【技术实现步骤摘要】
本公开总体上涉及分批网络编码(bnc)通信，更具体地涉及关于bnc的多阶段重新编码的系统和方法。
技术介绍
1、对多跳无线网络的兴趣最近已成为一个感兴趣的主题，因为多跳无线网络有可能支持无线连接的某些用例，例如智能城市和物联网(iot)应用。为了支持这样的用例，可以利用与一个或更多个其他节点无线通信的许多设备或节点来覆盖期望的区域，例如覆盖城市、建筑物(例如，工厂或制造设施、办公楼、仓库等)或其它区域。在多跳网络的操作中，文件(例如，用于通信的任何特定数据单元，不局限于文件系统意义上的文件)由源节点处理以生成一个或更多个数据包，并且数据包经由多跳网络的一个或更多个中间节点被传输到目的节点。
2、智能城市和多跳无线网络的其它用例可能需要大量的节点来对所需环境提供有效覆盖。因此，与其他类型的网络和应用(例如蜂窝通信)中使用的节点相比，多跳无线网络中使用的节点往往是具有较少计算资源(例如，处理资源、存储器资源等)的低成本设备。
3、无线链路的一个性质是它们很容易受到干扰。例如，由于受到其他无线信号和环境因素(例如，建筑物、车辆、调频(fm)无线电信号或其他因素)的干扰，数据包丢失是无线链路中的常见现象。节点接收到的具有不匹配校验和(mismatched checksum)的数据包被视为损坏的数据包，并被节点丢弃。
4、利用转发和端到端重传的传统网络传输方法，例如在无线保真(wi-fi)或其他类型的网络中使用的方法，在多跳无线网络中表现不佳。这是因为数据包必须在多跳无线网络的源节点和目的节点之间的所有
5、对于许多多跳无线网络用例，由于节点中通常使用的计算资源相对较少，因此对无线通信性能产生负面影响的因素可能会产生很大的影响。例如，与节点拥有强大计算资源的更传统网络相比，在多跳无线网络中数据包丢失对网络吞吐量和/或其他网络通信指标的影响会更加显著。
6、随机线性网络编码(rlnc)是为了解决网络中的数据包丢失而开发的方法。rlnc是一种概念上简单的网络编码实现，可以在不提前了解网络拓扑的情况下应用。对于许多场景，rlnc能用于网络编码，并实现网络遭受数据包丢失的容量。
7、最简单的rlnc方案能描述为：
8、(1)源节点(例如，发起数据传输的节点)将文件划分为相同长度的多个部分，其中每个部分被称为输入数据包，并且在必要时用任意符号(例如，零)对输入数据包进行填充以达到相同的长度。这种类型的填充开销称为零填充开销。
9、(2)该源节点生成输入数据包的随机线性组合(例如，生成编码的数据包)。该源节点使用rlnc生成的每个数据包都附有一个系数向量，该系数向量记录了传输期间线性组合的系数(即形成该数据包的方式)。
10、(3)该源节点发送输入数据包的随机线性组合(例如，发送编码的数据包)及其附加的系数向量。特别地，该编码的数据包被传输到多跳无线网络中的下一节点(例如，中间节点)。
11、(4)在每个中间节点(即，多跳无线网络的源节点和目的节点之间的通信路径中的节点，而不是接收和重新传输数据包的源节点或目的节点)处，对正确接收的编码数据包进行缓冲。
12、(5)针对同一文件(例如，同一数据片段)和对应的系数向量，中间节点生成缓冲数据包的随机线性组合。该过程被称为重新编码。
13、(6)中间节点发送缓冲数据包的随机线性组合(例如，发送重新编码数据包)及其附加的系数向量。特别地，重新编码数据包被发送到多跳无线网络中的下一节点(例如，中间节点或目的节点)。
14、(7)目的节点通过求解系数向量给出的方程来恢复输入数据包。
15、一旦目的节点已经接收到足够多的具有线性独立系数向量的数据包，目的节点就能恢复所有的输入数据包。因此，源节点可以继续生成数据包，使得目的节点最终能够接收到足够的具有线性独立系数向量的数据包来恢复所有输入数据包。通过这种方式，网络代码本身扮演了端到端擦除校正码的角色，从而能够减轻数据包丢失问题。
16、rlnc编码和解码的计算成本、中间节点的存储和计算成本、以及每个数据包的系数向量的巨大开销都阻碍着rlnc在许多多跳无线网络场景中被直接采用。一种用于缓解上述问题的技术是分批网络编码(bnc)。
17、bnc将网络编码应用于从输入数据包生成的编码数据包的子集。在bnc实现中，源节点的编码器生成多个批次，每个批次包含从输入数据包的子集生成的相对较少的编码数据包，并经由多跳无线网络的中间节点将这些批次发送到目的节点。因此，并非所有输入数据包都参与编码数据包的生成，这降低了编码复杂性。在每个中间节点处，在被称为重新编码的过程中，将网络编码应用于属于同一批次的数据包。因此，附加的系数向量仅记录与该批次相关联的线性组合。bnc实现中系数向量的长度与批次大小成正比，而不是与输入数据包的总数成正比，这大大降低了每个编码/重新编码数据包的系数向量的开销。此外，在生成重新编码数据包期间，仅涉及相对较少的数据包。bnc的另一个优点是，一旦不再从某一批次(例如，某一批次的缓冲数据包)生成重新编码数据包，就可以将该批次丢弃。因此，bnc减轻了多跳无线网络中间节点的存储和计算成本问题。
