中间节点信息包括：所述请求报文从上跳节点到当前节点之间无线链路的期望传输值，中间节点的标识号和中间节点的邻居节点的标识号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述目的节点的邻居节点信息包括：

所述目的节点的邻居节点标识号、目的节点的上跳节点到目的节点的链路的期望传输值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述源节点向路由路径上的每个编码节点发送接收模式切换请求报文，以使该编码节点将接收工作模式设置为允许接收叠加信号模式的步骤之前，还包括：

所述源节点根据各个所述采集路径上所述请求报文从上跳节点到当前节点之间无线链路的期望传输值和对应的所述目的节点的上跳节点到目的节点的链路的期望传输值，将所述采集路径上编码节点为出发点的链路的期望传输值记为0，以编码节点为终点的链路的期望传输值记为1，其他链路的期望传输值不变；

所述源节点根据所述链路的期望传输值获取路径上各条链路的期望传输值的和，将所述期望传输值的和作为路径开销；

将路径的开销最小的路径作为路由路径。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述源节点从多个所述第三应答报文获取编码节点标识号的步骤具体包括：

源节点获取从开销最小的路径上返回的所述第三应答报文记录的编码节点标识号、编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点的标识号和需要监听节点的标识号。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的所述源节点接收所述目的节点的根据多个所述请求报文中存储的对应采集路径上的所有中间节点信息以及所述目的节点的邻居节点信息生成的并按对应的所述采集路径返回的多个第三应答报文的步骤，包括：

所述源节点接收多个由中间节点依据基本网络编码拓扑判断出自身为编码节点时，将自身的标识号和邻居节点的标识号存储进去的第三应答报文。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的所述源节点接收所述目的节点的根据多个所述请求报文中存储的对应采集路径上的所有中间节点信息以及所述目的节点的邻居节点信息生成的并按对应的所述采集路径返回的多个第三应答报文的步骤，还包括：

所述源节点接收所述目的节点根据预设的阈值时间内接收到的多个所述请求报文对应生成的所述第三应答报文。

9.一种物理层网络编码路由装置，其特征在于，包括：

接收模式切换模块，用于源节点向路由路径上的每个编码节点发送接收模式切换请求报文，以使该编码节点将接收工作模式设置为允许接收叠加信号模式；

发送模式切换模块，用于所述源节点向所述路由路径上的每个所述编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点发送模式切换请求报文，以使该编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点的发送工作模式设置为直接发送模式；

模式调整应答接收模块，用于接收所述源节点接收所述路由路径上的每个所述设置为允许接收叠加信号模式的编码节点返回的第一应答报文和每个所述设置为直接发送模式的编码节点对应每个参与编码的数据流的上一跳节点返回的第二应答报文；

数据发送模块，用于所述源节点通过所述路由路径上的每个所述编码节点向目标节点发送数据。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：

请求模块，用于所述源节点通过中间节点向目的节点发送带有目的节点标识号的请求报文，以使目的节点的邻居节点信息以及每个采集路径上的所有中间节点信息存储至对应的所述请求报文中；

请求应答接收模块，用于所述源节点接收所述目的节点的根据多个所述请求报文中存储的对应采集路径上的所有中间节点信息以及所述目的节点的邻居节点信息生成的并按对应的所述采集路径返回的多个第三应答报文。