[发明专利]一种采用网络编码的网络传输方法

权利要求书

1.一种采用网络编码的网络传输方法，包括如下步骤：

一.初始化步骤，建立节点链路初始化信息表，包括下述子步骤：

1.1清除网络G(V，E)中各个节点的节点标记，从网络的所有节点V＝{v₁，v₂，L，v_υ}中确定信源节点s和信宿节点t_k，1≤k≤τ，τ为信宿节点数；υ为网络中总节点数；

1.2计算信源节点s到各个信宿节点t_k的最大流f(t_k)，将f＝min{f(t_k)|1≤k≤τ}作为有向多边图的最大流；

1.3计算网络中各个节点v_i∈V到每个信宿节点t_k的最短距离D_k(v_i)，1≤i≤υ，并填入相应的各个节点到信宿节点的最短距离向量D(v_i)＝[D_k(v_i)_τ×1中；

1.4初始化各节点的链路可用带宽向量根据有向多边图，将各节点v_i到其对应的每个始节点u_ij的链路可用带宽BW(u_ij，v_i)初始化为各节点v_i为终节点时，到其对应的每个始节点u_ij间的并行有向链路条数，1≤j≤P(v_i)，P(v_i)为该节点v_i对应的始节点数；

1.5将各节点v_i的网络编码操作数NC(v_i)初始化为0，将各有向链路e_y∈E的链路标记集合LMC(e_y)初始化为空集，E＝{e₁，e₂，Λ，e_ε}，1≤y≤ε，ε为网络中总有向链路条数；

1.6置当前在建多播树编号N＝0，转步骤二；

二.建树启动步骤：

2.1设置信源节点s为当前节点x，并加上确定标记；

2.2置当前在建多播树编号N＝N+1，转步骤三；

三.信源节点入栈步骤，包括下述子步骤：

3.1在当前节点x的所有邻居节点中，判断是否存在节点v_i满足条件：未被标记、其与当前节点x间的链路可用带宽BW(x，v_i)＞0且D min(v_i)＜∞，是则将所有满足条件的节点构成节点集合V_S，进行子步骤3.2；否则结束；D min(v_i)＝min{D_k(v_i)|t_k未被标记}；

3.2对于集合V_S中的每一个节点，任选其与当前节点x间一条未标记的有向链路，构成节点-未标记链路对，进行子步骤3.3；

3.3在集合V_S中，判断是否存在其网络编码操作数NC(v_i)＞0的节点，是则将所有满足条件的节点构成子集合V_S1，进行子步骤3.4；否则转子步骤3.5；

3.4在子集合V_S1中，按照节点与当前节点x间的链路可用带宽BW(x，v_i)的大小由小到大，将节点对应的节点-未标记链路对压入网络编码栈；当多个节点的BW(x，v_i)相同时，则再按节点的网络编码操作数NC(v_i)的大小从大到小，将其对应的节点-未标记链路对压入网络编码栈；进行子步骤3.5；

3.5在集合V_S中，判断是否存在节点v_i满足条件：非信宿节点、其链路可用带宽向量BW(v_i)不为初始值且其网络编码操作数NC(v_i)＝0，是则将所有满足条件的节点构成子集合V_S2，进行子步骤3.6，否则转子步骤3.7；

3.6在子集合V_S2中，按照节点与当前节点x间的链路可用带宽BW(x，v_i)的大小由小到大，将节点对应的节点-未标记链路对压入路由栈；当多个节点的BW(x，v_i)相同时，则再按节点的Dmax(v_i)的大小从小到大，将其对应的节点-未标记链路对压入路由栈；D max(v_i)＝max{D_k(v_i)|t_k未被标记}；进行子步骤3.7；

3.7在集合V_S中，判断是否存在其链路可用带宽向量BW(v_i)等于初始值的非信宿节点，是则将它们构成子集合V_S3，进行子步骤3.8，否则转子步骤3.9；

3.8在子集合V_S3中，按照节点与当前节点x间的链路可用带宽BW(x，v_i)的大小由小到大，将节点对应的节点-未标记链路对压入路由栈；当多个节点的BW(x，v_i)相同时，则再按节点的Dmax(v_i)的大小从小到大，将其对应的节点-未标记链路对压入路由栈；进行子步骤3.9；

