專(zhuān)利名稱(chēng)：基于認(rèn)知的自組織網(wǎng)絡(luò)分層網(wǎng)絡(luò)編碼多播方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及網(wǎng)絡(luò)編碼多播方法，應(yīng)用于無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)多播場(chǎng)景的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的多播傳輸是通過(guò)構(gòu)造多播樹(shù)實(shí)現(xiàn)的，典型的多播樹(shù)，如最小費(fèi)用的Steiner 樹(shù)，其構(gòu)造過(guò)程一般是個(gè)NP完全問(wèn)題，因此大多數(shù)的近似算法均不能使多播傳輸達(dá)到“最大流最小割”定理確定的最大理論傳輸容量。這主要是由于現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)中，中間節(jié)點(diǎn)往往僅對(duì)收到的信息進(jìn)行存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)而造成的。香港中文大學(xué)R. Alshwede等人在2000年的 IEEE信息論會(huì)刊上首次提出了網(wǎng)絡(luò)編碼的概念，并從理論上證明對(duì)于傳輸?shù)男畔ⅲ艟W(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)除了可以進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)外，還可以按照某種合適的方式進(jìn)行編碼處理，如模二加、有限域上的運(yùn)算等，則基于該網(wǎng)絡(luò)編碼方式的網(wǎng)絡(luò)多播就能夠?qū)崿F(xiàn)理論上的最大網(wǎng)絡(luò)傳輸容量。網(wǎng)絡(luò)編碼是指網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)對(duì)傳輸信息進(jìn)行操作和處理的過(guò)程。網(wǎng)絡(luò)編碼徹底改變了通信網(wǎng)絡(luò)中信息處理和傳輸?shù)姆绞剑沁M(jìn)入21世紀(jì)信息理論研究領(lǐng)域的重大突破。 圖1給出了網(wǎng)絡(luò)編碼在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的幾個(gè)簡(jiǎn)單應(yīng)用。圖1(a)中節(jié)點(diǎn)Sl發(fā)出信息Pl節(jié)點(diǎn) S2發(fā)出信息P2，節(jié)點(diǎn)C對(duì)Pl和P2進(jìn)行異或再轉(zhuǎn)發(fā)，從而完成節(jié)點(diǎn)S1、S2之間的信息交互。 可見(jiàn)，在該場(chǎng)景中采用網(wǎng)絡(luò)編碼能夠?qū)鬏敶螖?shù)從4降低到3，多播速率提高4/3 = 1.33。 圖1(b)為兩源兩宿的情況，同樣在中間節(jié)點(diǎn)C對(duì)收到的信息進(jìn)行異或，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的廣播特性，有效利用偵聽(tīng)信息在信宿節(jié)點(diǎn)成功完成解碼，將需要廣播4次才能完成的信息交互只用了 3次，多播速率同樣提高4/3 = 1.33。圖1(c)為星型網(wǎng)絡(luò)，外圍四個(gè)節(jié)點(diǎn)S1，S2， S3，S4都可以偵聽(tīng)到自己鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息，它們都要通過(guò)中心節(jié)點(diǎn)C完成與非鄰居節(jié)點(diǎn)的信息交互，采用網(wǎng)絡(luò)編碼后，傳輸次數(shù)從8降低到5，多播速率提高8/5 = 1. 6。圖1表明，較之傳統(tǒng)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，采用網(wǎng)絡(luò)編碼之后降低了信息的傳輸次數(shù)，相同時(shí)間內(nèi)傳輸了更多的信息，節(jié)省了終端功率和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源的損耗，提高了網(wǎng)絡(luò)吞吐量，改善了網(wǎng)絡(luò)性能。無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)是由一組自主的無(wú)線節(jié)點(diǎn)或終端相互合作而形成的，是一種沒(méi)有預(yù)定基礎(chǔ)設(shè)施支撐的自動(dòng)創(chuàng)建、自動(dòng)組織、自我管理的網(wǎng)絡(luò)。因其組網(wǎng)迅速以及適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)等特點(diǎn)被用于軍事通信、移動(dòng)會(huì)議、緊急服務(wù)和災(zāi)難恢復(fù)等不便利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的場(chǎng)景中。未來(lái)移動(dòng)通信要求網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)靈活，具有良好的適應(yīng)性和生存能力，因此，自組織網(wǎng)絡(luò)將在未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中扮演重要的角色。但是，隨著無(wú)線通信業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，無(wú)線資源尤其是頻譜資源變得越來(lái)越緊張，如何高效利用這些有限的通信資源已經(jīng)成為無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展的焦點(diǎn)所在。又由于自組織網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)通常依靠電池供電，為了延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間，需要考慮盡量節(jié)約節(jié)點(diǎn)的電池?fù)p耗，維持網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)間。