CN118042551A - 基于梯度信息的多路径数据传输方法及装置 - Google Patents

基于梯度信息的多路径数据传输方法及装置 Download PDF

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CN118042551A CN202410092741.0A CN202410092741A CN118042551A CN 118042551 A CN118042551 A CN 118042551A CN 202410092741 A CN202410092741 A CN 202410092741A CN 118042551 A CN118042551 A CN 118042551A
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Abstract

本发明公开了一种基于梯度信息的多路径数据传输方法及装置，应用于无线自组网络中的本地节点中，无线自组网络中还包括与本地节点通信连接的多个远端节点，多个远端节点中包括源节点和目标节点，基于梯度信息的多路径数据传输方法包括：建立和维护与多个远端节点预定义的梯度信息表；接收源节点发送的业务数据，并根据第一预设条件判断是否满足转发数据的梯度约束关系；若满足梯度约束关系，并根据第二预设条件判断是否满足本地约束关系；若满足本地约束关系，向目标节点转发业务数据。借此，本发明的基于梯度信息的多路径数据传输方法，提高了单播传输的可靠性，提供了不同质量的传输服务，并支持动态调整，且有效降低了数据端到端的传输时延。

Description

基于梯度信息的多路径数据传输方法及装置
技术领域
本发明实施例涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于梯度信息的多路径数据传输方法及装置。
背景技术
路由协议是移动自组网中多跳数据分组转发的依据，灵活、可靠的路由是网内数据及时、可靠传输的必要保障，也是网络可扩展性的重要影响因素。路由协议的基本原则是，通过各种手段获得到达目的节点的精确路径或者明确的下一跳节点，并在数据传输过程中使用获得的路径或者下一跳节点传递信息。
然而，当节点移动或者传输环境变化造成网络拓扑快速变化时，这种变化信息很难在有限开销下快速传递到远处，造成网络节点收集的多跳外的远处拓扑信息不可靠，从而造成网络节点本地维护的拓扑信息与实际拓扑情况不符等问题。该问题使得路由协议确定的精确路径或者明确的下一跳节点不可靠，从而导致数据传输失败或传输时延增大，甚至无法满足业务传输的需求。
发明内容
本发明实施例提供一种基于梯度信息的多路径数据传输方法及装置，其提高了单播传输的可靠性，提供了不同质量的传输服务，并支持动态调整，且有效降低了数据端到端的传输时延。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于梯度信息的多路径数据传输方法，应用于无线自组网络中的本地节点中，所述无线自组网络中还包括与所述本地节点通信连接的多个远端节点，其中，所述多个远端节点中包括源节点和目标节点，所述基于梯度信息的多路径数据传输方法包括：
建立和维护与所述多个远端节点预定义的梯度信息表；
接收所述源节点发送的业务数据，并根据第一预设条件判断是否满足转发数据的梯度约束关系；
若满足所述梯度约束关系，并根据第二预设条件判断是否满足本地约束关系；
若满足所述本地约束关系，向所述目标节点转发所述业务数据。
在本发明的一实施方式中，所述建立和维护与所述多个远端节点预定义的梯度信息表包括：
周期性的向所述多个远端节点发送本地拓扑消息；
侦听接收所述多个远端节点发送的远端拓扑消息；
根据所述远端拓扑消息建立与各邻居远端节点的梯度信息，生成所述梯度信息表。
在本发明的一实施方式中，所述第一预设条件为：
Grad(S,X)+Grad(X,D)≤Grad(S,D)
其中，Grad(S,X)表示节点S到节点X的梯度，Grad(X,D)表示节点X到节点D的梯度，Grad(S,D)表示节点S到节点D的梯度，S表示源节点，X表示本地节点，D表示目标节点。
在本发明的一实施方式中，所述第二预设条件为Con_ResAlloc＝1，且Con_Willing＝1，且Con_Fwd＝1；
其中，Con_ResAlloc为资源分配条件，Con_Willing为节点负载条件，Con_Fwd为传输信息条件。
