TWI516140B - A fault - tolerant method and network node for packet transmission of network nodes - Google Patents

A fault - tolerant method and network node for packet transmission of network nodes Download PDF

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TWI516140B
TWI516140B TW103134966A TW103134966A TWI516140B TW I516140 B TWI516140 B TW I516140B TW 103134966 A TW103134966 A TW 103134966A TW 103134966 A TW103134966 A TW 103134966A TW I516140 B TWI516140 B TW I516140B
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Longlong Cheng
Weiguo Ma
Dalong Zhang
Litao Shi
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Description

一種網路節點的封包傳輸的容錯方法及網路節點
本發明係關於通信技術，尤其係關於一種網路節點的封包傳輸的容錯方法及網路節點。
無線感測器網路這種新型網路節點通常由電池供電，當電池電量耗盡時，該網路節點即失效，所以需要儘量節省耗電，同時，為節省耗電，則可能降低這種網路節點的網路資料傳輸的可靠性，所以需要提高這種網路節點的容錯性。
無線感測器網路與無線通信網路有著較大的區別，無線通信網路的主要功能是提供網路的互聯、互通和互操作，為資料提供正確、可靠的傳輸，而無線感測器網路則以資料的採集、處理為中心，因此當前有關無線網路通信網路容錯技術不能完全照搬應用於無線感測器網路，必須針對無線感測器網路的特點進行研究。
無線資料傳輸資料幀中通常包含標頭與實際資料，在標頭中包含位址資訊，標頭在傳輸過程中發生錯誤的資料幀會導致其所攜帶的實際資料無法傳輸到正確的位置或與其他資料幀在位置上發生衝突。例如採用傳輸控制協議/網際協議(Transmission Control Protocol/Internet Protocol， TCP/IP)協定傳輸的無線感測器網路的資料幀格式為：幀頭+IP頭+TCP頭+實際資料+幀尾，其中幀頭包括源和目標主機媒體接入控制(Media Access Control，MAC)位址及類型，IP頭包括源和目標主機IP位址，TCP頭包括源和目標主機埠號、順序號、確認號、校驗字等，實際資料是要傳輸資料的主體，幀尾是校驗字。幀頭、IP頭、TCP頭構成標頭，標頭中幀頭、IP頭、TCP頭的任意一個出現錯誤，都可能導致接收端不能正確拼接封包，即，當標頭在傳輸過程中發生錯誤時，會導致其所攜帶的實際資料無法傳送到正確的位置，包括實際資料無處可放以及本資料幀安放資料的位置與其他資料幀發生衝突。目前解決這種差錯控制的方法通常採用自動重傳請求(Automatic Repeat-reQuest，ARQ)。
自動重傳請求，發送端對發送序列進行糾錯編碼和檢驗，接收端根據校驗序列的編碼規則判斷是否傳錯，並把判斷的結果通過回饋通道傳回給發送端。如果沒有錯，接收端就確認接收，發送端清除緩衝器的內容；如果有錯，則接收端拒絕接收，同時向發送端發送重新發送該序列的命令，直到接收端接收正確為止。該方法的通信通道的利用率均不高，也就是說，通道還遠遠沒有被資料位元填滿，有較長的傳輸時延並且帶來較大的通信開銷和通信能耗，當通道環境較差的時候，消耗大量的能量，加快網路節點的能量消耗，縮短了網路節點的生存時間。
本發明實施例提供一種網路節點的封包傳輸的容錯方法及網路節點，以提高網路節點的通信效率，減小網路節點的通信能耗。