3.9在集合V_S中，判断是否存在信宿节点，是则将信宿节点构成的节点-未标记链路对以任意顺序压入路由栈，转步骤四；否则直接转步骤四；

四.出栈步骤，包括下述子步骤：

4.1判断路由栈是否已空，是则转子步骤4.14，否则进行子步骤4.2；

4.2从路由栈中取出一个节点-链路对，令该节点-链路对对应的始节点为当前节点x，判断当前节点x是否为信源节点，是则多播树N的当前链路标记转子步骤4.4，否则进行子步骤4.3；

4.3判断当前节点x在多播树N中的来源链路E_N(x)的链路标记集合LMC(E_N(x))是否为单元素集合{LM_N(E_N(x))}，是则多播树N的当前链路标记否则该来源链路E_N(x)的链路标记集合为多元素集合n_m为经过该来源链路E_N(x)的已建好的多播树的编号，1≤n_m＜N，1≤m≤r，多播树N的当前链路标记为

为多播树n_m在链路E_N(x)处的链路标记；进行子步骤4.4；

4.4判断路由栈中取出的节点-链路对的性质，若取出的为信宿节点-未标记链路对，则进行子步骤4.5；若取出的是非信宿节点-链路对，则转子步骤4.9；

4.5对该信宿节点进行增流检验：将多播树N的当前链路标记与其它所有以该信宿节点为终节点的、已标记链路e_y的链路标记集合LMC(e_y)中的链路标记LM_w(e_y)作比较：除去多播树N的当前链路标记和这些LM_w(e_y)中每个括号前面的多播树编号，若通过交换各个括号内用加号连接的各元素的连接次序后，与某一个LM_w(e_y)完全相同，则增流失败，转步骤六；否则通过增流检验，进行子步骤4.6；w为已建好的多播树的编号，1≤w≤N-1；

4.6在该信宿节点-未标记链路对中的未标记链路的链路标记集合中并上多播树N的当前链路标记该信宿节点t_k的链路可用带宽向量BW(t_k)中对应当前节点x的链路可用带宽BW(x，t_k)减1，从该信宿节点t_k开始反向沿着链路标记集合中含有多播树N链路标记LM_N的有向链路将途经的非确定标记节点的节点标记改为确定标记，直至碰到已有确定标记的节点才结束，进行子步骤4.7；

4.7判断是否所有信宿节点均有确定标记，是则进行子步骤4.8，否则转子步骤4.1；

4.8判断是否达到网络最大流f，是则结束；否则清除所有节点的节点标记，清零路由栈和网络编码栈，转步骤二；

4.9判断当前节点x是否被加上确定标记且该非信宿节点-链路对中的非信宿节点的网络编码操作数NC(v_i)＞0，是则转子步骤4.1，否则进行子步骤4.10；

4.10判断路由栈中取出的非信宿节点-链路对是否为非信宿节点-已标记链路对，是则进行子步骤4.11；否则转子步骤4.13；

4.11给出栈的节点-已标记链路对中的节点加上临时标记，已标记链路e_y的链路标记集合LMC(e_y)中并上多播树N的当前链路标记当前节点x的网络编码操作数NC(x)加1；进行子步骤4.12；

4.12出栈的节点-已标记链路对中已标记链路的链路标记集合为λ_s为经过该已标记链路的多播树的编号，1≤λ_s＜N，1≤s≤z；若z＝1，则替换因子查找因子若z≥2，则对于所有λ_s，1≤s≤z，替换因子为：

查找因子遍历以该节点-已标记链路对中的节点为根节点的子树，检查子树中所有有向链路的链路标记集合中的链路标记，将这些链路标记作为母字符串，若母字符串中存在与查找因子完全相同的子字符串，将该子字符串替换为相应的替换因子转子步骤4.19；

4.13给该出栈的节点-未标记链路对中的节点v_i加上临时标记，其链路可用带宽向量BW(v_i)中对应当前节点x的链路可用带宽BW(x，v_i)减1，该出栈的节点-未标记链路对中的未标记链路的链路标记集合中并上多播树N的当前链路标记转子步骤4.19；

4.14判断网络编码栈是否已被取空，是则结束；否则进行子步骤4.15；

4.15从网络编码栈中取出一个节点-链路对，并令该节点-链路对对应的始节点为当前节点x，判断当前节点x是否为信源节点，是则多播树N的当前链路标记转子步骤4.17；否则进行子步骤4.16；

