專利名稱：基于網(wǎng)絡(luò)編碼的分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層組播路由方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種分布式網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層組播路由方法，主要是應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù) 來(lái)提高分布式網(wǎng)絡(luò)組播通信傳輸容量的路由方法。 技術(shù)背景互聯(lián)網(wǎng)上的大規(guī)模媒體存儲(chǔ)與發(fā)布普遍是基于傳統(tǒng)的客戶機(jī)/服務(wù)器(c/s)系統(tǒng)架構(gòu)，這種集中式的分發(fā)模型容易造成中央服務(wù)器的過(guò)量負(fù)載，直接導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)吞吐量的下 降，并且一旦中央服務(wù)器出現(xiàn)故障將直接導(dǎo)致整個(gè)傳輸體系癱瘓。隨著視頻點(diǎn)播、網(wǎng)絡(luò) 電視、遠(yuǎn)程教育等多媒體服務(wù)飛速發(fā)展，中央服務(wù)器的帶寬瓶頸問(wèn)題日益凸顯，以致集中式的分發(fā)模型逐步向基于P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)(overlaynetwork)架構(gòu)的分布式結(jié)構(gòu)過(guò)渡。IP層組播是面向組通信應(yīng)用的，被認(rèn)為是大規(guī)模數(shù)據(jù)分發(fā)的最佳方法。然而IP組 播增加了網(wǎng)絡(luò)層的復(fù)雜性，而且需要對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的底層設(shè)備進(jìn)行巨大改動(dòng)，至今IP層 組播仍然無(wú)法被廣泛部署。由此，由客戶機(jī)自組織虛擬邏輯構(gòu)造P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層 組播技術(shù)成為發(fā)展的熱點(diǎn)。應(yīng)用層組播的主要思想在于把以往IP層組播中路由器所起 的部分功用(主要是數(shù)據(jù)分組的復(fù)制和路由選擇等)上移，由處于應(yīng)用層中的端系統(tǒng)來(lái) 完成，在網(wǎng)絡(luò)層依舊遵循IP單播的模式，大大簡(jiǎn)化了實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，無(wú)需改變底層網(wǎng)絡(luò)的 物理結(jié)構(gòu)，提高了網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。網(wǎng)絡(luò)信息理論的研究指出在組播通信中，每個(gè)接收節(jié)點(diǎn)可以以網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲行旁窗l(fā) 送點(diǎn)與信宿接收點(diǎn)之間的最大流容量進(jìn)行信息傳遞。然而，從信源到不同信宿之間的最 大流經(jīng)過(guò)的傳輸路徑可能在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞逆溌飞闲纬山徊婀蚕礞溌罚虼瞬捎脗鹘y(tǒng)的存儲(chǔ) 轉(zhuǎn)發(fā)模式無(wú)法達(dá)到最大流最小割的理論上限。網(wǎng)絡(luò)編碼，作為一種協(xié)同工作的理念，將 原先分立于物理層和網(wǎng)絡(luò)層的兩個(gè)核心概念——編碼和路由有機(jī)地融為一體，通過(guò)在中 間節(jié)點(diǎn)中進(jìn)行傳遞信息的編碼組合運(yùn)算，建立起一種異于傳統(tǒng)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的全新網(wǎng)絡(luò)信息 傳輸模式。作為覆蓋網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的終端系統(tǒng)，有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備的能力，不僅可以 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，而且能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行編碼組合運(yùn)算，這為網(wǎng)絡(luò)編碼在覆蓋網(wǎng)絡(luò)上 的應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。