一种提升无线机会网络编码增益的缓存机制制造技术

本发明专利技术公开了一种提升无线机会网络编码增益的缓存机制，它包括以下步骤：将解码包池中缓存相同时间的数据包归为一类，并用表示第类数据包中数据包的个数，从而将最大缓存系统总的解码效用目标转换成最大缓存系统解码效率；定义编码包到达延迟的分布函数为编码包到达延迟小于或者等于秒的概率，当解码包池中的每个数据包缓存一个最优缓存时间并取得最大解码效率时，解码包池的系统解码效率也就取得最大。本发明专利技术提出了分布式的缓存管理机制的具体实现方法，弥补了已有研究中对机会网络编码解码包池缓存管理研究的不足，提高缓存数据包的解码效用，有效提升了机会网络编码的吞吐率性能增益。

【技术实现步骤摘要】
一种提升无线机会网络编码增益的缓存机制
本专利技术涉及一种提升无线机会网络编码增益的缓存机制。
技术介绍
为了提高无线网络吞吐率和能量效率，机会网络编码作为一项有前景的技术加以应用，可以显著改善网络性能。在其应用中，节点需要将其侦听到的数据包或者由其发送的数据包全部缓存在本地包池中，用于未来可能的解码需要。由于机会网络编码采用的是基于异或的编码方式，当编码节点需要将多个数据包编码在一起时，需要保证该编码包的每一个接收节点拥有除其所需要的数据包外的所有其他数据包，才能解码得到所需要的数据包。所以本专利技术研究的对象是机会网络编码应用中的缓存机制。虽然现有机会网络编码机制的应用都假定节点的缓存资源和处理能力足够大，但是该缓存资源的管理会影响到机会网络编码的吞吐率性能增益。对于一些资源受限的无线网络，节点的能量、缓存空间和处理能力等均是有限的。比如，缓存大量的数据包对RFIDs和传感器装置等来说是有挑战性的；同时对于一些需要处理大量数据流的设备(如WLAN网关)也是困难的。在这些场景下，从解码角度来说，如果编码包的下一跳节点无法收集到全部用于解码的数据包，将会导致节点解码失败，无法恢复出其所需的原始数据包，从而影响到机会网络编码的吞吐率性能增益。更重要的是，即使节点资源足够大，现有的机会网络编码机制中需要邻居节点间以接收报告的形式相互交换缓存中的数据包信息，从而确保编码数据包的可解性。缓存数据包越多，需要相互交换的信息量也就越大，由接收报告所带来的网络开销也就越大，进而影响到机会网络编码的吞吐率增益。由于吞吐率性能增益与编码机会正相关，缓存所侦听到的数据包也并不是每一个都对解码数据包有帮助；针对每一个数据包的缓存时间来说，由于会影响到网络开销，缓存时间也并非越长越好。大多数之前的研究都把重心放在增加编码机会和编码算法设计上，而忽视了优化解码包池的缓存机制和最大化缓存效用。随着全球绿色通信的倡导，研究一种高效的、最大机会网络编码性能增益的缓存机制显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种分布式的缓存管理机制的具体实现方法，弥补了已有研究中对机会网络编码解码包池缓存管理研究的不足，可以充分利用节点的缓存资源，提高缓存数据包的解码效用，有效提升了机会网络编码的吞吐率性能增益的提升无线机会网络编码增益的缓存机制。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种提升无线机会网络编码增益的缓存机制，它包括以下步骤：S1：将解码包池中缓存相同时间的数据包归为一类，并用nk表示第k类数据包中数据包的个数，从而将最大缓存系统总的解码效用目标转换成最大缓存系统解码效率YB：其中，ak，Yk(tk)分别为解码包池中第k类数据包占缓存系统整体解码效率的比例，数据包缓存时间tk的解码效率，s-表示缓存数据包的大小，以字节为单位，B-表示解码包池的大小，以数据包的个数为单位，T-表示整个解码包池的运行时间，Dk(tk)-表示数据包k在解码包池中被缓存tk时间并被用于解码一个编码包的效用量；S2：定义编码包到达延迟的分布函数F(t)为编码包到达延迟小于或者等于t秒的概率；该分布函数对应的概率密度函数为f(t)，对于解码包池中的一个数据包，从该包进入解码包池开始，解码包池中该数据包的贡献量可以表示为D(t)＝s·F(t)对应的解码效率表示为当解码包池中的每个数据包缓存一个最优缓存时间to并取得最大解码效率时，解码包池的系统解码效率也就取得最大。