[发明专利]组播网络中基于图着色的编码向量动态分配方法

说明书

技术领域

本发明设计的是组播网络中的编码向量的分配方法，主要采用基于图着色的动态分配的方法对网络编码组播网络中的编码向量进行配置。

背景技术

随着网络技术的飞速发展，组播作为未来网络中不可或缺的一项技术，已经被看作是支持诸如高清电视(HDTV)，多媒体文件分发以及分布游戏等多种点对多点宽带应用的关键技术。与此同时，用户数量的激增，网络服务的多样化以及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(Network coding)是一个新兴起的技术，它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。和传统的存储转发机制不同的是，网络编码融合了编码和路由两个概念，通过允许中间节点对接收到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，满足不断增长的业务传输的需求。

对于网路编码的理论研究分布在各个方面，其中有对网络编码性能的研究，对线性和非线性网络编码的研究，对编码向量分配的研究以及对编码向量取值的有限域的研究。线性网络编码以其编码操作的复杂度低，适应性广泛和可操作性强等优点逐渐成为了网络编码的主要研究方向。

线性网络编码指的是编码节点输出的编码后的信息和接收到的待编码的信息之间的数学关系是线性的关系，也即编码节点把所接收到的信息，和某一个算术系数进行线性组合，从而完成编码操作，这里的算术系数就被称作编码向量。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。局部编码向量指的是节点所拥有的编码向量，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。在一个基于网络编码的组播网络中，需要先对网络中的节点和链路分配编码向量，这样才可以保证数据在网络中的有效地进行编码传输。另一方面，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。保证连接该目的节点的所有链路上的编码向量的线性不相关性，是向量分配时所需要解决的关键问题。

目前传统的的编码向量的分配方法主要有：集中式和分布式分配编码向量的方法。其中集中式编码向量分配方法的特点在于：信源节点根据已知的网络拓扑，为每条链路分配有限域里面的编码向量，同时为每个中间节点都分配一个局部编码向量，用于生成编码节点下游链路的全局编码向量。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字母表会越来越大。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。另外一个局限性在于，当网络拓扑动态变化时，编码向量需要重新分配，适应性不强。

分布式网络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并随时更新全局编码向量，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。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，即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。

因此，现有的编码向量的分配方法由于编码向量字母表的限制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，而且还不能动态地适应网络拓扑的变化，有一定的实用局限性。而分布式网络编码向量分配方法比较适用于拓扑未知的网络，有一定的局限性，而且包头信息附加编码向量会影响组播网络的传输性能。

图顶点着色理论是指：设G是一个没有自环的图，对G的每个顶点着色，使得没有两个相邻的顶点着上相同的颜色，这种着色称为图的正常着色。

图G的顶点可用k种颜色正常着色，称G为k-可着色的。使G是k-可着色的数k的最小值称为G的色数，记为χ(G)。如果χ(G)＝k，则称G是k色的。

本发明涉及的是一种自适应的图顶点着色算法分配编码向量的方法，就是先把需要进行编码向量分配的组播树映射为一个需要进行顶点着色的简单子图，每种待着色的颜色代表一种编码向量。保证子图里面相邻的两个顶点着不同的颜色(也即不同的顶点分配不同的编码向量)。这样就可以保证编码向量分配的顺利完成。

发明内容