基于网络编码的容迟容断网络传输系统技术方案

本发明专利技术为基于网络编码的容迟容断网络传输系统，其权衡局部网络环境和消息相关属性，基于博弈论对容迟容断网络编码消息接纳问题进行建模，包含网络信息监听感知、消息接纳博弈、编码与解码。首先，监听与感知获取当前局部网络环境及消息相关属性，并将信息传递给消息接纳博弈。其次，接纳博弈在计算消息转发效用的基础之上，根据参与方的收益函数完成博弈树的构建过程，然后根据逆向归纳法求子博弈精炼纳什均衡，将其交付给编码与解码。最后，编码与解码根据博弈结果将被接纳的消息编码、广播、邻居节点解码。本发明专利技术可以增强网络编码对不同网络环境和消息类型的适应性，提高网络传输效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及计算机科学中的容迟容断网络领域，特别是设及容迟容断网络中基于 网络编码的数据传输。
技术介绍
容迟容断网络值elayTolerantNetwork,DTN)因其拓扑易变、网络抗毁、机会传 输、节点异构等特点得到了学术界和工业界的持续关注，目前已经应用在深空、军事、水下 等极端环境。DTN是非连通网络，不存在端到端路径，稀缺的链路使得转发机会极其宝贵，同 时节点缓存中存在大量消息等待转发，当节点得到一个宝贵的转发机会时，它总是期望能 够在短暂的链路连通时间内向另一方转发完所有消息。然而一般情况下，受限于节点移动 速度和数据发送速率，较短的连通时间往往只能发送少量的消息，甚至仅仅发送完一条消 息后链路就断开，即只能满足一个邻居节点的一个消息请求，此时，如何在有限时间内发送 尽可能多的信息成为研究热点。 网络编码（NetworkCoding)作为应用在网络数据传输过程中的数据处理方式，能 够有效地提高网络的吞吐量、降低数据传输能量消耗、增强网络可靠性，尤其在网络条件极 端受限的DTN网络中。因而基于网络编码的容迟容断网络传输技术吸引了国内外研究机构 和学者的关注。网络编码的特点是单条消息负载量，多条消息信息量，借助于容迟容断网络 相关机制，一条编码消息能够同时满足多个邻居节点的多个消息请求，提高网络传输效率。
技术实现思路
本专利技术W提高容迟容断网络传输效率为目标，融合动态博弈的思想，设计并实现 基于网络编码的数据传输系统，其整体功能模块见图1所示。具体包括： 1、网络信息的监听感知 信息监听感知包括监听邻居消息列表和感知消息属性，前者用屯、跳包机制获取邻 居节点消息列表、得出各个邻居消息请求情况，后者利用感知到的消息相关属性量化消息 转发效用，两者均依赖容迟容断网络的广播机制。 2、基于博弈论的消息接纳决策[000引在消息接纳博弈阶段，W上一阶段获取的信息为基础，综合考虑解码成功率与编 解码时间开销、计算开销，最大程度满足邻居消息请求。消息接纳博弈隶属完全信息动态博 弈，组成元素包括参与者、参与者的行动空间、所有参与者的行动序列的策略集合、单个参 与者的收益或博弈总收益。完全信息是指每个消息的基本信息可W被其他消息获取，包括 转发效用、行动空间、收益函数等；动态是指消息做决策的顺序有先后之分，消息在决定是 否加入编码时参考先前消息的决定，并且自身的决定影响后继消息的决定，进而影响单个 收益与总收益。该样就可W将容迟容断网络的编码消息接纳问题建立成博弈论的模型。 3、编码与解码 接纳决策博弈从待发送消息包集合中筛选出最佳候选编码集合，机会编码将它们 组合为一个编码包，通过广播机制发送出去，邻居节点监听并决定是否接收，如果是则结合 自身消息队列解码编码包，得到所请求的消息。 与现有技术相比，本专利技术的创新之处在于： 1)添加网络信息监听感知功能，网络编码受网络环境影响，消息接纳博弈基于监 听感知到的网络信息作决策，能够增强网络编码对动态网络的适应性，提高传输效率。 2)基于博弈论的接纳、拒绝收益函数设计紧密结合消息属性与网络环境，适用于 不同消息类型及网络状态，本专利技术根据当前网络环境动态地做出编码消息接纳或拒绝的决 策。【附图说明】 图1是基于博弈论的容迟容断网络编码功能模块图。 图2是消息列表监听示意图。 图3是消息接纳博弈树。 图4是消息接纳博弈剪枝。[001引图5是编码与解码示意图。【具体实施方式】 1.网络信息的监听感知 网络信息监听依赖于广播机制。节点周期性地向自己信号范围内的邻居节点发送 屯、跳包，同时监听邻居节点的屯、跳包。屯、跳包包含的字段为节点编号、节点内存储的消息编 号列表及时间戳。通过屯、跳包机制，每个节点维持一个邻居节点信息库，记录各个邻居节点 消息接收情况，见图2。发送节点B的邻居A、C、D广播各自的屯、跳包，B监听，然后将其存 储到邻居节点信息库。信息库实现定时刷新功能，超出一定时间后屯、跳包被清除，表明对应 的节点不再是邻居节点。 网络信息感知用于感知网络状态、量化网络参数、计算消息的转发效用。在网络运 行过程中周期性地采集W下参数；网络节点总数L、消息生存期TTLi、消息副本数n;订1)、接 收过该消息的节点数量化）、节点相遇频率A、消息优先级prii、邻居节点对消息的需求 度'。。1,1*?山作。。161*"，然后计算消息的转发效用。各个参数含义见表1。 表1网络信息感知参数【主权项】1. 