一种基于分布式分批稀疏码的网络通信方法技术

本发明专利技术公开了一种基于分布式分批稀疏码的网络通信方法，采用的是分布式分批稀疏码编码方法，在选择内码编码参数时，不再需要获得链路的全局信息，只使用了链路信息和路径长度信息，进而有效的缩小了NLIP问题的搜索空间，实现了网络通信速率以及网络通信质量的提高。实现了网络通信速率以及网络通信质量的提高。实现了网络通信速率以及网络通信质量的提高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分布式分批稀疏码的网络通信方法


[0001]本专利技术涉及电子信息与网络通信
，具体涉及一种基于分布式分批稀疏码的网络通信方法。

技术介绍

[0002]传统的网络通信协议，如TCP/IP，是基于分层的网络结构，其中物理层为每一跳提供可靠的通信，当物理层中的包不能被正确解码时，该包被删除或者按照丢包处理。现有技术中，由于实际网络通信中的限制，例如缓冲区大小的限制，物理层中有限的数据块的编码不能保证没有丢包，而在链路层进行重传也不能完全消除丢包。
[0003]网络编码是基于提高端对端吞吐量这一目的而被提出，其中，中间节点可以产生并发送新的包而不仅是转发接收到的包。使用高效的网络编码方案，如分批稀疏编码。
[0004]分批稀疏码(BATched Sparse code,BATS)是一种实现多跳无线网络端到端可靠传输的纠删码。BATS码由外码和内码组成。外码可以生成任意数量的批次，其中每个批次由M个编码数据包组成。内码是随机线性网络编码，在传输批次的源节点和中间节点上对属于同一批次的数据包进行内码操作。BATS码结合了喷泉码与网络编码的特性，具有无码率、低编译码复杂度、高吞吐量的特性。
[0005]BATS码内码的设计重点是通过源节点和中间节点传输的数据包总数来最大化期望的批次转移矩阵的秩，即内码编码参数的选择需要获得全局信息(包括全局路由信息和丢包率)来确定，而确定内码编码参数的问题是一个非线性整数规划(NLIP)问题，这类问题在一般情况下是NP难的，这种问题的搜索空间很大，计算耗时很长。因此，亟需一种更好的编码方式以提高网络通信效率。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种基于分布式分批稀疏码的网络通信方法，在选择内码编码参数时，不再需要获得链路的全局信息，进而有效解决了上述
技术介绍
中提到的NLIP问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于分布式分批稀疏码的网络通信方法，包括如下步骤：
[0008]S1、源节点根据度分布Ψ＝(Ψ1,
…
,Ψ
K
)，确定第i个批次的度值；
[0009]S2、源节点通过选定的度值d
i
选择参与第i个批次编码的原始数据包B
i
；
[0010]S3、源节点将选择好的d
i
个原始数据包B
i
进行本批次的外码编码；
[0011]S4、源节点进一步将外码编码得到的编码数据包通过随机线性编码将该批次重新编码为若干数量的编码数据包，并将得到的编码数据包发送至下一跳中间节点；
[0012]S5、中间节点接收到编码数据包后，节点网络层将当前数据包存入编码存储器；
[0013]S6、节点网络层对编码存储器中的数据包进行网络编码，通过随机线性编码将该批次重新编码为若干数量的编码数据包，生成本批次的内码编码数据包；
[0014]S7、节点网络层将内码编码数据包存入发送缓存器，将数据包发送至下一跳中间节点，重复步骤S4至步骤S6，直到目的节点接收到编码数据包。
[0015]进一步的，所述步骤S4和步骤S6中的编码数据包的数量是根据分布式分批稀疏码编码方法获得。
[0016]进一步的，所述的分布式分批稀疏码编码方法具体包括如下步骤：
[0017]在文件传输过程中，源节点使用批次大小为M的BATS码对K个输入包进行外码编码，对于外码生成的每个批次，源节点进一步通过随机线性编码将该批次重新编码为t1(＞0)个包，源节点在第t1次使用链路(v1，v2)时发送批次的t1个包；
[0018]在中间节点处，考虑节点v
k
，2≤k≤l，一个批次至少收到一个数据包，中间节点使用随机线性编码生成t
k
个包，并在t
k
