[发明专利]一种基于分批稀疏码的多跳网络通信方法和系统

说明书

本发明涉及一种基于分批稀疏码的多跳网络通信方法和系统，所述方法包括以下步骤：源节点中的传输层接收来自数据源的数据文件，每个数据文件包括多个数据包；当接收到文件发送请求时，所述源节点中的传输层利用分批稀疏码中的外码对所述数据包进行编码以生成多个批，所述批包括多个编码包，所述批被发送至网络层；当网络层接收到所述批中的包时检测当前节点是否为目的节点，如果不是目的节点，则所述网络层对同一批中的包进行重编码，并将重编码的包发送至下一节点；如果检测到当前节点是目的节点，则将包发送至目的节点中的传输层，所述目的节点中的传输层对接收到的批进行解码，以恢复所述数据文件。

技术领域

本发明涉及多跳网络通信方法和系统，特别涉及一种基于分批稀疏编码的多跳网络通信方法和系统。

背景技术

多跳网络通信是在无线传感器网络、水声通信网络和卫星网络等多个应用领域中的关键技术。在现有的水下无线通信技术中，水声信道的传输范围最长。然而，由于水声信道的路径损耗随传输距离呈指数增长，而有效带宽随着传输距离的增加而减小，实际的声学调制解调器的通信距离通常在2公里以内。实现高效、安全的远程(例如，数十公里)水下通信的一种方法是通过在源节点和目标节点之间添加多个中间节点来实现多跳传输。采用适当的多跳传输，每个相邻节点之间的带宽可以大于从源节点到目标节点的直接信道带宽，并且所有节点的总传输功率可以大大低于从源节点到目标节点的直接传输的总传输功率。

然而，对于高效的多跳网络通信(如媒体访问控制)，还有许多挑战。由于无线通信链路的误码率高、传播延迟大等特点，使得无线通信链路中的丢包现象是不可忽视的，传统的重传和喷泉码等方案不能有效地解决丢包问题。当面对网络多跳次数比较大时现有的多跳无线网络通信解决方案出现低吞吐量和/或长时延的缺点。

由于每一跳上的丢包累积，仅通过中间节点进行转发是不奏效的。考虑由源节点、目标节点和连续连接的中间节点序列组成的线型拓扑网络，假设每个网络链路每单位时间可以发送一个包且丢包率为0.2，如果每个中间节点只转发接收到的包，具有l跳的线路网络的吞吐量为0.8^l，即使l的数值很小，吞吐量也会以非常快的速度减小。例如当l＝3吞吐量下降为0.512，当l＝10时吞吐量下降为0.107。如果反馈是即时的、可靠的、无通信成本的，那么现有技术“跳间重传”就能完成上述线路网络的传输，但由于无线通信链路传输时延长、丢包率高、半双工等特点，使得跳间重传远未达到最优地解决以上缺点。在现有技术中本领域研究者使用逐跳前向纠错(FEC)技术(包括喷泉码和随机线性码)解决跳间重传的反馈问题。逐跳前向纠错需要在每个中间节点上完全解码和重新编码，因此在每个跳中会形成额外的计算量和传输延迟。此外，每个中间节点需要缓冲所有接收到的编码包以进行解码，因此缓冲器大小至少是文件大小。

因此，需要一种能够实现较低的传输延迟、较低的计算量和更低的中间节点存储成本的多跳网络通信方法。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种基于分批稀疏编码的多跳网络通信方法，实现多跳网络中的高吞吐量、低延迟的数据传输。

为了实现上述目的，本发明提出一种基于分批稀疏码的多跳网络通信方法，包括以下步骤：S100，源节点中的传输层接收来自数据源的数据文件，每个数据文件包括多个数据包；S200，当接收到文件发送请求时，所述源节点中的传输层利用分批稀疏码中的外码对所述数据包进行编码以生成多个批，所述批包括多个编码包，所述批被发送至网络层；S300，当网络层接收到所述批中的包时检测当前节点是否为目的节点，如果不是目的节点，则进行步骤S400，如果是目的节点则进行步骤S500；S400，所述网络层对同一批中的包进行重编码，并将重编码的包发送至下一节点的网络层以返回执行步骤S300；S500，将包发送至目的节点中的传输层，所述目的节点中的传输层对接收到的批进行解码，以恢复所述数据文件。

优选地，步骤S100还包括将数据文件被分割成相等长度的数据包。