第二方面，本发明提供了一种基于梯度信息的多路径数据传输装置，应用于无线自组网络中的本地节点中，所述无线自组网络中还包括与所述本地节点通信连接的多个远端节点，其中，所述多个远端节点中包括源节点和目标节点，所述基于梯度信息的多路径数据传输装置包括：建立维护模块、第一判断模块、第二判断模块以及转发模块。建立维护模块用于建立和维护与所述多个远端节点预定义的梯度信息表；第一判断模块用于接收所述源节点发送的业务数据，并根据第一预设条件判断是否满足转发数据的梯度约束关系；第二判断模块用于若满足所述梯度约束关系，并根据第二预设条件判断是否满足本地约束关系；转发模块用于若满足所述本地约束关系，向所述目标节点转发所述业务数据。
在本发明的一实施方式中，所述建立维护模块包括：发送单元、侦听接收单元以及生成单元。发送单元用于周期性的向所述多个远端节点发送本地拓扑消息；侦听接收单元用于侦听接收所述多个远端节点发送的远端拓扑消息；以及生成单元用于根据所述远端拓扑消息建立与各邻居远端节点的梯度信息，生成所述梯度信息表。
在本发明的一实施方式中，所述第一预设条件为：
Grad(S,X)+Grad(X,D)≤Grad(S,D)
其中，Grad(S,X)表示节点S到节点X的梯度，Grad(X,D)表示节点X到节点D的梯度，Grad(S,D)表示节点S到节点D的梯度，S表示源节点，X表示本地节点，D表示目标节点。
在本发明的一实施方式中，所述第二预设条件为Con_ResAlloc＝1，且Con_Willing＝1，且Con_Fwd＝1；
其中，Con_ResAlloc为资源分配条件，Con_Willing为节点负载条件，Con_Fwd为传输信息条件。
第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；
其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上所述的基于梯度信息的多路径数据传输方法。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，包括计算机程序和指令，当所述计算机程序或所述指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行如上所述的基于梯度信息的多路径数据传输方法。
与现有技术相比，根据本发明的基于梯度信息的多路径数据传输方法及装置，具有如下有益效果：
1、本发明通过分布式路径选择方式，充分利用了多路径的分集能力，提高了单播传输的可靠性；
2、本发明可以通过调整转发数据的本地约束关系，提供不同质量的传输服务，并支持动态调整；
3、本发明依据多个备选中继节点结合预分配资源信息，可以由时延最短的节点将数据传输到目的节点，有效降低了数据端到端传输时延；
4、本发明可以依据接收节点本地缓存大小等参数确定数据转发操作，支持负载均衡，有效提升了网络传输能力。
附图说明
图1是本发明实施例一中的一种基于梯度信息的多路径数据传输方法的流程示意图；
图2是本发明实施例二中的一种基于梯度信息的多路径数据传输装置的结构示意图；
图3是本发明实施例三中的一种电子设备的结构示意图；
图4是本发明一具体实施例的基于梯度信息的多路径数据传输方法的流程示意图；
图5是本发明一具体实施例的节点之间的梯度示意图；
图6是本发明一具体实施例的梯度信息建立和维护的流程示意图；
图7是本发明一具体实施例的数据分组转发的流程示意图；
图8是本发明一具体实施例的节点拓扑的示意图；
图9是本发明一具体实施例的传输路径的示意图；
图10是本发明一具体实施例的自愈分配情况的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明实施例作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明实施例，而非对本发明实施例的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明实施例相关的部分而非全部结构。
为了方便理解，首先将本发明各实施例的主要实现构思进行简单表述。
移动自组网因其无需基础设施支持、组网灵活、抗毁性强、建网速度快等特性广泛应用于军事和民用通信领域。而由于无线通信设备配置和能量等因素影响，节点发送功率受限，通信覆盖范围有限，基本达不到全网范围覆盖。因此，移动通信系统中数据传输通常需要通过多跳转发，多跳数据转发需根据路由协议的路由信息确定数据的分组转发操作。而随着节点不断移动，加上通信环境的影响，节点之间的链路质量和可用传输路径不断变化。因此，合适的路径选择算法是数据及时、可靠传输的必要保障，也是网络可扩展性的重要影响因素。
无线路由协议有很多种分类方式，按照路由建立方式，路由协议可分为主动路由协议、按需路由协议和混合路由协议。