4.16判断当前节点x在多播树N中的来源链路E_N(x)的链路标记集合LMC(E_N(x))是否为单元素集合{LM_N(E_N(x))}，是则多播树N的当前链路标记否则该来源链路E_N(x)的链路标记集合为多元素集合n_m为经过该来源链路的已建好的多播树的编号，1≤n_m＜N，1≤m≤r，多播树N的当前链路标记

为多播树n_m在链路E_N(x)处的链路标记；进行子步骤4.17；

4.17判断该取出的网络编码节点-链路对中网络编码节点是否满足下述条件：该网络编码节点已被标记，或者该网络编码节点及当前节点x均未被标记，是则转子步骤4.14；否则进行子步骤4.18；

4.18判断网络编码栈中取出的节点-链路对的性质，若取出的是网络编码节点-已标记链路对，则转子步骤4.11；否则取出的为网络编码节点-未标记链路对，转子步骤4.13；

4.19令出栈的节点-链路对中的节点为当前节点x，转步骤五；

五.中间节点入栈步骤，包括下述子步骤：

5.1在当前节点x的所有邻居节点中，判断是否存在节点v_i满足条件：未被标记，D min(v_i)＜∞且其不为与当前节点x间的链路可用带宽BW(x，v_i)＝0的信宿节点，是则将所有满足条件的节点构成节点集合V_IC，进行子步骤5.2；否则转步骤六；

5.2判断当前节点x在多播树N中的来源链路E_N(x)的链路标记集合LMC(E_N(x))是否为只含有多播树N的链路标记的单元素集合{LM_N(E_N(x))}，是则令节点集合V_I等于节点集合V_IC，并转子步骤5.8；否则进行子步骤5.3；

5.3该来源链路E_N(x)的链路标记集合为多元素集合n_m为经过该来源链路E_N(x)的已建好的多播树的编号，1≤n_m＜N，1≤m≤r，在集合V_IC中，判断是否存在节点满足条件：不为信宿节点，且其与x之间有向链路的链路标记集合中含有多播树n_m的链路标记是则将所有满足条件的节点构成节点集合V_IM，并进行子步骤5.4；否则令节点集合V_I＝V_IC，转子步骤5.8；

5.4对于V_IM中的各个节点，将其与当前节点x之间的链路标记集合中含有播树n_m的链路标记的各条有向链路分别绑定其所对应的终节点，构成节点-已标记链路对，按节点-已标记链路对中节点的网络编码操作数NC(v_i)的大小由大到小入栈，当存在多个节点-已标记链路对中节点NC(v_i)相同时，需再比较这些节点-已标记链路对中的已标记链路的链路标记集合中链路标记的个数，按链路标记个数由多到少将其对应的节点-已标记链路对压入栈；入栈时，其中NC(v_i)＞0的节点构成的网络编码节点-已标记链路对同时压入路由栈和网络编码栈，NC(v_i)＝0的节点构成的非网络编码节点-已标记链路对只压入路由栈；进行子步骤5.5；

5.5判断是否存在以当前节点x为始节点、集合V_IM中的节点为终节点的已标记链路满足条件：其链路标记集合中不含多播树n_m的链路标记是则进行子步骤5.6，否则转子步骤5.7；

5.6将这些已标记链路分别绑定其所对应的终节点构成节点-已标记链路对，按节点-已标记链路对中节点的网络编码操作数NC(v_i)的大小由大到小入栈，当存在多个节点-已标记链路对中节点的NC(v_i)相同时，需再比较这些节点-已标记链路对中的已标记链路的链路标记集合中链路标记的个数，按链路标记个数由多到少将其组成的节点-已标记链路对压入栈；入栈时，其中NC(v_i)＞0的节点构成的网络编码节点-已标记链路对同时压入路由栈和网络编码栈，NC(v_i)＝0的节点构成的非网络编码节点-已标记链路对只压入路由栈；进行子步骤5.7；

5.7令节点集合V_I＝V_IC-V_IM；

5.8在集合V_I中，判断是否存在节点v_i满足条件：其与当前节点x间的链路可用带宽BW(x，v_i)＜f-(N-1)、且其网络编码操作数NC(v_i)＞0，是则将所有满足条件的节点构成子集合V_I1，进行子步骤5.9，否则转子步骤5.10；

