[发明专利]集成网络编码的标记交换方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及可适用于在标记交换(MPLS和GMPLS)网络中嵌入网络编码(Network Coding)功能的集成网络编码的标记交换方法。

背景技术

MPLS技术通过在因特网中引入底层交换技术作为分组转发的“引擎”，使基于三层选路协议选择路由的IP技术可以使用交换硬件完成分组的转发操作，从而提供更快的转发速度和更好的网络性能，同时保留了IP选路的灵活性、顽健性和可扩展性。相比于传统的IP网络，在MPLS中通过引入标记交换机制实现了路由和转发操作的分离，转发的决定不依赖于某一种特定路由协议，而是可以采用多种控制信息来确定。这就大大提高了网络管理者对网络业务流量的控制能力，可以更有效地利用网络资源，为用户提供“定制化”的网络传输服务。MPLS的标记转发机制使因特网获得了更强的资源管理和配置能力，加快了因特网中新业务的开发和部署速度。

GMPLS(通用多协议标记交换)进一步将MPLS协议体系向时分交换、光域波分交换(基于WDM)及空分交换(如OXC)等进行了扩展，使标记交换机制可以同时兼容时分交换、分组交换、波分交换以及光纤交换等多种形式。由于GMPLS和MPLS一样建立在标记交换机制的技术基础上，因此本发明后面对MPLS和GMPLS不再加以严格区分，统一用MPLS指代。

传统的标记交换网络虽然引入了标记交换机制，但仍然采用“存储转发”的方式处理带标记的分组，网络节点对分组携带的信息不做处理，只起到“转发器”的作用。网络编码(Network Coding)则要求网络节点对收到的信息进行编码处理后再进行转发，网络部分节点扮演着“编码器”的角色。经过网络编码的信息在传送到信宿节点后，再通过一定的译码运算恢复出原始发送的信息。根据最大流-最小割定理(Min-Cut Max-Flow Theorem)，可以证明通过网络编码的方式能够使网络的信息传输达到该定理给出的最大流量，而采用传统转发方式则不能确保达到该最大流量，因此网络编码方式可以获得优于传统转发方式的网络性能。

在实际应用环境下，未经编码的原始分组在信源节点进入网络，网络中间的每个编码节点对分组进行网络编码操作后再进行转发，最终到达信宿节点并在信宿节点进行译码恢复出原始分组。具体实现过程中，信源节点将每个原始分组包含的信息比特分解成m个比特为一组，看作是一个有限域□_q上的符号，其中q＝2^m。这样每个分组都可以看作是有限域□_q上的符号构成的向量，称为分组向量。信源节点将h个原始分组向量放在一起进行编码，这h个原始分组向量就称为一“代”(Generation)。具体的编码操作是：将每个原始分组向量与一个□_q上选取的系数相乘，然后把得到的h个分组向量中所有序号相同的符号对应相加，所得到的新的分组向量即为编码后分组。这时编码后分组中的第k个符号实际上是所有原始分组向量的第k个符号的线性组合。在网络中每个编码节点都按照同样的方式对收到的由同一代原始分组生成的编码分组进行网络编码操作，我们用x₁，x₂，...，x_h表示h个原始分组，则网络中每个编码节点进行网络编码操作后输出的分组都可以表示为

y=Σi=1hqixi---(1)]]>

q＝q₁，...，q_h]称为全局编码向量，是编码输出分组与所有原始分组对应的编码系数构成的向量。在信宿节点，只要能够收到h个全局编码向量线性独立的同一代编码分组就可以实现正确译码，具体译码方法是把每个分组的全局编码向量作为一个行向量生成转移矩阵，然后通过高斯消元法即可恢复出原始分组。为此，分组需要携带其全局编码向量信息，以便于信宿节点进行译码。