一種適用于容遲容斷網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)訂閱分發(fā)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)分發(fā)領(lǐng)域，具體涉及容一種適用于容遲容斷網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)訂閱分發(fā)方法。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)，一種適用于容遲容斷網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)訂閱分發(fā)方法，包括：（1）信源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)包編碼發(fā)布；（2）中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)發(fā)處理；（3）信宿發(fā)布主題訂閱包；（4）中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)主題訂閱包進(jìn)行處理；（5）中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)主題數(shù)據(jù)發(fā)布表和主題信息訂閱表進(jìn)行擁塞控制處理；（6）信宿節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼處理；（7）中繼節(jié)點(diǎn)對(duì)ACK數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理。本發(fā)明融合了網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸機(jī)制、數(shù)據(jù)訂閱分發(fā)機(jī)制、數(shù)據(jù)擁塞控制等功能，實(shí)現(xiàn)了容遲容斷網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)分發(fā)功能。
【專利說明】-種適用于容遲容斷網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)訂閱分發(fā)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)分發(fā)領(lǐng)域，具體涉及容一種適用于容遲容斷網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)訂閱分發(fā) 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 未來隨著移動(dòng)計(jì)算的普及，通過WiFi，802. 11等無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的機(jī)會(huì)增 多，連接間斷、傳輸延遲等可能是一種正?，F(xiàn)象，因此，下一代互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)必須考慮對(duì)這種中 斷延遲網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的支持，對(duì)現(xiàn)有的"高帶寬低延遲"網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行補(bǔ)充，提出了一種"容遲容斷網(wǎng) 絡(luò)"的概念。
[0003] 容遲容斷網(wǎng)絡(luò)是解決異構(gòu)、不可靠網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)傳輸問題提出的一種新型網(wǎng) 絡(luò)模型。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比，容遲容斷網(wǎng)絡(luò)具有如下特性：1)動(dòng)態(tài)鏈路，由于節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)移 動(dòng)，節(jié)點(diǎn)間的鏈路狀態(tài)往往是變化的，甚至是間歇連通的，信道速率、網(wǎng)絡(luò)丟包率等都會(huì)隨 環(huán)境的變化而發(fā)生改變；2)動(dòng)態(tài)拓?fù)?，由于?jié)點(diǎn)間鏈路的變化和節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)移動(dòng)，使得網(wǎng) 絡(luò)拓?fù)浣?jīng)常變化；3)傳輸延遲，間歇連通，由于網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性，鏈路不可靠，容遲容斷網(wǎng)絡(luò)中 數(shù)據(jù)的傳輸延遲往往不可預(yù)知且時(shí)延較長(zhǎng)，節(jié)點(diǎn)間鏈路往往是間歇連通的。典型的容遲容 斷網(wǎng)絡(luò)有戰(zhàn)場(chǎng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，空間通信網(wǎng)絡(luò)，軍用自組織網(wǎng)絡(luò)，傳感器網(wǎng)絡(luò)等。
