一种降低网络编码代价的方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及通信技术领域一种降低网络编码代价的方法，通过分布式方式建立信源节点到各信宿节点的路径簇；获取各路径簇的路径簇带宽，根据所述路径簇带宽确定所述信源节点的多播最大流量带宽；对路径簇带宽大于多播最大流量带宽的路径簇进行剪枝，确定多播传输拓扑及参与网络编码的节点。本发明专利技术还提供一种降低网络编码代价的装置及系统。本发明专利技术实施例通过对建立的传输路由执行剪枝操作，使得包含编码节点较少，从而降低网络编码的代价。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种降低网络编码代价的方法、装 置及系统。
技术介绍
近年来提出的网络编码(network coding)是信息传输理论研究上的重大 突破，其核心思想是在多播传输中允许网络节点对传输的信息进行处理和操 作(如有限域中的运算等)，从而使多播传输达到其理论容量。网络编码具 有节约传输带宽，均衡网络负载，提升网络吞吐量等优点，因此具有重要的 理i仑^H直和广泛的应用前景。R. Alshwede等以著名的蝴蝶网络，，为例，首次阐述了网络编码的工作 原理以及其对于提升网络吞吐量的作用。如图1(a)所示的网络拓朴，各链路容 量为1个单位(若链路容量不为1，则可用平行链路代替)，S是信源节点，Y 和Z是信宿节点。根据最大流最小截定理，该多播的最大理论传输容量为 2个单位，即理论上信宿丫和Z能够同时收到信源S发出的2个单位的信息。图1(b)表示路由多播，容易看出，该多播不能实现传输容量为2的多播。 图1(c)表示使用网络编码的路由多播，链路WX传送编码信息b1+b2 (符号 +表示异或)，则信宿Y接收b1和b1+b2,然后通过译码操作b1+(b1+b2) 便能得到b2,因此Y则能接收到b1和b2,同理信宿Z也能接收到b1和b2。可 见，运用网络编码，可以实现多播最大流，提升网络吞吐量。如果网络节点对传输的信息进行线性操作，则称为线性网络编码(Linear Network Coding),否则称为非线性网络编码。在足够大的有限域Fq中，运5用线性网络编码，总能使多播传输达到其理论容量。当前，网络编码的研究与应用主要限于线性网络编码。图1(c)中，节点W对输入的信息b1和b2进行 的异或操作，就是一种简单的线性网络编码。将线性网络编码推广到一般情况，设多播网络用有向图G-(V, E)表示，V 表示网络节点的集合，E表示传输链路(边)的集合。图G为容量网络，即各个 链路容量为1个单位(如果链路容量不为1个单位，则可在两节点之间建立多 条容量为1个单位的平行链路)，信源节点用s表示，信宿节点的集合为T，任一信宿表示为',6「若多播的最大理论传输容量为h，则信源s发出信息可用 符号向量表示6 = ，每个信宿节点接收到的符号向量为=[A，^-，A]。由于运用了线性网络编码，因此链路传输的信息、节点接收 的信息和节点输出的信息均为信源输出向量b中各元素的线性组合，所以有 A =c,A+。A+' ClA'''e[i，W，写成矩阵形式为<formula>formula see original document page 6</formula>因此，当信宿节点收到-[A，A，…，A]后，解析出相应的系数矩阵c，如果矩阵C满秩，则就一定能通过逆运算^ =c—卞译出信源发送的符号向量b。 系数矩阵C中的元素Cjj是在有限域Fq中选取的。若采用分布式的随机网络编码 [3，4，5。有限域大小为q-2化时(即系数Cij选取的范围为),各信宿节点 能以超过99.7%的概率成功译码。网络编码提出的初衷是为使多播传输达到理论上的最大传输容量，从而 能取得较路由多播更好的网络吞吐量。随着研究的深入，网络编码其它方面 的优点也体现出来，如均衡网络负载、提升带宽利用率等。如果将网络编码 与其它应用相结合，则能提升该应用系统的相关性能。虽然网络编码可以改善网络性能，正在给现有的网络带来革命性的变 化，但是在网络编码系统中，节点需要额外的信息緩存操作和编码运算，因 此与传统的路由多播相比，网络编码具有较高的代价，这阻碍了它在实际网 络中的应用。降低网络编码的代价，对促进其大规模应用有重要的实际意义，其目标 是在保证达到多播理论容量的前提下，降低编码操作所需的计算开销。与本专利技术相关的现有技术一 实现降低网络编码代价的方案为随机网络编码随才几网纟各编石马(random network coding)是线性网纟各编石马的分布式实 现，当前节点对不同输入链路的信息进行线性组合，但是线性组合的系数在 有限域中随机选取。例如，网络节点在有限域内随机选取线性组合系 数，对节点输入信息进行线性组合，然后接收到编码信息的信宿节点通过求 解矩阵方程译出原始信息。在有限域内，信宿节点能够以超过99.7%的 概率成功译码。随机网络编码是网络编码的分布式实现，无需事先获知整个 网络的拓朴信息，尤其适用于拓朴结构动态变化或者大规模的网络。对于存 在网络节点和链路失效的网络，可以提高多播传输的鲁棒性，因此具有重要 的理论价值和应用价值。在实现本专利技术过程中，专利技术人发现现有技术一存在如下的缺点随机网络编码只是降低了单个节点参与编码运算的复杂性，当网络编码节点的规模增大时，仍然存在编码代价高的问题。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种降低网络编码代价的方法、装置及系统，有效降 低了网络编码代价，解决了现有技术网络编码代价高的问题。 