一种利用成对流间网络编码机会的数据流时延保障策略制造技术

本发明专利技术公开了一种利用成对流间网络编码机会的数据流时延保障策略，包括以下步骤：分组缓存，在IP层与MAC层之间实现中间层协议，缓存IP层到达的分组，为每条数据流建立虚拟队列，发掘数据流间成对编码机会。统计队列信息，在每个调度时长开始时统计每个队列中数据包个数、权重、时延以及数据流成对编码关系。分组调度，利用整数线性规划方法计算分组的最优发送次序和个数。编码发送，对需要编码的分组进行编码，加上编码头部后，发往MAC层接口处。结束本轮调度，当本轮调度时间到期后返回步骤1，继续调度本轮调度期间到达的数据分组。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用成对流间网络编码机会的数据流时延保障策略，属于通信领 域协议设计领域。当数据流间存在成对流间编码能力时，采用本方法，能够在保证数据流差 异性时延约束的情况下，尽可能的提高网络吞吐量。 技术背景 无线网状网（WMN)技术由于其无需基础架构的特点，能够提供低价、广覆盖的网 络，被越来越多的用于学校、商场、步行街等室内外应用场景中。然而无线网络的抗干扰性 差、链路不稳定的缺点，又使得其难以支持对服务质量要求较高的应用。如今多媒体应用与 无线网络的结合越来越紧密，他们对无线通信服务质量要求高，通常有差异性的时延、优 先级的需求。网络编码技术，能够很好地结合无线网天然的广播特性，利用网络的大量冗余 信息，对数据包编码后集中发送。这一技术被证明能够有效地减少数据流转发次数，提高网 络的吞吐量。是保障无线网络中多媒体应用通信质量有效解决方案。其中流间网络编码还 具有编码开销小，解码时延短等优点。本文将主要研究流间网络编码，讨论有效降低数据流 时延的调度策略。流间编码的基本原理是中间节点对多个来自不同数据流的分组进行编码 并一次转发。编码机会依赖于数据流之间的拓扑关系。 本专利技术主要讨论无线网络中可编码数据流的调度问题，当多条业务流存在不同的 时延要求时，如何在保证这些时延要求的情况下提高吞吐量。已有的工作或给出了启发式 算法，研究了编码数据流端到端时延，或只研究成对编码，没有考虑到数据流差异性的时延 要求。而我们的研究考虑的数据流条件多，编码结构全，提供的解决方案也更完善。
技术实现思路
本专利技术的目的是：讨论无线网络中可编码数据流的调度问题，当多条业务流存在 不同的时延要求时，如何在保证这些时延要求的情况下提高吞吐量。 为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是： -种利用成对流间网络编码机会的数据流时延调度方法，其特征是包括以下步 骤： 1)建数据流队列缓存IP层到达分组；分组缓存，在IP层与MAC层之间实现中间 层协议，缓存IP层到达的分组，为每条数据流建立虚拟队列，发掘数据流间成对编码机会。 2)统计队列信息，在每个调度时长（区间）开始时统计数据流信息，包括每个队列 中数据包个数、权重、时延以及数据流成对编码关系。 3)分组调度，利用整数线性规划方法计算分组的最优发送次序。 4)编码发送，对需要编码的数据包分组进行编码，加上编码头部后，将数据包按序 发往MAC层接口处； 5)结束本轮调度，当本轮调度时间到期后返回步骤1)，继续调度本轮缓存的数据 分组。 上述步骤1)利用节点的两跳邻居信息来发现成对编码机会。利用较小的计算成 本，发现较多的编码机会。 上述步骤3)将最大化时延到达之前发送数据分组权重和问题规约为整数线性规 划问题，并证明可以求出最优发送次序。 上述步骤5)划定的调度时间段长度根据网络平均时延决定。 