[0004] 由于容遲容斷網(wǎng)絡(luò)的特性，使得依靠傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在容遲容斷網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分 發(fā)已顯得力不從心。因?yàn)閭鹘y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是建立在TCP/IP體系上的，是基于節(jié)點(diǎn)間可靠連接的 假設(shè)：1.數(shù)據(jù)源和目的之間存在端到端的路徑；2.網(wǎng)絡(luò)中任何節(jié)點(diǎn)對(duì)間的最大往返時(shí)間 (RTT)不能太長(zhǎng)；3.端到端分組丟失率較小。而在帶寬受限，間斷連接，動(dòng)態(tài)拓?fù)?，大傳?時(shí)延等"遲斷網(wǎng)絡(luò)"環(huán)境中的性能會(huì)出現(xiàn)急劇惡化，導(dǎo)致傳統(tǒng)的0SPF(0pen Shortest Path First)，RIP (Routing Information Protocol)等路由協(xié)議無法正常運(yùn)行。Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)路 由也是遵循"存在完整的端到端路徑"的假設(shè)，A0DV(Ad hoc on Demand Distance Vector), DSR (Dynamic Source Routing)等路由協(xié)議也難以應(yīng)用于"遲斷網(wǎng)絡(luò)"中。對(duì)于反應(yīng)式路 由協(xié)議，由于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)減少了路徑持續(xù)時(shí)間，其吞吐率接近于0,即使對(duì)以上協(xié)議進(jìn)行修改 也難以從根本上解決以上問題。
[0005] 容遲容斷網(wǎng)絡(luò)采用"存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)"的機(jī)會(huì)通信模式增加了數(shù)據(jù)投遞成功率， 提出了諸如傳染病路由，噴射路由，概率路由等多種路由機(jī)制，但這些路由機(jī)制在提升數(shù)據(jù) 投遞率的同時(shí)，也帶來了信息冗余度高，網(wǎng)絡(luò)資源利用不充分等缺點(diǎn)，同時(shí)也使得多源多宿 網(wǎng)絡(luò)中信源信宿間數(shù)據(jù)傳輸更加復(fù)雜。
[0006] 另外，隨著信息量的激增以及信息受眾的多樣化，數(shù)據(jù)接收者要求能有選擇性的 接收感興趣的數(shù)據(jù)，若數(shù)據(jù)以廣播或端對(duì)端的傳輸方式都會(huì)造成較大的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和網(wǎng)絡(luò)資 源浪費(fèi)。因此，數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)研究了如何實(shí)現(xiàn)在信源和信宿之間建立一個(gè)高效、松耦合的信 息分發(fā)渠道，增強(qiáng)信息傳播的方向性和目的性，提高數(shù)據(jù)傳輸效率，數(shù)據(jù)訂閱分發(fā)機(jī)制就是 其中典型的數(shù)據(jù)分發(fā)模型。但訂閱分發(fā)機(jī)制往往以數(shù)據(jù)路由的方式應(yīng)用在可靠網(wǎng)絡(luò)中提供 數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)，在動(dòng)態(tài)拓?fù)?，中斷延遲的受限網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，傳統(tǒng)的訂閱分發(fā)機(jī)制卻難以部署 實(shí)施。