對(duì)于單信源多信宿網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)證明網(wǎng)絡(luò)編碼可以趨于組播容量 區(qū)間。本發(fā)明在分布式網(wǎng)絡(luò)的組播通信中運(yùn)用隨機(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，在中間節(jié)點(diǎn)對(duì)發(fā)往 不同目的節(jié)點(diǎn)的多路數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼組合再轉(zhuǎn)發(fā)，以避開(kāi)數(shù)據(jù)流對(duì)鏈路的競(jìng)爭(zhēng)沖突，提 高組播通信的吞吐量。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的應(yīng)用層組播 路由方法，提高組播通倚的傳輸容量，降低網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目傮w成本。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是針對(duì)單信源多信宿的分布式網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)分發(fā)， 在源節(jié)點(diǎn)和每個(gè)目的節(jié)點(diǎn)之間建立起多條互不相交的數(shù)據(jù)分發(fā)路徑，每條分發(fā)路徑可以 根據(jù)接入帶寬最大、傳輸時(shí)延最小、傳輸成本最低等不同原則分別建立。同時(shí)，每個(gè)目 的節(jié)點(diǎn)都可以作為其它目的節(jié)點(diǎn)的中間節(jié)點(diǎn)參與組播路徑的建立。對(duì)于不同目的節(jié)點(diǎn)的 公共鏈路，則在與公共鏈路相連接的節(jié)點(diǎn)上，對(duì)多路數(shù)據(jù)流進(jìn)行隨機(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼，以 提高組播通信的傳輸容量，同時(shí)降低網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目傮w成本?？紤]到覆蓋網(wǎng)絡(luò)中的終端系統(tǒng)不僅具備存貯轉(zhuǎn)發(fā)的功能，而且可以對(duì)收到的數(shù)據(jù)分 組進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼。因此在建立數(shù)據(jù)分發(fā)時(shí)，可以為每一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)建立多條互不相交的 傳輸路徑，構(gòu)建用于數(shù)據(jù)分發(fā)的組播拓?fù)鋱D。與此同時(shí)引入鏈路狀態(tài)優(yōu)化更新機(jī)制進(jìn)一 步提高網(wǎng)絡(luò)的性能和資源使用效率。所述的組播拓?fù)鋱D，是按照一定的最佳原則，包括接入帶寬最大、傳輸時(shí)延最小、 傳輸成本最低等選擇最優(yōu)的鏈路建立數(shù)據(jù)傳輸通道的集合。在組播圖的瓶頸鏈路上則進(jìn)行線性網(wǎng)絡(luò)編碼。建立組播路徑時(shí)，將覆蓋網(wǎng)絡(luò)抽象為有向圖G(K,E)，其中F是終端系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)集合，根據(jù)終端系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的功能不同，可以分成源節(jié)點(diǎn)、中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)三類。E是節(jié)點(diǎn)之間的鏈路集合，對(duì)于每條鏈路都有相應(yīng)的權(quán)值傳輸帶 寬和時(shí)延。源節(jié)點(diǎn)完成對(duì)信源數(shù)據(jù)的采集和編碼功能，中間節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的編碼和轉(zhuǎn)發(fā) 功能，目的節(jié)點(diǎn)除了接收所需的數(shù)據(jù)分組外，也能夠完成中間節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。本 發(fā)明中的組播拓?fù)鋱D是以在源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間建立兩條傳輸路徑為例展開(kāi)說(shuō)明，并 且兩條路徑在建立過(guò)程中分別遵循最大接入帶寬和最小傳輸時(shí)延原則。兩條傳輸路徑的組播拓?fù)鋱D是按以下步驟完成的-1、 首先進(jìn)行初始化。組播拓?fù)鋱D中只有源節(jié)點(diǎn)作為根節(jié)點(diǎn)，沒(méi)有目的節(jié)點(diǎn)的加入，如圖1所示。