基于压缩感知理论的低抖动编码感知路由方法技术

本发明专利技术公开了基于压缩感知理论的低抖动编码感知路由方法，属于无线网络领域。本发明专利技术主要解决现有技术在网络拥塞的情况下，不能有效地提升各种速率场景下的数据包抖动性能问题，其技术方案是：1.在网络中进行编码感知路由发现，采用考虑编码机会的路由跳数的路由度量，以此寻找编码节点和路径；2.对寻找出的路径上的编码节点用基于队列长度的缓存管理策略进行网络抖动训练，实现最优阈值的选取；3.编码节点根据给定的最优阈值对接收到的数据包采用相应的基于队列长度的决策策略。本发明专利技术与现有技术相比，能在网络拥塞的情况下有效提升各种速率场景下的包括数据包抖动在内的各项网络性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线网络领域，涉及一种骨干网络的路由方法，可用于各种速率场景下的无线多媒体业务。
技术介绍
近年来，随着无线网络技术的快速发展，无线多媒体业务也进入到人们日常生活和工作的各个领域，多媒体业务在网络通信中占据越来越重要的地位。一些多媒体业务有着数据包抖动等方面的需求，这对无线网络的设计提出了新的需求。数据包抖动是网络性能的重要指标之一，对多媒体应用尤为重要。与传统的存储转发方式相比，网络编码可以充分利用无线信道的广播特性，将原来的多次原始数据包的单播传输转变为一次编码数据包的广播传输，而不占用额外的信道容量，从而减少数据传输次数，推迟了信道拥塞的发生，达到降低数据包抖动的目的。所谓网络编码感知路由，就是在路由发现阶段中的路由度量加入“网络编码”因素，引导数据流向着能够增加网络编码机会的路径传输。然而，现有的编码感知路由协议采用的是基于机会的网络编码策略，没有考虑编码节点的缓存状态，不会推迟数据包的转发来等待未来的编码机会。这种做法会损失掉一些潜在的编码机会，降低网络编码对数据包抖动的贡献。在网络拥塞的情况下，考虑多媒体业务的需要，降低无线网络的数据包抖动有着重要的意义。基于以上分析，如果充分利用编码缓存状态，则可以改善编码感知路由的抖动性能，进一步降低数据包抖动。在数据包编码时考虑编码缓存状态的情况下，现有的编码节点缓存管理策略中，基于队列长度的策略实施起来比较简单，如果缓存的队列长度超过一个阈值，数据包将被无编码的转发。但如果阈值选取不当，数据包的抖动可能较大。压缩感知(CompressedSensing,CS)的概念是2006年Donoho和Candes等人提出的，它实际上是利用测量矩阵将原始信号完成从高维空间到低维空间的线性投影，获取少量包含原始信号全部信息的投影值，然后在重建算法中利用了信号的稀疏性/可压缩性实现了原始信号的高概率精确重建。不同于Nyquist的信号采样，CS是对原始信号信息的采样，采样的数据只有那些包含了重要信号信息的数据。为了能够精确恢复原始信号，CS的采样过程必须确保不破坏原始信号的信息，即保证投影后的测量值拥有原始信号的全部信息。在网络传输达到稳定的情况下，一小部分数据包表征的网络性能拥有所有数据包表征的长期网络性能的信息。借鉴CS理论的思想，在网络达到稳定的情况下，一小部分数据包表征的网络性能就可以反映网络传输的所有数据包表征的长期网络性能。因此，如何基于压缩感知理论结合编码感知路由算法和缓存管理算法，充分发挥其优势来实施一种简单、有效的路由方法在网络拥塞的情况下改善网络的抖动性能，是一个值得研究的问题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种基于压缩感知理论的低抖动编码感知路由方法，在编码节点采用基于队列长度的数据包决策策略，设计了可以表征网络抖动性能的数据包度量AVPWD(AverageVariationinPacketWaitingDelay)，并借鉴CS理论的思想，以数据流少部分数据包的AVPWD反映其长期抖动性能，在数据传输阶段之前引入了网络抖动训练阶段，使编码节点获得了基于队列长度策略的最优阈值。