基于网络编码的容迟容断网络传输系统，具体包括网络信息的监听感知获取、消息 接纳博弈、编码与解码；其特征在于： 网络信息监听与感知目的是获取当前局部网络环境及消息相关属性，并将这些信息传 递给消息接纳博弈。消息接纳博弈以获取的网络信息为基础，每个参与方采取接纳或拒绝 行动，并计算相应的接纳或拒绝收益，进而完成整个博弈树的构建，然后根据逆向归纳法求 纳什均衡解，并交付给编码与解码。编码与解码根据博弈结果将被接纳的消息编码、广播， 最后邻居节点解码； 其中，接纳控制决策采用博弈论方法，包含如下方面： 1) 消息接纳决策博弈定义为G= {P，A，D，U}，P，A，D和U表示为该博弈的四要素一一参 与方、行动空间、策略、收益函数，其中参与方是消息集合P= {PRJ，行动空间A= {Admit， Reject}，表示消息被接纳或拒绝，策略D = {aj由所有消息所采取的行动序列组成，收益 函数U包括两部分，分别是单个消息的收益函数和接纳博弈整体收益函数，U= {Ui，Σι?}; 2) 参与方的接纳收益函数为fu-fu^+c+p-f，拒绝收益函数为fu^-fu，€1^是参与者 ?氏的消息转发效用值，fu min是所有参与者的最小消息转发效用，c i是节点对接纳PR ^勺编 码包的支付值，Pi是接纳PR i的编码包的新增潜在价值，f i是节点对接纳PR i的编码包的惩 罚值； 3) 消息接纳博弈将消息转发效用的高低顺序作为博弈树的扩展顺序。当参与方的前驱 参与方作出决策后，这个参与方计算行动空间内所有决策对应的收益函数，即接纳收益和 拒绝收益，将博弈树向下扩展一层，后继参与方以此类推，直至博弈树到达终结点，此时终 结点记录从根到叶的收益，即各个参与方按该路径指示作决策的收益； 4) 求消息接纳博弈的子博弈精炼纳什均衡解，采用逆向归纳法，自底向上剪去每个参 与方所有行动分支中收益较小的分枝，留下收益最大的分枝，直至达到博弈树的根节点，分 枝组成博弈结果，根据分枝决定接纳还是拒绝某个消息，最后所有被接纳的消息组成编码 消息集合P。2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，计算消息转发效用时，可以令效用函数为：3. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，节点利用一次传输机会发送消息就是进行 一次消息接纳博弈过程，完成对编码消息集合的选取。4. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，消息编码函数为，解码函数为，其中gp . . .，gN取值为1，p为编码包，p p . . .，PnS未编码消息。5. -种计算机程序，其实现如权利要求1所述的系统。【专利摘要】本专利技术为基于网络编码的容迟容断网络传输系统，其权衡局部网络环境和消息相关属性，基于博弈论对容迟容断网络编码消息接纳本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于网络编码的容迟容断网络传输系统，具体包括网络信息的监听感知获取、消息接纳博弈、编码与解码；其特征在于：网络信息监听与感知目的是获取当前局部网络环境及消息相关属性，并将这些信息传递给消息接纳博弈。消息接纳博弈以获取的网络信息为基础，每个参与方采取接纳或拒绝行动，并计算相应的接纳或拒绝收益，进而完成整个博弈树的构建，然后根据逆向归纳法求纳什均衡解，并交付给编码与解码。编码与解码根据博弈结果将被接纳的消息编码、广播，最后邻居节点解码；其中，接纳控制决策采用博弈论方法，包含如下方面：1)消息接纳决策博弈定义为G＝{P,A,D,U}，P,A,D和U表示为该博弈的四要素——参与方、行动空间、策略、收益函数，其中参与方是消息集合P＝{PRi}，行动空间A＝{Admit，Reject}，表示消息被接纳或拒绝，策略D＝{ai}由所有消息所采取的行动序列组成，收益函数U包括两部分，分别是单个消息的收益函数和接纳博弈整体收益函数，U＝{ui,Σui}；2)参与方的接纳收益函数为fu‑fumin+c+p‑f，拒绝收益函数为fumin‑fu，fui是参与者PRi的消息转发效用值，fumin是所有参与者的最小消息转发效用，ci是节点对接纳PRi的编码包的支付值，pi是接纳PRi的编码包的新增潜在价值，fi是节点对接纳PRi的编码包的惩罚值；3)消息接纳博弈将消息转发效用的高低顺序作为博弈树的扩展顺序。当参与方的前驱参与方作出决策后，这个参与方计算行动空间内所有决策对应的收益函数，即接纳收益和拒绝收益，将博弈树向下扩展一层，后继参与方以此类推，直至博弈树到达终结点，此时终结点记录从根到叶的收益，即各个参与方按该路径指示作决策的收益；4)求消息接纳博弈的子博弈精炼纳什均衡解，采用逆向归纳法，自底向上剪去每个参与方所有行动分支中收益较小的分枝，留下收益最大的分枝，直至达到博弈树的根节点，分枝组成博弈结果，根据分枝决定接纳还是拒绝某个消息，最后所有被接纳的消息组成编码消息集合P。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白跃彬，梁姣姣，刘文佳，陈万成，澹台建培，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11