[发明专利]提高基于随机网络编码的多播传输效率的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及网络编码技术领域，具体涉及一种提高基于随机网络编码的多播传输效率的方法及装置。

背景技术

所谓网络编码，就是指让网络中的节点不光拥有存储转发数据分组的能力，还能够对信息进行编码操作，从而能够大幅度提高网络在执行多播应用时的吞吐率和带宽利用率。

图1给出了一个通过网络编码改善网络吞吐率的网络拓扑图，如图1所示，假设图中所有线路的传输速率均为1bit/单位时间，而节点S要利用该网络同时向节点Y和节点Z多播信息。假设某一单位时间内，S向T和U分别发出比特b₁和b₂，如果每个节点都只有存储转发功能，则节点W只能从b₁和b₂中选择一个传给节点X，显然节点Y和节点Z无法同时收全b₁和b₂，网络提供给节点S到节点Y和Z的多播速率小于2bit/单位时间。而如果在该网络的节点中引入编码功能，即让节点W将b₁和b₂作异或运算的结果传给节点X，再由X将该结果分别传给Y和Z，则节点Y可以通过该结果和自己从节点T收到的比特求解出节点S发送给U的比特。而节点Z也可以通过类似的方式收到S发给T的比特。从而使S向Y和Z多播的速率达到了2bit/单位时间。

现有技术已经证明：任何网络中，假设在进行单播时源到各接收点{T₁，T₂，...，T_n}的最大速率分别为{MF₁，MF₂，...，MF_n}，则该源必定能够以min{MF_m(m＝1，2，...，n)}的速率同时对所有接收节点进行多播，将min{MF_m(m＝1，2，...，n)}称为源节点到所有宿节点的最大流中的最小值。而从图1可以看到，若节点不具备编码功能，该速率min{MF_m}＝2bit/单位时间通常是无法达到的，而只有引入了网络编码，该速率才可以达到。

根据网络中的节点的编码向量分配方法的不同，网络编码技术产生了随机网络编码和确定性网络编码两个分支。随机网络编码是指网络中所有链路的编码向量都是随时间变化的，即每个节点在得到一次发送机会后都随机地对已经收到的数据进行编码操作并且发送出去。

使用随机网络编码的网络中使用了“代”的概念，即：将数据源需要多播到宿节点的所有原始数据块分为若干组，除最后一组，每组含有相等数量的原始数据块。在整个多播过程中，节点的编码操作都只在属于同一组的原始数据块及它们进行线性组合后生成的新数据块之间进行。称一组原始数据块和由它们线性组合生成的全部新数据块组成的集合为一代。

图2给出了现有的基于随机网络编码的多播流程图，如图2所示，其具体步骤如下：

步骤201：在多播过程开始之前，在现有网络的基础上计算出一个多播过程使用的逻辑子拓扑。

步骤202：预先设定分组发送速度调整周期T0和冗余分组门限N0，且每个中间节点和每个宿节点分别维护一个冗余分组计时器t和冗余分组计数器n，并初始化t＝0，n＝0。

步骤203：子拓扑中的源节点在每次要发送一个数据块时，随机生成一个d维向量，计算该d维向量·表示本代所有待发原始数据块的原始数据向量，然后将计算得到的数据块封装入分组，将该数据块的代编号和生成的d维编码向量填入分组头部后，将该分组发送出去。

假设该子拓扑中源节点到所有宿节点最大流中的最小值是h块/单位时间，则源节点向外发送数据的速率是h块/单位时间。

多播分组的格式如图3所示，主要由分组头部和分组内容组成，其中，分组头部包括：代编号和编码向量如：向量元素1、向量元素2、...、向量元素d，分组内容即：数据块。

步骤204：中间节点收到多播分组，判断该分组是否携带了新信息即：该分组是否会使得线性空间增大，若是，执行步骤205；否则，执行步骤206。

判断该分组是否携带了新信息的具体过程为：假设在收到该分组前，该中间节点共收到了a个与该分组属于同一代的分组，其中，共有b(b≤d)个分组头部中封装的编码向量是线性无关的，则收到该分组之后，该分组头部中的编码向量和原有分组头部中的向量共a+1个，如果该a+1个向量中有b+1个向量线性无关，则称该分组携带了新信息。

步骤205：中间节点将该分组保存到缓存空间中，转至步骤212。