考虑到数据包接收顺序对网络抖动性能的影响以及编码队列中的数据包个数对编码机会的影响，基于队列长度策略的阈值搜索范围的上界和非零下界分别设定为min(K-1,11)和5，这里K为编码节点的队列长度。该专利技术方法能在网络拥塞的情况下，提升各种速率场景下的包括数据包抖动在内的各项网络性能。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，一种基于压缩感知理论的低抖动编码感知路由方法，包括如下步骤：(1)在网络中进行编码感知路由发现,根据编码机会信息和路由跳数信息获得路由度量，并根据路由度量选取编码节点和路径；(2)对步骤(1)中寻找出的路径上的编码节点用基于队列长度的缓存管理策略进行如下网络抖动训练，实现最优阈值的选取：2a)设定表征多媒体业务流抖动性能的每一个阈值i的数据包平均等待时延变化为：其中，AVPWD为数据包平均等待时延变化，i∈{0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于压缩感知理论的低抖动编码感知路由方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在网络中进行编码感知路由发现,根据编码机会信息和路由跳数信息获得路由度量，并根据路由度量选取编码节点和路径；(2)对步骤(1)中寻找出的路径上的编码节点用基于队列长度的缓存管理策略进行如下网络抖动训练，实现最优阈值的选取：2a)设定表征多媒体业务流抖动性能的每一个阈值i的数据包平均等待时延变化为：AVPWD(i)=1Mi-1Σj=1Mi-1[(B(pij+1)-A(pij+1))-(B(pij)-A(pij))]]]>其中，AVPWD为数据包平均等待时延变化，i∈{0}∪[5,min(11,K‑1)]，K为编码节点的队列长度，pij为编码节点对应阈值i和多媒体业务流在采样间隔t内成功传输的第j个数据包，B(pij)和A(pij)分别表示数据包pij在编码队列中的出队时间和入队时间，Mi为编码节点对应阈值i和多媒体业务流在采样间隔t内成功传输的数据包个数；2b)将阈值i初始化为0，源节点按照寻找出的路径发送数据包，编码节点用基于队列长度的缓存管理策略对来自不同数据流的数据包进行有效的传输或等待，在数据传输稳定时，在一个固定的采样间隔t内，编码节点记录多媒体业务流的成功传输的每个数据包p0j在编码队列中的入队时间A(p0j)和出队时间B(p0j)，并统计出多媒体业务流的成功传输的数据包的个数M0后，根据步骤2a)中的公式计算得到AVPWD(0)；2c)将阈值i增加为5，在一个固定的采样间隔t内，编码节点记录多媒体业务流的成功传输的每个数据包p5j在编码队列中的入队时间A(p5j)和出队时间B(p5j)，并统计出多媒体业务流的成功传输的数据包的个数M5后，根据步骤2a)中的公式计算得到AVPWD(5)；2d)将阈值i在步骤2c)的基础上每次递增1，以步骤2c)同样的方式，编码节点得到对应阈值i在间隔t内的数据包平均等待时延变化AVPWD(6),AVPWD(7),…,AVPWD(min(K‑1,11))；2e)从上述得到的AVPWD(0),AVPWD(5),…,AVPWD(min(K‑1,11))中找出数据包平均等待时延变化数值最小时对应的阈值，将该阈值作为最优阈值；(3)编码节点根据步骤(2)中选取的最优阈值对接收到的数据包采用基于队列长度的决策策略进行编码转发、直接转发或者等待。...

【技术特征摘要】
1.一种基于压缩感知理论的低抖动编码感知路由方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在网络中进行编码感知路由发现,根据编码机会信息和路由跳数信息获得路由度量，并根据路由度量选取编码节点和路径；(2)对步骤(1)中寻找出的路径上的编码节点用基于队列长度的缓存管理策略进行如下网络抖动训练，实现最优...

【专利技术属性】
技术研发人员：芦存博，张海鹏，卢宁宁，付文亮，杨悦，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：河北;13