主动路由协议又称为表驱动路由协议。该类路由协议中，节点通过定期的路由信息交换来维持和更新一张关于网络拓扑和各个节点信息的路由表。主动路由协议中，节点无需考虑数据传输需求，主动建立和维护到达网内其他所有节点的路由信息表。节点周期性发送本地拓扑信息，并根据接收到的信息及时更新本地路由表，以维护及时、准确的路由信息。不同主动路由协议的区别在于拓扑更新消息在网络中传播的方式和需要存储的表的类型不同。主动路由协议不断地检测网络拓扑和链路质量的变化，根据这些变化更新路由表，因此路由表可以准确地反映网络的拓扑结构。
主动路由协议中，有业务传输需求的节点可直接根据路由表进行数据传输，不需要额外的路由建立等待时间，适合有实时QoS要求的网络通信。常见的主动路由协议包括目的序列距离矢量(Destination Sequenced Distance Vector，DSDV)、无线路由协议(Wireless Routing Protocol，WRP)、鱼眼状态路由(Fisheye State Routing，FSR)、优化链路状态路由(Optimized Link State Routing，OLSR)等。
主动路由协议的缺点在于维护路由表的开销较大。随着网络规模增大以及拓扑变化加剧，大量的路由控制信息易引发广播风暴，占用大量资源带宽，降低网络资源利用率。
按需路由协议又称为反应式路由协议。与主动路由协议不同的是，按需路由仅在需要路由时才发起创建，即有业务传输需求时，才会建立并维护源节点到目的节点之间的路由，而不需要维护到网内所有节点路由。
通常，按需路由协议包括三个过程：路由发现过程、路由维护过程和路由删除过程。当一个节点需要到目的节点路由时，通常采用洪泛的方式向相邻节点发送路由请求信息，中间节点根据协议的具体机制进行部分或全部转发，直到目的节点收到该请求信息。然后，目的节点根据请求信息选择一条合适的路径反向转发路由应答信息，当源节点收到应答信息后，路由建立完毕。发现路由后，开始传输数据，同时进入路由维护过程，该过程中，一般依靠底层提供的链路失效检测机制触发，当检测到路径上的某个链路发生中断时，启动路由维护机制。而当数据传输完毕，进入路由删除过程，即通过路由删除信息主动将路由取消。
按需路由协议只在有需要时才发起路由请求，所以路由开销比主动路由小。但若有业务传输需求，而本地没有到目的节点的路由信息时，数据发送需等待路由发现过程，因此，按需路由协议的延时较大。同时，随着网络业务需求增大，按需路由协议开销不断增大，重负载情况下，严重影响网络的吞吐量和带宽利用率。
典型按需路由协议有自组网按需距离矢量路由(Ad hoc-demand DistanceVector Routing，AODV)、动态源路由协议(Dynamic Source Routing Protocol，DSR)、临时预定路由协议(Temporally Ordered Routing Algorithm，TORA)、联合稳定度路由协议(Area Border Router，ABR)等。
混合路由协议综合了主动路由协议和按需路由协议。该类协议主要是通过在邻近节点间主动维护路由而在较远节点间采用按需路由发现策略来实现。这种路由协议通常将一个较大的网络分成若干较小的区域，在小范围的局部区域内使用主动路由协议，区域外采用按需路由协议。这种设置将路由表限制在较小的范围内，节点不需要维护较大的路由表，从而避免了过大的开销；另一方面，由于按需路由只在区域外进行，路由查找时延比完全按需路由小的多。
混和路由协议实现了按需路由协议和主动路由协议的互补，具有相对较低的带宽损耗和路由发现延迟，特别是在大规模的网络中有良好的表现，可扩展性较好。典型的混和路由协议有区域路由协议(Zone Routing Protocol，ZRP)、基于区域的分级链路状态路由协议(Zone Based Hierarchical Link State Routing，ZHLS)、基于分群结构的路由协议(Cluster Based Routing Protocol，CBRP)等。
路由协议是移动自组网中多跳数据分组转发的依据，灵活、可靠的路由是网内数据及时、可靠传输的必要保障，也是网络可扩展性的重要影响因素。上述路由协议的基本原则是，通过各种手段获得到达目的节点的精确路径或者明确的下一跳节点，并在数据传输过程中使用获得的路径或者下一跳节点传递信息。
然而，当节点移动或者传输环境变化造成网络拓扑快速变化时，这种变化信息很难在有限开销下快速传递到远处，造成网络节点收集的多跳外的远处拓扑信息不可靠，从而造成网络节点本地维护的拓扑信息与实际拓扑情况不符等问题。该问题使得路由协议确定的精确路径或者明确的下一跳节点不可靠，从而导致数据传输失败或传输时延增大，甚至无法满足业务传输的需求。
为了解决现有路由协议在拓扑动态变化网络中的性能恶化问题，提出一种基于梯度信息的多路径数据传输方法及装置。
