[发明专利]一种适用于传感器网络的动态网络编码丢包重传方法

说明书

技术领域

本发明属于网络技术领域，涉及一种适用于传感器网络的动态网络编码丢包重传方法。

背景技术

无线网络相对于有线网络的优势在于其利用无线信道的广播优势，然而问题也源自无线信道的开放性，其表现为源节点将需要发送的数据报文通过无线信道传送到目的节点，期间无论是单径，还是多径，都要受到环境、节点失效、网络流量负载过重等因素的影响，导致中继瓶颈节点出现拥塞、丢包等问题。面对可能产生的问题，我们就需要采用可靠的方法，保证问题节点尽量少传输数据，充分利用负载较小的节点，使整个网络处于均衡状态。

2000年，蔡宁和李硕彦等人提出了网络编码(NetworkCoding)的概念，随着许多学者的不断研究，网络编码在提高网络吞吐量，提高带宽利用率，降低计算复杂度和提高网络可靠性方面的优势就显示出来了。

网络编码的出现使通信领域有了重大突破，其基本思想是不仅数据流的源节点和目的节点进行数据的编译码处理，原先仅用于转发数据的中间节点也可以参与数据的编解码过程。此想法大幅提高了网络性能，并且这种策略可以应用到各种无线网络中。

针对单点到多点的丢包重传策略，经典的ARQ(AutomaticRepeatRequest)：假如一个目的节点在当前时隙中一个数据包丢失，并且这个数据包在先前的时隙中从未被成功接收过，此时立即向中继节点发负反馈NAK应答，中继节点重传此数据包直到此目的节点成功收到此数据包。这也就暗示着一个数据包只有被所有目的节点都收到，才会接着发送下一数据包。

MIT学者提出的利用网络编码进行丢包重传，简要思想是：目的节点的协议和ARQ策略相似，即当没有正确接收一个数据包，就会立即向中继节点发送负反馈NAK应答。然而，中继节点当收到目的节点发送来的NAK应答时不会立即重传此数据包。而是，中继节点会维持一个列表，这个列表中按顺序存储着需要重传的丢失的数据包，以及每个丢失的数据包所对应的目的节点的序号。中继节点等到将一个数据段的N个数据包都传送完之后再进行重传。在重传阶段，通过XOR（异或）的方式，来重传丢失的数据包。此编码数据包是需要重传给所有目的节点的。在重传过程中，此编码数据包可能会丢失，此时中继节点需要再次重传这个编码数据包，直到所有的目的节点都收到此编码数据包。按照此种方式中继节点重传在维持列表中的丢失数据包，直到所有的丢失的数据包都被相应的目的节点正确接收到时，中继节点清空列表，然后传送下一个集合中的原始数据包。这是一种静态的编码丢包重传策略。

上述两种针对单点到多点或多点到多点的重传策略都有一个明显的缺陷是：当部分目的节点已接收到自己丢失的数据包时，中继节点还是要传输数据包或编码包，直到所有的目的节点都收到此数据包或编码包，这种机制导致资源极大浪费。

发明内容

为了解决现有丢包重传机制丢包重传次数高，传输效率低而导致的对网络资源浪费的问题，本发明提出了一种适用于传感器网络的动态网络编码丢包重传方法，具体包括以下步骤：

第一步：源节点通过已知的路径向中继节点发送数据包；中继节点通过已知路径向所覆盖的目的节点广播数据包；每个目的节点根据每次的接收情况，通过原有路径实时的向中继节点反馈接收情况，即ACK应答和NAK应答；

第二步：当中继点收到目的节点反馈NAK应答时不会立即重传此数据包，而是会维持一个列表，列表中按顺序存储着需要重传的丢失的数据包，以及每个丢失的数据包所对应的目的节点的序号；

第三步：待一个数据段的数据包传输结束时，中继点将丢失需要重传的数据包进行编码，进行丢包重传，编码要求每次尽可能多的编码发往不同目的节点的丢失数据包；

第四步：中继节点将第一次的编码数据包沿原有路径广播给所有的目的节点；

第五步：中继节点根据目的节点反馈的ACK和NAK应答情况，对丢失数据包重新进行编码处理并重传；

情形1：当中继节点收到的都是ACK应答时，维持列表中的指针都向下移一位，将指针对应的下一个丢失数码包进行编码；

情形2：当中继节点收到的都是NAK应答时，维持列表中的指针都保持不变，中继节点再次向目的节点广播此编码包即可；

情形3：当中继节点收到部分ACK应答和部分NAK应答时，将列表中ACK应答对应的目的节点序号的指针向下移一位，而对于NAK应答的目的节点序号指针保持不变，所对应丢失数据包继续参与编码；

第六步：当目的节点成功接收到编码数据包时，利用之前接收到数据包，通过解码获得丢失的数据包；