18、在bnc实现中，使用目的节点的解码器来恢复每个批次的输入数据包。由于分批输入数据包意义上的稀疏性，存在各种有效的解码方法，例可以减轻解码复杂性问题的置信传播解码(belief propagation decoding)。
19、从前述能够理解，使用bnc可以减轻关于存储和计算成本的许多问题，使得bnc非常适合于在各种多跳无线网络场景中使用。然而，典型的bnc实现可能会遇到低于最佳性能或性能降低(例如，吞吐量降低、延迟增加和/或相对于其它网络通信指标的非最佳操作)的情况。例如，bnc的重新编码策略对系统吞吐量有影响。根据一个示例，根据被重新编码的批次的各方面(例如，批次大小、输入数据包的长度等)，所用的重新编码数据包的数量的分配对系统吞吐量有影响。自适应重新编码是一种重新编码技术，其旨在优化不同批次的重新编码数据包的数量的分配(例如，参见h.h.f.yin、b.tang、k.h.ng、s.yang、x.wang和q.zhou的“a unified adaptive recoding framework for batched network coding”，ieee信息理论选刊(jsait)，第2卷，第4期，2021年12月，第1150-1164页，其公开内容通过引用并入本文)。尽管自适应重新编码通常优于基线bnc重新编码(例如，为每个批次分配相同数量的重新编码数据包)，但该技术增加了重新编码和解码过程的复杂性。根据另一示例，如果在节点已经接收到当前批次的既未丢弃也未丢失的所有数据包后开始对该批次进行重新编码，则系统吞吐量更高。但是，此方法会导致延迟。在一些bnc实现中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于在多跳无线网络的网络节点之间传送分批网络编码(BNC)数据包的批次的方法，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述多阶段重新编码反馈包括关于在所述第二网络节点处接收到的所述第一传输阶段的数据包的信息。
3.如权利要求2所述的方法，其中，关于在所述第二网络节点处接收到的所述第一传输阶段的数据包的信息包括关于所述第二网络节点处的所述批次BNC数据包的阶段秩信息。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述多阶段重新编码反馈以多阶段重新编码反馈数据包结构来接收，所述多阶段重新编码反馈数据包结构包括用于编码器标识(ID)、文件ID、批次ID和阶段秩信息的数据字段。
5.如权利要求1所述的方法，其中，传输所述第一传输阶段和传输所述第二传输阶段是按照多阶段自适应重新编码操作进行的，在所述多阶段自适应重新编码操作中，所述第一传输阶段或所述第二传输阶段中的至少一个相对于在该阶段中传输的数据包实现自适应重新编码。
6.如权利要求1所述的方法，其中，传输所述第一传输阶段和传输所述第二传输阶段是按照系统性多阶段自适应重新
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一传输阶段的多个数据包和所述第二传输阶段的所述数量的数据包是在包括用于编码器标识(ID)和文件ID的数据字段的多阶段重新编码数据包结构中传输的。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述多阶段重新编码数据包结构还包括用于数据包ID和重新编码数据包的数量的数据字段。
9.如权利要求1所述的方法，还包括：
10.一种用于在多跳无线网络的网络节点之间传送分批网络编码(BNC)数据包的批次的方法，所述方法包括：
11.如权利要求10所述的方法，其中，用于所述第二传输阶段的数据包的数量是基于所述多阶段重新编码反馈的。
12.如权利要求1所述的方法，其中，所述多阶段重新编码反馈包括关于在所述第二网络节点处接收到的所述第一传输阶段的数据包的信息。
13.如权利要求12所述的方法，其中，关于在所述第二网络节点处接收到的所述第一传输阶段的数据包的信息包括关于所述第二网络节点处的所述批次BNC数据包的阶段秩信息。
14.如权利要求12所述的方法，其中，所述多阶段重新编码反馈以多阶段重新编码反馈数据包结构来传输，所述多阶段重新编码反馈数据包结构包括用于编码器标识(ID)、文件ID、批次ID和阶段秩信息的数据字段。
15.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一传输阶段和所述第二传输阶段是按照多阶段自适应重新编码操作进行传输的，在所述多阶段自适应重新编码操作中，所述第一传输阶段或所述第二传输阶段中的至少一个相对于该阶段的数据包实现自适应重新编码。