基于梯度信息的多路径冗余路由技术是一种仅约束数据传输方向而不指定具体转发节点、由满足约束条件的节点根据本地信息自主决策是否转发及何时转发的路由协议，即数据传输无需确定精确路径或者明确的下一跳节点，由接收节点根据本地信息确定转发操作的多跳路由技术。其核心思想为：节点首先通过拓扑信息的交互，建立和维护梯度信息；在多跳数据传输时，根据源节点、目的节点和本节点三者之间的梯度关系，结合本地资源分配、节点负载、已收集的数据传输信息等确定对接收数据的转发操作；此外，通过改变数据转发判决的条件，动态调整数据传输的时延、可靠性等指标，提供支持不同QoS的服务。
实施例一
图1是本发明实施例一中的一种基于梯度信息的多路径数据传输方法的流程示意图，如图1所示，实施例一提供了一种基于梯度信息的多路径数据传输方法，应用于无线自组网络中的本地节点中，所述无线自组网络中还包括与所述本地节点通信连接的多个远端节点，其中，所述多个远端节点中包括源节点和目标节点，所述基于梯度信息的多路径数据传输方法包括：
步骤S100，建立和维护与所述多个远端节点预定义的梯度信息表；
步骤S200，接收所述源节点发送的业务数据，并根据第一预设条件判断是否满足转发数据的梯度约束关系；
步骤S300，若满足所述梯度约束关系，并根据第二预设条件判断是否满足本地约束关系；
步骤S400，若满足所述本地约束关系，向所述目标节点转发所述业务数据。
在本实施例中，所述步骤S100包括：
步骤S101，周期性的向所述多个远端节点发送本地拓扑消息；
步骤S102，侦听接收所述多个远端节点发送的远端拓扑消息；
步骤S103，根据所述远端拓扑消息建立与各邻居远端节点的梯度信息，生成所述梯度信息表。
在本实施例中，所述第一预设条件为：
Grad(S,X)+Grad(X,D)≤Grad(S,D)
其中，Grad(S,X)表示节点S到节点X的梯度，Grad(X,D)表示节点X到节点D的梯度，Grad(S,D)表示节点S到节点D的梯度，S表示源节点，X表示本地节点，D表示目标节点。
在本实施例中，所述第二预设条件为Con_ResAlloc＝1，且Con_Willing＝1，且Con_Fwd＝1；
其中，Con_ResAlloc为资源分配条件，Con_Willing为节点负载条件，Con_Fwd为传输信息条件。
在一具体实施例中，在网络初始化和运行过程中，节点建立和维护预定义的梯度信息，为基于梯度信息的多路径路由传输做准备。图4是本发明一具体实施例的基于梯度信息的多路径数据传输方法的流程示意图，如图4所示，在传输数据过程中，接收到数据的节点首先根据已知的梯度信息和数据分组携带的控制信息，确定自己是否满足转发数据的梯度约束关系；然后，根据资源分配、节点负载、已收集的数据传输信息等情况，确定自己是否满足转发数据的本地约束关系；最后，满足上述两个约束关系的节点转发数据，完成一次数据转发操作。网络节点均按照相同规则对数据进行转发操作，直到数据传输到目的节点。在数据转发过程中，通过调整本地约束关系，提供不同的QoS服务。
梯度信息定义具体为：定义节点X到节点Y的梯度为一个向量，用符号Grad(X,Y)表示，代表节点X与节点Y之间的非相关性，梯度越大表示节点X到节点Y越不相关。梯度具有方向性，根据定义Grad(Y,X)表示节点Y到节点X的梯度，一般意义上，Grad(Y,X)≠Grad(X,Y)。但是，如果使用标量参数例化梯度情况下，梯度Grad(X,Y)和Grad(Y,X)的值相等，梯度可以退化为一个标量，简单记为Grad(Y,X)＝Grad(X,Y)。
梯度信息示例具体为：本例子中定义节点之间的最小跳数为两个节点之间的梯度，即Grad(X,Y)＝Hop_min(X,Y)，此时两个节点之间梯度越小则“距离”越近。此外，假设节点之间的信道是对称的，可知两个节点之间的梯度满足Grad(Y,X)＝Grad(X,Y)。
如图5所示的网络中，以节点1为基准，节点2、5、6、14为节点1的一跳邻居节点，则这些节点到节点1的梯度Grad(X,1)＝1，节点3、4、12、13和15到节点1的跳数距离为2，则这些节点到节点1的梯度Grad(X,1)＝2；同理，节点7、8、9、10、11、16、17、18、19到节点1的梯度Grad(X,1)＝3。
在一具体实施例中，根据定义，节点X到节点Y的梯度Grad(X,Y)＝Hop_min(X,Y)，所以网络稳定后，节点X到网络中其他节点的梯度即为节点X建立和维护的邻居节点信息列表中到其他节点的距离，该信息通过周期性网络拓扑信息建立和维护。
