[发明专利]一种支持无线自组网网络编码机会发现的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种支持无线自组织网络(Ad Hoc)网络编码机会发现的方法，属于通信网络协议设计领域。采用本方法，可以令运行距离向量路由协议的网络节点以低的开销获取网络编码机会发现所需的信息，从而执行网络编码算法。

背景技术

Ad Hoc网络源自上个世纪七十年代，当时美国的军方研究机构(DefenseAdvanced Research Project Agency)提出了多跳无线分组网络PRNET(multi-hopmulti-access packet radio network)的概念。该网络的核心功能是无线终端所产生的数据可以通过无线基站或移动转发器(repeater)经过多跳转发而传送至目的终端。PRNET中的网络转发器可以具有移动特性，并且无需安装固定基站设备，所以PRNET具有网络架设较快、能够实现动中通和残存性较好的特点。到了90年代之后，由于集成电路和材料工艺技术的进步，移动转发器的功能大大增强并且已经可以集成到数据终端之中。这样PRNET中的网络节点便不再区分终端设备和路由器设备，所有的移动节点既是终端又是路由器，网络系统和拓扑维护能够实现完全的动态自组织。IEEE802.11委员会将这种网络取名为Ad Hoc网络，并着手研究与其相关的技术和推广其应用。

从Ad Hoc网络的发展可以看出：移动Ad Hoc网络中不存在固定的设施，各节点地位平等，每个节点既是终端又是路由器，并且各个节点相对独立的移动，对于一跳可达的收发节点，可以直接通信，对于不在一跳范围内的节点，其数据可以通过其他节点转发，直到到达目的地。因此，可以将Ad Hoc网络看成是移动的计算机网络，在这种动态、自组织的网络拓扑下，承担分组转发寻路功能的路由协议就显得尤为重要，IETF也成立了移动Ad Hoc网络工作组，主要研究Ad Hoc网络中的路由协议，并且进行了一些标准化工作。

长期以来，Ad Hoc网络路由协议的设计与研究都基于存储-转发的工作模式，首先利用各种技术手段将无线链路打造成“有线链路”，再将适合有线网络的路由协议等各种研究结果稍加改造后应用于Ad Hoc网络。由于仅是想屏蔽无线通信不同于有线通信的特点，这一类解决思路对Ad Hoc网络性能的改善是有限的。在无线通信与有线通信的区别中，突出的一点是无线通信具有广播特性，这会导致网络中存有大量冗余分组，比如许多节点会收到目的节点并不是自己的数据分组，如果像有线网络那样丢弃这些冗余的数据分组，将会极大地浪费有限的无线信道资源。因此，如果能够合理利用这些广播信道所带来的冗余分组，Ad Hoc网络的性能将获得进一步改善。

网络编码对如何利用无线通信的广播特性给出了很好的解决思路，使用网络编码，网络节点不仅执行数据转发功能，还将对接收的数据分组进行编码处理，这其中就可以包括那些被认为是冗余且将被丢弃的分组。Ad Hoc网络的广播特性以及拓扑的多跳特征非常适合网络编码的多播需求，反过来，网络编码又能够很好地适应Ad Hoc网络的动态性。因此，在Ad Hoc网络受限的带宽资源和动态、多跳的网络环境下，网络编码可以提供更高的带宽利用率，在近年来Ad Hoc网络路由技术的研究中成为了热点领域。

在网络编码技术的研究初期，大多数的结果都是针对组播业务流，并且多是理论性工作，2006年，MIT的研究人员提出了一种可以应用于Ad Hoc网络单播业务流的网络编码方案COPE并进行了实际实现，编码节点仅仅需要了解自己一跳邻居的分组接收情况，就可以将多个不同单播业务流的分组执行异或操作后发送，由于在一次发送过程中携带了多个分组的信息量，同时无线信道的广播特性保证了编码分组的下一跳节点能够有足够的信息解码这个携带了多个分组信息量的编码分组，Ad Hoc网络的吞吐量得以提高。但是，COPE的研究基于Srcr路由协议，这是一种链路状态路由协议，每个节点都可以通过路由交互得到全网的拓扑，而对于大量的距离向量路由协议而言，，每个节点只能了解到自己的一跳邻居的信息，从而无法对一跳邻居节点的分组接收情况进行准确的预测，因为自己一跳邻居所接收的分组往往来自自己的两跳邻居。专利申请人在2009年对此问题进行了研究并得到理论结果：对于Ad Hoc网络距离向量路由协议而言，要想准确预测自己一跳邻居的分组接收情况从而进行有效的编码机会发现，必须掌握两跳邻居节点的拓扑信息以及接收分组的两跳前继节点信息。