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1、10申请公布号CN102025473A43申请公布日20110420CN102025473ACN102025473A21申请号201010615145422申请日20101230H04L1/18200601H04L1/00200601H04L12/1820060171申请人浙江大学地址310027浙江省杭州市西湖区浙大路38号72发明人谢磊陈惠芳杨磊74专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人杜军54发明名称分组网中基于代间网络编码的重传方法57摘要本发明涉及一种分组网中基于代间网络编码的重传方法。现有的重传方法重传的次数很大，对信道占用率较高。本发明的发送节点将每H个源数据包划。
2、分为一个代集，每K个代集划分为一个发送集，发送节点每发送一个代集后，所有的接收节点对收到的数据包根据所有数据包包头的编码向量矩阵的秩若等于H，则该代数据包能进行解码，否则数据传输过程中发生丢包，发生丢包的接收节点根据收到数据包的编码向量产生一组重传包的编码向量，通过ARQ发给发送节点。发送节点每发送完一个发送集的数据包之后，对收到的所有ARQ中包含的重传编码向量进行计算得到最少重传数据包，本发明利用网络编码传输的特性减少重传次数，提高重传效率。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图3页CN102025487A1/2页21分组网中基于代间网络编。
3、码的重传方法，其特征在于该方法包括如下步骤步骤1源节点将源数据包集合划分代集后在每个代集内编码发送；步骤2中间节点对收到数据包编码转发；步骤3接收节点根据收到的编码数据包产生ARQ并发送给源节点；步骤4源节点收集发送集内每个代集的ARQ并提取重传编码向量；步骤5源节点根据提取的重传编码向量生成新的重传编码向量；步骤6源节点根据新的重传编码向量生成重传数据包并发送。2根据权利要求1所述的分组网中基于代间网络编码的重传方法，其特征在于所述步骤1具体为发送节点将源数据以数据包的形式进行发送，每个数据包包括源数据向量和包头，其中包头包括全局编码向量信息；发送节点将源数据包分割成若干代集，每个代集中包含。
4、有H个数据包，其中H代表网络的最大流；网络编码只在每个代集之内进行，发送节点每次发送出H个编码数据包，记第I代集数据包集合为，其中代表第I代集中第J个编码数据包的编码向量，为维向量，选取K个代集构成一个重传发送集，即每发送完K个代集再进行重传。3根据权利要求1所述的分组网中基于代间网络编码的重传方法，其特征在于所述步骤2具体为每个中间节点对所有的输入链路数据包进行网络编码，并更新包头中的全局编码向量；当中间节点判定某个数据包发生丢包时，则在进行网络编码时，将该数据包的全局编码向量及数据向量均判定为零。4根据权利要求1所述的分组网中基于代间网络编码的重传方法，其特征在于所述步骤3具体为设接收节点。
5、个数为N，当源节点在发送第I个代集源数据包时，第N个接收节点收到数据包记为,其中；设为的秩，代表收到个线性无关的数据包，此时每个接收节点若检测到时，则判定当前代集数据包传输过程发生丢包，需重传数据包个数为，第N个接收节点生成个正交向量，且张成的线性空间与张成的线性空间正交，将这个正交向量通过ARQ发送给源节点要求重传。5根据权利要求1所述的分组网中基于代间网络编码的重传方法，其特征在于所述步骤4具体为源节点发送完K代数据包之后，收到接收节点发送回关于所有K代数据包的重传请求ARQ；令，引入集合，其中，初始化，其中，是零向量，是零向量，即是向量，。6根据权利要求1所述的分组网中基于代间网络编码的。
6、重传方法，其特征在于所述步骤5具体为令，对所有的M从1到T进行以下操作，如果，则不考虑接收节点NA、取，应用线性相关准则得到的线性组合；权利要求书CN102025473ACN102025487A2/2页3B、对每个节点N，当且时，更新。7根据权利要求1所述的分组网中基于代间网络编码的重传方法，其特征在于所述步骤6具体为将生成的作为重传包的全局编码向量在下个代集进行重传，对每个接收节点收到重传包后，通过就可以恢复出该代集的所有源数据。权利要求书CN102025473ACN102025487A1/5页4分组网中基于代间网络编码的重传方法技术领域0001本发明属于网络技术领域，涉及一种应用于基于网络。