网络拓扑建立过程中，节点周期性发送本地拓扑信息，并根据接收的拓扑信息建立到各邻居节点的梯度信息，即以跳数距离为度量的拓扑信息表。拓扑信息表建立可采用多种方式，如以协作传输方式将源节点的拓扑信息扩散到整个网络，节点根据接收的拓扑信息确定到信息源节点的跳数距离，具体流程如图6所示。
节点按照如图6所示的过程建立和维护到网内其他各节点的梯度信息，具体过程为：
1、节点S周期性发送本地拓扑消息，其中携带本节点ID、信息传输最大范围TTL(最多被转发的次数)、信息已转发次数N_Fwd(初始化为0)和用于判断信息新旧的序列号Seq等信息。
2、节点X接收到其他节点发送的拓扑消息时，查询本地是否有节点S相关信息记录。若本地无记录，则本地创建到节点S的梯度信息条目，记录Grad(S,X)＝N_Fwd+1、相应的序列号Seqlocal＝Seq；若本地有记录，则比较本地记录信息与接收信息的新旧关系：
(1)若本地记录信息更新(即本地记录信息更有时效性)，则不作处理；
(2)若接收信息更新(即接收信息更有时效性)，则更新本地记录Grad(S,X)＝N_Fwd+1、Seqlocal＝Seq；
(3)若本地记录信息与接收信息一样新(即时效性相同)，则比较本地记录的梯度信息Grad(S,X)和接收信息的已转发次数N_Fwd+1的大小：
其中，若Grad(S,X)＞N_Fwd+1，则更新本地记录为Grad(S,X)＝N_Fwd+1；
其中，若Grad(S,X)≤N_Fwd+1，则不作处理。
更新完本地记录的梯度信息后，节点X更新接收的拓扑消息的信息已转发次数N_Fwd字段，使得N_Fwd＝N_Fwd+1，然后根据N_Fwd字段的值与TTL字段的值的大小关系确定本地对接收消息的转发操作：
其中，若N_Fwd＜TTL且N_Fwd＝Grad(S,X)，则节点X转发拓扑消息；
其中，若N_Fwd＜TTL且N_Fwd<Grad(S,X)或者N_Fwd≥TTL，则不再进行转发操作。
在一具体实施例中，如上所述，数据传输过程中，接收到数据分组的节点X需要根据已知的梯度信息和数据分组携带的控制信息，确定自己是否满足转发数据的梯度约束关系。其中，节点X已知的梯度信息包括但是不限于本节点与网络中其他节点Y之间的梯度Grad(X,Y)，而数据分组携带的控制信息包括但是不限于源节点S、目的节点D。
已知当前节点X、源节点S、目的节点D以及节点之间的梯度，转发数据的梯度约束关系定义为：Grad(S,X)+Grad(X,D)≤Grad(S,D)。其中，源节点S与目的节点D之间的梯度Grad(S,D)可以通过数据分组携带，也可以通过节点X的梯度信息建立和维护过程获得，取决于具体使用场景和约束条件，不影响梯度约束关系的判决。此外，如果定义的梯度为一个标量，则约束关系等效于Grad(X,S)+Grad(X,D)≤Grad(S,D)或者类似变形；如果定义的梯度为节点之间的最小跳数Hop_min，则约束关系等效于N_Fwd+Grad(X,D)≤Grad(S,D)，其中N_Fwd为数据分组已转发次数。
在一具体实施例中，如上所述，满足转发数据的梯度约束关系的节点需要进一步判断是否满足本地约束关系。这类节点根据资源分配、节点负载、已收集的数据传输信息等情况，确定自己是否满足转发数据的本地约束关系。
本发明定义的转发数据的本地约束关系包括但是不限于如下条件：
1、资源分配条件Con_ResAlloc，转发节点的传输资源预分配，即节点不能因为需要转发当前数据分组而触发资源申请或者资源竞争的过程。如果满足上述条件，定义Con_ResAlloc＝1；反之，则定义Con_ResAlloc＝0。
2、节点负载条件Con_Willing，等效为节点转发数据的意愿，可以综合考虑各种因素的加权，归一化后判断是否满足转发条件。如果满足转发条件，定义Con_Willing＝1；反之，则定义Con_Willing＝0。
3、传输信息条件Con_Fwd，根据已收集的数据传输信息判断本地节点是否继续转发数据分组，定义数据分组转发次数门限TX_times_limit，监测邻居节点转发当前数据分组的次数TX_times。如果TX_times<TX_times_limit，则满足转发条件，定义Con_Fwd＝1；反之，则定义Con_Fwd＝0。
当上述条件均满足时，即Con_ResAlloc＝1且Con_Willing＝1且Con_Fwd＝1，节点满足转发数据的本地约束关系。
在一具体实施例中，数据分组的多路径冗余传输的传输流程为：假设网内节点S有业务分组待传输到目的节点D时，将源节点ID(S_ID)、目的节点ID(D_ID)、S到D之间的梯度Grad(S,D)、分组转发次数(N_Fwd)和服务质量索引(Index_QoS)等信息写入业务分组的相应字段，然后发送该数据包。
节点X接收到业务分组时，根据如图7所示流程判断是否需要进行转发操作，梯度信息的建立和维护按照前述示例进行。