2、 為申請(qǐng)加入的目的節(jié)點(diǎn)建立傳輸路徑，先按接入帶寬最大原則，搜尋與其鄰接 的節(jié)點(diǎn)，選擇其中能提供接入帶寬最大的節(jié)點(diǎn)作為其父節(jié)點(diǎn)?？紤]到目的節(jié)點(diǎn)也可以提 供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，在加入組播圖時(shí)，目的節(jié)點(diǎn)既可以連接中間節(jié)點(diǎn)構(gòu)建通路，也可以通 過(guò)共用其他目的節(jié)點(diǎn)的鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 一旦目的節(jié)點(diǎn)與源節(jié)點(diǎn)之間的傳輸路徑建立 完成，對(duì)路徑上各條鏈路的狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化更新，使得鏈路可以被更多其他節(jié)點(diǎn)共享使用。鏈路狀態(tài)的優(yōu)化更新包括更新衰減鏈路成本參數(shù)和鏈路延時(shí)參數(shù)，其中衰減鏈路成本參 數(shù)的更新按照公式(1)實(shí)現(xiàn)，鏈路延時(shí)參數(shù)的更新按照公式(2)實(shí)現(xiàn)。此處，6是與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)鄰接的且尚未加入組播圖的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，/l是可調(diào)系數(shù)。3、為目的節(jié)點(diǎn)建立第二條數(shù)據(jù)傳輸路徑，按網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延最小原則，搜尋與其鄰 接的且不在第一條路徑上的節(jié)點(diǎn)，選擇其中傳輸時(shí)延最小的節(jié)點(diǎn)作為上一級(jí)父節(jié)點(diǎn)。類 似于第一條路徑建立過(guò)程，通過(guò)循環(huán)搜索找到通向源節(jié)點(diǎn)的路徑，并對(duì)路徑上的鏈路進(jìn) 行狀態(tài)優(yōu)化更新。在這種方式下，路徑的建立是通過(guò)盡可能多的利用不同目的節(jié)點(diǎn)之間的鏈路共用來(lái) 降低網(wǎng)絡(luò)的總體傳輸成本。另外，由于要在組播中使用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)來(lái)提高傳輸容量， 每一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)到源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸路徑，必須仔細(xì)選擇并保證多條路徑之間不會(huì)共用 同一條鏈路。對(duì)于不同目的節(jié)點(diǎn)的路徑則存在鏈路的共用，這些共用的鏈路被定義為"瓶 頸鏈路"。瓶頸鏈路的存在會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)吞吐量的大小。將網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)應(yīng)用在與瓶 頸鏈路相連接的節(jié)點(diǎn)上，節(jié)點(diǎn)把收到的來(lái)自上級(jí)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行有限域內(nèi)線性組 合，就可以消除瓶頸鏈路對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的影響，使得每個(gè)數(shù)據(jù)接收的目的節(jié)點(diǎn)可以相互共 享這個(gè)網(wǎng)絡(luò)資源，避免了不同數(shù)據(jù)分組之間的競(jìng)爭(zhēng)碰撞。根據(jù)上述的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的應(yīng)用層組播路由方法，其特征在于，針對(duì)單信源多信宿的分布 式數(shù)據(jù)分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，在源節(jié)點(diǎn)和每個(gè)目的節(jié)點(diǎn)之間依據(jù)多種原則建立 起多條互不相交的數(shù)據(jù)分發(fā)路徑，構(gòu)建端到端的數(shù)據(jù)分發(fā)組播拓?fù)鋱D；而且，每個(gè)目的 節(jié)點(diǎn)都作為其它目的節(jié)點(diǎn)的中間節(jié)點(diǎn)參與組播路徑的建立。同時(shí)引入了鏈路狀態(tài)優(yōu)化更新機(jī)制，實(shí)現(xiàn)組播通信的最大容量和最小成本。