[发明专利]一种低开销的编码感知无线Mesh网络路由协议设计方法

说明书

本发明提出的低开销的编码感知无线Mesh网络路由协议设计方法，属于使用无线Mesh网络技术的领域。它在运行时包括路由发现、路由选择两个阶段内的操作，采用了“低开销编码机会探测”和“集中式编码机会确认”两种新机制，在路由发现过程中，将编码机会探测需要的信息添加到以单播方式发送的路由回复消息中，能够达到在路由发现的同时进行编码机会探测的目的，且降低了编码机会探测引入的控制开销；在路由选择过程中，源节点根据路径整体信息判断是否存在非编码节点并计算路径的路由度量值，选择最优数据传输路径，从而避免了编码冲突造成的编码包无法解码，能够提升网络带宽资源的利用率。

技术领域

本发明属于使用无线Mesh网络(Wireless Mesh Networks，WMN)技术的领域，涉及一种低开销的编码感知无线Mesh网络路由协议设计方法。

背景技术

无线Mesh网络是一种骨干节点静止的多跳无线自组织网络，其本质上是一种Adhoc网络。无线Mesh网络与Ad hoc网络的区别主要在于，其骨干节点静止，具有高带宽和容量大的特点，能够满足用户对宽带接入服务稳定、高效的需求。无线Mesh网络被认为是一种可以解决无线接入“最后一公里”瓶颈问题的新方案。无线Mesh网络作为一种具有广泛应用前景的新型网络结构，与传统无线多跳网络结构相比具有网络容量大、覆盖范围广且可靠性高等显著优势。此外，无线Mesh网络部署成本低和组网灵活等特性使其适用于不同场景和不同规模的无线网络，如可为校园、乡村以及城市等提供宽带无线接入服务，并且可满足物联网高效无线接入的需求，因此应用前景十分广阔。

无线Mesh网络性能受到无线信道的不可靠性以及广播特性的影响，由于不同数据流之间需要竞争带宽等网络资源造成了网络资源的消耗。Ahlswede等人于2000年首次提出网络编码概念，将网络编码运用到无线Mesh网络中，可以有效提升网络性能。无线信道的广播特性为网络编码技术的应用提供了有利条件。网络编码是一种融合路由和编码的信息交换技术，网络编码打破了中间节点存储转发的传统工作方式，对接收到的信息进行编码融合。采用网络编码后能够提高单次传输的信息量、减少数据包的传输次数，从而达到显著提高网络吞吐量的目的。此外，网络编码在增强网络健壮性、提高网络的安全性、减小传输延迟以及节省节点能耗等方面均显示出其优越性。

将网络编码应用到无线网络中，网络编码对网络性能的提升主要取决于编码机会数量。因此，数据传输路径上不存在编码机会时，无法发挥网络编码的优势，网络吞吐量等性能无法得到提升。近年来，随着基于网络编码的无线网络路由算法研究的不断深入，发现在传统的网络编码感知路由中未考虑增加编码机会，只能被动等待编码机会的出现，由于编码机会数量有限导致无法获得较好的网络编码增益。Ni等人提出了网络编码感知路由ROCX(routing with with opportunistically coded exchanges)，首次提出了编码感知的概念并定义了两个节点在中间节点进行编码传输成功交换信息的期望传输次数，据此建立编码感知的最优路由。编码感知路由算法在路由发现过程中进行编码机会的探测，能够发现整条路径上的编码机会，并且将编码机会的数量作为衡量路径好坏的标准，能够解决传统网络编码路由中由于被动等待编码机会限制网络编码性能的问题，基于编码感知的路由协议成为研究热点。

Jilin Le,等人提出了分布式编码感知路由算法(Distributed CodingAwareRouting，参见文献[1]：Le J,Lui J C S,Chiu D M.DCAR:Distributed Coding-AwareRouting in Wireless Networks[J].IEEE Transactions on Mobile Computing,2010,9(4):596-608)。DCAR算法中定义了广义编码条件，能够探测到整条路径上存在的编码机会。该方法能够主动发现网络中的编码机会，使网络编码的优势得以发挥。