一种无线光纤混合网络场景下工业物联网数据可靠传输方法技术

本发明专利技术涉及一种无线光纤混合网络场景下工业物联网数据可靠传输方法，包括如下步骤：软件定义网络控制器计算出网络中各条链路的时延信息，根据时延信息选择最优并行传输路径；光线路终端将原始数据进行编码并广播给无线光网络单元；无线光网络单元通过并行多跳路径将编码分组转发到目的终端；目的终端实施解码操作，恢复原始数据。本发明专利技术在采取无线光纤混合网络架构的基于软件定义网络的工业物联网中，结合网络编码技术，提出一种数据并行传输方法。与传统方法相比，本方法在设备链路发生故障时不需要任何数据重传或重路由，并能够有效地降低丢包率对网络传输性能的影响，在提高可靠性的同时，显著缩短数据传输的完成时间，提高网络的有效吞吐量。提高网络的有效吞吐量。提高网络的有效吞吐量。

【技术实现步骤摘要】
一种无线光纤混合网络场景下工业物联网数据可靠传输方法


[0001]本专利技术涉及工业物联网领域，具体为一种无线光纤混合网络场景下工业物联网数据可靠传输方法。

技术介绍

[0002]物联网是指通过各种通信技术，将任意终端设备接入互联网，进行信息交换和处理，从而实现对各类设备进行识别、监控、定位和管理等智能化控制的一种网络。工业物联网是物联网在工业领域的应用。随着对智能化的需求不断增加，物联网已成为工业领域的热门技术。工业物联网能够有效地整合工业系统中的各种设施资源，改善各类现有资源的利用率，提高工业信息化与自动化水平。
[0003]无线光纤混合接入网络实现了光纤和无线两种技术优势的互补，相比于传统接入技术，其能够为终端设备提供更高的带宽、更灵活的接入、更好的服务与体验质量，能够真正意义上实现网络的全覆盖。整个网络可以分为前端和后端两部分。工业无线拓扑网络位于前端，无源光网络作为光纤回程位于后端，无线光网络单元充当关联网络前后两端的网关。无源光网络部分包括光线路终端和光分路器，光线路终端的上行与骨干网相连，下行与光分路器相连，光分路器与网络前端的无线拓扑网相连。无线光纤混合接入网已经逐渐成为宽带接入
的主流模式，能够满足工业物联网对接入网络的高容量、低延迟、高可靠性和高灵活性等要求。
[0004]随着工业应用不断发展，机器、传感器、控制单元和用户等各类智能设备不断产生大量数据，现有传输方法已逐渐无法满足工业物联网对于传输性能的高要求。此外，工业场景中无法避免的动态噪声、干扰会对无线传输造成严重影响，如使得无线信道的丢包率增加；并且无线光纤混合接入网络中的任何部件节点都有可能发生故障，从而中断通信，传统方法只能寻找其他路径重新进行传输，严重降低了网络性能。本专利技术在采取无线光纤混合网络架构的基于软件定义网络的工业物联网中，结合网络编码技术，提出了一种数据并行传输方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种无线光纤混合网络场景下工业物联网数据可靠传输方法，在设备链路发生故障时不需要任何数据重传或重路由，并能够有效地降低丢包率对网络传输性能的影响，在提高可靠性的同时，显著缩短数据传输的完成时间，提高网络的有效吞吐量。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种无线光纤混合网络场景下工业物联网数据可靠传输方法，包括以下步骤：
[0007]S1：软件定义网络控制器计算出网络中各条链路的时延信息，根据时延信息选择最优并行传输路径；
[0008]S2：光线路终端将原始数据进行编码并广播给无线光网络单元；
[0009]S3：无线光网络单元通过并行多跳路径将编码分组转发到目的终端；
[0010]S4：目的终端实施解码操作，恢复原始数据。
[0011]优选的，所述步骤S1中，网络中各链路时延信息的计算方法如下：
[0012]T1、在无源光网络部分，光线路终端采用广播的方式将数据发送给多个无线光网络单元，根据光线路终端与无线光网络单元之间的距离计算得到各条光纤链路的时延D
Opart
＝L
i
/S
optical
，其中L
i
表示光线路终端与第i个无线光网络单元之间的距离，S
optical
是光信号在光纤中的传输速度。
[0013]T2、在无线拓扑网络部分，根据各无线链路的容量、分组到达速率以及分组平均大小计算得到第i条无线链路的时延d
i
＝1/(2μC
i
)+1/(μC
i
‑
λ
i
)，其中1/μ为分组平均大小，C
i
和λ
i
分别为第i条无线链路的容量及分组到达速率。
[0014]优选的，所述步骤S1中，根据各链路时延给出第j条并行路径的总时延计算方法为D
j
＝D
Opart
+∑d
i
，其中，D
Opart
是该条并行路径中光纤链路的时延，∑d
i