上述的源節(jié)點(diǎn)和每個(gè)目的節(jié)點(diǎn)之間建立多條互不相交的數(shù)據(jù)分發(fā)路徑的多種原則， 包括根據(jù)接入帶寬最大、或傳輸時(shí)延最小、或傳輸成本最低原則；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的不 同需求，多條路徑的建立原則相同或者不同；若是兩條傳輸路徑，其中第一條路徑考慮 接入帶寬最大，第二條路徑考慮傳輸時(shí)延最小；所述的構(gòu)建端到端的數(shù)據(jù)分發(fā)組播拓?fù)?圖的步驟如下步驟l:客戶端申請(qǐng)加入組播組，首先從與其鄰接的節(jié)點(diǎn)獲取相應(yīng)的鏈路狀態(tài)信息； 步驟2:根據(jù)鏈路的當(dāng)前狀態(tài)，在建立第一條數(shù)據(jù)分發(fā)路徑時(shí)，選擇能夠提供最大接入帶寬的鄰接節(jié)點(diǎn)作為其父節(jié)點(diǎn)；步驟3:所選定的父節(jié)點(diǎn)如果是組播圖中的源節(jié)點(diǎn)，則執(zhí)行步驟4，否則繼續(xù)執(zhí)行 步驟2;步驟4:目的節(jié)點(diǎn)和源節(jié)點(diǎn)之間的傳輸路徑建立完成后，優(yōu)化修改新加入組播圖的 所有路徑的鏈路狀態(tài)，使得鏈路能夠?yàn)楦嗟哪康墓?jié)點(diǎn)所共用；步驟5:根據(jù)鏈路的狀態(tài)，為同一目的節(jié)點(diǎn)建立第二條數(shù)據(jù)分發(fā)路徑，選擇鏈路不 在第一條路徑上，并且能夠使傳輸時(shí)延達(dá)到最小的鄰接節(jié)點(diǎn)作為其父節(jié)點(diǎn)；步驟6:所選定的父節(jié)點(diǎn)如果是組播圖中的源節(jié)點(diǎn)，則執(zhí)行步驟7，否則繼續(xù)執(zhí)行 步驟5;步驟7:第二條傳輸路徑建立完成后，優(yōu)化更新新加入組播圖的所有路徑的鏈路狀 態(tài)，使得鏈路能夠?yàn)楦嗟哪康墓?jié)點(diǎn)所共用。在源節(jié)點(diǎn)和每個(gè)目的節(jié)點(diǎn)之間建立多條互不相交的數(shù)據(jù)分發(fā)路徑時(shí)，分發(fā)路徑的傳輸總?cè)萘恳圆怀^(guò)源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的最大流最小割為上限。上述的鏈路狀態(tài)優(yōu)化更新機(jī)制包括更新衰減鏈路成本參數(shù)和鏈路延時(shí)參數(shù)，其中衰 減鏈路成本參數(shù)的更新按照公式<formula>formula see original document page 7</formula>實(shí)現(xiàn)，鏈路延時(shí)參數(shù)的更新按照公式<formula>formula see original document page 7</formula>實(shí)現(xiàn)，式中&是與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)鄰接的且尚未加入組播樹(shù) 的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，/l是可調(diào)系數(shù)。從源節(jié)點(diǎn)到不同目的節(jié)點(diǎn)的傳輸路徑存在公共鏈路，即瓶頸鏈路，在瓶頸鏈路上運(yùn)用隨機(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)解決多路數(shù)據(jù)流的傳輸碰撞與沖突。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層組播路由方法，將網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)應(yīng)用到 P2P覆蓋網(wǎng)絡(luò)中，將流入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的各路數(shù)據(jù)流進(jìn)行編碼組合成新的數(shù)據(jù)流，使得原來(lái) 的多路數(shù)據(jù)流可以同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，從而節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò) 的吞吐量。另外，目的節(jié)點(diǎn)的自主加入方式和鏈路優(yōu)化更新機(jī)制使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的鏈路被 更多的節(jié)點(diǎn)共用，降低了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目偝杀?，提高了網(wǎng)絡(luò)資源的使用率。本發(fā)明方法廣 泛適用于分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的大規(guī)模內(nèi)容分發(fā)的路由路徑建立。