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)編碼的特點(diǎn)以及所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，將網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)應(yīng)用在無(wú)線自組織網(wǎng)路中成為無(wú)線通信的一個(gè)新的發(fā)展方向，利用網(wǎng)絡(luò)編碼可以減少數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，節(jié)省自組織網(wǎng)絡(luò)中終端發(fā)射功率和無(wú)線資源的利用，提高網(wǎng)絡(luò)容量，改善自組織網(wǎng)絡(luò)性能。已有文獻(xiàn)表明，線性網(wǎng)絡(luò)編碼是最簡(jiǎn)單有效的一種編碼方法，在適宜的條件下可以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)的最大容量，因此目前線性網(wǎng)絡(luò)編碼被大量使用。在線性網(wǎng)絡(luò)編碼中，假設(shè)某編碼節(jié)點(diǎn)收到信息是S1, s2, L，，則經(jīng)過(guò)這個(gè)編碼節(jié)點(diǎn)之后輸出信息為Yi = gilSl+gi2s2+L+gimsm (1)如果這個(gè)編碼節(jié)點(diǎn)的m條輸出鏈路選取的線性編碼系數(shù)依次表示為gn，g12, L， glm, L L，gml，gm2, L，g_，編碼之后的信息為y2，L，ym，則這個(gè)節(jié)點(diǎn)的編碼過(guò)程表示為
Sn L glmMM
MOM參M—M(2)^Sml L gmm je \ rn) 那么，信宿節(jié)點(diǎn)的解碼過(guò)程表示為
MfgnLSlm-1M
M=MOM參Me V^yLSmm y^πι j
(3)很明顯，編碼節(jié)點(diǎn)對(duì)信息進(jìn)行線性運(yùn)算之后信息已經(jīng)完全改變，若要正確解碼獲得信息S1, s2, L，sm,必須編碼節(jié)點(diǎn)的這m條輸出鏈路y1; y2，L，ym均能夠正確傳輸。故網(wǎng)絡(luò)編碼的應(yīng)用需要全網(wǎng)鏈路相互協(xié)作，只有當(dāng)所有鏈路均傳輸正確時(shí)才能成功解碼，獲得信源發(fā)送的信息。目前已經(jīng)存在很多基于網(wǎng)絡(luò)編碼的自組織網(wǎng)絡(luò)多播方法，都是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙W(wǎng)統(tǒng)一管理構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)編碼的集中式方法。但是，這種方法存在以下不足第一，在無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)造成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕l繁變化，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的局部拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)，基于全網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)編碼的多播方法會(huì)導(dǎo)致部分信宿節(jié)點(diǎn)不能成功解碼；第二，集中式的網(wǎng)絡(luò)編碼方法需不斷獲取全網(wǎng)的拓?fù)?，隨著無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞墨@取會(huì)占用大量的無(wú)線頻譜資源；第三，無(wú)線鏈路存在不可靠性，當(dāng)某條鏈路傳輸發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，基于全網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)編碼的多播方法會(huì)導(dǎo)致部分信宿節(jié)點(diǎn)不能成功解碼。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提出一種基于認(rèn)知的自組織網(wǎng)絡(luò)分層網(wǎng)絡(luò)編碼多播方法，在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化或無(wú)線鏈路傳輸出錯(cuò)的情況下，提高信宿節(jié)點(diǎn)成功解碼的概率，減少為獲取網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠馁M(fèi)的無(wú)線頻譜資源。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的多播傳輸方法包括如下步驟(1)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)，獲取網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錉顟B(tài)；(2)根據(jù)已獲取的拓?fù)錉顟B(tài)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分群將信源節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)群首，其余群首利用最大連接度分群算法進(jìn)行選舉，將群首的三跳內(nèi)節(jié)點(diǎn)作為本群的成員節(jié)點(diǎn)，將相鄰兩個(gè)群交疊部分的節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，分群后網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)被分為3種群首、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)及普通節(jié)點(diǎn)；(3)對(duì)已分好的群進(jìn)行分級(jí)，將信源節(jié)點(diǎn)所在的群作為第一級(jí)群，將與第一級(jí)群有
