[发明专利]一种基于网络编码的无线网状网络介质访问控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络技术领域，具体涉及一种基于网络编码的无线网络介质访问控制方法，适用于以提供高吞吐量为服务目的的无线网状网络。

背景技术

如何提高数据吞吐量是无线网状网络的重点研究课题。在信道介质资源有限的情况下，为接入设备提供高带宽高吞吐优质的数据传输服务，对无线网状网络的物理层、介质访问控制层提出较高要求。同时，无线网状网络的组网设备一般价格低廉，数据缓存能力、运算处理能力有限，在这样苛刻的硬件条件下，保证介质访问控制方法高效稳定运行同样是一个关键性问题。由于网络编码对吞吐量提升有显著作用，另外，网络编码需要额外的硬件资源，所以，基于网络编码兼具稳定性扩展性的无线网状网络介质访问控制方法是一个突破口。

无线网状网络在近些年有了广泛应用。主要为企业、学校、商场、车站等人员密集场所提供无线网络接入解决方案。其主要特征在于部署便捷、成本低廉、自动组网、扩展性高。在有线网络部署困难，扩展性无法保证的情况下，使用无线网状网络替代底层基础设施，是最简单有效的办法。利用无线网状网络提供互联网接入服务的关键在于，如何为众多无线终端提供高吞吐、稳定的数据传输机制。现有技术中，为了提高无线网状网络的数据吞吐量，主要有以下几种研究：

第一类：物理层更高带宽；该方法的缺点是通过硬件技术，提高单频带宽或多频复用，技术难度大，增加了无线接入设备价格，对终端设备要求高，属于一种治标不治本的解决办法。同时高频通信、多频通信，换取吞吐量的代价是无线信号空间的电磁污染。

第二类：网络层机会路由；该方法的缺点是额外通信开销大，控制复杂，实现难度大。路由协议一般工作在网络层，机会路由正常工作使用的控制信息需要额外传输来完成，这导致数据链路层付出了额外开销。而且机会路由实现起来技术难度大，对硬件资源的消耗还没有详尽的研究。

第三类：更严格的介质访问控制方法；该类方法的缺点是要求无线网状网络节点与节点之间达到一定程度的默契，也就是说彼此知道对方即将做什么，节点之间时钟同步要求极高。而且，一旦网络中某个设备出现问题，与其合作的其他设备也将面临同样问题。网络普适性、鲁棒性、扩展性都存在问题。

第四类：网络层加入网络编码机制；该类方法的缺点是网络编码独立于介质访问控制层和TCP层，需要使用额外的无线广播协议来提供可靠的广播服务。同时，这类方法会在网络中制造范围更大的虚拟瓶颈节点，导致大范围网络拥塞。而且，网络层的拥塞控制理论，会导致这类方法无法正常工作。另外，这类方法也很少考虑对硬件资源的消耗，实现起来技术难度大，设备适应性差。

独立于介质访问控制层和TCP层的网络编码机制，每个节点都要机会监听邻居节点广播的数据包，放在自己的缓存内，以备解码时使用。这样做带来的缺陷主要有：1)无节制的监听邻居数据包对本地缓存消耗是灾难性的。其缓存消耗除了链路负载外，还受邻居个数影响。而且这些监听到的数据包是否会被利用也是未知数。吞吐量提升付出的机会成本太高，应用不确定性高，可控性差。2)节点预测邻居是否缓存了某个数据包，主要依据链路传输成功率ETX指标进行概率估计。根据ROC校验理论，其使用的估计模型都有固定的错误率。在节点数量高，终端设备多，通信干扰大，无线链路质量较差的情况下，此固定错误率会导致相当一部分编码包不能被正确解码，从而浪费了更多硬件资源和信道资源。3)这种机制通常追求每次编码都将尽可能多的数据包编在一次，以减少单个节点的广播次数。但这种做法在实际中并不合适。一来未必所有的目标节点都能正确解码，二来可靠的广播协议在目的节点多的时候，往往会限制更大范围内的节点通信，造成整片区域信道利用率低下。

发明内容

基于网络编码的无线网状网络介质访问控制方法与通常的介质访问控制方法显著不同，针对现有无线网状网络介质访问控制方法在吞吐量提升能力上的不足和网络层引入编码机制的诸多缺陷，本发明提出一种高吞吐、低消耗，兼具普适性鲁棒性的介质访问控制方法。

为了实现上述任务，本发明采用的技术方案是：

一种基于网络编码的无线网状网络介质访问控制方法，在该无线网状网络中，当一个节点收到邻居节点发来的一个数据包后，判断该数据包是普通数据包还是编码数据包：

如果是编码数据包，则对该编码数据包进行解码，解码成功得到需要的普通数据包，解码不成功则丢弃该编码数据包；

如果是普通数据包，则判断该普通数据包是否达到编码数据包的生成条件，如达到则对其进行编码，并将编码后的得到的编码数据包向邻居节点广播；

编码数据包的生成条件及编码过程如下：