圖1本發(fā)明的具體操作流程圖。圖2本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3本發(fā)明與其它方法比較的性能示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合

如下-下面首先介紹一下本發(fā)明所涉及的相關(guān)術(shù)語(yǔ)。組播拓?fù)鋱D不同于傳統(tǒng)組播轉(zhuǎn)發(fā)樹(shù)只存在唯一的路徑連接源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)。在 組播拓?fù)鋱D中，目的節(jié)點(diǎn)到源節(jié)點(diǎn)的路徑可以是多條，路徑的總數(shù)量以傳輸總?cè)萘坎怀?過(guò)源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的最大流最小割為上限。而此處本發(fā)明是以兩條路徑為例展開(kāi)的。 源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)存在多條路徑，網(wǎng)絡(luò)編碼才能發(fā)揮作用，使得目的節(jié)點(diǎn)可以收到不相 關(guān)的多路數(shù)據(jù)，從而使得解碼成為可能。節(jié)點(diǎn)類型覆蓋網(wǎng)絡(luò)中的端系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)按照功能不同可分成三類源節(jié)點(diǎn)、中間轉(zhuǎn)發(fā) 節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)。在本發(fā)明中目的節(jié)點(diǎn)同樣能完成中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)功能，使得目的 節(jié)點(diǎn)也可以在網(wǎng)絡(luò)中起到中間節(jié)點(diǎn)的作用，從而進(jìn)一步節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)資源。新的目的節(jié)點(diǎn) 要求加入組播組可以通過(guò)接入鄰近的中間節(jié)點(diǎn)，也可以通過(guò)公用組播組中的目的節(jié)點(diǎn)來(lái) 實(shí)現(xiàn)。不相交路徑對(duì)于同一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)存在多條傳輸路徑，每條路徑之間不相交就表明 各條路徑之間不存在公用的網(wǎng)絡(luò)鏈路。不相交保證了多路數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵还?jié)點(diǎn)時(shí)不會(huì)有 時(shí)間上的競(jìng)爭(zhēng)。瓶頸鏈路流入任一中間節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流大于流出它的數(shù)據(jù)流，則存在瓶頸鏈路。解決瓶頸鏈路對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)南拗频姆椒ň褪窃诰哂衅款i鏈路的節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼，而后轉(zhuǎn)發(fā)編碼之后的數(shù)據(jù)流。圖l為本實(shí)施例的流程圖。如圖1所示，本實(shí)施例包括如下步驟步驟l:客戶端申請(qǐng)加入組播組，首先從與其鄰接的節(jié)點(diǎn)獲取相應(yīng)的鏈路狀態(tài)信息；步驟2:根據(jù)鏈路的當(dāng)前狀態(tài)，在建立第一條數(shù)據(jù)分發(fā)路徑時(shí)，選擇能夠提供最大接入帶寬的鄰接節(jié)點(diǎn)作為其父節(jié)點(diǎn)；步驟3:所選定的父節(jié)點(diǎn)如果是組播圖中的源節(jié)點(diǎn)，則執(zhí)行步驟4，否則繼續(xù)執(zhí)行步驟2，直至完整建立好一條通往源節(jié)點(diǎn)的傳輸路徑；步驟4:目的節(jié)點(diǎn)和源節(jié)點(diǎn)之間的傳輸路徑建立完成后，優(yōu)化更新新加入組播圖的所有路徑的鏈路狀態(tài)，包括衰減鏈路成本參數(shù)和鏈路延時(shí)參數(shù)，使得鏈路為更多的目的節(jié)點(diǎn)所共用；步驟5:根據(jù)鏈路的狀態(tài)，為同一目的節(jié)點(diǎn)建立第二條數(shù)據(jù)分發(fā)路徑，選擇鏈路不 在第一條路徑上，并且能夠使傳輸時(shí)延達(dá)到最小的鄰接節(jié)點(diǎn)作為其父節(jié)點(diǎn)；步驟6:所選定的父節(jié)點(diǎn)如果是組播圖中的源節(jié)點(diǎn)，則執(zhí)行步驟7，否則繼續(xù)執(zhí)行 步驟5，直至完整建立好一條通往源節(jié)點(diǎn)的傳輸路徑；步驟7:第二條傳輸路徑建立完成后，優(yōu)化更新新加入組播圖的所有路徑的鏈路狀 態(tài)，包括衰減鏈路成本參數(shù)和鏈路延時(shí)參數(shù)，使得鏈路為更多的目的節(jié)點(diǎn)所共用。