本發明實施例提供的一種網路節點的封包傳輸的容錯方法，包括：接收發送端發送的封包段，並確定其中的含錯封包段；確定對正確封包段進行資料連接後由於封包段缺失形成的空缺位置；匹配該含錯封包段和該空缺位置，形成完整封包。
由於對含錯封包段和空缺位置進行匹配，形成了完整封包，不需要進行重傳，提高了網路節點的通信效率，減小了網路節點的通信能耗。
進一步，為提高匹配的準確性，對於匹配該含錯封包段和該空缺位置，形成完整封包，具體包括：確定所有含錯封包段構成集合A，確定所有空缺位置構成集合B；確定集合A和集合B的二分圖最大匹配結果；根據該二分圖最大匹配結果，將該含錯封包段的資料接入相應的空缺位置，形成完整封包。
為更進一步提高匹配的準確性，對於確定集合A和集合B的二分圖最大匹配結果，具體包括：對每個含錯封包段，分別確定其對所有空缺位置的匹配權值；根據各個含錯封包段和各個空缺位置的匹配權值，確定權值矩陣； 根據該權值矩陣，確定最佳匹配結果。
較佳的，對於每個含錯封包段，分別確定其對所有空缺位置的匹配權值，具體包括：對每個含錯封包段，分別確定其對所有空缺位置的匹配權值為該含錯封包段與相應空缺位置的最大後驗概率或最小漢明距離。
具體的，當通過確定最小漢明距離的方法確定含錯封包段和空缺位置的匹配權值時，對於根據該權值矩陣，確定最佳匹配結果，具體包括：對該權值矩陣中的各個元素取反，確定新的權值矩陣；根據新的該權值矩陣，確定最佳匹配結果。
本發明實施例提供一種網路節點，包括：接收單元，用於接收發送端發送的封包段，並確定其中的含錯封包段；確定單元，用於確定對正確封包段進行資料連接後由於封包段缺失形成的空缺位置；匹配單元，用於匹配該含錯封包段和該空缺位置，形成完整封包。
該網路節點中的匹配單元對含錯封包段和空缺位置進行匹配，形成了完整封包，不需要進行重傳，提高了網路節點的通信效率，減小了網路節點的通信能耗。
進一步，為提高匹配的準確性，對於匹配單元具體用於：確定所有含錯封包段構成集合A，確定所有空缺位置構成集 合B；確定集合A和集合B的二分圖最大匹配結果；根據該二分圖最大匹配結果，將該含錯封包段的資料接入相應的空缺位置，形成完整封包。
為更進一步提高匹配的準確性，對於匹配單元確定集合A和集合B的二分圖最大匹配結果，具體包括：對每個含錯封包段，分別確定其對所有空缺位置的匹配權值；根據各個含錯封包段和各個空缺位置的匹配權值，確定權值矩陣；根據該權值矩陣，確定最佳匹配結果。
本發明實施例還提供一種網路節點，包括：感測器模組、處理器模組、無線通信模組和能量供應模組，其中：感測器模組，用於在區域內進行資訊採集和資料轉換；無線通信模組，用於與其他網路節點進行無線通信；能量供應模組，用於向感測器模組、處理器模組、無線通信模組提供能量；處理器模組，用於對感測器模組、無線通信模組和能量供應模組進行控制，並在該無線通信模組接收到封包段後，確定其中的含錯封包段，確定對正確封包段進行資料連接後由於封包段缺失形成的空缺位置，以及匹配該含錯封包段和該空缺位置，形成完整封包。
該網路節點中的處理器模組對含錯封包段和空缺位置進行 匹配，形成了完整封包，不需要進行重傳，提高了網路節點的通信效率，減小了網路節點的通信能耗。
進一步，為提高匹配的準確性，該處理器模組匹配該含錯封包段和該空缺位置，形成完整封包，具體包括：確定所有含錯封包段構成集合A，確定所有空缺位置構成集合B；確定集合A和集合B的二分圖最大匹配結果；根據該二分圖最大匹配結果，將該含錯封包段的資料接入相應的空缺位置，形成完整封包。
為更進一步提高匹配的準確性，該處理器模組確定集合A和集合B的二分圖最大匹配結果，具體包括：對每個含錯封包段，分別確定其對所有空缺位置的匹配權值；根據各個含錯封包段和各個空缺位置的匹配權值，確定權值矩陣；根據該權值矩陣，確定最佳匹配結果。
本發明實施例還提供一種網路節點，包括：處理器，用於讀取記憶體中的程式，執行下列過程：通過接收機接收發送端發送的封包段，並確定其中的含錯封包段；確定對正確封包段進行資料連接後由於封包段缺失形成的空缺位置；匹配含錯封包段和空缺位置，形成完整封包；該接收機，用於在該處理器的控制下接收資料。
進一步，為提高匹配的準確性，該處理器具體用於：確定所有含錯封包段構成集合A，確定所有空缺位置構成集合B；確定集合A和集合B的二分圖最大匹配結果；根據二分圖最大匹配結果，將含錯封包段的資料接入相應的空缺位置，形成完整封包。