所述的解码包池中数据包最优缓存时间的计算方法采用ODCT算法，保证每组数据包都至少缓存一个时间单位δ，迭代计算结束后根据对to与δ的比较，获得最优的解码包池缓存时间：当to与δ相等时，数据包的缓存时间和解码效率分别为T0和Y(T0)；当to与δ不相等时，数据包的缓存时间则以概率α0设为T0、以概率α1设为T1，系统解码效率则为两种概率情况下的加权结果，即为：YB＝α0(λT0/B)Y(T0)+α1(λT1/B)Y(T1)。本专利技术的有益效果是：1、根据机会网络编码的具体特点，提出分布式的缓存管理机制的具体实现方法，弥补了已有研究中对机会网络编码解码包池缓存管理研究的不足；2、基于解码效率的缓存模型，可以充分利用节点的缓存资源，提高缓存数据包的解码效用，降低网络开销，有效提升了机会网络编码的吞吐率性能增益。附图说明图1为几种典型的网络编码拓扑图；图2为是不同缓存策略下的解码效率图；图3为本专利技术网络编码缓存机制(NCP)与典型的机会网络编码框架COPE在不同缓存大小条件下的网络吞吐率对比图。具体实施方式下面结合附图进一步说明本专利技术的技术方案，但本专利技术所保护的内容不局限于以下所述。一种提升无线机会网络编码增益的缓存机制，联合考虑了数据包的缓存时间和数据包的替换，该缓存机制的基本应用场景为针对机会网络编码中最大编码度为2的情况下网络中各节点对解码包池的缓存管理机制，包括如图1所示的“X”型拓扑(X-topology)，“Bob-Alice”型拓扑(Bob-Alice-topology)，“Y”型拓扑(Y-topology)和“Cross”型拓扑(Cross-topology)；它包括以下步骤：缓存管理目标是最大缓存系统总的解码效用DB：其中s，B，T，ti，Di(ti)分别是包的大小，以包为单位的缓存大小，缓存系统工作时间，数据包i的缓存时间，数据包i缓存ti时间的解码效用。一种提升无线机会网络编码增益的缓存机制，它包括以下步骤：S1：将解码包池中缓存相同时间的数据包归为一类，并用nk表示第k类数据包中数据包的个数，从而将最大缓存系统总的解码效用目标转换成最大缓存系统解码效率YB：其中，ak，Yk(tk)分别为解码包池中第k类数据包占缓存系统整体解码效率的比例，数据包缓存时间tk的解码效率，s-表示缓存数据包的大小，以字节为单位，B-表示解码包池的大小，以数据包的个数为单位，T-表示整个解码包池的运行时间，Dk(tk)-表示数据包k在解码包池中被缓存tk时间并被用于解码一个编码包的效用量；S2：定义编码包到达延迟的分布函数F(t)为编码包到达延迟小于或者等于t秒的概率；该分布函数对应的概率密度函数为f(t)，对于解码包池中的一个数据包，从该包进入解码包池开始，如果其在t秒内被用于解码一个编码度为2的编码包，则解码包池中该数据包的贡献量可以表示为D(t)＝s·F(t)对应的解码效率表示为当解码包池中的每个数据包缓存一个最优缓存时间to并取得最大解码效率时，解码包池的系统解码效率也就取得最大。所述的解码包池中数据包最优缓存时间的计算方法采用ODCT算法。ODCT算法：在该算法中需要保证每组数据包都至少缓存一个时间单位δ，迭代计算结束后根据对to与δ的比较，获得最优的解码包池缓存时间：当to与δ相等时，数据包的缓存时间和解码效率分别为T0和Y(T0)；当to与δ不相等时，数据包的缓存时间则以概率α0设为T0、以概率α1设为T1，系统解码效率则为两种概率情况下的加权结果，即为：YB＝α0(λT0/B)Y(T0)+α1(λT1/B)Y(T1)。