圖2為本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2(a)表示的是數(shù)據(jù)分組在源節(jié)點(diǎn)處被采集，初始化時(shí)，組播拓?fù)鋱D中只有源節(jié)點(diǎn)，其他目的節(jié)點(diǎn)并未加入組播組。當(dāng)目的節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)加入組播組，則按照?qǐng)Dl流程的7個(gè)步驟為其建立兩條互不相交的路徑。如圖2(b)所示的兩 條路徑，其中U10是申請(qǐng)加入的目的節(jié)點(diǎn)。目的節(jié)點(diǎn)除了作為數(shù)據(jù)接收者，同樣可以作 為中間節(jié)點(diǎn)完成對(duì)數(shù)據(jù)的存貯、處理和轉(zhuǎn)發(fā)功能。因此，對(duì)于新申請(qǐng)加入的目的節(jié)點(diǎn)， 它既可以通過(guò)共用組播圖中的其它目的節(jié)點(diǎn)，也可以通過(guò)接入與其鄰接的中間節(jié)點(diǎn)來(lái)加 入組播拓?fù)鋱D。圖2(c)所示的就是目的節(jié)點(diǎn)Ull通過(guò)共用目的節(jié)點(diǎn)U10的路徑建立一條 傳輸路徑，通過(guò)接入中間節(jié)點(diǎn)U6建立另一條路徑。圖2(d)給出了目的節(jié)點(diǎn)U9和U10的兩條路徑，兩條細(xì)線表示的路徑是到目的節(jié) 點(diǎn)U9，兩條粗線表示的是到目的節(jié)點(diǎn)U10。對(duì)于不同的目的節(jié)點(diǎn)，存在瓶頸鏈路(S，U1)、 (U6，U10)，只需在節(jié)點(diǎn)S和節(jié)點(diǎn)U6處進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼即可解決數(shù)據(jù)碰撞的問(wèn)題。圖3是本實(shí)施例與其它同類算法的性能比較?？紤]到DDSP (目的驅(qū)動(dòng)的最短路徑 樹(shù)算法)是一種基礎(chǔ)且被廣泛運(yùn)用的組播路由算法，因此選擇將本發(fā)明方法與DDSP算 法進(jìn)行比較。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)目是動(dòng)態(tài)變化的，圖3(a)給出了兩者在網(wǎng)絡(luò)吞吐量方面 的比較。從圖中可以明顯得到，本發(fā)明可以有效地提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模在 固定的中，目的節(jié)點(diǎn)的數(shù)目動(dòng)態(tài)變化，兩者間的網(wǎng)絡(luò)吞吐量的比較于圖3(b)，可以看出， 本發(fā)明同樣也獲得了較好的網(wǎng)絡(luò)帶寬，表現(xiàn)出了其優(yōu)越性。
權(quán)利要求
1.基于網(wǎng)絡(luò)編碼的分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層組播路由方法，其特征在于，針對(duì)單信源多信宿的分布式數(shù)據(jù)分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，在源節(jié)點(diǎn)和每個(gè)目的節(jié)點(diǎn)之間依據(jù)多種原則建立起多條互不相交的數(shù)據(jù)分發(fā)路徑，構(gòu)建端到端的數(shù)據(jù)分發(fā)組播拓?fù)鋱D；而且，每個(gè)目的節(jié)點(diǎn)都作為其它目的節(jié)點(diǎn)的中間節(jié)點(diǎn)參與組播路徑的建立。同時(shí)引入了鏈路狀態(tài)優(yōu)化更新機(jī)制，實(shí)現(xiàn)組播通信的最大容量和最小成本。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層組播路由方法，其特征在 于所述的源節(jié)點(diǎn)和每個(gè)目的節(jié)點(diǎn)之間建立多條互不相交的數(shù)據(jù)分發(fā)路徑的多種原 貝U，包括根據(jù)接入帶寬最大、或傳輸時(shí)延最小、或傳輸成本最低原則；根據(jù)網(wǎng)絡(luò) 規(guī)劃的不同需求，多條路徑的建立原則相同或者不同；若是兩條傳輸路徑，其中第 一條路徑考慮接入帶寬最大，第二條路徑考慮傳輸時(shí)延最小；所述的構(gòu)建端到端的 數(shù)據(jù)分發(fā)組播拓?fù)鋱D的步驟如下步驟l:客戶端申請(qǐng)加入組播組，首先從與其鄰接的節(jié)點(diǎn)獲取相應(yīng)的鏈路狀態(tài)信息； 