[发明专利]组播网络中的上溯式编码向量分配方法

说明书

技术领域

本发明设计的是组播网络中的上溯式分配网络编码向量的方法， 主要应用在组播网络中的编码向量的分配。

背景技术

随着信息时代的不断发展，各种通信网络与人们工作生活的各个方 面结合越来越紧密。与此同时，由于用户数量的激增，网络服务的多样 化以及针对网络传输质量要求的不断提高，如何提高现有网络资源的利 用率，优化网络，已成为当今网络通信研究的重要课题之一。网络编码 技术的提出适应了现代网络中的这种需求，其理论和应用已成为通信领 域研究的新热点。网络编码(Network coding)技术是在信息理论和编码理 论结合的基础上，融合了编码和路由两个概念，在传统存储转发的路由 方法的基础上，通过允许对接收的多个数据包进行编码组合，增加单次传 输的信息量，在网络中维持着最大的信息流量，从而提高网络整体性能。

网络编码理论自2000年Ahlswede等人提出以来，对其各个方面的理 论研究层出不穷。网络编码按照编码节点输出和输入的关系可划分为线 性网络编码和非线性网络编码。非线性网络编码由于其编解码的复杂度 极高，所以一般的研究仅限于线性网络编码。而线性网络编码是指编码 节点把所接收到的信息，通过把信息和节点的算术系数进行线性组合， 从而完成编码操作，这里的算术系数就称做编码向量。编码向量有全局编 码向量和局部编码向量之分，全局编码向量表明了每条链路上所承载的 信息与源节点所发出的信息之间的数学关系。而局部编码向量是针对编 码节点来说的，编码节点拥有局部编码向量，它表明了编码节点收到的 全局编码向量和生成的全局编码向量之间的数学关系。在一个网络编码 组播网络中，源节点开始发送数据之前，要先进行编码向量的预分配， 这样才可以保证数据在网络中的有效传输。为了保证目的节点能够正确 解码，成功获得信源组播过来的信息数据，编码向量分配时需要保证目 的节点从连接其自身的链路上所接收到的全局编码向量组成的向量矩阵 是满秩的，也就是说需要保证连接该目的节点的所有链路上的编码向量 是线性无关的。

Shuo-Yen Robert Li等人所采用的传统的的编码向量的分配方法的特 点在于：源节点从一个有限域里面选取元素，组成全局编码向量为下游 链路分配，每个中间节点都具有一个局部编码向量，用于编码节点下游 链路的全局编码向量的生成。在分配编码向量的同时，要竭力保证目的 节点所收到的编码向量所构成的解码矩阵是满秩的，以便可以成功解码 这种方法的局限性在于，随着网络中编码节点的增多，分配编码向量所 需要的有限域的符号集会越来越大。当这个有限域不是足够大时，就会 造成目的节点的解码矩阵不满秩而解码失败。另外一个局限在于，该方 法只适用于拓扑已知的网络中，在未知拓扑的网络中很难实现。

Yunnan Wu等人所采用的编码向量的分配方法的特点在于：编码向量 的分配和网络中数据的传输同时进行，在数据包的包头记录全局编码向 量，而在需要编码的节点随机地在某一个有限域中选取元素作为局部编 码向量，用于编码节点下游链路的全局编码向量的生成。每更新一次全 局编码向量就记录在数据包的包头中，目的节点根据接收到的数据包提 取包头中的全局编码向量进行解码。这种方法也存在其不可避免的局限 性，其一是在包头中附加编码向量信息会占用大量的带宽资源，对于资 源相对紧张的网络不适宜采用这种方法；其二是这种方法对于拓扑不透 明的网络可以实现正确的编解码，但是对于拓扑透明的网络，采用这种 编码向量的分配方法会严重影响传输效率。

因此，现有的从源节点到目的节点的编码向量的分配方法不能完全 保证目的节点所接收到的全局编码向量的线性不相关性，从而不能百分 百地保证目的节点能够成功解码，而且所适用的网络拓扑透明性有一定 的局限性，严重的可影响到整个组播网络的传输性能。

本发明涉及的是一种在目的节点就保证了解码矩阵满秩的有广泛的 拓扑普适性的编码向量分配方法——上溯法，这种方法可以完全保证目 的节点能够成功解码，在透明与非透明的网络拓扑中都可以采用，所以 能够有效地提高网络的性能，而且实现起来简洁方便。

发明内容

本发明的目的在于提出一种组播网络中的编码向量分配方法，以便 提高组播网络中的接收节点成功解码的概率，减小编码所需的字母表大 小，减小网络编解码的复杂度。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：