[发明专利]一种无线网络中高吞吐量网络编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络技术领域，特别是涉及一种无线网络中网络节点上的数据包网络编码方法。

技术背景

当前，无线通信技术已经广泛应用于社会的各个方面，给人们的生活带来了极大地便利。然而，相比于有线通信，无线通信的一个显著不足是带宽非常有限。由于该不足，当前的无线通信技术可支持的吞吐量远远低于有线通信，使得服务质量还远远达不到人们的需求，比如利用智能手机来在线观看高清直播节目，其清晰性和流畅性离人们的要求有很大的差距。

网络编码技术是一种非常适用用来提高无线通信吞吐量的技术，其主要思想是网络中继节点将多个需要传输的明文数据包编码成一个大小不变的编码包，然后发送编码包来达到一次包发送就将多个明文数据包传递到多个接收节点，从而非常有效地提高了传输效率，大大提高无线吞吐量。

目前为止，有很多文献研究设计了良好的网络编码方法，比如loop编码方法（参见《On the X-ities of Network Coding in Wireless Networks》，刊于ACM SIGMETRICS,2007）和COPE编码方法（参见《XORs in The Air:Practical Wireless Network coding》，刊于IEEE/ACM Transactions on Networking,2008）等等。也有一些相关的发明：

2010年12月6日，南京邮电大学杨震申请了专利“一种无线mesh网络编码方法”。在该发明中，通过在编码包的包头中加入DESN标识来标识原始数据包的目的节点，接收侧仅需要在进入中继节点的链路进行解码，在进入目标节点的链路进行路由选择，从而减少原始数据包传输的次数，提高网络吞吐量。

2012年5月15日，哈尔滨工程大学赵蕴龙申请了专利“基于网络编码的网络编码修复方法”。在该发明中，解码节点通过CBCR算法计算得出所需的重传数据包集合并形成RACK请求包发送给邻居节点，然后邻居节点根据RACK中的请求内容来编码求出解码节点所需的数据包。

在现有的网络编码算法中，同一个数据流最多只有一个数据包参与编码。如果一个数据流中有几个数据包与其他数据流的包进行网络编码，则该数据流的接收节点无法对编码包进行解码来得到这几个数据包，只能得到这几个数据包编码在一起的编码包。

发明内容

本发明提出了一种能将同一个数据流的多个数据包与其他数据流的包编码在一起且在接收节点上能进行解码的网络编码方法，从而显著增加网络节点一次发送所传递的数据包数目，大大提高网络节点的吞吐量。

为了实现上述技术任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种无线网络中高吞吐量网络编码方法，考虑到不同的数据流的数据包往往大小不一样，有一些数据流的数据包特别大，有一些数据流的数据包特别小，将数据包较小的数据流F_i的多个数据包P_i,1,…,P_i,n中的数据前后连接起来组合成一个大的组合包，然后将组合包与其他数据流的数据包编码成一个编码包以发送出去。数据流F_i对应的接收节点接收到编码包后，能够解码得到组合包并将该组合包拆分得到多个原始数据包P_i,1,…,P_i,n，从而做到一次发送就将数据包较小的数据流的多个包传递到接收节点，大大提高了吞吐量。所述的高吞吐量网络编码方法包括以下步骤：

步骤一：在流过本节点且有缓存包的数据流中，将可相互编码的数据流表示为F₁,F₂,…,F_K，其中K是可相互编码的数据流数目。在这些数据流中挑选出数据包最大的那个流，表示为F_x，x∈{1,2,…,K}。

步骤二：设置编码包大小L^*=L_x、编码包发送速率R^*=R_x以及最终参与编码操作的数据流集合S_f={F_x}，其中L_i为数据流F_i中数据包的大小，R_i为从编码节点到数据流Fi的接收节点该无线链路的可达发送速率。将缓存中数据流F_x的最早到达包放入集合S_p,S_p为要进行网络编码操作的数据包的集合。

步骤三：设置k=1。

步骤四：如果k=x,则跳到第七步。