5.9对于子集合V_I1中的节点，构建节点-链路对并顺序压入路由栈和网络编码栈；

5.10在集合V_I中，判断是否存在节点v_i满足条件：非信宿节点、其链路可用带宽向量BW(v_i)不等于初始值、与当前节点x间的链路可用带宽BW(x，v_i)＜f-(N-1)且其网络编码操作数NC(v_i)＝0，是则将所有满足条件的节点构成子集合V_I2，并进行子步骤5.11；否则转子步骤5.12；

5.11对于子集合V_I2中的节点，构建节点-链路对并顺序压入路由栈；

5.12在集合V_I中，判断是否存在节点v_i满足条件：非信宿节点、其链路可用带宽向量BW(v_i)不等于初始值、且与当前节点x间的链路可用带宽BW(x，v_i)≥f-(N-1)，是则将所有满足条件的节点构成子集合V_I3，并进行子步骤5.13；否则转子步骤5.14；

5.13对于子集合V_I3中的节点，任选其与当前节点x间一条未标记链路绑定该节点，构成节点-未标记链路对，根据其中节点网络编码操作数NC(v_i)的大小，由大到小将这些节点-未标记链路对压入栈，当其中存在多个节点NC(v_i)相同时，需再比较这些NC(v_i)相同的节点与当前节点x间的链路可用带宽BW(x，v_i)的大小，按照BW(x，v_i)的大小由小到大把NC(v_i)相同的节点构成的节点-未标记链路对压入栈；入栈时，其中NC(v_i)＞0的节点构成的网络编码节点-未标记链路对同时压入路由栈和网络编码栈，NC(v_i)＝0的节点构成的非网络编码节点-未标记链路对只压入路由栈；

5.14在集合V_I中，判断是否存在节点v_i满足条件：非信宿节点、且其链路可用带宽向量BW(v_i)等于初始值，是则将所有满足条件的节点构成子集合V_I4，并进行子步骤5.15；否则转子步骤5.16；

5.15对于子集合V_I4中的节点，任选其与当前节点x间一条未标记链路绑定该节点，构成节点-未标记链路对，根据节点-未标记链路对中的节点与当前节点x间的链路可用带宽BW(x，v_i)的大小，按由小到大的顺序将这些节点-未标记链路对压入路由栈；

5.16在集合V_I中，判断是否存在信宿节点，是则对于其中所有的信宿节点，任选其与x间一条未标记链路绑定该信宿节点，构成信宿节点-未标记链路对，以任一顺序压入路由栈，并转步骤四；否则直接转步骤四；

六.回溯步骤，执行以下子步骤：

6.1检查路由栈是否为空，是则转子步骤6.2，否则设置路由栈最上面的节点-链路对所对应的始节点为停止点，并进行子步骤6.3；

6.2检查网络编码栈是否为空，是则转子步骤6.3，否则设置网络编码栈最上面的节点-链路对所对应的始节点为停止点，并进行子步骤6.3；

6.3判断当前节点x是否为停止点或者其已被加上确定标记，是则将信源节点设置为停止点，并转步骤四，否则进行子步骤6.4；

6.4清除当前节点x的临时标记，判断多播树N中x的来源链路E_N(x)的链路标记集合LMC(E_N(x))是否为只含有多播树N的链路标记的单元素集合{LM_N(E_N(x))}，是则转子步骤6.6，否则进行子步骤6.5；

6.5多播树N中当前节点x的来源链路E_N(x)的链路标记集合为多元素集合n_m为经过该来源链路的已建好的多播树的编号，1≤n_m＜N，1≤m≤r；当前节点x在多播树N中的父节点的网络编码操作数减1，若r＝1，则令替换因子查找因子若r≥2，则对于所有n_m，1≤m≤r，令替换因子查找因子1≤m≤r；遍历以当前节点x为根节点的子树，检查子树中所有链路的链路标记集合中的链路标记，将这些链路标记作为母字符串，若母字符串中存在与查找因子完全相同的子串，将其替换为相应的替换因子

6.6除去当前节点x在多播树N中的来源链路E_N(x)的链路标记集合LMC(E_N(x))中多播树N的链路标记LM_N(E_N(x))，设置当前节点x在多播树N中的父节点为新的当前节点x，转子步骤6.3。