為更進一步提高匹配的準確性，該處理器確定集合A和集合B的二分圖最大匹配結果，具體包括：對每個含錯封包段，分別確定其對所有空缺位置的匹配權值；根據各個含錯封包段和各個空缺位置的匹配權值，確定權值矩陣；根據權值矩陣，確定最佳匹配結果。
較佳的，該處理器對每個含錯封包段，分別確定其對所有空缺位置的匹配權值，具體包括：對每個含錯封包段，分別確定其對所有空缺位置的匹配權值為該含錯封包段與相應空缺位置的最大後驗概率或最小漢明距離。
當通過確定最小漢明距離的方法確定含錯封包段和空缺位置的匹配權值時，該處理器根據該權值矩陣，確定最佳匹配結果，具體包括：對該權值矩陣中的各個元素取反，確定新的權值矩陣；根據新的該權值矩陣，確定最佳匹配結果。
本發明實施例提供一種網路節點的封包傳輸的容錯方法及網路節點，網路節點接收發送端發送的封包段後，確定其中的含錯封包段，並確定對正確封包段進行資料連接後由於封包段缺失形成的空缺位置，對含錯封包段和空缺位置進行匹配，即可形成完整封包，不需要進行重傳，提高了網路節點的通信效率，減小了網路節點的通信能耗。
S101~S103‧‧‧步驟
501‧‧‧接收單元
502‧‧‧確定單元
503‧‧‧匹配單元
601‧‧‧感測器模組
602‧‧‧處理器模組
603‧‧‧無線通信模組
604‧‧‧能量供應模組
701‧‧‧處理器
702‧‧‧記憶體
703‧‧‧通過接收機
圖1為本發明實施例提供的網路節點的封包傳輸的容錯方法流程圖；圖2為本發明實施例提供的KM演算法原理示意圖；圖3a為本發明實施例提供的網路節點的封包傳輸錯誤示意圖；圖3b為本發明實施例提供的網路節點的封包傳輸錯誤匹配示意圖；圖4為本發明實施例提供的網路節點的封包傳輸的容錯方法仿真圖；圖5為本發明實施例提供的網路節點示意圖之一；圖6為本發明實施例提供的網路節點示意圖之二；圖7為本發明實施例提供的網路節點示意圖之三。
本發明實施例提供一種網路節點的封包傳輸的容錯方法及網路節點，網路節點接收發送端發送的封包段後，確定其中的含錯封包段，並確定對正確封包段進行資料連接後由於封包段缺失形成的空缺位置，對含錯封包段和空缺位置進行匹配，即可形成完整封包，也不需要進行重傳，提高了網路節點的通信效率，減小了網路節點的通信能耗。
如圖1所示，本發明實施例提供的網路節點的封包傳輸的容錯方法，包括：步驟S101、接收發送端發送的封包段，並確定其中的含錯封包段；步驟S102、確定對正確封包段進行資料連接後由於封包段缺失形成的空缺位置；步驟S103、匹配含錯封包段和空缺位置，形成完整封包。
由於在接收到封包後，將含錯封包段和正確封包連接後形成的空缺位置進行了匹配，所以可以直接得到完整封包，不需要進行重傳，提高了網路節點的通信效率，減小了網路節點的通信能耗。
無線資料傳輸資料幀中通常包含標頭與實際資料，在標頭中包含位址資訊，標頭在傳輸過程中發生錯誤的資料幀會導致其所攜帶的實際資料無法傳輸到正確的位置或與其他資料幀在位置上發生衝突。這裏將標頭位址發生錯誤的資料幀稱為含錯封包；由於標頭發生錯誤，本應接收資料而沒有接收到資料的位置或發生衝突的位置稱為空缺位置。
其中，為更準確的將含錯封包段和空缺位置進行匹配，步驟S103中，匹配含錯封包段和空缺位置，形成完整封包，具體包括：確定所有含錯封包段構成集合A，確定所有空缺位置構成集合B；確定集合A和集合B的二分圖最大匹配結果；根據二分圖最大匹配結果，將含錯封包段的資料接入相應的空缺位置，形成完整封包。
為更進一步提高含錯封包段和空缺位置匹配的準確性，確定集合A和集合B的二分圖最大匹配結果，具體包括：對每個含錯封包段，分別確定其對所有空缺位置的匹配權值；根據各個含錯封包段和各個空缺位置的匹配權值，確定權值矩陣；根據權值矩陣，確定最佳匹配結果。
其中，對每個含錯封包段，分別確定其對所有空缺位置的匹配權值，具體包括：對每個含錯封包段，分別確定其對所有空缺位置的匹配權值為該含錯封包段與相應空缺位置的最大後驗概率或最小漢明距離。
例如：可以針對位址、埠號、順序號中任一或組合，來確定含錯封包段和空缺位置的匹配權值，即接收到到含錯封包段中位址、埠號、順序號中任一或組合與空缺位置的相應內容的最大後驗概率或最小漢明距離。