步驟2:根據(jù)鏈路的當(dāng)前狀態(tài)，在建立第一條數(shù)據(jù)分發(fā)路徑時(shí)，選擇能夠提供最大接入帶寬的鄰接節(jié)點(diǎn)作為其父節(jié)點(diǎn)；步驟3:所選定的父節(jié)點(diǎn)如果是組播圖中的源節(jié)點(diǎn)，則執(zhí)行步驟4，否則繼續(xù)執(zhí)行步驟2;步驟4:目的節(jié)點(diǎn)和源節(jié)點(diǎn)之間的傳輸路徑建立完成后，優(yōu)化修改新加入組播圖的 所有路徑的鏈路狀態(tài)，使得鏈路能夠?yàn)楦嗟哪康墓?jié)點(diǎn)所共用；步驟5:根據(jù)鏈路的狀態(tài)，為同一目的節(jié)點(diǎn)建立第二條數(shù)據(jù)分發(fā)路徑，選擇鏈路不 在第一條路徑上，并且能夠使傳輸時(shí)延達(dá)到最小的鄰接節(jié)點(diǎn)作為其父節(jié)點(diǎn)；步驟6:所選定的父節(jié)點(diǎn)如果是組播圖中的源節(jié)點(diǎn)，則執(zhí)行步驟7，否則繼續(xù)執(zhí)行 步驟5;步驟7:第二條傳輸路徑建立完成后，優(yōu)化更新新加入組播圖的所有路徑的鏈路狀 態(tài)，使得鏈路能夠?yàn)楦嗟哪康墓?jié)點(diǎn)所共用。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層組播路由方法，其特征在 于在源節(jié)點(diǎn)和每個(gè)目的節(jié)點(diǎn)之間建立多條互不相交的數(shù)據(jù)分發(fā)路徑時(shí)，分發(fā)路徑 的傳輸總?cè)萘恳圆怀^(guò)源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的最大流最小割為上限。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層組播路由方法，其特征在 于所述的鏈路狀態(tài)優(yōu)化更新機(jī)制包括更新衰減鏈路成本參數(shù)和鏈路延時(shí)參數(shù)，其 中衰減鏈路成本參數(shù)的更新按照公式COS《W)-COS"M》乂工^實(shí)現(xiàn)，鏈路延時(shí)參數(shù)的更新按照公式<formula>formula see original document page 3</formula>實(shí)現(xiàn)，式中A是與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)鄰接的且尚未加入組播樹(shù)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，A是可調(diào)系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)編碼的分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層組播路由方法，其特征在 于從源節(jié)點(diǎn)到不同目的節(jié)點(diǎn)的傳輸路徑存在公共鏈路，即瓶頸鏈路，在瓶頸鏈路 上運(yùn)用隨機(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)解決多路數(shù)據(jù)流的傳輸碰撞與沖突。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)編碼的分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層組播路由方法。它是針對(duì)單信源多信宿的分布式網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)分發(fā)，在源節(jié)點(diǎn)和每個(gè)目的節(jié)點(diǎn)之間建立起多條互不相交的數(shù)據(jù)分發(fā)路徑，每條分發(fā)路徑可以根據(jù)接入帶寬最大、傳輸時(shí)延最小、傳輸成本最低等不同原則分別建立。同時(shí)，每個(gè)目的節(jié)點(diǎn)都可以作為其它目的節(jié)點(diǎn)的中間節(jié)點(diǎn)參與組播路徑的建立。對(duì)于不同目的節(jié)點(diǎn)的公共鏈路，則在與公共鏈路相連接的節(jié)點(diǎn)上，對(duì)多路數(shù)據(jù)流進(jìn)行隨機(jī)線性網(wǎng)絡(luò)編碼，避免數(shù)據(jù)流之間的傳輸碰撞與沖突。本發(fā)明具有有效提高分布式網(wǎng)絡(luò)組播通信傳輸容量，提高網(wǎng)絡(luò)資源使用效率，同時(shí)降低網(wǎng)絡(luò)傳輸總體成本等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04L12/16GK101267450SQ200810034738
公開(kāi)日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2008年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月18日
發(fā)明者李樂(lè)揚(yáng), 沖 譚, 鄒君妮 申請(qǐng)人:上海大學(xué)