数据流时延调度方法具体分为3个阶段：编码机会发现，分组调度和分组编码； 阶段一：编码机会发现策略，PTCS的首要模块是编码机会发现机制，能够利用节 点的一跳邻居信息和两跳邻居信息来挖掘数据流间的成对编码关系；对于先应式路由协 议，每个节点能够很容易的知道自己的一跳和两跳邻居；对于反应式路由协议，让每个节点 利用Hello报文广播自己的一跳邻居信息给邻居；收到邻居的Hello报文后，节点就更新自 己的一跳邻居表和两跳邻居表； 利用数据流的上下游节点信息以及中间节点的一跳和两跳邻居信息来判断一对 数据流是否存在编码关系； 将中间节点R收到的数据包，分别缓存到为每个数据流建立的队列中；每条队列 都要记录下对应数据流的源节点、目的节点、下一跳地址、权重大小、时延要求、数据包个数 信息，还要保存指向数据包列表的指针；每当一个数据包进入节点R时，首先检查这个数据 流的队列是否存在，若队列存在，直接将该数据包加入队列中的数据包列表，同时队列信息 中数据包个数记录加1 ;若不存在，则为这个数据流新建一个队列，同时利用队列信息以及 编码判断条件来检查这条数据流和已入队的数据流是否存在编码关系； 阶段二：分组调度；能根据数据流的编码关系、权重、时延、队列长度信息给出一 个最优数据包发送顺序；先定义一个调度区间为T个发送时隙，即在这段时间内能发送出 去T个数据包；在每个调度区间的开始，统计队列中记录的数据流信息，编码关系、权重、时 延、队列长度，对最大化在时延到达之前发送数据包的权重和问题进行形式化； 将经过中间结点的数据流分为两个集合，集合匕中数据流没有编码关系，为单流， 集合匕中都是有编码关系的编码对；个数为Sk，对于有编码关系的编码有序对（i，j)，且满 足i〈j，被成功转发的编码数据包个数定义SD1, fjPf,中未被编码就转发的数据包叫做 余包，其个数分别定义为民和Ry有R1 ?R,= 〇的性质，即两者中至少有一个为〇,否则两 个数据流仍能继续编码； 通过线性规划方法给出每个数据流发送的分组个数，按照时延从小到大的顺序， 将单个数据包或是编码数据包移动到中间节点R的发送队列中，让数据包等待MAC层的发 送机会；同时清理原来的缓存数据队列，等待新数据包的到达；每当中间节点取得一个发 送机会，就从发送队列的最前端取一个数据包发送；在调度区间内到达节点的数据包，经过 IP层的路由后，就被缓存在新的队列里，在本轮调度结束后，参与下一轮的调度； 阶段三：分组编码，PTCS分组调度模块输出的发送顺序是一系列的数据流中被调 度的数据包个数，这些数据流是单流或编码流；中间节点按照这个发送顺序，从每个数据流 队列的最前端取出相应个数的数据包发送；如果遇到编码数据流，则要从一对编码流中分 别取出数据包进行编码；称这两个数据一个为主编码包，另一个为从属编码包；IP头部中 保存的是主编码包的源节点、目的节点、时延信息、权重信息、发送时间；需要给每个数据包 加上一个编码头部用于记录从属编码包的信息，称之为CodeHead，放在IP头部和MAC头部 之间；CodeHead的结构中，编码标识位显示此数据包是否为编码包，以及从属编码包的源 节点、目的节点、下一跳地址、时延信息、权重信息、发送时间信息；编码后的数据包和其他 单包一样按序加入节点的发送端口处，交由MAC层发送；为了接收到编码数据包，节点需要 打开混杂模式，也就是无线节点利用信道的广播特性，接受一切能听到的数据包，包括不是 发送给它自己的；MAC层收到单播数据包，就将数据包移交PTCS层；PTCS层判断数据包是 否编码，并对编码的数据包进行解当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用成对流间网络编码机会的数据流时延调度方法，其特征是包括以下步骤：1)建数据流队列缓存IP层到达分组；分组缓存，在IP层与MAC层之间实现中间层协议，缓存IP层到达的分组，为每条数据流建立虚拟队列，发掘数据流间成对编码机会；2)统计队列信息，在每个调度时长开始时统计数据流信息，包括每个队列中数据包个数、权重、时延以及数据流成对编码关系；3)分组调度，利用整数线性规划方法计算分组的最优发送次序；4)编码发送，对需要编码的数据包分组进行编码，加上编码头部后，将数据包按序发往MAC层接口处；5)结束本轮调度，当本轮调度时间到期后返回步骤1)，继续调度本轮缓存的数据分组。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈贵海，茅娅菲，董超，吴小兵，戴海鹏，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32