[0007] 網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸?shù)闹饕枷胧窃诮M播通信過程中利用節(jié)點(diǎn)計(jì)算能力，允許節(jié)點(diǎn)對(duì)傳 輸信息進(jìn)行處理和操作，來增加數(shù)據(jù)包的信息承載量以及信息在網(wǎng)絡(luò)中擴(kuò)散能力，進(jìn)而提 高傳輸信道的利用率。研究表明網(wǎng)絡(luò)編碼是解決一些特定網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)信息流問題的有效方 法，在提高網(wǎng)絡(luò)利用率、減小傳輸延遲、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全性、節(jié)省節(jié)點(diǎn)能耗等方面均有其優(yōu)越 性。對(duì)于一般的組播網(wǎng)絡(luò)，采用線性網(wǎng)絡(luò)編碼可以達(dá)到組播容量的上限，以"蝴蝶網(wǎng)絡(luò)"為 例，通過網(wǎng)絡(luò)編碼進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸可以證明其帶寬利用率可提高33%。
[0008] 因此，將網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)和"存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)"的路由機(jī)制應(yīng)用在數(shù)據(jù)訂閱分發(fā)過 程中，將能充分利用網(wǎng)絡(luò)傳輸容量，將能提高網(wǎng)絡(luò)利用率，減少傳輸延遲，解決傳統(tǒng)訂閱分 發(fā)機(jī)制在受限網(wǎng)絡(luò)中投遞率低，投遞延遲大等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供一種適用于容遲容斷網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)訂閱分發(fā)方法，該方法融 合了網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸機(jī)制、數(shù)據(jù)訂閱分發(fā)機(jī)制、數(shù)據(jù)擁塞控制等功能，實(shí)現(xiàn)了容遲容斷網(wǎng)絡(luò)環(huán) 境下的數(shù)據(jù)分發(fā)功能。
[0010] 上述技術(shù)目的通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)：一種適用于容遲容斷網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)訂閱 分發(fā)方法，假定信源傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括

【權(quán)利要求】
1. 一種適用于容遲容斷網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)訂閱分發(fā)方法，其特征在于， 假定信源傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括PHPuPh "·Ρη}等η個(gè)主題數(shù)據(jù)包，每個(gè)主題數(shù)據(jù)包由一串 不定長(zhǎng)度的二進(jìn)制位構(gòu)成PiZbit^bftv ; 該種數(shù)據(jù)分發(fā)方法的具體步驟包括： (1) 信源節(jié)點(diǎn)按如下步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)包編碼發(fā)布： (1. 1)信源探測(cè)鄰接節(jié)點(diǎn)，計(jì)算信源節(jié)點(diǎn)輸出路徑數(shù)k。
2. 若k=0,則繼續(xù)探測(cè)直至出現(xiàn)鄰接節(jié)點(diǎn)； (1. 2)將主題數(shù)據(jù)包的二進(jìn)制數(shù)據(jù)串等分為k個(gè)長(zhǎng)度為1024的子串 {Pm Pi2，…PJ ;若k>10,則將A截?cái)?，分批次進(jìn)行編碼計(jì)算和傳輸；若k < 10,則轉(zhuǎn)（1. 3); (1. 3)若最后一個(gè)數(shù)據(jù)子串pik的長(zhǎng)度小于1024,則將pik的高位用0補(bǔ)齊，然后進(jìn)行編 碼計(jì)算。