5交疊部分的群作為第二級(jí)群，依此類(lèi)推，完成對(duì)群的分級(jí)；(4)從網(wǎng)絡(luò)中級(jí)數(shù)最高的群開(kāi)始，按照級(jí)數(shù)減少的順序，逐級(jí)按照如下步驟在每個(gè)群中構(gòu)造最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼方案(4. 1)群首根據(jù)本群拓?fù)錉顟B(tài)，依次選取與本群相鄰且級(jí)數(shù)低一級(jí)群之間的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)作為待選編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，以待選編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)作為本群內(nèi)信源節(jié)點(diǎn)，以本群內(nèi)信宿節(jié)點(diǎn)和所有與本群相鄰且級(jí)數(shù)高一級(jí)群的編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)作為本群內(nèi)信宿節(jié)點(diǎn)，設(shè)計(jì)本群的多播網(wǎng)絡(luò)編碼方案，并計(jì)算該網(wǎng)絡(luò)編碼方案的多播速率，作為待選編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的多播速率；(4. 2)群首通過(guò)比較，選取多播速率最大的待選編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)作為本群的編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，將其網(wǎng)絡(luò)編碼方案作為本群的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼方案，并將選取結(jié)果告訴本群內(nèi)所有節(jié)占.
I— /、、、 (4.3)判斷群首是否為信源節(jié)點(diǎn)，若是，將信源節(jié)點(diǎn)作為第一級(jí)群的編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)步驟(5)，否則將本群選出的編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)告訴與本群相鄰且級(jí)數(shù)低一級(jí)群的群首， 對(duì)與本群相鄰且未構(gòu)造出最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼方案的群，返回步驟(4. 1)；(5)從信源節(jié)點(diǎn)所在的第一級(jí)群開(kāi)始，按照級(jí)數(shù)增加的順序，采用每個(gè)群中的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼方案，分級(jí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分組的傳輸(5. 1)編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)按照本群的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼方案，將數(shù)據(jù)分組發(fā)送給本群信宿節(jié)點(diǎn)和所有與本群相鄰且級(jí)數(shù)高一級(jí)群的編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)；(5. 2)若本群信宿節(jié)點(diǎn)和所有與本群相鄰且級(jí)數(shù)高一級(jí)群的編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)正確接收，轉(zhuǎn)步驟(5. 1)進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)分組的持續(xù)傳輸，若出錯(cuò)，按照步驟(4)重新構(gòu)造本群的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼方案后，轉(zhuǎn)步驟(5. 1)對(duì)出錯(cuò)的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行重傳；(6)結(jié)束本次多播過(guò)程，若網(wǎng)絡(luò)中有其他節(jié)點(diǎn)發(fā)起多播，將其作為新的信源節(jié)點(diǎn)， 轉(zhuǎn)步驟O)。本發(fā)明與現(xiàn)有自組織網(wǎng)絡(luò)中的多播方法比較有如下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明由于對(duì)自組織網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分群，信源節(jié)點(diǎn)只需管理所有群首，而群首只需管理本群內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)，避免了每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要了解其他所有節(jié)點(diǎn)的信息而增加的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)，減少了節(jié)點(diǎn)獲取不斷變化的拓?fù)湫畔r(shí)所耗費(fèi)的無(wú)線頻譜資源。(2)本發(fā)明由于在每個(gè)群中采用網(wǎng)絡(luò)編碼進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚植孔兓鹑褐行潘薰?jié)點(diǎn)不能成功解碼時(shí)，通過(guò)重新構(gòu)造本群的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼方案進(jìn)行重傳，因此提高了信宿節(jié)點(diǎn)成功解碼的概率。(3)本發(fā)明中每個(gè)群的群首通過(guò)比較并選取本群最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼方案，使每個(gè)群的多播速率得到最大的提高，從而改善了網(wǎng)絡(luò)性能。