當然，在確定含錯封包段和空缺位置的匹配權值時，並不限於使用最大後驗概率或最小漢明距離，本領域技術人員也可以通過其他類似參數來體現含錯封包段和空缺位置的匹配權值。
當通過確定最小漢明距離的方法確定含錯封包段和空缺位置的匹配權值時，根據權值矩陣，確定最佳匹配結果，具體包括：對權值矩陣中的各個元素取反，確定新的權值矩陣；根據新的權值矩陣，確定最佳匹配結果。
下面，對二分圖匹配原理進行詳細說明：若圖的頂點集分為兩個非空子集X和Y，並且每條邊都有一個頂點在X中，另一個頂點在Y中，則稱此圖為二分圖；進一步，若X的每個頂點都和Y的每個頂點相連，則稱為完全二分圖。
圖可以表示為G=(V，E)這種形式，其中集合V稱為頂點集，集合E是V中元素組成的某些無序對的集合，稱為邊集。設M是E的子集，如果M中任何兩邊都不鄰接，則稱M為G的一個匹配；在匹配M中邊的端點稱為M-飽和點，其他頂點稱為M-未飽和點。進一步，若G中每個頂點都是M-飽和點，即匹配M將G中所有頂點配成對，則稱M為G的完美匹配；而若G中不存在另一個匹配M’，使得|M’|>|M|，則稱M為最大匹配。
設M是G的匹配，G的M交錯路是指其邊在E\M(E\M表示屬於集合E但不屬於M)和M中交替出現的路。M增廣路是指起點和終點都是M未飽和的M交錯路。
匈牙利演算法：匈牙利演算法由匈牙利數學家Egervary首次提出，後來由Edmonds(1965)進行了改進。這種演算法既能判定一個二分圖G=(X，Y)是否存在飽和X的匹配，又能在存在的情況下求出一個飽和X的匹配。
(一)理論基礎
1、Berge定理：G的匹配M是最大匹配的充要條件是G中不存在M增廣路。
2、Hall定理：設G是具有二劃分(X，Y)的二分圖，則G 有飽和X的匹配當且僅當對 S X,|N(S)||S|，其中N(S)表示S的所有鄰點之集。
(二)演算法思想
從二分圖G=(X，Y)的任何匹配M開始，若M飽和X，則演算法結束；若M不飽和X，在X中選擇一個M不飽和點x。若G中不存在以x為起點的M增廣路，則可找到與x由M交錯路相連的頂點集合A，而S=A∩X滿足|N(S)|<|S|，此時由Hall定理，G不存在飽和X的匹配。 若存在以x為起點的M增廣路P，則由Berge定理知M不是最大匹配，且M'=M⊕E(P)是比M更大的匹配，用M’替代M。反復進行上述過程，使匹配的邊數逐步增加，直至得到|X|條匹配邊為止。
(三)演算法步驟
輸入：二分圖G=(X，Y)。
輸出：G的一個飽和X的匹配。
第1步：若|X|>|Y|，則G中不存在飽和X的匹配，停止。 否則，任取G的一個匹配M。
第2步：若M飽和X，則停止，輸出M；否則，取X中一個M非飽和點x，記S：{x}，T：=Ø。
第3步：若N(S) T，則停止，G中不存在飽和X的匹配(因|N(S)||T|=|S|-1<|S|)；否則取y N(S)-T。
第4步：若y是M飽和的，設yz M，令S：=S∪{z},T：=T∪{y}，轉第3步(此時仍保持|T|=|S|-1)。否則，獲得一條M增廣路P(x，y)，令M：=M⊕E(P)，轉第2步。
注：當|X|=|Y|時，上述演算法所求的就是二分圖G=(X，Y)的完美匹配。
(四)求二分圖最大匹配的匈牙利演算法
輸入：二分圖G=(X，Y)。
輸出：G的一個最大匹配。
第1步：任取G的一個匹配M，設X中M非飽和點的集合為A。
第2步：若A=Ø，則停止，輸出當前的M(最大匹配)；否則，任取xA(一個M非飽和點)，記S：={x},T：=Ø，轉下步。
第3步：若N(S) T，則不存在從x出發的M增廣路，令A：=A-{x}，轉第2步；否則，取yN(S)-T，轉下步。
第4步：若y是M飽和的，設yz M，令S：=S∪{z},T：=T∪{y}，轉第3步。否則，獲得一條M增廣路P(x，y)，令M：=M⊕E(P),A；=A-{x,y}，轉第2步。
演算法通過第2步至第4步的迴圈，反復尋找M增廣路，增加匹配邊，減少M非飽和點，直至不存在增廣路為止，此時便得到G的最大匹配。
KM演算法是Kuhn和Munkres分別於1955年和1957年獨立出來的，它是一個解決最優分配問題的好演算法，後來被稱為Kuhn-Munkres演算法，簡記KM演算法。
(一)理論基礎
1、可行頂點標號與相等子圖
