[发明专利]一种基于网络编码的信息论安全多播路由选择方法

说明书

本发明公开了一种基于网络编码的可满足信息论安全要求的多播路由选择方法，包括：获取基于网络编码的通信网络及其上的多播的参数，所述参数包括：路由器节点集合、多播源节点和所有目的节点、节点间链路连接信息、每条链路容量；根据所述获取的参数将基于网络编码的通信网络表示为有向图；根据所述有向图建立基于网络编码的安全多播通信路由选择的数学模型；对所述数学模型进行求解；获取最大可达安全数据传输速率以及相应的最优路由选择方案。本发明使得多播通信中的传输路径所经过的中间路由节点上能够达到信息论安全的要求，使安全数据传输速率达到最优，从而提供良好的安全性，提高网络吞吐率，降低整个网络所需的带宽。

技术领域

本发明涉及网络编码在多播通信领域的应用，尤其涉及基于网络编码多播通信中满足信息论安全要求的一种路由选择方法。

背景技术

随着信息时代的到来和迅猛发展，网络通信成为了日常生活不可或缺的一部分。不断涌现出的多种多样的网络应用和服务使得网络用户的数量和网络用户对带宽的需求持续增长，并导致了网络中数据流量的激增。因此，降低带宽消耗，提高网络吞吐率，提高网络资源的利用率十分重要。与此同时，由于网络中用户数量和数据流量的激增，对网络中传输的信息的安全要求也变得更为迫切。传统的通信网络中的多播采用“存储—转发”的方式进行数据传输，这也是目前计算机网络领域使用的最为广泛的技术之一，然而，采用存储转发的方式并不能很好地降低带宽、提高网络吞吐率，并且不能提供很好的安全性。

已有的关于网络编码技术的研究表明，网络编码在吞吐率优化、负载均衡、系统鲁棒性、节能、信息安全等方面均具有优势。基于网络编码的通信网络中的多播通常包括：一个发送数据（或编码并发送数据）的源节点，多个等待接收数据的目的节点，以及一组用于转发（或编码并转发）接收到的数据的中间路由节点。基于网络编码技术的多播理论上其吞吐率可达到信息传输的理论上限，即源节点到各个目的节点的最大流的最小值。然而在传统的多播通信中是很难达到该上限的。并且，传统的数据传输方式仅能对收到的信号进行复制、放大和转发，而无法抵抗网络通信中的安全攻击，提供可靠的安全性。

因此，如何提高网络通信的吞吐率，抵抗各种攻击、增强安全性，是网络数据传输中需要解决的问题。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种基于网络编码的信息论安全多播路由选择方法，在网络通信中多播情况下，保障安全数据传输，尤其是针对内部节点窃听的被动攻击情况下使得网络中的安全数据传输速率能够达到最大。

为达到上述发明目的，本发明的总体构思是：针对内部节点窃听的被动攻击情况，即考虑网络中除多播的源节点和目的节点以外的所有中间节点均独立的对流经自身的数据进行分析，试图解码得到原始数据的情况，选取网络拓扑中合适的路由节点，使得网络中的安全数据传输速率能够达到最大。

具体地，本发明采用的技术方案是：一种基于网络编码的可满足信息论安全要求的多播路由选择方法，包括：

A：获取基于网络编码的通信网络及其上的多播的参数，所述参数包括：路由器节点集合、多播源节点和所有目的节点、节点间链路连接信息、每条链路容量；

B：根据所述获取的参数将基于网络编码的通信网络表示为有向图，具体方法为：

在网络中，如果两个节点之间存在通信链路，则在两个节点之间连接一条链路，并根据链路信息给出通信链路上的数据传输方向，这些链路均属于链路集合E，重复该过程直至所有符合条件的链路连接完毕；

C：根据所述有向图建立基于网络编码的安全多播通信路由选择的数学模型；

D：对所述数学模型进行求解；

E：获取最大可达安全数据传输速率以及相应的最优路由选择方案。

上述技术方案中，所述根据所述有向图建立基于网络编码的安全多播通信路由选择方法的数学模型包括以下步骤：