[发明专利]一种拓扑感知随机线性网络编码重传方法

说明书

本发明提出了一种拓扑感知随机线性网络编码(Random Linear Network Coding，RLNC)重传方案，该方案主要应用在基于软件定义网络(Software Defined Network，SDN)的5G MobileSmall Cell(MSC)中；本发明首先为了收集网络拓扑信息，设计SDN控制器端口设备映射表；其次，根据拓扑信息选取最佳编码包为来自同一MSC中丢失数据包的线性组合，并且给出了最佳编码数据包格式；最后，通过报告丢失数据包、生成网络拓扑、生成最佳编码包、传输最佳编码包四步将网络拓扑信息智能地嵌入编码重传过程。相比于传统的RLNC，本发明有效地减少了重传次数，增加了网络的吞吐量和弹性，降低了传输能耗。

技术领域

本发明属于移动通信网络技术领域，尤其涉及基于软件定义网络的5G移动小蜂窝中一种拓扑感知随机线性网络编码重传方案，本发明属于网络层通信领域。

背景技术

由于5G网络的高速率和大容量需求，传统的网络结构和技术也面临重大的挑战，例如，缺少网络整体拓扑可能会导致效率降低和特定路径上的拥塞，同时由于无线信道易受干扰等因素，会导致数据包的不必要重传而浪费网络资源。

面对日益增长的移动数据流量，Mobile Small Cell(MSC)(参见文献[1]：MarcusD R, Georgios M,Ayman R,et al.Key management for beyond 5G mobile smallcells:A survey[J].IEEE Access,2019,7(1):59200-59236.)成为5G蜂窝网络中处理海量数据的有效解决方案之一。与传统的静态小蜂窝不同，首先，MSC可以根据动态业务负载以高效、经济的方式进行部署，以补充宏蜂窝覆盖漏洞并增强其服务范围。其次，MSC可以移动到更靠近用户设备(user equipments,UEs)的位置，以便UEs接收更强的信号，获得更高的数据速率。最后，采用MSC，可以真正从宏蜂窝释放更多的流量，从而提高系统性能。同时为了更好地适应网络数据流量激增，在5G中引入软件定义网络(software defined network,SDN)，将用户面和控制面相分离，由不同的网络节点承载。此外，为应对通信链路传输中丢包导致的重传问题，引入网络编码 (network coding,NC)，在转发数据包之前对其进行编码、重组；其中，随机线性网络编码 (Random Linear Network Coding，RLNC)以其随机选取编码系数和中间节点无需解码即可重新编码分组等特性，被广泛应用。

在传统的互联网中，对于传输的数据网络中的节点只具有存储-转发操作，而不对数据本身进行任何操作。然而，Ahlswede等人在2000年首次提出的网络编码(参见文献[2]：Ahlswede R,Cai N,Li S Y R,et al.Network information flow[J].IEEE Trans.onInformation Theory,2000,46(4):1204-1216.)概念颠覆了这一传统的数据传输方式。NC技术在网络节点对数据的存储-转发操作的基础上加入了编码操作，构成存储/编码/转发的数据传输模式，即允许网络节点对数据包进行编码和转发操作。NC通过允许网络中节点对任何数据流的数据进行编码操作，从而可以达到“最大流最小割”传输理论所确定的理论网络容量的最大值。NC可以有效的提升网络吞吐量，减少传输延迟、提高鲁棒性、改善负载均衡等，成为当今信息传输领域内的重要研究成果之一。其中，RLNC(参见文献[3]：Ho T,Medard M,Koetter R,et al. A random linear network coding approach tomulticast[J].IEEE Transaction on Information Theory, 2006,52(10):4413-4430.)以其节点在选择系数时为随机选取，不需要获得全局信息，而被广泛应用于规模较大的无线网络中，其原理示意图如附图1所示。