設有二分類(X，Y)的賦權二分圖G=(V，E)，其中兩部頂點集分別為X={x 1,x 2,…,x n },Y={y 1,y 2,…,y n }，並且給任意邊x i y j 賦權w ij =w(x i y j )。設L為二分圖G的頂點集V到實數集R的映射，若對任意x X,yY，均有L(x)+L(y)w(x,y)，則稱L為G的可行頂點標記；令E L ={xy|e=xy E(G),且L(x)+L(y)=w(e)}，則稱以E L 為邊集的二分圖G的生成子圖為G的相等子圖，簡記為G L 。
顯然，可行頂點標記是存在的，例如常用的可行頂點標記
2、定理：設l是賦權二分圖G的一個可行頂點標號。若相等子圖G l 有完美匹配M *，則M *是G的最大權完美匹配。
(二)演算法思想
首先給出賦權二分圖G的任意一個可行頂點標號(如上述常用的可行頂點標記)，然後決定相等子圖G l ，在G l 中執行匈牙利演算法。 若在G l 中找到完美匹配，它就是G的最大權完美匹配。否則，匈牙利演算法終止於SX,TY，且，如圖2所示。設當前找到的匹配為M。
令：α l =min{l(x)+l(y)-w(xy)|x S,y Y-T} 公式(20)；對每個頂點u，修改其標號如下： 可以檢驗l'仍是G的一個可行頂點標號。用l'替代l，獲得 新的相等子圖G l'。
注意S與T間及X-S與Y-T間每條邊的端點標號之和未變，因而原來在相等子圖中的邊仍會保留在新標號下的相等子圖中；S與Y-T間的邊原來都不在相等子圖中，修改標號後，每條邊的端點標號之後減小α l ，因而至少有一條邊進入新的相等子圖；T與X-S間每條邊的端點標號之和增加α l ，可能有一些原來屬於相等子圖的邊會退出新的相等子圖，但這些邊中不會有原相等子圖的匹配M中的邊。因此，M中的邊全在新的子圖G l'中，且G l'中有M增廣路，因而可得到更大的匹配。
反復進行上述過程，直到獲得一個相等子圖含有完美匹配為止。
(三)演算法步驟
輸入：二分圖G=(X，Y)及各邊上的權(矩陣)。
輸出：G的最大權匹配。
第1步：給G=(X，Y)添加一些頂點和權為0的邊，使其成為賦權完全二分圖，仍記為G。
第2步：從G的任一可行的頂點標號l(比如本節前面提到的常用可行頂點標記)開始，求出相等子圖G l'。
第3步：在G l'中執行匈牙利演算法，如果求得G l'的一個完美匹配M，則輸出M(M即為G的最大權完美匹配，刪去其中權為0的邊及其端點後，即得原始圖的最大權匹配)，演算法停止；否則，匈牙利演算法必終止於兩個集合S X和T Y使得，此時轉下步。
第4步：按公式(20)計算α l ，按公式(21)計算G的新 的可行頂點標號l'，以l'替代l，G l'替代G l ，轉第3步。
經過上面的分析與介紹，可以將所有含錯封包與所有TCP連接上缺失的封包段的匹配權值(可以是匹配概率，也可以是漢明距離)組成一個二分圖的權矩陣，利用KM演算法求出對應的最大權匹配，也就是缺失的封包段與含錯封包段之間的匹配，然後，將與缺失封包段匹配的含錯封包段所攜帶的資料放入該缺失封包段對應的TCP連接中的位置，即完成了對所有連接的容錯還原工作。
例如，如圖3a所示，將因為包含錯誤IP位址、埠號或順序號而並未通過校驗或無法送達的TCP分組(封包)，稱為含錯封包段(如圖3a中封包2和封包5)。因為含錯封包段的存在，導致原本應該接收到TCP分組的位置沒有接收到資料稱之為空缺位置(如圖3a中封包2’和封包5’)。
實際情況中，含錯封包段可能是標頭解析出現錯誤，不能確定該封包段所在位置的封包段，也可能是標頭解析的結果與其他封包段的標頭解析的結果衝突，則認為衝突的封包段都是含錯封包段，如圖3a中，可能是封包2和封包5的標頭都不能解析，或者是封包2和封包5的解析結果都表示自己是封包2或者都表示自己是封包5。
含錯封包段的位址、埠號、順序號之一或組合與空缺位置的位址、埠號、順序號之一或組合視為圖論中的二分圖(如2，5與2’，5’組成二分圖)。對每個含錯封包段運用匹配概率方法或者最小漢明距離方法 計算得出其對所有空缺位置的匹配權值，其中a為2與2’的匹配權 值，b為2與5’的匹配權值，c為5與2’的匹配權值，d為5與5’的匹配權值。運用KM演算法求含錯封包的位址、埠號以及順序號和空缺位置的位址、埠號以及順序號的最佳匹配。即計算出2應該與2’還是5’匹配，5應該與2’還是5’匹配。