圖1是現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)編碼在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用圖；圖2是本發(fā)明基于認(rèn)知的自組織網(wǎng)絡(luò)分層網(wǎng)絡(luò)編碼多播流程圖；圖3是本發(fā)明中節(jié)點(diǎn)的分類(lèi)表示圖；圖4是本發(fā)明仿真時(shí)使用的一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生一百個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；圖5是本發(fā)明與現(xiàn)有多播方法在圖4場(chǎng)景中的傳輸時(shí)間對(duì)比圖6是本發(fā)明與現(xiàn)有多播方法在不同鏈路重傳概率下的傳輸時(shí)間對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D2，本發(fā)明的多播實(shí)施步驟如下步驟1，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)過(guò)程。網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)通過(guò)廣播hello包進(jìn)行拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)，獲取網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錉顟B(tài)。步驟2，根據(jù)已獲取的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錉顟B(tài)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分群。將信源節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)群首，其余群首利用最大連接度分群算法進(jìn)行選舉，將群首的三跳內(nèi)節(jié)點(diǎn)作為本群的成員節(jié)點(diǎn)，將相鄰兩個(gè)群交疊部分的節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，分群后網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)被分為3種群首、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)及普通節(jié)點(diǎn)，如圖3所示，其中群首指一個(gè)群的中心節(jié)點(diǎn)，它保存著整個(gè)群的節(jié)點(diǎn)的信息，負(fù)責(zé)群間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)、協(xié)調(diào)和管理，使群內(nèi)各節(jié)點(diǎn)合理工作；網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是指同時(shí)屬于相鄰兩個(gè)群的節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)中繼從而完成各群之間的業(yè)務(wù)傳輸，以保證網(wǎng)絡(luò)的連通性；其余節(jié)點(diǎn)為普通節(jié)點(diǎn)，只了解其鄰居節(jié)點(diǎn)的信息，功能比較簡(jiǎn)單。步驟3，對(duì)已劃分好的群進(jìn)行分級(jí)。首先將信源節(jié)點(diǎn)所在的群作為網(wǎng)絡(luò)的第一級(jí)群，然后將與第一級(jí)群有交疊部分的群作為第二級(jí)群，依此類(lèi)推，完成網(wǎng)絡(luò)中群的分級(jí)。步驟4，在分好的每個(gè)群中構(gòu)造最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼方案。從網(wǎng)絡(luò)中級(jí)數(shù)最高即距離信源節(jié)點(diǎn)最遠(yuǎn)網(wǎng)絡(luò)最外圍的群開(kāi)始，按照級(jí)數(shù)減少的順序，逐級(jí)從遠(yuǎn)到近直到信源節(jié)點(diǎn)所在的第一級(jí)群，按照如下步驟在每個(gè)群中構(gòu)造最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼方案(4. 1)群首根據(jù)本群拓?fù)錉顟B(tài)，依次選取與本群相鄰且級(jí)數(shù)低一級(jí)群之間的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，作為待選編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，以待選編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)作為本群內(nèi)信源節(jié)點(diǎn)，以本群內(nèi)信宿節(jié)點(diǎn)和所有與本群相鄰且級(jí)數(shù)高一級(jí)群的編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)作為本群內(nèi)信宿節(jié)點(diǎn)，設(shè)計(jì)本群的多播網(wǎng)絡(luò)編碼方案，并將所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組的比特?cái)?shù)除以傳輸所需的次數(shù)，以計(jì)算該網(wǎng)絡(luò)編碼方案的多播速率，將其作為待選編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的多播速率；(4. 2)群首通過(guò)比較，選取多播速率最大的待選編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)作為本群的編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，將其網(wǎng)絡(luò)編碼方案作為本群的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼方案，并將選取結(jié)果告訴本群內(nèi)所有節(jié)占.