7、编码的分组交换网中，对数据传输过程中丢失的数据包的确定性重传方法。背景技术0002随着信息时代的不断发展，人们的生活与通信网络已经密不可分。随着3G通信的到来，多媒体数据业务正迅猛发展着，网络传输质量要求不断提高，用户数量也在急速增加。面对带宽的贫乏、发射功率的限制、硬件实现复杂度等因素的影响，如何有效利用现有的有限的网络资源已成为当今通信网络的重要课题之一。0003传统的通信网络传送数据的方式是存储转发，即除了数据的发送节点和接收节点以外的节点只负责路由转发，而不对数据内容做任何处理，中间节点扮演转发器的角色。长期以来，人们普遍认为在中间节点上对传输的数据进行加工不会有任何收益。直到AHLS。
8、WEDE等于2000年提出的网络编码理论彻底推翻了这种传统观点。该理论首次提出了网络编码的概念并利用有关熵的理论进行了证明。通过网络编码，网络多播能够实现理论上的最大传输容量。网络节点对传输信息进行操作和处理的过程，就称为网络编码。网络编码彻底改变了通信网络中信息处理和传输的方式，是信息理论研究领域的重大突破。0004在分组交换网中，数据传输以包的形式进行。每个数据包包括源数据和包头，其中包头包括了全局编码向量信息。通常将源数据包分割成若干代集，每个代集中包含有H个数据包，其中H代表网络的最大流。通常网络编码只在每个代集之内进行，这样可以降低网络编码和解码的复杂度。每个中间节点对所有的输入链路。
9、数据包进行网络编码，并更新包头中的全局编码向量。在传输过程中通过建立一种同步机制计算出每个代集传输完成的截止时间。数据包在传输过程中可能由于延迟或者堵塞不能在截止时间之前到达接收节点，我们就判定该数据包为丢包。一旦节点判定某个数据包发生丢包，在进行网络编码时该数据包的全局编码向量及数据向量均判定为零。0005数据包在网络传输过程中有可能丢失，导致接收结点不能恢复源信息，因此网络传输中丢包处理非常重要。当前对于丢包的处理方法主要是对丢包进行重传和前向纠错码两种。普通重传方法对反馈请求ARQ要求重传的数据包分别进行一一重传，重传的次数很大，对信道占用率较高。发明内容0006本发明的目的是提供一种基。
10、于网络编码的最少重传方法，该方法以实现占用较少的网络资源并且完成数据的可靠组播传输为目标。0007本发明方法包括如下步骤步骤1发送节点将源数据以数据包的形式进行发送，每个数据包包括源数据向量和包头，其中包头包括了全局编码向量信息。发送节点将源数据包分割成若干代集，每说明书CN102025473ACN102025487A2/5页5个代集中包含有H个源数据包，其中H代表网络的最大流。网络编码只在每个代集之内进行，发送节点每次发送出H个编码数据包（一个代集），记第I代集数据包集合为，其中代表第I代集中第J个编码数据包的编码向量，为维向量，选取K个代集构成一个重传发送集，即每发送完K个代集（一个发送集。
11、）再进行重传；步骤2每个中间节点对所有的输入链路数据包进行网络编码，并更新包头中的全局编码向量。在传输过程中通过建立一种同步机制计算出每个代集传输完成的截止时间。数据包在传输过程中可能由于延迟或者堵塞不能在截止时间之前到达接收节点，我们就判定该数据包为丢包。一旦节点判定某个数据包发生丢包，在进行网络编码时该数据包的全局编码向量及数据向量均判定为零；步骤3设接收节点个数为N，当源节点在发送第I个代集源数据包时，第N个接收节点收到数据包记为,其中。设为的秩，代表收到个线性无关的数据包，此时每个接收节点若检测到时，则判定当前代集数据包传输过程发生丢包，需重传数据包个数为，第N个接收节点生成个正交向量。
12、，且张成的线性空间与张成的线性空间正交，将这个正交向量通过ARQ发送给源节点要求重传；步骤4源节点发送完K代数据包之后，收到接收节点发送回关于所有K代数据包的重传请求ARQ。定义，引入集合，其中，初始化；其中，是零向量，是零向量，即是向量，；步骤5设，对所有的M从1循环加1到T进行以下操作，如果，则不考虑接收节点N1取，应用线性相关准则得到的线性组合；2对每个节点N，当且时，更新；步骤6将生成的作为重传包的全局编码向量生成重传数据包在下个代集进行重传，对每个接收节点收到重传包后，通过就可以恢复出该代集的所有源数据。0008本发明相对于现有技术具有以下有益效果利用确定性算法确保重传数据包能够使所。
13、有接收节点都能正确恢复出源数据包，且重传数据包量最少，尤其当链路丢包概率高时效果更加明显，从而节省带宽，最大程度提高网络带宽利用率；同时通过控制发送集的大小，即设置K值，可以控制解码延时以及节点所需的缓存大小。说明书CN102025473ACN102025487A3/5页6附图说明0009图1为每发送K代数据包后再进行重传的流程图。0010图2为随机生成的18个节点，接收节点个数为3，最大流为4的随机拓扑图。0011图3为传统的重传方法与基于代间网络编码重传方法（K4）的性能在图2上的仿真结果对比图。具体实施方式0012以下结合附图对本发明作进一步说明。0013网络编码系统定义一个有向的无环网。