將與空缺位置匹配的含錯封包段所攜帶的資料部分，放置到空缺位置，完成容錯還原工作。例如通過計算2與2’匹配，5與5’匹配，即為圖3b所示。
仿真實驗對該容錯方法進行了仿真，並對TCP封包段攜帶1460位元組長度資料與240位元組長度資料時的容錯效果與採用統計推理容錯方法時的容錯效果進行了仿真與比較，仿真結果如圖4所示，仿真環境如下：
四元組資料均採集於真實網路中節點在一段時間內接收的真實網路資料。令四元組(Csip，Cdip，Cspt，Cdpt)四個欄位從IP位址及埠號樣本值檔的樣本值中隨機取值。利用實驗樣本，隨機生成4組不同的四元組(Csip，Cdip，Cspt，Cdpt)，以此類比真實網路中的4條TCP資料流程，再為每條資料流程隨機生成Cack欄位和第一個TCP段的Cseq欄位，每條資料流程的封包段個數從40-200隨機生成，每條資料流程上其他TCP段的Cseq欄位則可依據其代數關係而得到。這裏要求Csip與Cdip不同，且Cspt與Cdpt不同。將上述生成的4條TCP資料流程按一定誤位元率加噪後，則生成仿真的接收資料。四元組元組隨機生成Cack欄位和第一個TCP段的Cseq欄位確定了每個TCP分組(封包)攜帶資料對應的正確位置。
從圖4可以看出，與基於統計推理的容錯還原方法相比，基 於KM演算法的容錯還原方法具有更好的容錯效果。如圖4所示，在誤位元率為0.0005的情況下，如果採用基於統計推理的容錯還原方法，攜帶1460位元組資料的TCP封包段仍有80%左右的TCP封包段沒有被還原到相應TCP連接的正確位置，而如果採用基於KM演算法的容錯還原方法，則可以將全部的TCP封包段還原到相應TCP連接的正確位置，容錯效果較好。 然而，當所有封包段全部錯誤時，基於KM演算法的容錯還原方法將失去作用。這是因為，當一條TCP連接的所有封包段全部錯誤時，該連接的任何資訊都不會被接收方所知曉，錯誤封包找不到匹配目標，因此KM演算法失效。
本發明實施例還提供一種網路節點，如圖5所示，包括：接收單元501，用於接收發送端發送的封包段，並確定其中的含錯封包段；確定單元502，用於確定對正確封包段進行資料連接後由於封包段缺失形成的空缺位置；匹配單元503，用於匹配含錯封包段和空缺位置，形成完整封包。
進一步，為提高匹配的準確性，匹配單元503具體用於：確定所有含錯封包段構成集合A，確定所有空缺位置構成集合B；確定集合A和集合B的二分圖最大匹配結果；根據二分圖最大匹配結果，將含錯封包段的資料接入相應的空缺位置，形成完整封包。
為更進一步提高匹配的準確性，匹配單元503確定集合A和集合B的二分圖最大匹配結果，具體包括：對每個含錯封包段，分別確定其對所有空缺位置的匹配權值；根據各個含錯封包段和各個空缺位置的匹配權值，確定權值矩陣；根據權值矩陣，確定最佳匹配結果。
較佳的，匹配單元503對每個含錯封包段，分別確定其對所有空缺位置的匹配權值，具體包括：對每個含錯封包段，分別確定其對所有空缺位置的匹配權值為該含錯封包段與相應空缺位置的最大後驗概率或最小漢明距離。
當通過確定最小漢明距離的方法確定含錯封包段和空缺位置的匹配權值時，匹配單元503根據該權值矩陣，確定最佳匹配結果，具體包括：對該權值矩陣中的各個元素取反，確定新的權值矩陣；根據新的該權值矩陣，確定最佳匹配結果。
本發明實施例還提供一種網路節點，如圖6所示，包括：感測器模組601、處理器模組604、無線通信模組602和能量供應模組603，其中：感測器模組601，用於在區域內進行資訊採集和資料轉換；無線通信模組602，用於與其他網路節點進行無線通信；能量供應模組603，用於向感測器模組601、處理器模組604、 無線通信模組602提供能量； 處理器模組604，用於對感測器模組601、無線通信模組602和能量供應模組603進行控制，並在無線通信模組602接收到封包段後，確定其中的含錯封包段，確定對正確封包段進行資料連接後由於封包段缺失形成的空缺位置，以及匹配含錯封包段和空缺位置，形成完整封包。
進一步，為了提高匹配的準確性，處理器模組604匹配含錯封包段和空缺位置，形成完整封包，具體包括：確定所有含錯封包段構成集合A，確定所有空缺位置構成集合B；確定集合A和集合B的二分圖最大匹配結果；根據二分圖最大匹配結果，將含錯封包段的資料接入相應的空缺位置，形成完整封包。
