本发明专利技术提出了一种基于HWMP的网络编码感知无线Mesh路由协议CAHWMP；所述协议包括一个有网络编码意识的路由判据NCCa，该路由判据综合考虑了链路信道资源消耗和网络编码带来的资源共享增益；给出基于数据流路径的编码判据准则，及使用该准则的编码机会探测算法；设计CAHWMP协议的路径发现过程、路径回复过程以及路径维护过程，使其利用编码机会探测算法，主动的探测节点编码机会，并使用NCCa判据建立有较多编码机会的路径。所述CAHWMP协议能够发现更多的编码机会，进一步提高网络吞吐量、降低平均端到端延迟、提高数据包送达率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于移动通信
，具体指的是一种基于HWMP的网络编码感知无线Mesh路由协议。
技术介绍
无线Mesh网络是一种覆盖范围广、网络容量大、接入速度快、部署成本低的新型多跳网络，是解决“最后一公里”瓶颈问题的新方案。路由协议的设计是无线Mesh网络研究的关键问题之一，路由协议设计的好坏直接关系到能否充分发挥无线Mesh网络的优势。2000年，R. Ahlswede等人提出了网络编码的思想，成为通信领域的一个研究热点并得到广泛研究。网络编码思想突破了传统网络节点只能存储转发的传输方式，允许网络节点对数据包编码后再转发，目的节点译码后得到所需的数据包，增加单次传输的信息量，提高网络吞吐量，是可以逼近网络传输容量理论极限的有效方法之一。无线Mesh网络具有物理层广播特性和多跳性，拓扑相对稳定、覆盖范围广，非常适合于运用网络编码技术，而无线Mesh网络编码的研究尚处于探索阶段。COPE是由Katti等人首次提出的将网络编码应用于实际无线网络单播通信的一种机制，其思想是基于机会主义，节点机会侦听无线链路，获得邻居节点的状态信息，并利用获得的信息进行机会式编码。COPE机制为网络编码应用于无线Mesh网络单播通信提供了很好的方案，学术界出现了很多应用COPE机制的相关研究。但机会主义的思想使其只能在已有路径上被动的等待编码机会的产生，如果路由协议所建立的路径没有经过有编码机会的节点或经过很少有编码机会的节点，COPE机制就无法有效的发挥作用，提升网络性能。HWMP协议，是WLAN Mesh IEEE802.1ls标准默认的路径选择协议。它不同于无线Mesh网络传统的先验式路 由和按需式路由，而是一个将按需式路由和先验树结构扩展相结合的混合无线Mesh网路由协议，充分发挥了两种路由方式的优势，既能够有较短的路径建立延迟又能够有较小的控制开销，且使用基于空时的链路判据，相比于跳数判据更能反映链路质量。因此，相比于A0DV、DSDV等路由协议，HWMP协议更加适用于拓扑结构多样、节点移动性不同、链路质量多变的无线Mesh网络。HWMP协议虽然非常适合应用于无线Mesh网络，但当扩展了 COPE机制后，该协议并不能建立有较多编码机会的路径，网络编码的优势得不到充分的发挥。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提出一种基于HWMP的网络编码感知无线Mesh路由协议CAHWMP,使用有网络编码意识的路由判据NCCa，综合考虑链路信道资源消耗量和网络编码带来的资源共享增益，能够反映网络编码对链路资源消耗的影响；在路径发现过程中，CAHWMP协议会启动编码机会探测算法，主动探测节点的编码机会，并根据NCCa判据建立有较多编码机会的路径。为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案如下一种基于HWMP的网络编码感知无线Mesh路由协议CAHWMP，使用有网络编码意识的路由判据NCCa，综合考虑链路信道资源消耗量和网络编码带来的资源共享增益，能够反映网络编码对链路资源消耗的影响；在路径发现过程中，CAHWMP协议会启动编码机会探测算法，主动探测节点的编码机会，并根据NCCa判据建立有较多编码机会的路径；具体方法如下步骤A，基于数据流路径的编码判断准则；定义网络编码集合设在节点V处，有若干数据流经此节点传输，数据流流经不同的路由路径，这些路由路径对应了 η个由上一跳节点和下一跳节点组成的上下跳对，记为(Previ, nextj) (i = I, 2，...