节点X接收到数据分组后，记录该数据分组信息，更新本地记录的参数，如转发次数TX_times等，并判断节点X是否为分组目的节点：
1、若节点X是目的节点，判断该数据分组是否为重复分组。如果是，则丢弃；如果不是，则将数据分组递交上层。
2、若节点X不是目的节点，则根据如下规则确定对分组的转发操作：
(1)提取信息中的源节点S、目的节点D、Grad(S,D)等信息，并查询本地记录的节点X到S和D的梯度Grad(X,S)和Grad(X,D)，判断是否满足转发数据的梯度约束关系；
(2)若Grad(X,S)+Grad(X,D)≤Grad(S,D)成立，则继续判断是否满足转发数据的本地约束关系，即Con_ResAlloc＝1且Con_Willing＝1且Con_Fwd＝1是否成立：
(21)若上述关系成立，则缓存接收的数据分组，并等待预分配的资源，在传输资源可用的时候发送数据分组；
(22)如上述关系不成立，则不转发数据分组。
(3)若Grad(X,S)+Grad(X,D)≤Grad(S,D)不成立，则不转发数据分组。
网络节点均按照上述流程对数据分组进行转发操作，直到数据传输到目的节点；目的节点D在收到源节点S发送的第一个数据分组递交上层后，忽略后续的相同分组，完成一次数据分组的传输。
在一具体实施例中，通过一个具体的例子说明数据分组的多路径冗余传输过程。其中，梯度定义为节点之间的最短距离，网络节点采用资源预分配方式获得传输资源(Con_ResAlloc＝1)，节点负载条件Con_Willing总是满足(Con_Willing＝1)，数据分组转发次数门限TX_times_limit定义为1。
在如图8所示拓扑网络中，信息源节点9为目的节点17的4跳邻居节点，即两者之间的梯度信息Grad(9,17)＝4，两节点之间的中间节点1，5，8和22分别与源节点9和目的节点17之间的梯度为Grad(X,9)＝1和Grad(X,17)＝3，节点3，4，13，16和24分别与源节点9和目的节点17之间的梯度为Grad(X,9)＝2和Grad(X,17)＝2，而节点2，15，18和19分别与源节点9和目的节点17之间的梯度为Grad(X,9)＝3和Grad(X,17)＝1。
如图9所示给出了节点9向节点17发送数据的一种可能情况，图中数据分组成功传输路径为9→8→16→2→17。示例设置每跳最多转发次数为2次，具体过程如下：
1、第1跳，接收到源节点9发送信息的节点1、5、8、22中，节点1处缓存数据量已达门限，则不进行缓存及转发操作；其他节点缓存数据量均未达门限，则将接收数据缓存到本地，等待预分配资源。由图10的资源分配情况表可看出，节点8和节点22的资源先后到来，分别占用资源转发数据；节点5接收到节点8和节点22分别转发的数据，判断距离节点9的一跳节点已转发两次，达到转发次数门限，因此不再转发；
2、第2跳，距离节点9的2跳节点3、4、13、16、24接收到节点8的转发信息后，判断本地缓存数据量未达门限，则均缓存并等待转发。后续节点3和节点24接收到节点22转发的信息时，判断为重复包而不作处理。节点16、4、24资源分别到来，并且判断当前跳转发次数不大于2，因此均占用本地预分配资源转发，节点3和节点13分别接收到节点16、4、24转发的信息，判断当前跳转发次数大于转发门限，不再转发；
3、第3跳，距离节点9的3跳节点2、15、18、19接收到2跳节点转发的数据时，节点19处判断本地缓存数据量已达门限，不作缓存及转发处理，其他节点均满足转发条件，分别占用本地预分配资源转发数据；
4、第4跳，目的节点17最先接收到节点2转发的数据，处理并递交上层，传输完毕。后续接收到节点18和节点15分别转发的数据时判断为重复包，不作处理。
总之，本发明的基于梯度信息的多路径数据传输方法，仅约束数据分组传输方向，而不指定具体转发节点，且由接收节点本地分布式确定数据的转发操作，且结合资源分配、节点负载、已收集的数据传输信息等情况动态选择传输路径，支持QoS服务。
实施例二
图2是本发明实施例二中的一种基于梯度信息的多路径数据传输装置的结构示意图，如图2所示，实施例二提供了一种基于梯度信息的多路径数据传输装置，应用于无线自组网络中的本地节点中，所述无线自组网络中还包括与所述本地节点通信连接的多个远端节点，其中，所述多个远端节点中包括源节点和目标节点，所述基于梯度信息的多路径数据传输装置包括：建立维护模块201、第一判断模块202、第二判断模块203以及转发模块204。建立维护模块201用于建立和维护与所述多个远端节点预定义的梯度信息表；第一判断模块202用于接收所述源节点发送的业务数据，并根据第一预设条件判断是否满足转发数据的梯度约束关系；第二判断模块203用于若满足所述梯度约束关系，并根据第二预设条件判断是否满足本地约束关系；转发模块204用于若满足所述本地约束关系，向所述目标节点转发所述业务数据。