為更進一步提高匹配的準確性，處理器模組604確定集合A和集合B的二分圖最大匹配結果，具體包括：對每個含錯封包段，分別確定其對所有空缺位置的匹配權值；根據各個含錯封包段和各個空缺位置的匹配權值，確定權值矩陣；根據權值矩陣，確定最佳匹配結果。
下面結合優選的硬體結構，對本發明實施例提供的網路節點的結構、處理方式進行說明。
如圖7所示，本發明實施例還提供一種網路節點，包括： 處理器701，用於讀取記憶體702中的程式，執行下列過程：通過接收機703接收發送端發送的封包段，並確定其中的含錯封包段；確定對正確封包段進行資料連接後由於封包段缺失形成的空缺位置；匹配含錯封包段和空缺位置，形成完整封包；接收機703，用於在處理器701的控制下接收資料。
其中，在圖7中，匯流排架構可以包括任意數量的互聯的匯流排和橋，具體由處理器701代表的一個或多個處理器和記憶體702代表的記憶體的各種電路鏈結在一起。匯流排架構還可以將諸如週邊設備、穩壓器和功率管理電路等之類的各種其他電路鏈結在一起，這些都是本領域所公知的，因此，本文不再對其進行進一步描述。匯流排界面提供介面。接收機703提供用於在傳輸介質上與各種其他裝置通信的單元。處理器701負責管理匯流排架構和通常的處理，記憶體702可以存儲處理器701在執行操作時所使用的資料。
進一步，為提高匹配的準確性，處理器701具體用於：確定所有含錯封包段構成集合A，確定所有空缺位置構成集合B；確定集合A和集合B的二分圖最大匹配結果；根據二分圖最大匹配結果，將含錯封包段的資料接入相應的空缺位置，形成完整封包。
為更進一步提高匹配的準確性，處理器701確定集合A和集合B的二分圖最大匹配結果，具體包括：對每個含錯封包段，分別確定其對所有空缺位置的匹配權 值；根據各個含錯封包段和各個空缺位置的匹配權值，確定權值矩陣；根據權值矩陣，確定最佳匹配結果。
較佳的，處理器701對每個含錯封包段，分別確定其對所有空缺位置的匹配權值，具體包括：對每個含錯封包段，分別確定其對所有空缺位置的匹配權值為該含錯封包段與相應空缺位置的最大後驗概率或最小漢明距離。
當通過確定最小漢明距離的方法確定含錯封包段和空缺位置的匹配權值時，處理器701根據該權值矩陣，確定最佳匹配結果，具體包括：對該權值矩陣中的各個元素取反，確定新的權值矩陣；根據新的該權值矩陣，確定最佳匹配結果。
本發明實施例提供一種網路節點的封包傳輸的容錯方法及網路節點，網路節點接收發送端發送的封包段後，確定其中的含錯封包段，並確定對正確封包段進行資料連接後由於封包段缺失形成的空缺位置，對含錯封包段和空缺位置進行匹配，即可形成完整封包，不需要進行重傳，提高了網路節點的通信效率，減小了網路節點的通信能耗。
本領域內的技術人員應明白，本發明的實施例可提供為方法、系統、或電腦程式產品。因此，本發明可採用完全硬體實施例、完全軟體實施例、或結合軟體和硬體方面的實施例的形式。而且，本發明可採用在一個或多個其中包含有電腦可用程式碼的電腦可用存儲介質(包括但不限 於磁盤記憶體、CD-ROM、光學記憶體等)上實施的電腦程式產品的形式。
本發明是參照根據本發明實施例的方法、設備(系統)、和電腦程式產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由電腦程式指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些電腦程式指令到通用電腦、專用電腦、嵌入式處理機或其他可編程資料處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過電腦或其他可編程資料處理設備的處理器執行的指令產生用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
這些電腦程式指令也可存儲在能引導電腦或其他可編程資料處理設備以特定方式工作的電腦可讀記憶體中，使得存儲在該電腦可讀記憶體中的指令產生包括指令裝置的製造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。