I— /、、、 (4.3)判斷群首是否為信源節(jié)點(diǎn)，若是，將信源節(jié)點(diǎn)作為第一級(jí)群的編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)步驟(5)，否則將本群選出的編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)告訴與本群相鄰且級(jí)數(shù)低一級(jí)群的群首， 對(duì)與本群相鄰且未構(gòu)造出最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼方案的群，轉(zhuǎn)步驟(4. 1)。步驟5，從信源節(jié)點(diǎn)所在的第一級(jí)群開(kāi)始，按照級(jí)數(shù)增加的順序，采用每個(gè)群中的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼方案，分級(jí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分組的傳輸(5. 1)收到正確數(shù)據(jù)分組的編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)按照本群的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼方案，將數(shù)據(jù)分組發(fā)送給本群信宿節(jié)點(diǎn)和所有與本群相鄰且級(jí)數(shù)高一級(jí)群的編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)；(5. 2)若本群信宿節(jié)點(diǎn)和所有與本群相鄰且級(jí)數(shù)高一級(jí)群的編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)正確接收，轉(zhuǎn)步驟(5. 1)進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)分組的持續(xù)傳輸，若出錯(cuò)，按照步驟(4)在傳輸出錯(cuò)的群中根據(jù)拓?fù)涞母淖冎匦聵?gòu)造最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼方案，以通過(guò)局部調(diào)整適應(yīng)因節(jié)點(diǎn)移動(dòng)帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?，之后轉(zhuǎn)步驟(5. 1)對(duì)出錯(cuò)的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行重傳。步驟6，結(jié)束本次多播過(guò)程，若網(wǎng)絡(luò)中有其他節(jié)點(diǎn)發(fā)起多播，將其作為新的信源節(jié)點(diǎn)，返回步驟2，進(jìn)行下一次多播過(guò)程。本發(fā)明的效果可以通過(guò)以下仿真進(jìn)一步說(shuō)明1.仿真條件在IOOOmX IOOOm的范圍內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生一百個(gè)節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，作為本發(fā)明的應(yīng)用場(chǎng)景拓?fù)鋱D，如圖4所示。網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)按照802. 11協(xié)議中的RTS/CTS請(qǐng)求應(yīng)答交互機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這里控制幀RTS/CTS的發(fā)送條件以及發(fā)生沖突后的處理方法均符合 IEEE 802. IlDCF協(xié)議，節(jié)點(diǎn)的退避過(guò)程采用二維馬爾可夫鏈模型進(jìn)行描述。2.仿真內(nèi)容及結(jié)果通過(guò)仿真比較本發(fā)明與現(xiàn)有方法在不同條件下的數(shù)據(jù)成功傳輸時(shí)間，假設(shè)數(shù)據(jù)分組按照泊松過(guò)程到達(dá)，根據(jù)802. Ila物理層傳輸分組單元幀格式計(jì)算數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。仿真a，當(dāng)無(wú)線鏈路狀態(tài)穩(wěn)定即重傳概率確定時(shí)，信源節(jié)點(diǎn)依次發(fā)送5，10，15，20， 25個(gè)數(shù)據(jù)分組，比較本發(fā)明與現(xiàn)有方法的數(shù)據(jù)成功傳輸時(shí)間，仿真結(jié)果如圖5所示。圖5中橫坐標(biāo)表示傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組數(shù)目，縱坐標(biāo)表示成功傳輸所需的時(shí)間，黑色直方表示現(xiàn)有方法的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，白色直方表示本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。通過(guò)圖5可以看出，當(dāng)無(wú)線鏈路狀態(tài)穩(wěn)定時(shí)，信源節(jié)點(diǎn)采用本發(fā)明和現(xiàn)有方法兩種方式發(fā)送相同數(shù)目數(shù)據(jù)分組時(shí)，本發(fā)明明顯降低了數(shù)據(jù)成功傳輸所需的時(shí)間。仿真b，在無(wú)線鏈路狀態(tài)不斷變化，重傳概率依次為0. 2,0. 3,0. 4,0. 5,0. 6時(shí)，比