，η);如果这些数据流中的数据包在节点ν处能够进行COPE机制编码，则称这η个上下跳对(pre^nexti)组成了一个编码集合；基于数据流路径的编码判断准则为在节点ν处，如果传输数据流中的数据包能够进行COPE机制编码，即对应的η个上下跳对(Previ, nexti)，i=l, 2，…，η能够组成一个编码集合，当且仅当这η个上下跳对(prev^nextj)满足任意一个上下跳对的下一跳节点Iiexti是其他n_l个上下跳对的上一跳节点prey」，j=l, 2，…，η且j Φ i,或上一跳节点prev」的邻居节点；所述上一跳节点Prevj的邻居节点集合为N(Prevj);所述节点V维护的路由表由若干到不同目的节点的路由条目信息组成，路由条目中的目的节点地址、目的序列号和目的PREQ ID用来唯一的标识一条路径，跳数域反映到目的节点的跳数信息，Metric域记录路 径的有网络编码意识的空时链路判据NCCa，上一跳和下一跳记录该路径的上一跳和下一跳地址信息，生存时间反映该路径的可用的最后时间，重传次数和重传时间是为路由请求的重传设置的阈值，maxCa域记录了路由发现过程编码探测获得的maxCa值，路由标志有5种取值反映该路径不同的状态，只有标志为RTF_ACTUAL的路径是当前有数据流传输的路径；步骤B，建立有网络编码意识的空时链路判据NCCa ；NCCa综合考虑链路信道资源消耗量和网络编码带来的资源共享增益，是有网络编码意识的空时链路判据；由路由发现过程找到的路径L上的链路1: (i，j)的NCCa(i，j)计算公式如下本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于HWMP的网络编码感知无线Mesh路由协议，其特征在于，所述协议使用有网络编码意识的路由判据NCCa，综合考虑链路信道资源消耗量和网络编码带来的资源共享增益；在路径发现过程中，所述协议主动探测节点的编码机会，并根据NCCa判据建立有较多编码机会的路径；具体方法如下：步骤A，基于数据流路径的编码判断准则；定义网络编码集合：设在节点v处，有若干数据流经此节点传输，数据流流经不同的路由路径，这些路由路径对应了n个由上一跳节点和下一跳节点组成的上下跳对，记为(previ，exti)，i＝1,2,…,n；如果这些数据流中的数据包在节点v处能够进行COPE机制编码，则称这n个上下跳对(previ，nexti)组成了一个编码集合；基于数据流路径的编码判断准则为：在节点v处，如果传输数据流中的数据包能够进行COPE机制编码，即对应的n个上下跳对(previ，nexti)能够组成一个编码集合，当且仅当这n个上下跳对(previ，nexti)满足任意一个上下跳对的下一跳节点nexti是其他n?1个上下跳对的上一跳节点prevj，j=1,2,…,n且j≠i，或上一跳节点prevj的邻居节点；所述节点v维护的路由表由若干到不同目的节点的路由条目信息组成，路由条目中的目的节点地址、目的序列号和目的PREQ?ID用来唯一的标识一条路径，跳数域反映到目的节点的跳数信息，Metric域记录路径的有网络编码意识的空时链路判据NCCa，上一跳和下一跳记录该路径的上一跳和下一跳地址信息，生存时间反映该路径的可用的最后时间，重传次数和重传时间是为路由请求的重传设置的阈值，maxCa域记录了路由发现过程编码探测获得的maxCa值，路由标志有5种取值反映该路径不同的状态，只有标志为RTF_ACTUAL的路径是当前有数据流传输的路径；步骤B，建立有网络编码意识的空时链路判据NCCa；NCCa综合考虑链路信道资源消耗量和网络编码带来的资源共享增