[发明专利]一种数据块的调度方法及网络节点

说明书

技术领域

本发明涉及调度技术，尤其涉及一种基于网络编码技术的无线网络中数据块的调度方法及网络节点。

背景技术

网络编码是在网络层对数据分组进行编码的技术，该技术允许网络中的节点对接收到的分组进行编码，产生新的分组并转发出去。根据信息论原理，最大流最小割定理是网络组播的理论容量上限。但是传统的路由方法无法达到这个理论上限值，网络编码正是为了解决这个问题而提出来的。因此，近年来网络编码技术受到了越来越多的关注。图1和图2分别给出了传统的存储转发路由和网络编码路由的示意图。

如图1所示，在传统的存储转发式路由模式中，除源节点和目的节点之外的网络中的节点在接收到分组之后将不做任何处理，只是将其存储在自己的内存中然后再转发出去。采用了网络编码技术之后，网络中的节点可以处理接收到的分组，即将最新收到的分组和缓存中已有的分组进行编码，产生新的分组，然后再转发出去。例如，图2中的节点W，首先对接收到的分组b₁和b₂进行异或运算，再将新生成的广播或多播出去。因此，在网络编码的路由方法里，网络中传播的分组实质上携带了多个原始分组的信息。例如里携带了b₁和b₂两个分组的信息。进一步，从图1和图2可以发现，为实现源节点S把b₁和b₂两个分组发给目的节点Y和Z的目标，如果采用传统的存储转发路由，共需要10次传输才能完成；而采用了网络编码技术之后，由于节点W可以通过一次传输就可以将b₁和b₂两个分组的信息同时发送的节点X，从而源节点S把b₁和b₂两个分组发给目的节点Y和Z的传输过程共需9次传输就可以完成。因此，网络编码技术可以节省传输次数，提高信息的传输效率。

目前网络编码技术的应用主要集中在大规模的文件发布，即源节点发布大量的信息给网络中的其它节点。图3给出了一个网络编码的简单实例。在大规模文件发布的应用中，由于源节点要发布的文件太大，而传输带宽有限，在传输文件之前，源节点首先把原文件划分成k个原始信息子块B₁，B₂，...，B_k，再对这k个原始子块进行线性编码生成新的文件块E1，E2，...，并携带其对应的系数在网络中转发。因此，Ei都是原始子块B₁，B₂，...，B_k的线性组合，其长度和原始子块相同，区别在于每个Ei都携带了部分或所有原始数据子块的信息。

图3中c₁¹，c₂¹，c₃¹，...，c_k¹是从伽罗瓦域中随机选出的系数，分别与原始子块B₁，B₂，...，B_k相乘再相加后得到E1；E2的生成方式类似。注意到只要伽罗瓦域足够大，选到相同或相关系数的概率就足够低。研究证明，对于大部分实际系统而言，2¹⁶的伽罗瓦域足够大了。

当节点A从文件发布的源节点处接收到新的块E1之后，就会给网络中其它节点广播或多播新块。由于节点A的缓存中已经保留了块E2，节点A将会将块E1和块E2进行线性编码，在得到新的块E3后广播或多播出去。其中，节点A生成块E3的过程如下：节点A从伽罗瓦域随机选择系数c1和c2，然后分别与E1和E2相乘再相加得到E3。由于E1，E2都是原始子块B₁，B₂，...，B_k的线性编码，那么E3也是这k个原始子块的线性编码。需要说明的是，节点A在广播或多播新数据块E3的同时也将把E3对应的系数向量c1c_i¹+c2c_i²广播或多播出去。

网络中的每个节点接收到新的文件块之后都进行类似的处理，那么每个节点只要接收到k个不相关的数据块及其系数向量，就能够恢复出原文件。其中，原文件重建的过程类似于解线性方程组。