較本發(fā)明與現(xiàn)有方法傳輸相同數(shù)據(jù)時(shí)的數(shù)據(jù)成功傳輸時(shí)間，仿真結(jié)果如圖6所示。圖6中橫坐標(biāo)表示無(wú)線鏈路不可靠時(shí)的各種重傳概率，縱坐標(biāo)表示數(shù)據(jù)成功傳輸所需的時(shí)間，黑色直方表示現(xiàn)有方法的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，白色直方表示本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。通過(guò)圖6可以看出，對(duì)于仿真列出的五個(gè)重傳概率，本發(fā)明較之現(xiàn)有方法，均能夠明顯降低數(shù)據(jù)的成功傳輸時(shí)間，特別是在鏈路嚴(yán)重不可靠需要大量重傳時(shí)性能的提高更加明顯。
權(quán)利要求
1.一種基于認(rèn)知的自組織網(wǎng)絡(luò)分層網(wǎng)絡(luò)編碼多播方法，包括以下步驟(1)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)，獲取網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錉顟B(tài)；(2)根據(jù)已獲取的拓?fù)錉顟B(tài)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分群將信源節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)群首，其余群首利用最大連接度分群算法進(jìn)行選舉，將群首的三跳內(nèi)節(jié)點(diǎn)作為本群的成員節(jié)點(diǎn)，將相鄰兩個(gè)群交疊部分的節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，分群后網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)被分為3種群首、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)及普通節(jié) 點(diǎn)。(3)對(duì)已分好的群進(jìn)行分級(jí)，將信源節(jié)點(diǎn)所在的群作為第一級(jí)群，將與第一級(jí)群有交疊部分的群作為第二級(jí)群，依此類(lèi)推，完成對(duì)群的分級(jí)；(4)從網(wǎng)絡(luò)中級(jí)數(shù)最高的群開(kāi)始，按照級(jí)數(shù)減少的順序，逐級(jí)按照如下步驟在每個(gè)群中構(gòu)造最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼方案(4. 1)群首根據(jù)本群拓?fù)錉顟B(tài)，依次選取與本群相鄰且級(jí)數(shù)低一級(jí)群之間的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)作為待選編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，以待選編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)作為本群內(nèi)信源節(jié)點(diǎn)，以本群內(nèi)信宿節(jié)點(diǎn)和所有與本群相鄰且級(jí)數(shù)高一級(jí)群的編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)作為本群內(nèi)信宿節(jié)點(diǎn)，設(shè)計(jì)本群的多播網(wǎng)絡(luò)編碼方案，并計(jì)算該網(wǎng)絡(luò)編碼方案的多播速率，作為待選編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的多播速率；(4. 2)群首通過(guò)比較，選取多播速率最大的待選編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)作為本群的編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，將其網(wǎng)絡(luò)編碼方案作為本群的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼方案，并將選取結(jié)果告訴本群內(nèi)所有節(jié)占.(4. 3)判斷群首是否為信源節(jié)點(diǎn)，若是，將信源節(jié)點(diǎn)作為第一級(jí)群的編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)步驟(5)，否則將本群選出的編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)告訴與本群相鄰且級(jí)數(shù)低一級(jí)群的群首，對(duì)與本群相鄰且未構(gòu)造出最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼方案的群，返回步驟(4. 1)；(5)從信源節(jié)點(diǎn)所在的第一級(jí)群開(kāi)始，按照級(jí)數(shù)增加的順序，采用每個(gè)群中的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼方案，分級(jí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分組的傳輸(5. 1)編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)按照本群的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼方案，將數(shù)據(jù)分組發(fā)送給本群信宿節(jié)點(diǎn)和所有與本群相鄰且級(jí)數(shù)高一級(jí)群的編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)；(5. 2)若本群信宿節(jié)點(diǎn)和所有與本群相鄰且級(jí)數(shù)高一級(jí)群的編碼網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)正確接收， 轉(zhuǎn)步驟(5. 