益，是有网络编码意识的空时链路判据；由路由发现过程找到的路径L上的链路1：（i，j）的NCCa(i，j)计算公式如下：其中，nk，k=1,2,…,N,表示节点i处参与编码的原始数据包除节点j外的下一跳节点，N为除j外的其他下一跳节点的个数；Ca(i，j)是链路(i，j)的资源消耗量，Ca(i，nk)是参与编码的其他原始数据包下一跳链路的资源消耗量，nk≠j；Ca由IEEE802.11s标准定义；当节点i处没有编码机会时，NCCa(i，j)的值就是原本的链路资源消耗量Ca(i，j)；当节点i处有编码机会，并且路径(i，j)的链路消耗Ca(i，j)不是参与编码原始数据包下一跳链路资源消耗量的最大值，那么网络编码后编码包就可以共享有最大资源消耗的链路进行捎带传输，NCCa(i，j)的值为0；当节点i处有编码机会，并且链路(i，j)的资源消耗Ca(i，j)是参与编码的数据包下一跳链路消耗量的最大值，那么网络编码后此链路还是要付出一定的差值的资源消耗，即Ca(i，j)?max{Ca(i，n1)，Ca(i，n2)，…，Ca(i，nN)}；路径L的NCCa判据是路径上所有链路判据的总和：NCCaL=∑l∈LNCCa(i,j)为获得计算NCCa所需的邻居节点链路的空时链路开销Ca，节点维护一个邻居接收表，存储邻居节点地址、邻居报告和空时链路开销信息；其中，邻居节点地址和邻居报告提供COPE编码所需的信息；步骤C，路由建立及维护；本协议包括路径发现、路径回复以及路径维护三个过程；步骤C?1，路径发现；源MP需要发送数据到目标MP时，源MP首先检查它的路由表中是否有到达目的MP的有效路径；如果没有，广播一个路由请求PREQ包，CAHWMP协议的路由请求PREQ包添加了Add域和上一跳MP地址域用以存储编码机会检测算法输出的Add集合和上一跳地址信息，Hop?Count域、Metric域和Add域都初始化为0，Last?Hop?Address 域写入源MP的MAC地址；中间MP收到一个PREQ包后，进行如下操作：Hop?Count域加1；TTL域减1；更新Metric域；读取Add域信息，若Add域为NULL或Add域中没有此节点信息，则说明以此节点作为下一跳节点没有在上一节点产生编码机会，按照网络编码意识空时链路判据NCCa的计算公式计算此链路的开销NCCa，然后将此值累加到Metric域；若Add域中有此节点信息，则说明产生了编码机会，提取Add域中与此节点相对应的maxCa值，计算此链路的开销NCCa，然后将此值累加到Metric域；启动编...
【技术特征摘要】
1. 一种基于HWMP的网络编码感知无线Mesh路由协议，其特征在于，所述协议使用有网络编码意识的路由判据NCCa，综合考虑链路信道资源消耗量和网络编码带来的资源共享增益；在路径发现过程中，所述协议主动探测节点的编码机会，并根据NCCa判据建立有较多编码机会的路径；具体方法如下 步骤A，基于数据流路径的编码判断准则； 定义网络编码集合设在节点V处，有若干数据流经此节点传输，数据流流经不同的路由路径，这些路由路径对应了η个由上一跳节点和下一跳节点组成的上下跳对，记为(Previ, exti), i = 1，2，…，η ;如果这些数据流中的数据包在节点ν处能够进行COPE机制编码，则称这η个上下跳对(Prevynexti)组成了一个编码集合； 基于数据流路径的编码判断准则为 在节点ν处，如果传输数据流中的数据包能够进行COPE机制编码，即对应的η个上下跳对(Previ, nextj)能够组成一个编码集合，当且仅当这η个上下跳对(previ; Iiexti)满足任意一个上下跳对的下一跳节...
【专利技术属性】
技术研发人员：顾燕，韩菡，郭洁，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
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