3. 否則轉(zhuǎn)（1.4); (1. 4)信源產(chǎn)生一個(gè)k*k的對(duì)角矩陣Ak，計(jì)算Ak*[pn, pi2，…pik]，產(chǎn)生k個(gè)編碼向量和 編碼值； (1. 5)設(shè)置包最大中繼次數(shù)，在包轉(zhuǎn)發(fā)前計(jì)算數(shù)據(jù)包在本節(jié)點(diǎn)的滯留時(shí)間，并將數(shù)據(jù)包 屬性中的TTL減去節(jié)點(diǎn)滯留時(shí)間； (1. 6)按數(shù)據(jù)包格式封裝k個(gè)編碼數(shù)據(jù)包，將產(chǎn)生的編碼包向k條輸出路徑轉(zhuǎn)發(fā)； (2) 中繼節(jié)點(diǎn)按如下步驟進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)發(fā)處理： (2. 1)中繼節(jié)點(diǎn)接收主題號(hào)topic和批次號(hào)packageNo的編碼包； (2. 2)將編碼包按主題號(hào)topic和批次號(hào)packageNo存入主題數(shù)據(jù)發(fā)布列表中； (2. 3)從主題數(shù)據(jù)發(fā)布列表中選擇所有主題為topic批次號(hào)為packageNo的編碼包 {屯，d2，…dt}，對(duì)應(yīng)的編碼向量和編碼值分別為屯· codevector,屯· value ; (2. 4)中繼節(jié)點(diǎn)探測(cè)鄰接節(jié)點(diǎn)，并為每條輸出路徑隨機(jī)生成一個(gè)向量長(zhǎng)度為t 的編碼向量<^={οη?··(^}; (2.5)計(jì)算數(shù)據(jù)包的編碼值\^=[(11.￥31116，（12.￥31116，"(^.￥31116]*[(^ 1，(^2*"(^]'數(shù) 據(jù)包的編碼向量，并將數(shù)據(jù)包屬性中的包中繼次數(shù)加1，構(gòu)建對(duì)應(yīng)于每條輸出路徑 的編碼數(shù)據(jù)包； (2. 6)查詢?cè)撝欣^節(jié)點(diǎn)中訂閱列表，若沒有該主題的訂閱包，則將產(chǎn)生的編碼數(shù)據(jù)包向 所有對(duì)應(yīng)的輸出路徑轉(zhuǎn)發(fā)，執(zhí)行步驟（2. 9)，若訂閱列表中有該主題數(shù)據(jù)的訂閱包，則執(zhí)行 步驟（2. 7); (2. 7)計(jì)算數(shù)據(jù)包在本節(jié)點(diǎn)滯留時(shí)間，將數(shù)據(jù)包的剩余生存時(shí)間減去節(jié)點(diǎn)滯留時(shí)間； (2. 8)選擇投遞概率較高的訂閱包，沿訂閱包的訂閱路徑向信宿投遞編碼數(shù)據(jù)包； (2. 9)判斷主題數(shù)據(jù)包的最大中繼次數(shù)，若達(dá)到最大中繼次數(shù)，則數(shù)據(jù)包不再轉(zhuǎn)發(fā)，并 轉(zhuǎn)（2. 11)執(zhí)行，若沒有，則轉(zhuǎn)步驟（2. 10)執(zhí)行； (2. 10)探測(cè)鄰接節(jié)點(diǎn)，向鄰接節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)編碼包； (2. 11)更新節(jié)點(diǎn)中訂閱包和主題數(shù)據(jù)包列表，若主題包的剩余生存時(shí)間為0,則將主題 包刪除，并按步驟（5)清理節(jié)點(diǎn)主題數(shù)據(jù)發(fā)布表； (3) 信宿按如下步驟發(fā)布主題訂閱包： (3. 1)信宿根據(jù)信息主體需求產(chǎn)生主題信息訂閱包，并將本節(jié)點(diǎn)標(biāo)記到訂閱包的訂閱 轉(zhuǎn)發(fā)路徑中； (3. 2)信宿節(jié)點(diǎn)探測(cè)鄰接連通節(jié)點(diǎn)； (3. 3)信宿向鄰接連通節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)主題訂閱包； (4) 中繼節(jié)點(diǎn)按如下步驟對(duì)主題訂閱包進(jìn)行處理： (4. 1)中繼節(jié)點(diǎn)接收主題訂閱包，并將本節(jié)點(diǎn)標(biāo)記到訂閱包的訂閱轉(zhuǎn)發(fā)路徑中； (4. 2)根據(jù)收到的訂閱包的數(shù)據(jù)信息，計(jì)算訂閱路徑的投遞概率，并更新該訂閱包的投 遞概率值； (4. 3)判斷主題訂閱表是否已滿，若已滿則按步驟（5)清理節(jié)點(diǎn)主題數(shù)據(jù)發(fā)布表，否則 轉(zhuǎn)（4.4); (4. 4)中繼節(jié)點(diǎn)將接收到的訂閱包根據(jù)訂閱包的主題信息存儲(chǔ)到對(duì)應(yīng)的主題訂閱列表 中； (4. 5)根據(jù)主題號(hào)匹配節(jié)點(diǎn)中的主題發(fā)布表和主題訂閱表，若存在相匹配的發(fā)布和訂 閱信息，則按中繼節(jié)點(diǎn)主題發(fā)布數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)流程進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)； (4. 6)判斷主題訂閱包是否達(dá)到最大中繼次數(shù)或剩余生存時(shí)間為0,若未達(dá)到，則繼續(xù) 向鄰接節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)訂閱包； (4. 