[发明专利]基于缓存管理的高效编码感知路由方法

说明书

技术领域

本发明属于无线网络领域，涉及一种无线网络中的路由方法，可用于各种速率场景下的无线骨干网络。

背景技术

网络编码是一种融合了编码和路由的信息交换技术，它通过在网络的中间节点对接收到的信息进行处理并转发给下游节点，改变了传统路由中节点只对接收到的数据进行存储转发操作的工作方式。研究表明，网络编码技术可以使网络传输达到传输上限，在很大程度上提高了网络的吞吐量。

所谓编码感知，是将“路由发现”和“编码机会发现”两过程统一，即在路由发现的过程中发现编码机会。现有的以分布式编码感知路由DCAR机制为代表的编码感知路由协议都集中在考虑网络编码的度量设计上，在数据包编码时没有考虑编码节点的缓存状态，即采用基于机会的网络编码方法COPE，不会推迟数据包的转发来等待未来的编码机会。然而由于编码节点相应数据流的异步和随机的到达，这种做法会损失掉一些潜在的编码机会。特别是在低负载情况下，网络无拥塞，编码节点的输出队列中没有缓存的数据包，从而没有编码机会，此时等效为传统的存储转发方式。

现有的绝大多数编码感知路由，都假定参与编码的数据流具有同样的数据速率，而实际网络中通常存在各种流速的数据流。在速率不匹配的情况下，编码感知路由会面临很多问题。然而现有的考虑多速率的编码感知路由，例如速率自适应的编码感知多径路由RCR，以编码感知路径传输时间CPTT为度量的路由协议在数据包编码时也没有考虑编码节点的缓存状态。

现有的编码节点缓存管理机制有两种控制方式：基于等待时延的策略和基于队列长度的策略。

在基于等待时延的策略中，如果一个数据包的等待时间大于一个阈值，这个数据包将被无编码的转发。在这种方式下时延可以被精确控制，但是必须为每一个数据包维持一个时钟，实施起来复杂度比较大。

在基于队列长度的策略中，如果缓存的队列长度超过一个阈值，数据包将被无编码的转发。这种方法实施起来比较简单，但等待时延可能较大，对网络的吞吐量造成负面的影响，降低网络的吞吐量。

因此，如何结合编码感知路由算法和缓存管理算法，充分发挥其优势来实施一种简单、有效的路由方法以进一步提升各种速率场景下的无线网络的吞吐量，是一个值得研究的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种基于缓存管理的高效编码感知路由方法，以有效提高各种速率场景下的网络吞吐量且在有效地考虑编码节点的缓存状态下，降低实施复杂度。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案，包括如下步骤：

(1)在网络中进行编码感知路由发现,根据编码条件寻找进行流间网络编码的节点和路径；

(2)对经过路由发现后在路径上寻找出的编码节点用基于队列长度策略的缓存管理方式进行如下网络训练，实现最优阈值的选取：

2a)设定基于队列长度策略的每一个阈值i的网络吞吐量为：

biti=1,2...L-1]]>

其中，t为采样间隔，b_i为编码节点对应阈值i在间隔t内传输的比特数，L为编码节点的编码队列长度；

2b)将阈值i初始化为1，源节点发送数据包，编码节点对来自不同数据流的数据包进行有效的传输或等待，在数据传输稳定时，记录一个固定的采样间隔t内传输的比特数b₁，同时使阈值i加1，记录下一个间隔t内传输的比特数b₂，以同样的方式编码节点得到对应阈值i在间隔t内传输的比特数b₁,b₂...b_L-1；

2c)从上述得到的比特数b₁,b₂...b_L-1中找出数值最大的元素的下标，作为最优的阈值；

(3)根据编码节点的最优阈值选择网络数据传输方案，即中间节点根据编码机会、缓存状态和给定的最优阈值对接收到的数据包进行编码转发或直接转发或等待。