下面具体解释一下如何实现机会网络编码中的解码缓存管理策略NCP。1、编码包到达延迟分布函数F(t)的测定：首先，均匀地设定编码包到达延迟的分布函数F本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提升无线机会网络编码增益的缓存机制，其特征在于：它包括以下步骤：S1：将解码包池中缓存相同时间的数据包归为一类，并用nk表示第k类数据包中数据包的个数，从而将最大缓存系统总的解码效用目标转换成最大缓存系统解码效率YB：MaximizeYB=Σk(nktkB×T·Dk(tk)s×tk)=ΣkakYk(tk);ak=nktkB×T]]>其中，ak，Yk(tk)分别为解码包池中第k类数据包占缓存系统整体解码效率的比例，数据包缓存时间tk的解码效率；S2：定义编码包到达延迟的分布函数F(t)为编码包到达延迟小于或者等于t秒的概率；该分布函数对应的概率密度函数为f(t)，对于解码包池中的一个数据包，从该包进入解码包池开始，解码包池中该数据包的贡献量可以表示为D(t)＝s·F(t)对应的解码效率表示为Y(t)=D(t)s·t=F(t)t]]>当解码包池中的每个数据包缓存一个最优缓存时间to并取得最大解码效率时，解码包池的系统解码效率也就取得最大。

【技术特征摘要】
1.一种提升无线机会网络编码增益的缓存机制，其特征在于：它包括以下步骤：S1：将解码包池中缓存相同时间的数据包归为一类，并用nk表示第k类数据包中数据包的个数，从而将最大缓存系统总的解码效用目标转换成最大缓存系统解码效率YB：其中，ak，Yk(tk)分别为解码包池中第k类数据包占缓存系统整体解码效率的比例，数据包缓存时间tk的解码效率，s-表示缓存数据包的大小，以字节为单位，B-表示解码包池的大小，以数据包的个数为单位，T-表示整个解码包池的运行时间，Dk(tk)-表示数据包k在解码包池中被缓存tk时间并被用于解码一个编码包的效用量；S2：定义编码包到达延迟的分布函数F(t)为编码包到达延迟小于或者等于t秒的概率；该分布函数对应的概率密度函数为f(t)，对于解码包池中的一个数据包，从该包进入解码包池开始，解码包池中该数据包的贡献量可以表示为D(t)＝s·F(t)对应的解码效率表示为当解码包池中的每个数据包缓存一个最优缓存时间to并取得最大解码效率时，解码包池的系统解码效率也就取得最大；所述的解码包池中数据包最优缓存时间的计算方法采用ODCT算法，保证每组数据包都至少缓存一个时间单位δ，迭代计算结束后根据对to与δ的比较，获得最优的解码包池缓存时间：当to与δ相等时，数据包的缓存时间和解码效率分别为T0和Y(T0)；当to与δ不相等时，数据包的缓存时间则以概率α0设为T0、以概率α1设为T1，系统解码效率则为两种概率情况下的加权结果，即为：YB＝α0(λT0/B)Y(T0)+α1(λT1/B)Y(T1)；机会网络编码中的解码缓存管理策略NCP的实现方法为：编码包到达延迟分布函数F(t)的测定：均匀地设定编码包到达延迟的分布函数F(t)的系列目标值fi∈[0,1]，并找到满足F(ti)＝fi的时间ti，在分布函数F(t)的测定算法中，为k个目标值中的每个fi∈[0,1],1≤i≤k设置了2个变量，分别是ti和hi，hi用来保存搜索ti时F(tx)的值，其中，每一个目标值fi∈[0,1]被设置为i/k；设置hi＝0.5，ti为第一个编码包到达延迟；每得到一个新的编码包到达延迟lcoded，将lcoded与ti相比较，依...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯钢，刘青龙，秦爽，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51