1)進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)分組的持續(xù)傳輸，若出錯(cuò)，按照步驟(4)重新構(gòu)造本群的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼方案后，轉(zhuǎn)步驟(5. 1)對(duì)出錯(cuò)的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行重傳；(6)結(jié)束本次多播過(guò)程，若網(wǎng)絡(luò)中有其他節(jié)點(diǎn)發(fā)起多播，將其作為新的信源節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)步驟(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述自組織網(wǎng)絡(luò)多播傳輸方法，其中步驟(2)所述的網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)被劃分為3種群首、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)及普通節(jié)點(diǎn)，其中群首指一個(gè)群的中心節(jié)點(diǎn)，它保存著整個(gè)群的節(jié)點(diǎn)的信息，負(fù)責(zé)群間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)、協(xié)調(diào)和管理，使群內(nèi)各節(jié)點(diǎn)合理工作；網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是指同時(shí)屬于相鄰兩個(gè)群的節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)中繼從而完成各群之間的業(yè)務(wù)傳輸，以保證網(wǎng)絡(luò)的連通性；其余節(jié)點(diǎn)為普通節(jié)點(diǎn)，只了解其鄰居節(jié)點(diǎn)的信息，功能比較簡(jiǎn)單。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述自組織網(wǎng)絡(luò)多播傳輸方法，其中步驟(4)所述的從網(wǎng)絡(luò)中級(jí)數(shù)最高的群開(kāi)始，按照級(jí)數(shù)減少的順序，是指從距離信源節(jié)點(diǎn)最遠(yuǎn)即網(wǎng)絡(luò)最外圍的群開(kāi)始，按照級(jí)數(shù)減少的順序逐級(jí)從遠(yuǎn)到近直到信源節(jié)點(diǎn)所在的第一級(jí)群，是一個(gè)從距離信源節(jié)點(diǎn)最遠(yuǎn)的信宿節(jié)點(diǎn)出發(fā)構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)編碼方案的策略。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述自組織網(wǎng)絡(luò)多播傳輸方法，其中步驟(5.2)涉及的對(duì)數(shù)據(jù)分組傳輸出錯(cuò)，要重新構(gòu)造本群的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼方案，是指只在傳輸出錯(cuò)的群中根據(jù)本群拓?fù)涞母淖冞M(jìn)行局部調(diào)整，來(lái)適應(yīng)因節(jié)點(diǎn)移動(dòng)引起的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?br> 全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于認(rèn)知的自組織網(wǎng)絡(luò)分層網(wǎng)絡(luò)編碼多播方法，主要解決現(xiàn)有方法在自組織網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕l繁變化時(shí)，不斷獲取全網(wǎng)拓?fù)湫畔⒃斐蔁o(wú)線頻譜資源的大量損耗，以及局部拓?fù)渥兓蚰硹l鏈路出錯(cuò)導(dǎo)致部分信宿節(jié)點(diǎn)不能成功解碼的問(wèn)題。其具體過(guò)程為發(fā)hello包獲取網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錉顟B(tài)；按最大連接度分群算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分群；對(duì)已劃分好的群進(jìn)行分級(jí)；從級(jí)數(shù)最大的群開(kāi)始，逐級(jí)在每個(gè)群中構(gòu)造最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)編碼方案；所有節(jié)點(diǎn)分級(jí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；若信宿節(jié)點(diǎn)都正確接收數(shù)據(jù)結(jié)束本次多播。本發(fā)明降低了在不斷更新拓?fù)湫畔r(shí)無(wú)線資源的損耗，提高了信宿節(jié)點(diǎn)成功解碼的概率，減少了數(shù)據(jù)成功傳輸時(shí)間，用于自組織網(wǎng)絡(luò)多播場(chǎng)景中。
文檔編號(hào)H04W4/06GK102170613SQ20111010271
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者侯蓉暉, 劉勤, 張文柱, 徐文菲, 李建東, 李紅艷, 盛敏, 蔡寧, 趙林靖 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)