为该条并行路径中无线链路部分的时延之和；以各链路的时延作为权重，根据搜索算法选出N条时延最短路径作为并行传输路径。
[0015]优选的，所述步骤S2中，网络编码方法如下：
[0016]采用随机线性网络编码方法，大小为F比特的原始数据划分为m个大小为F/m比特的分组S0,S1,...,S
m
；对于第j次传输机会，光线路终端随机生成一个编码分组其中g
j,i
为均匀随机地从大小为q的有限域F
q
中选出来的编码系数，该编码分组包含F/m个比特，[g
j,0
,g
j,1
,
…
,g
j,m
‑1]为编码分组R
j
的编码向量，占据mlog2q比特的大小，作为头部开销附在编码分组的头部一起传输；
[0017]采用稀疏网络编码方法，大小为F比特的原始数据划分为m个大小为F/m比特的分组S0,S1,...,S
m
，光线路终端首先从m个源数据分组中随机挑选出d个分组组成一个子集，其中d＜m，在接下来的b次传输中，光线路终端在该子集中按照随机线性网络编码方法生成编码分组，b为该子集的传输次数，b次传输结束后，光线路终端用相同方法重新建立新的子集，以此循环。此方法的每个编码分组的头部开销约为dlog2q个比特。
[0018]优选的，所述步骤S2中，根据传输层中的用户数据报传输协议，光线路终端将编码后的分组采用广播的方式发送给无线光网络单元。
[0019]优选的，所述步骤S3中，除源节点和目的节点外，中间节点仅负责转发数据包。在下行传输中，光线路终端为源节点，工业物联网设备终端为目的节点。
[0020]优选的，所述步骤S4中，目的终端只要接收到m个线性无关的编码分组，就可以通过高斯消去法求解线性方程组进行解码，恢复原始数据。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]本专利技术在采取无线光纤混合网络架构的基于软件定义网络的工业物联网中，结合网络编码技术，提出了一种数据并行传输方法。与当前主流传输方法相比，本方法在设备链路发生故障时不需要任何数据重传或重路由，并能够有效地降低丢包率对网络传输性能的影响，在提高可靠性的同时，显著缩短数据传输的完成时间，提高网络的有效吞吐量。
附图说明
[0023]图1为本专利技术采取的工业物联网中基于软件定义网络的无线光纤混合接入网络架构示意图；
[0024]图2为本专利技术提出的无线光纤混合网络场景下工业物联网数据可靠传输方法的步骤流程图。
具体实施方式
[0025]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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线光纤混合网络场景下工业物联网数据可靠传输方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：软件定义网络控制器计算出网络中各条链路的时延信息，根据时延信息选择最优并行传输路径；S2：光线路终端将原始数据进行编码并广播给无线光网络单元；S3：无线光网络单元通过并行多跳路径将编码分组转发到目的终端；S4：目的终端实施解码操作，恢复原始数据。2.根据权利要求1所述的一种无线光纤混合网络场景下工业物联网数据可靠传输方法，其特征在于，所述步骤S1中，网络中各链路时延信息的计算方法如下：T1、在无源光网络部分，光线路终端采用广播的方式将数据发送给多个无线光网络单元，根据光线路终端与无线光网络单元之间的距离计算得到各条光纤链路的时延D
Opart
＝L
i
/S
optical
，其中L
i
表示光线路终端与第i个无线光网络单元之间的距离，S
optical
是光信号在光纤中的传输速度；T2、在无线拓扑网络部分，根据各无线链路的容量、分组到达速率以及分组平均大小计算得到第i条无线链路的时延d
i
＝1/(2μC
i
)+1/(μC
i
‑
λ
i
)，其中1/μ为分组平均大小，C
i
和λ
i
分别为第i条无线链路的容量及分组到达速率。3.根据权利要求1所述的一种无线光纤混合网络场景下工业物联网数据可靠传输方法，其特征在于，所述步骤S1中，根据各链路时延给出第j条并行路径的总时延计算方法为D
j
＝D
Opart
+∑d
i
，其中，D
Opart
是该条并行路径中光纤链路的时延，∑d
i
为该条并行路径中无线链路部分的时延之和；以各链路的时延作为权重，根据搜索算法选出N条时延最短路径作为并行传输路...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓敏，周秦斌，赵涛涛，孙强，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：