[发明专利]一种基于子树分解的组播网络编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于子树分解的组播网络编码方法，属于计算机和通信网络技术领域。

背景技术

网络编码是近年来兴起的一项网络技术，该技术的基本思想是在网络中传输数据包时，允许中间节点对收到的数据包进行拆分、组合和编码等操作，从而生成新的数据包向后继节点发送。这与传统的路由技术有很大不同，因为路由采用存储转发策略，不允许中间节点对数据包进行其他操作。与路由技术相比，网络编码技术带来了包括网络吞吐量、通信鲁棒性和无线带宽等收益。为了换取这些收益，网络节点对数据包的处理功能要更为复杂，但随着集成电路和通信技术突飞猛进的发展以及摩尔定律的作用，现代网络通信的瓶颈越来越体现在通信信道的带宽上，而不是网络设备的处理能力上，所以网络编码技术将成为突破这一瓶颈的理想选择。

目前，针对网络编码技术的研究证明了当网络拓扑满足从源节点到各个接收节点的最小割等于h时（这被称为组播属性），如果允许中间节点进行网络编码且符号取自足够大的有限域F，则可以实现从源节点向多个接收节点同时组播h个数据包。针对满足组播属性的网络拓扑的工程实践，研究者纷纷提出各种编码方法，其中包括线性编码、随机编码、多项式时间编码、标量/矢量编码等。

在对满足组播属性的网络拓扑进行线性网络编码时（参见图1），源节点S一次性地向网络中发送h个符号，也可以看成是h个数据包，这些符号产生于有限域F，即。中间节点收到来自各个入边的数据包后，对这些数据包进行线性组合的操作生成新数据包，然后把新数据包从出边发出。入边和出边的数据包是靠本地编码矢量{…,l_i,…}，，（也叫本地编码核）联系起来的，即

。

上式中，IN(E_i) 表示节点的第i条入边，OUT(E_j) 表示节点的第j条出边，f(.)表示某条边上传输的符号，可以看作是与该边相关联的一个函数。由此可见，某个节点出边上传输的符号应该是入边上传输的符号的线性组合。同时，由于各个中间节点都执行线性运算，所以在网络中各个边上流动的数据包f(E)又可以看成是源节点S发出的h个数据包σ₁，…σ_h的线性组合，即

称(g₁,…,g_h)为边E的全局编码矢量，也叫全局编码核。接收节点收到来自入边E₁，…,E_h的h个数据包f(E₁),…, f(E_h)后，通过求解线性方程组：

 

可得源节点发出的h个数据包。

综上，线性网络编码问题就是如何为各个边E_i分配全局编码矢量g₁(E_i)… g_h(E_i)使得在接收节点处能恢复源节点发送的符号的问题，或者等价地认为如何为各个节点分配本地编码核的问题。但在实际应用中，进行网络编码的网络拓扑结构（包括边数和节点数）可能非常复杂，节点数目很大，导致这种针对每个节点进行线性网络编码的问题规模大、复杂度高，可操作性不强。

发明内容

本发明的目的在于为固定拓扑有线网络的组播应用提供一种确定性的线性网络编码方法，即一种基于子树分解的组播网络编码方法，以解决针对结构复杂、规模大的网络拓扑，现有线性网络编码方法的问题规模大和复杂度高的问题。

本发明的技术方案是：

一种基于子树分解的组播网络编码方法，其特殊之处是，包括如下步骤：