本专利技术实施例是通过以下技术方案实现的 本专利技术实施例提供一种降低网络编码代价的方法，包括通过分布式方式建立信源节点到各信宿节点的路径簇；获取各路径簇的路径簇带宽，根据所述路径簇带宽确定所述信源节点的多播最大流量带宽；对路径簇带宽大于多播最大流量带宽的路径簇进行剪枝，确定多播传输拓朴及参与网络编码的节点。本专利技术实施例提供一种降低网络编码代价的装置，包括 获取单元，用于获取信源节点到各信宿节点的路径簇的路径簇带宽； 确定单元，用于根据所述获取单元获取的路径簇带宽确定所述信源节点的多播最大流量带宽；判断单元，用于判断信源节点到各信宿节点的路径簇的路径簇带宽是否大于所述确定单元确定的多播最大流量带宽，若大于多播最大流量带宽则通知剪枝单元；剪枝单元，用于根据所述判断单元的通知，对路径簇带宽大于多播最大 流量带宽的路径簇进行剪枝，确定多播传输拓朴及参与网络编码的节点。本专利技术实施例提供一种降低网络编码代价的系统，包括信源节点、中 间节点、信宿节点、和降低网络编码代价的装置，各节点以分布式方式建立 传输路径簇；所述降低网络编码代价的装置，用于获取各路径簇的路径簇带宽，根据 所述路径簇带宽确定所述信源节点的多播最大流量带宽；对路径簇带宽大于 多播最大流量带宽的路径蔟进行剪枝，确定多播传输拓朴及参与网络编码的 节点；所述信源节点，用于通过确定的传输拓朴中的路径向所述信宿节点传输 数据；所述中间节点，用于以分布式方式建立信源节点到各信宿节点的传输路 径簇，并在不同路径簇的重叠路径的入口节点处对不同路径簇端口输入的同等大小流量数据进行网络编码。由上述本专利技术实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例通过对建 立的传输路由执行剪枝操作，使得包含编码节点较少，从而降低网络编码的 代价。附图说明图1为现有技术单信元二信宿蝴蝶网络示意图2为本专利技术实施例定义的关键链路示意图3为本专利技术实施例中降低网络编码代价方法的操作流程图4为本专利技术图3实施例中节点间建立连接流程图5a为本专利技术实施例降低网络编码代价方法应用场景示意图5b为本专利技术图5a实施例中剪枝后场景示意图6为本专利技术实施例中降低网络编码代价的系统结构图7为本专利技术实施例中降低网络编码代价的装置结构示意图。具体实施例方式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、完本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低网络编码代价的方法，其特征在于，包括：　通过分布式方式建立信源节点到各信宿节点的路径簇；　获取各路径簇的路径簇带宽，根据所述路径簇带宽确定所述信源节点的多播最大流量带宽；　对路径簇带宽大于多播最大流量带宽的路径簇进 行剪枝，确定多播传输拓扑及参与网络编码的节点。

【技术特征摘要】
1、一种降低网络编码代价的方法，其特征在于，包括通过分布式方式建立信源节点到各信宿节点的路径簇；获取各路径簇的路径簇带宽，根据所述路径簇带宽确定所述信源节点的多播最大流量带宽；对路径簇带宽大于多播最大流量带宽的路径簇进行剪枝，确定多播传输拓扑及参与网络编码的节点。2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述路径簇带宽确 定所述信源节点的多播最大流量带宽包括比较各路径簇带宽；确定各路径簇带宽中的最小值为多播最大流量带宽。3、 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述对路径簇带宽大于多 播最大流量带宽的路径簇进行剪枝包括获取路径簇带宽大于多播最大流量带宽的路径簇中各路径的重合度信息；按重合度由小到大的顺序确定待剪枝路径，其中，确定的待剪枝路径的 路径带宽之和等于或大于路径簇带宽超过多播最大流量带宽的部分；向所述确定的待剪枝路径上的节点发送删除消息，并调整相应路径的重 合度信息。4、 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取路径簇带宽大于多 播最大流量带宽的路径簇中各路径的重合度信息包括向路径上的节点发送获取重合度信息的请求；信源节点接收路径上各节 点反馈的链路的重合度信息，确定所接收的链路的重合度的最小值为该路径 的关键因子；或者路径上的各节点依次获取下游节点的关键因子，直到信宿节点，各节点 将获取的关键因子与本节点的关键因子比较，取最小值递归回上游节点。5、 如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述向所述确定的待剪枝 路径上的节点发送删除消息，并调整相应路径的重合度信息包括向确定需要删除的路径上的节点发送删除消息；所述节点删除该路径对应的记录，并更新重合度信息，并依次下发该消 息给下游邻近节点直到信宿节点。6、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定参与网络编码的节 点包4舌确定剪枝后不同路径簇的重叠路径处的入口节点为参与网络编码的节 点，用于对不同路径簇端口输入的同等大小流量数据进行网络编码。7、 一种降...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄佳庆，程文青，陶少国，张庚，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]