7)更新主題訂閱列表，清理訂閱列表中的訂閱數(shù)據(jù)包； (5) 中繼節(jié)點(diǎn)按如下步驟對(duì)主題數(shù)據(jù)發(fā)布表和主題信息訂閱表進(jìn)行擁塞控制處理： (5. 1)主題數(shù)據(jù)發(fā)布表存儲(chǔ)途徑本節(jié)點(diǎn)的所有主題發(fā)布數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)布表按主題和主 題批次以鏈表進(jìn)行存儲(chǔ)和檢索； (5. 1. 1)遍歷主題數(shù)據(jù)發(fā)布表，若存在剩余生存時(shí)間為0或接收到數(shù)據(jù)包ACK的主題數(shù) 據(jù)包，則將該主題數(shù)據(jù)包標(biāo)記為刪除，轉(zhuǎn)（5. 1. 3);否則，執(zhí)行下一步； (5. 1. 2)判斷主題發(fā)布隊(duì)列是否已滿，若數(shù)據(jù)存儲(chǔ)隊(duì)列已滿，則查找列表中節(jié)點(diǎn)中滯留 時(shí)間最長(zhǎng)和訂閱次數(shù)最少的數(shù)據(jù)包，標(biāo)記為刪除； (5. 1. 3)將主題發(fā)布隊(duì)列中標(biāo)記為刪除的數(shù)據(jù)包刪除； (5. 2)主題數(shù)據(jù)訂閱表存儲(chǔ)所有途徑本節(jié)點(diǎn)的主題訂閱包，主題訂閱表按主題以鏈表 進(jìn)行存儲(chǔ)和檢索； (5. 2. 1)遍歷主題信息訂閱表，若存在剩余生存時(shí)間為0或接收到數(shù)據(jù)包ACK的主題訂 閱包，則將該主題訂閱包標(biāo)記為刪除，轉(zhuǎn)（5. 2. 3);否則，執(zhí)行下一步； (5. 2. 2)判斷主題訂閱隊(duì)列是否已滿，若訂閱存儲(chǔ)隊(duì)列已滿，則查找列表中節(jié)點(diǎn)中滯留 時(shí)間最長(zhǎng)的訂閱包，標(biāo)記為刪除； (5. 2. 3)將主題訂閱隊(duì)列中標(biāo)記為刪除的訂閱包刪除； (6) 信宿節(jié)點(diǎn)按如下步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼處理： (6. 1)信宿節(jié)點(diǎn)接收主題編碼數(shù)據(jù)包； (6. 2)判斷接收到的同一主題同一批次的數(shù)據(jù)編碼包個(gè)數(shù)是否達(dá)到數(shù)據(jù)編碼向量的長(zhǎng) 度，若沒有達(dá)到則轉(zhuǎn)（6. 1)，否則按如下步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼； (6. 3)將同一主題同一批次的數(shù)據(jù)編碼包的編碼向量組成一個(gè)編碼矩陣，判斷該編碼 矩陣是否滿秩，若不為滿秩，則轉(zhuǎn)（6. 1);若為滿秩，則執(zhí)行后續(xù)步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)譯碼操作； (6. 4)將編碼矩陣以及編碼包的編碼值形成一個(gè)線性矩陣方程組，按高斯消元法解矩 陣方程組獲得原始數(shù)據(jù)段信息； (6. 5)將原始數(shù)據(jù)段信息按相應(yīng)的標(biāo)號(hào)位置進(jìn)行拼接，形成原始的數(shù)據(jù)信息串； (6. 6)若數(shù)據(jù)解碼完成，則構(gòu)建數(shù)據(jù)包接收完成數(shù)據(jù)包ACK，向鄰接節(jié)點(diǎn)發(fā)送主題數(shù)據(jù) 接收完成ACK數(shù)據(jù)包； (7)中繼節(jié)點(diǎn)按如下步驟對(duì)ACK數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理： (7. 1)中繼節(jié)點(diǎn)接收ACK數(shù)據(jù)包； (7. 2)遍歷主題數(shù)據(jù)訂閱表，查找同主題號(hào)的主題數(shù)據(jù)訂閱包，將該包刪除； (7. 3)遍歷主題數(shù)據(jù)發(fā)布表，查找同主題同批次的主題數(shù)據(jù)發(fā)布包，將該數(shù)據(jù)包刪除； (7.4)向鄰接節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)ACK數(shù)據(jù)包。
【文檔編號(hào)】H04L1/16GK104301237SQ201410539430
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】夏奕, 王孝斌, 白桂銀 申請(qǐng)人:湖北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院