16.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一传输阶段和所述第二传输阶段是按照系统性多阶段自适应重新编码操作进行传输的，在所述系统性多阶段自适应重新编码操作中，所述第一传输阶段相对于第一传输阶段的数据包实现系统性重新编码，并且所述第二传输阶段相对于第二传输阶段的数据包实现自适应重新编码。
17.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一传输阶段的多个数据包和所述第二传输阶段的所述数量的数据包位于包括用于编码器标识(ID)和文件ID的数据字段的多阶段重新编码数据包结构中。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述多阶段重新编码数据包结构还包括用于数据包ID和重新编码数据包的数量的数据字段。
19.如权利要求10所述的方法，其中，当所述批次BNC数据包的多阶段传输的传输阶段超过所允许的最大传输阶段数量时，或者当所述第一网络节点没有另外的具有线性独立系数向量的数据包可供传输时，结束所述第一网络节点对所述批次BNC数据包中数据包的传输。
20.如权利要求10所述的方法，还包括：
21.如权利要求20所述的方法，还包括：
22.如权利要求21所述的方法，还包括：
23.一种用于在多跳无线网络的网络节点之间传送分批网络编码(BNC)数据包的批次的系统，所述系统包括：
24.如权利要求23所述的系统，其中，所述多阶段重新编码反馈包括关于在所述第二网络节点处接收到的所述第一传输阶段的数据包的信息。
25.如权利要求24所述的系统，其中，关于在所述第二网络节点处接收到的所述第一传输阶段...
【技术特征摘要】
1.一种用于在多跳无线网络的网络节点之间传送分批网络编码(bnc)数据包的批次的方法，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述多阶段重新编码反馈包括关于在所述第二网络节点处接收到的所述第一传输阶段的数据包的信息。
3.如权利要求2所述的方法，其中，关于在所述第二网络节点处接收到的所述第一传输阶段的数据包的信息包括关于所述第二网络节点处的所述批次bnc数据包的阶段秩信息。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述多阶段重新编码反馈以多阶段重新编码反馈数据包结构来接收，所述多阶段重新编码反馈数据包结构包括用于编码器标识(id)、文件id、批次id和阶段秩信息的数据字段。
5.如权利要求1所述的方法，其中，传输所述第一传输阶段和传输所述第二传输阶段是按照多阶段自适应重新编码操作进行的，在所述多阶段自适应重新编码操作中，所述第一传输阶段或所述第二传输阶段中的至少一个相对于在该阶段中传输的数据包实现自适应重新编码。
6.如权利要求1所述的方法，其中，传输所述第一传输阶段和传输所述第二传输阶段是按照系统性多阶段自适应重新编码操作进行的，在所述系统性多阶段自适应重新编码操作中，所述第一传输阶段相对于在第一传输阶段中传输的数据包实现系统性重新编码，并且所述第二传输阶段相对于在第二传输阶段中传输的数据包实现自适应重新编码。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一传输阶段的多个数据包和所述第二传输阶段的所述数量的数据包是在包括用于编码器标识(id)和文件id的数据字段的多阶段重新编码数据包结构中传输的。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述多阶段重新编码数据包结构还包括用于数据包id和重新编码数据包的数量的数据字段。
9.如权利要求1所述的方法，还包括：
10.一种用于在多跳无线网络的网络节点之间传送分批网络编码(bnc)数据包的批次的方法，所述方法包括：
11.如权利要求10所述的方法，其中，用于所述第二传输阶段的数据包的数量是基于所述多阶段重新编码反馈的。
12.如权利要求1所述的方法，其中，所述多阶段重新编码反馈包括关于在所述第二网络节点处接收到的所述第一传输阶段的数据包的信息。
13.如权利要求12所述的方法，其中，关于在所述第二网络节点处接收到的所述第一传输阶段的数据包的信息包括关于所述第二网络节点处的所述批次bnc数据包的阶段秩信息。
14.如权利要求12所述的方法，其中，所述多阶段重新编码反馈以多阶段重新编码反馈数据包结构来传输，所述多阶段重新编码反馈数据包结构包括用于编码器标识(id)、文件id、批次id和阶段秩信息的数据字段。
15.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一传输阶段和所述第二传输...
【专利技术属性】
技术研发人员：殷浩辉，迈赫达德·塔赫尼亚，
申请(专利权)人：安眺科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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