在本实施例中，所述建立维护模块201包括：发送单元、侦听接收单元以及生成单元。发送单元用于周期性的向所述多个远端节点发送本地拓扑消息；侦听接收单元用于侦听接收所述多个远端节点发送的远端拓扑消息；以及生成单元用于根据所述远端拓扑消息建立与各邻居远端节点的梯度信息，生成所述梯度信息表。
在本实施例中，所述第一预设条件为：
Grad(S,X)+Grad(X,D)≤Grad(S,D)
其中，Grad(S,X)表示节点S到节点X的梯度，Grad(X,D)表示节点X到节点D的梯度，Grad(S,D)表示节点S到节点D的梯度，S表示源节点，X表示本地节点，D表示目标节点。
在本实施例中，所述第二预设条件为Con_ResAlloc＝1，且Con_Willing＝1，且Con_Fwd＝1；
其中，Con_ResAlloc为资源分配条件，Con_Willing为节点负载条件，Con_Fwd为传输信息条件。
实施例一提供的基于梯度信息的多路径数据传输方法的各种变化方式和具体实例同样适用于本实施例提供的基于梯度信息的多路径数据传输装置，通过前述对一种基于梯度信息的多路径数据传输方法的详细描述，本领域技术人员可以清楚的知道本实施例中一种基于梯度信息的多路径数据传输装置的实施方式，所以为了说明书的简洁，在此不再详述。
实施例三
图3是本发明实施例三中的一种电子设备的结构示意图，如图3所示，实施例三还提供一种电子设备300，该电子设备可以包括：处理器301和存储器302。
存储器302，用于存储程序；存储器302，可以包括易失性存储器(英文：volatilememory)，例如随机存取存储器(英文：random-access memory，缩写：RAM)，如静态随机存取存储器(英文：static random-access memory，缩写：SRAM)，双倍数据率同步动态随机存取存储器(英文：Double Data Rate Synchronous Dynamic Random AccessMemory，缩写：DDR SDRAM)等；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatilememory)，例如快闪存储器(英文：flash memory)。存储器302用于存储计算机程序(如实现上述方法的应用程序、功能模块等)、计算机指令等，上述的计算机程序、计算机指令等可以分区存储在一个或多个存储器302中。并且上述的计算机程序、计算机指令、数据等可以被处理器301调用。
上述的计算机程序、计算机指令等可以分区存储在一个或多个存储器302中。并且上述的计算机程序、计算机指据等可以被处理器301调用。
处理器301，用于执行存储器302存储的计算机程序，以实现上述实施例涉及的方法中的各个步骤。
具体可以参见前面方法实施例中的相关描述。
处理器301和存储器302可以是独立结构，也可以是集成在一起的集成结构。当处理器301和存储器302是独立结构时，存储器302、处理器301可以通过总线303耦合连接。
本实施例的电子设备可以执行上述方法中的技术方案，其具体实现过程和技术原理相同，此处不再赘述。
实施例四
实施例四还提供一种计算机可读存储介质，包括计算机程序和指令，当计算机程序或指令在计算机上运行时，使得计算机执行本发明任意实施例的基于梯度信息的多路径数据传输方法。
计算机可读取存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本实施例还提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品包括：计算机程序，计算机程序存储在可读存储介质中，电子设备的至少一个处理器可以从可读存储介质读取计算机程序，至少一个处理器执行计算机程序使得电子设备执行上述任一实施例提供的方案。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明公开中记载的各步骤可以并行地执行，也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，
只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
总之，本发明的基于梯度信息的多路径数据传输方法及装置，具有如下
有益效果：
1、本发明通过分布式路径选择方式，充分利用了多路径的分集能力，提高了单播传输的可靠性；
2、本发明可以通过调整转发数据的本地约束关系，提供不同质量的传输服务，并支持动态调整；
