[发明专利]基于网络编码的被动式动态网络拓扑层析方法

说明书

技术领域

本发明属于网络拓扑发现、网络拓扑层析技术领域，特别涉及一种基于网络编码的被动式动态网络拓扑层析方法，可以应用于网络链路存在动态变化的网络通信领域。

背景技术

为实现网络性能的最大化，必须掌握网络拓扑状况，通过网络拓扑才能实现网络资源的高效调度及优化。比如，在大规模的多播网络和P2P网络应用中，依据网络拓扑结构实时调整与优化链路流量，最终可以实现网络吞吐量的最优化。因此，网络拓扑的层析技术具有非常重要的实用价值。

随着网络规模的日益膨胀，网络结构日趋复杂，已朝着分布化、非协作、异质管理和基于边缘控制的方向演变，通过在网络内部相关节点上采集有关数据的传统测量方法已不能满足现在网络测量的需求。如何准确地掌握或预测网络拓扑结构与网络行为，已成为网络性能测量与分析方法研究领域的重要目标和前提。常规的基于路由器或路由器协作的拓扑推测方法，受到网络访问权限的限制，只适合于在具有管辖权的网络范围内进行测量；另外，将大量路由器统计的性能数据传输给中心网管系统，需消耗大量带宽，增加了网络负荷。因此，采用网络层析技术推测网络拓扑结构成为近年来网络测量的研究热点，它利用端到端测量进行网络拓扑及内部性能参数推测。

网络编码技术是与本发明相关的技术。它对网络中间汇聚节点的数据进行组合操作，例如线性组合，产生新的数据包，通过对信宿节点的接收数据进行方程组联合求解，得到原始的发送数据，不仅减小了数据的差异性，增加了网络的鲁棒性，还实现了网络吞吐量的最大化。由于编码码字本身的携带信息的特殊性，网络编码除了用于传统的多播流量最大等领域外，通过信宿节点对网络中接收数据包的解码与分析，还可以得到重要的网络结构信息，例如拓扑结构。然而，目前将网络编码应用于网络拓扑层析领域，主要依靠进行主动的探测数据包发送，这不仅消耗网络的带宽，而且很难应对网络结构的动态变化。因此，如何较少网络层析对于网络的冲击，实现被动式的网络拓扑层析具有很高的实用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于网络编码的被动式动态网络拓扑层析方法，通过该方法可以实现网络拓扑的层析以及探测网络拓扑的动态变化。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于网络编码的被动式动态网络拓扑层析方法，包括以下步骤：

1)网络各中间节点在共同有限域内选取各自的局部随机编码向量，经信源汇聚成编码本后传播给信宿节点；

2)信宿节点根据接收到的信息矩阵利用纠错编码计算整个网络拓扑的候选初始化向量集合；

3)网络中各间节点利用编码本和候选初始化向量集合层层计算、判断其上游链路的连通性直至信源，得到网络拓扑结构。

候选初始化向量集合中的初始化向量为信源向所有输出链路传输的全0数据包。

所述步骤2)具体包括：

A：信宿节点判断第i次迭代中收到的接收向量矩阵是否满秩并可解码，是则转向步骤B；否则丢弃所述接收向量矩阵进入下一次迭代；

B：对第i次迭代的接收矩阵进行纠错解码并计算其错误矩阵；

C：信宿节点进行错误矩阵的迭代次数是否大于等于t次，是则进入下一步，否则返回步骤A；

D：对每两次迭代的错误矩阵计算其列向量交集，并将秩为1的列向量交集的列向量加入到网络的候选初始化向量集合中。

所述步骤3)具体包括：

a、初始化网络拓扑图及对应的初始化向量集合，包括信宿节点、信源节点、与信宿节点相连的一跳中间节点集合、对应于一跳中间节点集合的初始化向量集合；

b、对一跳中间节点集合中的非源中间节点进入步骤d依次迭代，使用编码本计算中间节点的上游输入链路的初始化向量；

c、根据所述初始化向量判断某条上游候选链路的连通状态标识是否为真，是则将链路连通状态标识设为假，进入步骤h；否则结束本次迭代，进入步骤h；

d、将链路连通状态标设为假，判断初始化向量集合中取出的节点的输出链路对应的初始化向量集合秩是否大于1，是则进入步骤e；否则将链路连通状态标识设为假，进入步骤h；

e、使用编码本计算中间节点的上游输入链路的初始化向量；

f、判断该初始化向量是否在候选初始化向量集合中，是则进入步骤g；否则返回步骤b；

g、将该链路连通状态标设为真，更新网络当前拓扑图及对应的初始化向量集合；

h、所有中间节点是否迭代结束，是则结束所有迭代；否则返回步骤b。

所述方法在网络中有节点加入或离开时，还包括：