次使用链路(v
k
，v
k+1
)时传输数据包；
[0019]节点v使用内码码率优化公式来确定批次中编码生成的数据包的数量t。
[0020]进一步的，所述的内码码率优化公式是：
[0021][0022]其中，k＝1，
…
，l，∈为输出链路上节点v的丢包率，对于给定的有限域，l，∈为输出链路上节点v的丢包率，对于给定的有限域有如下定义：
[0023][0024]e＝[0，1，...，M]，h1＝[0，0，...，0，1]，h1Q＝[α0，α1，...，α
M
]，Q
‑1e＝[0，β1，β2，...，β
M
]T
。
[0025]Q＝[q
i，j
]1≤i，j≤M+1
是一个(M+1)
×
(M+1)下三角矩阵：
[0026][0027]进一步的，所述的目的节点对接收到编码数据包进行译码，恢复出原始数据包。
[0028]本专利技术的有益效果是：本专利技术通过采用分布式分批稀疏码编码方法，在选择内码编码参数时，不再需要获得链路的全局信息，只使用了链路信息和路径长度信息，进而有效解决NLIP问题，缩小了NLIP问题的搜索空间，实现了网络通信速率以及网络通信质量的提高。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例中单播流网络图；
[0030]图2为本专利技术方法步骤流程示意图。
具体实施方式
[0031]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]BATS码由外码和内码组成，假设源节点需要通过无线网络向目的节点发送K个数据包，数据包中的每个符号都是包含q个元素的有限域F
q
中的元素。令整数M≥1为批次数。外码编码可以如下面的规则生成批次序列X
i
，i＝1，2...，X
i
＝B
i
G
i
，其中B
i
表示由dg
i
个列组成的矩阵，其中每一列都表示一个随机选择的原始数据包，G
i
表示一个dg
i
×
M维的完全随机矩阵，其中矩阵中的每一个元素都是独立同分布的选自有限域F
q
。内码编码是对批次内的数据包进行线性编码，对于第i个批次，编码数据包Y
i
可以通过下式获得：Y
i
＝X
i
H
i
＝B
i
G
i
H
i
，其中H
i
被称为批次转移矩阵。
[0033]现有技术中，BATS码内码的设计重点是通过源节点和中间节点传输的数据包总数来最大化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式分批稀疏码的网络通信方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、源节点根据度分布Ψ＝(Ψ1,
…
,Ψ
K
)，确定第i个批次的度值；S2、源节点通过选定的度值d
i
选择参与第i个批次编码的原始数据包B
i
；S3、源节点将选择好的d
i
个原始数据包B
i
进行本批次的外码编码；S4、源节点进一步将外码编码得到的编码数据包通过随机线性编码将该批次重新编码为若干数量的编码数据包，并将得到的编码数据包发送至下一跳中间节点；S5、中间节点接收到编码数据包后，节点网络层将当前数据包存入编码存储器；S6、节点网络层对编码存储器中的数据包进行网络编码，通过随机线性编码将该批次重新编码为若干数量的编码数据包，生成本批次的内码编码数据包；S7、节点网络层将内码编码数据包存入发送缓存器，将数据包发送至下一跳中间节点，重复步骤S4至步骤S6，直到目的节点接收到编码数据包。2.根据权利要求1所述的基于分布式分批稀疏码的网络通信方法，其特征在于：所述步骤S4和步骤S6中的编码数据包的数量是根据分布式分批稀疏码编码方法获得。3.根据权利要求2所述的基于分布式分批稀疏码的网络通信方法，其特征在于：所述的分布式分批稀疏码编码方法具体包括如下步骤：在文件传输过程中，源节点使用批次大小为M的BATS码对K个输入包进行外码编码，对于外码生成的每个批次，源节点进一步通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：张梦峰，杜俊逸，周志恒，肖磊，杨佩彤，倪大冬，伍元胜，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：