3、本发明依据多个备选中继节点结合预分配资源信息，可以由时延最短的节点将数据传输到目的节点，有效降低了数据端到端传输时延；
4、本发明可以依据接收节点本地缓存大小等参数确定数据转发操作，支持负载均衡，有效提升了网络传输能力。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种基于梯度信息的多路径数据传输方法，应用于无线自组网络中的本地节点中，所述无线自组网络中还包括与所述本地节点通信连接的多个远端节点，其中，所述多个远端节点中包括源节点和目标节点，其特征在于，所述基于梯度信息的多路径数据传输方法包括：
步骤S100，建立和维护与所述多个远端节点预定义的梯度信息表；
步骤S200，接收所述源节点发送的业务数据，并根据第一预设条件判断是否满足转发数据的梯度约束关系；
步骤S300，若满足所述梯度约束关系，并根据第二预设条件判断是否满足本地约束关系；
步骤S400，若满足所述本地约束关系，向所述目标节点转发所述业务数据。
2.如权利要求1所述的基于梯度信息的多路径数据传输方法，其特征在于，所述步骤S100包括：
步骤S101，周期性的向所述多个远端节点发送本地拓扑消息；
步骤S102，侦听接收所述多个远端节点发送的远端拓扑消息；
步骤S103，根据所述远端拓扑消息建立与各邻居远端节点的梯度信息，生成所述梯度信息表。
3.如权利要求1所述的基于梯度信息的多路径数据传输方法，其特征在于，所述第一预设条件为：
Grad(S,X)+Grad(X,D)≤Grad(S,D)
其中，Grad(S,X)表示节点S到节点X的梯度，Grad(X,D)表示节点X到节点D的梯度，Grad(S,D)表示节点S到节点D的梯度，S表示源节点，X表示本地节点，D表示目标节点。
4.如权利要求1所述的基于梯度信息的多路径数据传输方法，其特征在于，所述第二预设条件为Con_ResAlloc＝1，且Con_Willing＝1，且Con_Fwd＝1；
其中，Con_ResAlloc为资源分配条件，Con_Willing为节点负载条件，Con_Fwd为传输信息条件。
5.一种基于梯度信息的多路径数据传输装置，应用于无线自组网络中的本地节点中，所述无线自组网络中还包括与所述本地节点通信连接的多个远端节点，其中，所述多个远端节点中包括源节点和目标节点，其特征在于，所述基于梯度信息的多路径数据传输装置包括：
建立维护模块，用于建立和维护与所述多个远端节点预定义的梯度信息表；
第一判断模块，用于接收所述源节点发送的业务数据，并根据第一预设条件判断是否满足转发数据的梯度约束关系；
第二判断模块，用于若满足所述梯度约束关系，并根据第二预设条件判断是否满足本地约束关系；以及
转发模块，用于若满足所述本地约束关系，向所述目标节点转发所述业务数据。
6.如权利要求5所述的基于梯度信息的多路径数据传输装置，其特征在于，所述建立维护模块包括：
发送单元，用于周期性的向所述多个远端节点发送本地拓扑消息；
侦听接收单元，用于侦听接收所述多个远端节点发送的远端拓扑消息；以及
生成单元，用于根据所述远端拓扑消息建立与各邻居远端节点的梯度信息，生成所述梯度信息表。
7.如权利要求5所述的基于梯度信息的多路径数据传输装置，其特征在于，所述第一预设条件为：
Grad(S,X)+Grad(X,D)≤Grad(S,D)
其中，Grad(S,X)表示节点S到节点X的梯度，Grad(X,D)表示节点X到节点D的梯度，Grad(S,D)表示节点S到节点D的梯度，S表示源节点，X表示本地节点，D表示目标节点。
8.如权利要求5所述的基于梯度信息的多路径数据传输装置，其特征在于，所述第二预设条件为Con_ResAlloc＝1，且Con_Willing＝1，且Con_Fwd＝1；
其中，Con_ResAlloc为资源分配条件，Con_Willing为节点负载条件，Con_Fwd为传输信息条件。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；
其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-4中任一项所述的基于梯度信息的多路径数据传输方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括计算机程序和指令，当所述计算机程序或所述指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行如权利要求1-4中任一项所述的基于梯度信息的多路径数据传输方法。
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