[发明专利]一种Ad Hoc网络中基于网络编码的多路径路由方法

说明书

技术领域

本发明属于无线移动Ad Hoc网络技术领域，具体为一种Ad Hoc网络中基于网络编码的多路径路由方法，主要适用于Ad Hoc网络中多路径路由的发现和数据传输路径的选择，有利于提高Ad Hoc网络的系统性能。 

背景技术

2000年，香港中文大学的几位教授(R.Ahlswede，蔡宁，李硕彦和杨伟豪)在其著名论文“Network Information Flow”(R.Ahlswede，N.Cai，S.-Y.R.Li，and R.W.Yeung.Network information flow.IEEETransactions on Information Theory，2000，46(4)：1204-1216)中创造性地提出了“网络编码(Network Coding，NC)”新概念，首次将网络编码与路由技术有机地融合为一体，建立了一种全新的网络体系结构，不仅解决了广播路由这一信息论中的经典难题，而且从理论上证明了网络编码可以达到最大传输容量和效率，其精髓来自于图论中著名的Max-flow Min-cut理论。 

2003年，李硕彦，杨伟豪和蔡宁又发表了著名论文“Linear Network Coding”(S.-Y.R.Li，R.W.Yeung，N.Cai.Linear network coding.IEEE Transactions on Information Theory，2003，49(2)：371-381)，指出线性网络编码可以达到多播传输的最大容量。随后的研究成果构建了网络编码的最基本框架，从此，网络编码成为了世界各位知名大学和实验室最热门的研究领域之一。网络编码改变了传统网络中中间节点仅充当转发节点的特点，中间节点能够对需要转发的信息 进行相关的编码，在接收节点处可以完成相关的解码功能，从而还原信息本身。 

2005年，Katti等学者提出的COPE协议是第一个将网络编码应用到实际网络中的编码协议，实验结果证明，此编码协议显著地提高了网络吞吐量。2010年Yuan等学者(Yuan Yuan，Kui Wu，Weijia Jia，and Yuming Jiang.Performance of Acyclic Stochastic Networks with Network Coding.IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems，08 Nov.2010，DOI：10.1109/TPDS.2010.192)基于非周期性随机网络与网络编码也进行了性能比较，并指出：与ARQ协议相比，网络编码明显减少数据包重传次数；这些性能分析比较说明网络编码技术对于无线网络具有较好的特性。网络编码的思想是指网络中的节点不再局限于只能对收到的信息进行存储和转发，突破了传统数据传输的固定模式，可以实现网络流量的最大化。有了网络编码，传统的路由方案就可以被看作是一种特殊形式的网络编码，只不过在这种方式下，节点的输出是接收到的信息的排列。 

现有的Ad Hoc网络多路径路由机制都在路由发现阶段预先确定了传输路径，没有考虑到数据包传输过程中存在的网络编码机制。这些多路径路由机制没有很好地发挥利用网络编码机制的优势，因此网络的吞吐量没有被充分地发挥出来。 

发明内容

本发明的目的是在现有的Ad Hoc网络多路由方法的基础上，提供一种在关健节点上利用网络编码机制建立从源节点到目的节点之间的Ad Hoc网络中基于网络编码的多路径路由方法，以平衡各路径的网络流量，从而实现最大化地提高网络的数据吞吐量以及延长网络 生存期。 

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是： 

一种Ad Hoc网络中基于网络编码的多路径路由方法，其具体步骤为： 

1)确定Ad Hoc网络的多路径路由方法的网络模型 

一个Ad Hoc网络可表示成一个加权图G(V，E，C)，其中V表示节点集，E表示连接节点的通信链路集，C表示连接节点通信链路的代价。|V|和|E|分别表示该网络中的节点数和链路数。在G中，元素P∈E具有一组有序数列(v₁，v₂，...，v_m)作为P的属性，或称为弧P的权，用C来计算。假定从源节点到目的节点之间的路径可以用(v₁，v₂，...，v_m)，v₁＝S，v_m＝D表示。 

2)建立交换代数的网络编码构造方法