14、络,其中V代表G中所有节点的集合，E代表G中所有链路的集合。E中的每一个元素均可用V中某两个元素的有序对表示，即有，代表链路E是一条从节点I到节点J的通信信道。其中节点E称为节点I的输出边，节点J的输入边。对于任意节点I定义集合OUTIEEE是节点I的输出边，INIEEE是节点I的输入边，且假定每条边的通信容量是1。定义集合S和其中且且，S代表源节点而T代表接收节点集合。设源节点与每个接收节点之间的最小割均为H，也就是说源节点与任一接收节点之间存在H条或不重合的通信路径。源节点通过网络每次组播H个符号到T中各个接收节点。定义信源信息向量。对于所有的节点都存在一个局部编码向量矩阵，利用该矩阵中的。
15、系数每个节点对输入边的符号进行线性组合再输出到输出边。系统转移矩阵是一个矩阵，其中代表链路D到链路E的转移系数。矩阵B为源节点的编码矩阵。定义全局编码向量为编码矩阵对应于链路E的列，则链路E上传输的符号。0014线性相关准则设，数据对，且，其中；则存在的线性组合U满足，其中；且U能够在时间内找出。0015步骤1发送节点将源数据以数据包的形式进行发送，每个数据包包括源数据向量和包头，其中包头包括了全局编码向量信息。并将源数据包分割成若干代集，每个代集中包含有H个数据包，其中H代表网络的最大流。网络编码只在每个代集之内进行，发送节点每次发送出H个编码数据包（一个代集），记第I代集数据包集合为，其中。
16、代表第J个编码数据包的编码向量，为向量，选取K个代集构成一个重传发送集，即每发送完K个代集（一个发送集）再进行重传；步骤2每个中间节点对所有的输入链路数据包进行网络编码，并更新包头中的全局编码向量。在传输过程中通过建立一种同步机制计算出每个代集传输完成的截止时间。数据包在传输过程中可能由于延迟或者堵塞不能在截止时间之前到达接收节点，我们就判定该数据包为丢包。一旦节点判定某个数据包发生丢包，在进行网络编码时该数说明书CN102025473ACN102025487A4/5页7据包的全局编码向量及数据向量均判定为零；步骤3当接受节点个数为N时，当源节点在发送第I个代集源数据包时，第N个接收节点收到数。
17、据包记为,其中。设为的秩，代表收到个线性无关的数据包，此时每个接受节点若检测到时，则判定当前代集数据包传输过程发生丢包，需重传数据包个数为，第N个接收节点生成个正交向量，且张成的线性空间与张成的线性空间正交，将这个正交向量通过ARQ发送给源节点要求重传；步骤4源节点发送完K代数据包之后，收到接收节点发送回关于所有K代数据包的重传请求ARQ。定义，引入集合，其中，初始化，其中，是零向量，是零向量，即是向量，；步骤5设，对所有的M从1循环加1到T进行以下操作，如果，则不考虑接收节点N1取，应用线性相关准则得到的线性组合；2对每个节点N，当且时，更新；步骤（6）将生成的最为重传包的全局编码向量生成重。
18、传数据包在下个代集进行重传。对每个接收节点收到重传包后，通过就可以恢复出该代集的所有源数据。0016如图1所示为每发送K代数据包后再进行重传的流程图，源节点将源数据包划分代集，每次发送某个代集的时候首先判断该代集在对应的发送集是否已经发送完，未发送完则继续发送当前代集，反之则将生成的重传数据包与源数据包组成新的发送集开始发送。中间节点则通过将发生丢包的链路的数据包置零并与收到的编码数据包进行网络编码发送。接收节点当收到足够的有效编码数据包则进行译码恢复源数据，反之则发送ARQ对源节点请求数据包重传。0017如图2所示为随机生成的18个节点的组播网络，其中接收节点个数为3，网络最大容量为4，每条。
19、链路的丢包率在1/1000到1/100之间随机生成，应用基于代间网络编码的重传方法与传统的重传方法在图2所示的网络上分别进行仿真，源节点每次均发送1000000个代集的数据包，发送集大小设为4，通常我们用每个数据包的平均传输次数来衡量重传方法的性能，则两种重传方法数据包平均重传次数仿真结果如图3所示,，可见基于代间网络编码的重传方法比传统的重传方法数据包平均重传次数少很多，从而能够说明书CN102025473ACN102025487A5/5页8节省带宽，提高网络带宽利用率。说明书CN102025473ACN102025487A1/3页9图1说明书附图CN102025473ACN102025487A2/3页10图2说明书附图CN102025473ACN102025487A3/3页11图3说明书附图CN102025473A。