這些電腦程式指令也可裝載到電腦或其他可編程資料處理設備上，使得在電腦或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生電腦實現的處理，從而在電腦或其他可編程設備上執行的指令提供用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
綜上所述，本案所揭露之技術特徵已充分符合新穎性及進步 性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。
S101~S103‧‧‧步驟

Claims (11)

  1. 一種網路節點的封包傳輸的容錯方法，其特徵在於，包括：接收發送端發送的封包段，並確定其中的含錯封包段；確定對正確封包段進行資料連接後由於封包段缺失形成的空缺位置；匹配該含錯封包段和該空缺位置，形成完整封包。
  2. 如請求項1所述的網路節點的封包傳輸的容錯方法，其中，對於匹配該含錯封包段和該空缺位置，形成完整封包，具體包括：確定所有含錯封包段構成集合A，確定所有空缺位置構成集合B；確定集合A和集合B的二分圖最大匹配結果；根據該二分圖最大匹配結果，將該含錯封包段的資料接入相應的空缺位置，形成完整封包。
  3. 如請求項2所述的網路節點的封包傳輸的容錯方法，其中，對於確定集合A和集合B的二分圖最大匹配結果，具體包括：對每個含錯封包段，分別確定其對所有空缺位置的匹配權值；根據各個含錯封包段和各個空缺位置的匹配權值，確定權值矩陣；根據該權值矩陣，確定最佳匹配結果。
  4. 如請求項3所述的網路節點的封包傳輸的容錯方法，其中，對於每個含錯封包段，分別確定其對所有空缺位置的匹配權值，具體包括：對每個含錯封包段，分別確定其對所有空缺位置的匹配權值為該含錯封包段與相應空缺位置的最大後驗概率或最小漢明距離。
  5. 如請求項4所述的網路節點的封包傳輸的容錯方法，其中，當通過確定最小漢明距離的方法確定含錯封包段和空缺位置的匹配權值時，該根據 該權值矩陣，確定最佳匹配結果，具體包括：對該權值矩陣中的各個元素取反，確定新的權值矩陣；根據該新的權值矩陣，確定最佳匹配結果。
  6. 一種網路節點，其特徵在於，包括：接收單元，用於接收發送端發送的封包段，並確定其中的含錯封包段；確定單元，用於確定對正確封包段進行資料連接後由於封包段缺失形成的空缺位置；匹配單元，用於匹配該含錯封包段和該空缺位置，形成完整封包。
  7. 如請求項6所述的網路節點，其中，對於匹配單元具體用於：確定所有含錯封包段構成集合A，確定所有空缺位置構成集合B；確定集合A和集合B的二分圖最大匹配結果；根據該二分圖最大匹配結果，將該含錯封包段的資料接入相應的空缺位置，形成完整封包。
  8. 如請求項7所述的網路節點，其中，對於匹配單元確定集合A和集合B的二分圖最大匹配結果，具體包括：對每個含錯封包段，分別確定其對所有空缺位置的匹配權值；根據各個含錯封包段和各個空缺位置的匹配權值，確定權值矩陣；根據該權值矩陣，確定最佳匹配結果。
  9. 一種網路節點，其特徵在於，包括：感測器模組、處理器模組、無線通信模組和能量供應模組，其中：感測器模組，用於在區域內進行資訊採集和資料轉換；無線通信模組，用於與其他網路節點進行無線通信； 能量供應模組，用於向該感測器模組、該處理器模組、該無線通信模組提供能量；處理器模組，用於對該感測器模組、該無線通信模組和該能量供應模組進行控制，並在該無線通信模組接收到封包段後，確定其中的含錯封包段，確定對正確封包段進行資料連接後由於封包段缺失形成的空缺位置，以及匹配該含錯封包段和該空缺位置，形成完整封包。
  10. 如請求項9所述的網路節點，其中，該處理器模組匹配該含錯封包段和該空缺位置，形成完整封包，具體包括：確定所有含錯封包段構成集合A，確定所有空缺位置構成集合B；確定集合A和集合B的二分圖最大匹配結果；根據該二分圖最大匹配結果，將該含錯封包段的資料接入相應的空缺位置，形成完整封包。
  11. 如請求項10所述的網路節點，其中，該處理器模組確定集合A和集合B的二分圖最大匹配結果，具體包括：對每個含錯封包段，分別確定其對所有空缺位置的匹配權值；根據各個含錯封包段和各個空缺位置的匹配權值，確定權值矩陣；根據該權值矩陣，確定最佳匹配結果。
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